АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ РАСЧЕТ СОСТАВА ТЯЖЕЛОГО

УДК 691:681.5
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ РАСЧЕТ СОСТАВА ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА
И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЕГО СВОЙСТВ
И.Л. Чулкова, Т.А. Санькова
Рассматриваются проблемы проектирования состава бетонных смесей и описывается созданная система а
матизированного проектирования состава бетона. В статье приводятся результаты экспериментальных исследовг
зависимости прочности бетона от различных факторов, используемые для прогнозирования свойств бетона на стг
его проектирования
Бетоны в настоящее время являются наиболее
распространенными строительными материалами.
Тяжелые бетоны относятся к самым массовым по
применению в строительстве вследствие их высокой
прочности, надежности и долговечности при работе
в конструкциях зданий и сооружений. Поэтому
весьма актуально получение бетона с требуемыми
физико-механическими свойствами.
Решение данной задачи в значительной степе­
ни связано с применением при исследовании бетона
современной технологии математического модели­
рования и вычислительного эксперимента, реализа­
цией эффективных численных методов и алгорит­
мов в виде проблемно-ориентированных программ
для оптимизации составов бетонных смесей и про­
гнозирования их эксплуатационных свойств.
Наиболее ответственным участком технологи­
ческого процесса приготовления бетонной смеси
является проектирование состава бетонной смеси.
Широко используемым на производстве является
расчетно-экспериментальный
(технологический)
метод проектирования состава бетона [1].
Прогнозирование свойств бетона на стадии
проектирования позволило бы учитывать возмож­
ные изменения качественных показателей конечного
продукта при изменении свойств исходных мате­
риалов и параметров технологических режимов. Это
даст возможность повысить эффективность произ­
водства за счет экономии материальных и трудовых
ресурсов.
Эффективность проектирования составов зави­
сит от оптимальности указанных исходных пара­
метров с учетом назначения бетона, вида конструк­
ций и способа их производства. Конечная цель оп­
тимального проектирования состава бетона - опре­
деление оптимального соотношения компонентов
бетонной смеси при допустимых исходных пара­
метрах и получение материала необходимого каче­
ства.
Проектирование состава бетонной смеси и
планирование испытаний являются достаточно тру­
доемкими и наиболее уязвимыми с точки зрения
возникновения ошибок этапами технологического
процесса приготовления бетонной смеси. Ошибки
при осуществлении расчетов могут привести к по-
Чулкова Ирина Львовна - СибАДИ, канд. техн. наук,
доцент
Санькова Татьяна Александровна - СибАДИ, соискатель
46
явлению брака, а значит, перерасходу материалов и
денежных средств, тем более, что стоимость железобетонных конструкций достаточно высока.
Следовательно, автоматизация процесса проектирования состава бетонной смеси позволит исключить ошибки при расчете, снизить вероятность
осуществления корректировки расчетов и сократить
время всего проектирования в целом. Достижение
основной цели (сокращение времени, трудоемкости
и снижение брака при производстве) лежит в области автоматизации расчетов при проектировании
планировании эксперимента и попытки прогнозирования качества бетона на стадии проектирования
состава бетонной смеси. Для сокращения сроков
всего технологического процесса приготовления
бетонной смеси необходимо автоматизировать расчетные операции при проектировании состава бетона, так как в настоящее время эти операции выполняются вручную. Это позволит избежать ненужных
ошибок и сократить сроки расчетов.
Главное условие оптимального проектирования составов бетона - создание количественных
зависимостей, позволяющих получать заданные
свойства бетона при изменении основных технологических факторов и управлять этими свойствами
[2].
Разработанная система автоматизированного
проектирования состава бетонных смесей включает
в себя несколько модулей: «Подбор состава бетона"
«Корректировка состава», «Прогнозирование
свойств», «Планирование эксперимента» [3].
Работа с модулями осуществляется в диалоговом режиме, реализованном в виде мастера, объединяющего в себе ряд шагов и позволяющего по введенным пользователем данным проектировать и
корректировать состав, прогнозировать характеристики получившейся бетонной смеси. Предусмотрена возможность сохранения результатов в файле,
открытие ранее сохраненного файла, вывод результатов на печать, работа со справочным материалом.
Порядок работы с модулями выбирается пользователем, на каждом этапе работы можно вернуться в
главное окно и выбрать другой модуль. Внешний
вид главного окна приложения показан на рис. 1.
Модуль «Подбор состава бетона» позволяет
подбирать требуемые составы с заданными характеристиками. С помощью данного модуля можно
осуществлять подбор состава тяжелого бетона с добавками или без них. За основу расчета количет-
венного состава бетонной смеси были выбраны ме­
тодики, описанные в литературе [4], в СНиП [5], а
так же формулы, полученные на основе экспери­
ментальных исследований зависимости прочности
бетона от различных факторов.
состав выводится на форму, а также может быть
сохранен в файле с помощью соответствующего
пункта меню «Файл». Из окна «Подбор состава тя­
желого бетона» можно сразу перейти в модуль кор­
ректировки состава.
Рис. 1. Внешний вид главного окна приложения
При проектировании состава тяжелого бетона
следует задать вид бетонной смеси (подвижная или
жесткая), соответствующее значение удобоукладываемости бетонной смеси (подвижность или жест­
кость), требуемую прочность бетона, активность и
плотность цемента, плотность и водопотребность
песка, вид крупного заполнителя, его плотность и
наибольшую крупность, соотношение по массе мел­
кого и крупного заполнителей (рис. 2).
Рис. 2. Подбор состава тяжелого бетона с добавкой
Для подбора состава тяжелого бетона с добав­
кой необходимо выбрать из базы данных вид добав­
ки (пластификатор, ускоритель твердения, воздухововлекающая добавка и пр.), в соответствии с реко­
мендуемой дозировкой указать количество добавки
и ее плотность (рис. 3).
После задания указанных параметров произво­
дится расчет состава тяжелого бетона. Полученный
Рис. 3. Выбор добавки
С помощью модуля «Корректировка состава»
можно откорректировать состав бетонной смеси.
Алгоритмы корректировки состава бетонной смеси
включают зависимости, с помощью которых кор­
ректируются при исходных условиях соответст­
вующие смесевые параметры, пересчитывается со­
став бетонной смеси и устанавливается необходи­
мое изменение дозировок на производственный за­
мес.
Откорректировать состав тяжелого бетона
можно с учетом: влажности компонентов бетонной
смеси; с учетом фактической плотности бетонной
смеси; с учетом фактической плотности влажных
компонентов бетонной смеси и объема бетоносме­
сителя.
Переход в модуль «Корректировка состава»
можно осуществить как из главного окна приложе­
ния (см. рис. 1), так и из модуля «Подбор состава
бетона». В результате работы данного модуля вы­
дается уже готовый производственный состав бето­
на.
Для каждого вида корректировки состава есть
возможность открыть и откорректировать ранее
спроектированный и сохраненный в файле состав,
выполнив команду «Открыть» в меню «Файл». От­
корректированный состав выводится на форму, а
также может быть сохранен в файле или распечатан.
Для корректировки состава тяжелого бетона с
учетом влажности компонентов бетонной смеси
нужно задать влажность мелкого и крупного запол­
нителей, расход сухих компонентов. Для состава с
добавкой указывается концентрация водного рас­
твора добавки и его плотность. По введенным дан­
ным вычисляется расход влажных компонентов бе­
тонной смеси (рис. 4).
Для корректировки состава с учетом фактиче­
ской плотности бетонной смеси нужно задать фак­
тическую плотность бетонной смеси и расход ком­
понентов. Затем осуществляется расчет фактическо47
3
го расхода материалов на 1 м бетонной смеси.
Внешний вид окна корректировки состава бетона
показан на рис. 5. Результаты выводятся на форму
или сохраняются в файл.
необходимо ввести активность цемента, расход
3
териалов на 1 м бетонной смеси, указать вид до
3
ки. Для прогнозирования себестоимости 1 м
тонной смеси необходимо ввести расход матери;
и их стоимость.
Рис. 6. Расчет состава бетона на замес бетоносмесите
Рис. 4. Окно корректировки состава тяжелого бетона
Рис. 5. Внешний вид окна расчета состава на 1 м3 бетона
Для расхода материалов на один замес бетоно­
смесителя необходимо задать емкость бетоносмеси­
теля, расход и фактическую плотность влажных
компонентов бетонной смеси. Откорректированный
состав выводится на форму, а также может быть
сохранен в файле с помощью соответствующей ко­
манды меню «Файл» (рис. 6).
С
помощью
модуля
«Прогнозирование
свойств» можно определить прочность, плотность,
морозостойкость, водонепроницаемость, теплопро­
водность бетона, а также провести техникоэкономический анализ состава бетона. В расчетах
используются зависимости, полученные в ходе экс­
периментальных исследований. Фрагмент окна про­
гнозирования свойств бетона показан на рис. 7.
Для предварительной оценки прочности бетона
при сжатии достаточно ввести значения активности
цемента и водоцементного отношения. Для прогно­
зирования прочности бетона по заданному составу
48
Рис. 7. Фрагмент окна прогнозирования свойств бетона
Для прогнозирования свойств бетона были
проведены экспериментальные исследования, в результате которых получены уравнения регрессии,
отражающие зависимость свойств бетона (прочность, плотность и др.) от различных факторов.
Так, например, уравнения прочности при сжатии и плотности тяжелого бетона без добавок и с
добавкой суперпластификатора, соответственно,
выглядят следующим образом (1) - (4).
Тяжелый бетон без добавок
Для вывода уравнений регрессии использовал­
ся модуль «Планирование эксперимента» созданной
системы автоматизированного проектирования со­
става бетона. Полученные уравнения регрессии ис­
пользовались для расчета состава бетона.
Модуль «Планирование эксперимента» пред­
назначен для математического моделирования про­
цесса проектирования состава бетонной смеси с ис­
пользованием метода полного факторного экспери­
мента. Внешний вид окна планирования экспери­
мента показан на рис. 8.
Первоначально в модуле задается количество
факторов, затем вводятся их названия, значения ос­
новного уровня и интервалов варьирования. Далее
составляется матрица планирования эксперимента
для заданных факторов и вводятся эксперименталь­
ные данные Уэ. По введенным данным автоматиче­
ски составляется уравнение регрессии и произво­
дится оценка его адекватности, в соответствии с
методиками, описанными в [7]. Полученные урав­
нения регрессии впоследствии применяются для
прогнозирования свойств бетона.
Созданная система автоматизированного про­
ектирования состава бетонных смесей обеспечива­
ет: возможность прогнозирования требуемых пара­
метров качества бетона и их высокую степень одно­
родности уже на стадии проектирования его соста­
ва; сокращение сроков и повышение эффективности
процесса проектирования и, как следствие, повыше­
ние качества бетона при его промышленном произ­
водстве на предприятиях строительной индустрии.
Рис. 8. Внешний вид окна планирования эксперимента
Литература
1. ГОСТ 27006-86. Бетоны. Правила подбора соста­
ва. - М.: Издательство стандартов, 1987. - 12 с.
2. Санькова Т.А., Чулкова И.Л. Проблемы автома­
тизированного проектирования строительных конгломе­
ратов // Вестник Сибирской автомобильно-дорожной ака­
демии. Выпуск 5. - Омск: СибАДИ. - 2007. - С. 117-120.
3. Санькова Т.А. Свидетельство об отраслевой ре­
гистрации разработки № 10712 «Программа для проекти­
рования составов бетонных смесей «SAPCoM» от
05.06.2008 г. / Т.А. Санькова, И.Л. Чулкова.
4. Баженов Ю.М. Технология бетона. Учебник. М.: Изд-во АСВ, 2003. - 500 с.
5. СНиП 3.06.04-91. Мосты и трубы. Приложение
4. - М.: Издательство стандартов, 1991. - 45 с.
6. Санькова Т.А. Автоматизация процесса проекти­
рования состава бетона // Межвузовский сборник трудов
молодых ученых, аспирантов и студентов. - Омск: СибА­
ДИ. - 2008. - Вып. 5. - Ч. 1. С. 280-285.
7. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В.
Планирование эксперимента при поиске оптимальных
условий. - М.: Наука, 1976. - 279 с.
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)
THE AUTOMATED CALCULATION OF HEAVY CONCRETE MIXTURE AND FORECASTING
ITS PROPERTIES
I.L.ChuIkova, T.A.San'kova
The designing problem of concrete mixture is considered and the created system of automated designing concrete
mixture is described. In this article are some experimental researches of concrete durability depending from various
factors and using for forecasting their properties at the designing stage
40