ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-СТАТИСТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ СКЛАДУ СУХИХ БУДІВЕЛЬНИХ СУМІШЕЙ: ВИЗНАЧЕННЯ ОПТИМАЛЬНОЇ ЧАСТКИ МОДИФІКУЮЧОЇ ДОБАВКИ
DOI:
https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2023.1.9Ключові слова:
суха будівельна суміш, рецептура, експлуатаційні характеристики, модифікуючі добавки, планування експерименту, експериментально-статистичне моделювання, багатокритеріальна оптимізаціяАнотація
Представлена робота присвячена дослідженням щодо наукового обґрунтування складу мінерально-полімерних композицій – сухих будівельних сумішей для здійснення мурувальних робіт із заданими показниками якості, із використанням методів комп’ютерного будівельного матеріалознавства: експериментально-статистичного моделювання та багатокритеріальної оптимізації. Сформовано множину рецептурних факторів, що впливають на якість будівельної суміші та виділено вміст модифікуючої добавки у якості змінюваного параметра. За результатами попереднього відсіювання сформовано множину характеристик-критеріїв якості, що достатньо повно описують споживацькі властивості будівельної суміші (а саме – міцність на стиск, рухомість будівельної суміші, водоутримуючу здатність, густину розчинної суміші, пористість). Підготовано матрицю плану активного експерименту та реалізовано натурні експерименти із отриманням чисельних значень критеріїв якості. Побудовано поліноміальні моделі «якісний та кількісний склад суміші – параметри якості мурувального розчину» та здійснено їх статистичну перевірку. Чисельним методом багатокритеріальної оптимізації із використанням функції бажаності Харінгтона знайдено компромісні значення, які відповідають оптимуму множини критеріїв якості суміші та відповідне співвідношення складників суміші. За результатами досліджень на основі параметричної ідентифікації експериментально-статистичних моделей з використанням методів багатоцільової оптимізації було запропоновано параметри якості сухої будівельної суміші для мурувальних робіт із врахуванням чинних норм та вимог виробничників і споживачів. Було запропоновано оптимальний склад сухої будівельної суміші для мурувальних робіт: цемент 15%; модифікуюча добавка 0,035%; вода 0,126 %; пісок 52%. На наступному етапі досліджень планується вивчення чутливості отриманого оптимального рішення до змін у складі сировини.
Посилання
Ляшенко Т.В., Вознесенський В.А. Методологія рецептурно-технологічних полів у комп'ютерному будівельному матеріалознавстві: Монографія. Одеса: Астропрінт, 2017. 168 с.
Троян В.В. Забезпечення тріщиностійкості бетону масивних споруд: Монографія. К: ТОВ НВП «Інтерсервіс», 2019. 92 с.
Bederina M., Makhloufi Z., Bounoua A., Bouziani T. & Quéneudec M. Effect of partial and total replacement of siliceous river sand with limestone crushed sand on the durability of mortars exposed to chemical solutions, Constr. Build. Mater. 2013, 47. pp. 146–158, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.05.037.
Статюха Г.О., Теліцина Н.Є., Суруп І.В. Оптимізація гранулометричного складу наповнювачів для сухих будівельних сумішей. Вісник ЧДТУ. Хімічні технології і екологія. 2008. No. 4. с. 57−61.
Zhang G., Song J., Yang J. & Liu X., Performance of mortar and concrete made with a fine aggregate of desert sand, Build. Environ. 2006, 41 (11). pp. 1478–1481. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2005.05.033.
Al-Harthy A.S., Abdel Halim M., Taha R., Al-Jabri K.S. The properties of concrete made with fine dune sand, Constr. Build. Mater. 2006. 21 (8). pp. 1803–1808, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2006.05.053.
Nasr D., Behforouz B., Borujeni P.R., Borujeni S.A. & Zehtab B. Effect of nano-silica on mechanical properties and durability of self-compacting mortar containing natural zeolite: Experimental investigations and artificial neural network modelling. Construction and Building Materials 2019, 229. 116888. doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.116888
Thakare A.A., Siddique S., Sarode S.N., Deewan R., Gupta V., Gupta S. & Chaudhary S. A study on rheological properties of rubber fiber dosed self-compacting mortar. Construction and Building Materials, 2020, 262. 120745. doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.120745
Yahia A., Khayat K. Experiment design to evaluate interaction of high-range water-reducer and antiwashout admixture in high-performance cement grout. Cement and Concrete Research, 2001, 31(5). pp. 749–757. doi:10.1016/s0008-8846(01)00496-3
Felekoğlu, B., Sarıkahya, H. Effect of chemical structure of polycarboxylate-based superplasticizers on workability retention of self-compacting concrete. Construction and Building Materials, 2008. 22 (9). pp. 1972–1980. doi:10.1016/j.conbuildmat.2007.07.00510.1016/j.conbuildmat.2007.07.005
Spychał E., Dachowski R. The Influence of Hydrated Lime and Cellulose Ether Admixture on Water Retention, Rheology and Application Properties of Cement Plastering Mortars. Materials. 2021. 14(19). 5487. doi: 10.3390/ma14195487.
Статюха Г.О., Теліцина Н.Є., Яменко А.Б., Суруп І.В. Оптимізація складу сухої будівельної суміші з використанням методу Монте-Карло та функції бажаності. Східно-європейський журнал передових технологій. 2008. № 1/4(31). С. 53–56.
Статюха Г.О., Теліцина Н.Є., Складанний Д.М., Єременко О.О. Рецептури сухої будівельної суміші із застосуванням згортки показників якості. Східно-європейський журнал передових технологій. 2008. № 6/6(36). С. 49–52.
Yan W., Wu G. & Dong, Z. Optimization of the mix proportion for desert sand concrete based on a statistical model. Construction and Building Materials, 2019, 226, pp. 469–482. doi:10.1016/j.conbuildmat.2019.07.287
Moskalova K., Lyashenko T., Aniskin, A. Modelling the Relations of Rheological Characteristics with Composition of Plaster Mortar. Materials 2022, 15(1), 371. DOI: 10.3390/ma15010371
Cornell J. A. Experiments with mixtures: Designs, models, and the analysis of mixture data. 3rd ed. New York : Wiley, 2002. 680 p.
Nécira B., Belkacem M. & Abadou Y. Statistical analysis of high performance self-compacting mortar containing ternary sand mixtures. Materials Today: Proceedings, 2021, 45. pp. 5166–5171. doi:10.1016/j.matpr.2021.01.694
Данилкович А.Г., Шахновський А.М. Розроблення наповнювально-гідрофобізуючої композиції у виробництві велюру зі шкурок нутрії: досвід багатопараметричної оптимізації. Комп’ютерне моделювання в хімії та технологіях і системах сталого розвитку: Збірник наукових статей, Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2020. С. 161–168.
Harrington E.C. The Desirability Function. Industrial Quality Control, 1965, 21(10). pp. 494–498.
