Отменить
Федеральное государственное унитарное предприятие "Головной проектный и научно-исследовательский институт Российской академии наук"

Управление качеством дорожного бетона на основе информационных технологий

С. Н. Толмачев, к.т.н., доцент, А. И. Жадан, ассистент, ХНАДУ

Аннотация. Рассмотрены вопросы повышения качества дорожных цементобетонов за счет применения современных информационных технологий. Современная компьютерная база и программное обеспечение позволят обрабатывать значительные информационные массивы и на этой основе осуществлять прогноз показателей качества и долговечности бетонов.

Ключевые слова: прогноз, качество, дорожный цементобетон, информационные технологии, компьютерное материаловедение, прочность, долговечность.

Введение

На современном этапе развития технологии дорожных цементных бетонов основной задачей обеспечения их долговечности является достижение стабильности показателей каждого элемента технологического процесса. В условиях истощения материальной базы качественных заполнителей бетона и их замены на побочные продукты смежных производств, а также заполнители пониженного качества, это представляется достаточно сложным. Существующее на предприятиях по выпуску бетонных смесей и изделий оборудование в значительной мере устарело, а процесс обновления в силу нехватки финансов идет медленно. Это также вносит отрицательный вклад в показатели качества таких бетонов. В то же время компьютеризация заводских и построечных лабораторий, развитие информационных технологий позволяют применить новые подходы к проблеме управления качеством бетона.

Анализ публикаций

Тенденции развития технологии основного строительного материала XX и XXI ст. — бетона и железобетона — связаны с возможностями компьютеризации всех технологических этапов от проектирования состава до достижения заданных свойств с минимальными расходами сырья и энергии. Управление процессами получения заданных свойств требует преодоления трудностей математического описания и моделирования многостадийных гетерогенных процессов твердения цемента. В последние годы для решения сложных заданий в разных отраслях науки и техники успешно используют новые подходы, связанные с

информационными технологиями (ИТ) и экспертными системами (ЭС).

Один из основоположников информационной технологии бетона А. В. Ушеров-Маршак [1] описывает проблему использования ИТ в бетоно-ведении. Для бетона ИТ состоят из банков данных (БД) нормативно-технологического характера и баз знаний (БЗ), построенных на гносеологических предпосылках, моделях реакций гидратации и структурообразования при изготовлении или эксплуатации изделий и конструкций. Обязательными являются интеллектуальные программы для превращения объективной информации относительно методологии бетоноведения.

Информационные технологии используют только целесообразную количественную информацию, полученную на современном концептуальном методологическом уровне. В бетоноведении методология исследований охватывает многоуровневую систему состав — структура — процесс -свойство. Суть системы в рассмотрении и исследовании состава и структуры материалов, полуфабрикатов и готовых материалов на всех уровнях от надмолекулярного к макроскопическому, композитному. Уровень всегда избирается относительно нужной информации. Структура материалов, составляющих бетон, исследуется для трех фаз — твердой, жидкой и порового пространства. Их взаимодействие с учетом реакционной возможности и поверхностных явлений под воздействием внешних факторов — самый важный объект бетоноведения. В этой связи процессы твердения и эксплуатации бетона должны разделяться на элементарные и технологические с выделением разных по своей природе регулирующих действий — механических, тепловых, химических и др. Главные критерии — объективность

получения и результативность использования научной информации.

Одним из наиболее плодотворных направлений является получение и накопление банков данных, связанных с закономерностями кинетических и энергетических превращений состава и структуры компонентов и фаз в процессе твердения или последующей службы цемента и бетона. Все элементарные акты гидратации и структуро-образования, которые обеспечивают заданные свойства, сопровождаются тепловыми эффектами разной интенсивности и длительности. Их измерение, идентификация и соответствующая физико-химическая интерпретация позволяют оценивать термокинетические и термодинамические показатели гетерогенных взаимодействий, выделять важные для регуляции параметров скорости и полноты процессов, прогнозировать возможности осуществления реакций и стабильности новообразований.

Термокинетика и термодинамика — ведущие дисциплины получения знаний ИТ. Термокинетика позволила впервые классифицировать процессы твердения и сами вяжущие вещества с прогнозом их реакционной возможности в различных условиях. Результаты определения экзотермии, как внутреннего источника тепла, используются в расчетах тепловых балансов для ускоренных автоматизированных режимов твердения. На компьютерной основе была решена сложная кинетическая задача превращения изотермических термокинетических зависимостей в неизотермические для любых температурных условий. Таким образом, можно получить необходимое количество информации феноменального характера об одном из главных явлений, которое сопровождает и раскрывает сущность твердения. Термодинамический анализ фазовых переходов вода — лед в порах и капиллярах при замораживании обеспечивает количественную оценку размеров и формы микропор цементного камня. Примененный для этого метод сканирующей калориметрии позволяет проводить измерение без разрушения структуры материала в отличие от других средств порометрии.

Методологическое отличие современного бетоноведения — комплексний характер исследований и испытаний с целью использования их результатов в БД и БЗ информационных технологий бетона. В мире накоплен определенный позитивный опыт создания и функционирования ИТ и ЕС для проектирования состава обычных и специальных бетонов, технологии зимней бетонированности, профилактики долговечности и ремонта железобетонных изделий и др. Эти системы базируются на разных знаниях и имитационных моделях кинетики изменений температуры и прочности, развития деформаций, поровой структуры в зависимости от поставленной цели с учетом внешних

факторов. Обязательными составными частями БЗ системы являются математические модели кинетики гидратации всех клинкерных минералов с выделением лимитирующих стадий — растворения, диффузии, кристаллизации по данным калориметрии, а также модели микроструктуры по данным сканирующей электронной микроскопии.

В отличие от производства сборного железобетона, где контролируемые заводскими лабораториями характеристики качества бетона вполне достаточны для потребителя при принятии решений о применении изделий, отпускные характеристики товарного бетона не всегда достаточны для оценки его применимости при возведении монолитных покрытий автомобильных дорог [2]. Это определяет неэффективность применения систем управления характеристиками бетона для сборных железобетонных изделий к задачам управления качеством товарного бетона.

КиберЛенинка: https://cyberleninka.ru/article/n/upravlenie-kachestvom-dorozhnogo-betona-na-osnove-informatsionnyh-tehnologiy