автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Дополнительное давление газовой фазы в порах строительных материалов при их замачивании

Р Г 6 од

На правах рукописи

Волкова Наталья Геннадьевна

ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ В ПОРАХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ИХ ЗАМАЧИВАНИИ

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск 1995

Работа выполнена в Новосибирской государственной академии строительства на кафедре строительных материалов и спецтехнологий.

Научный руководитель доктор технических наук,

профессор Белан В.И.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Недавний О.И. кандидат технических наук, доцент Мартынов К. Я.

Ведущая организация - АО "Сибакадемстрой",

г. Новосибирск

Защита диссертации состоится "49 "АЕ^ОТЙ 1996 г.

в 10 часов на заседании специализированного совета К. 064.04.01 при Новосибирской государственной академии строительства по адресу: 630008, Новосибирск, 8, Ленинградская 113, НГАС, (ауд.'ЗОб).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке-НГАС. Автореферат разослан "-У7 1995 г.

Ученый секретарь

специализированного совета Т.Ф. Каткова

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В теории и практике строительства особое внимание уделяется научению основных характеристик строительных материалов. К таким характеристикам относятся прочность, ыорсосстсйкостЬ; ползучесть, усадка, гигроскопичность. водопроницаемость, влагоотдача, водонепроницаемость и ряд других. Перечисленные характеристики и факторы, влияющие на них, достаточно подробно и глубоко описываются в работах известных ученых, в трудах научных и производственных организаций. В то же время некоторые факторы изучены недостаточно, хотя они, как показывает опыт, существенны. К таким факторам относится и влияние изменения влажности на величину давления газа в порах. Накопленный опыт показывает, что по-ровое давление существенно влияет на надежность работы строительных конструкций из пористых материалов. Во-первых, его действие практически мгновенно, ьо-вторых, оно имеет достаточно ощутимую величину. Игнорирование этого воздействия на прочность строительных материалов, неучет его при проектировании, строительстве и эксплуатации ведет к труднообъяснимым процессам развития деформаций и даже, в экстремальных случаях, к возникновению аварийных ситуаций.

Изучению возникновения дополнительного давления газа в порах строительных материалов при их смачивании посвящен ряд работ известных ученых, таких как Ахвердов Н.И., Баженов Ю.М., Велан В.И., Гольдштейн М.Н., Горчаков Г.И., Жиленков В.Н., Панкин М.М., Скрамтаев В. Г., Фрейссине Е., Цытович H.A. и других. В этих работах описываются преимущественно результаты экспериментов, по исследованию других факторов, таких как коэффициенты диффузии, тепло- и массоперенос водяных паров, а влияние парового давления на состояние инженерных сооружений из пористых материалов анализируется как дополнительный фактор. Прямим изучением норового давления наиболее глубоко занимался проф., д.'т.н. 6';И.Ведан. Им впервые

четко и однозначно отмечена необходимость серьезного и тщательного к следования этого важного и малоизученного свойства строительных материалов и влияние его на надежность работы конструкций из капиллярно-пористых тел. Однако пока концепция исследования порового давления опирается на известные теории миграции влаги в пористых средах, причем отсутствует теоретическое обоснование и формулы, которые дава-ли-бы возможность подсчитать величину давления газа в порах при вамачивании пористых материалов. Нет рабочих алгоритмов для использования их в современных ЭВМ для анализа и интерпретации результатов исследований. Имеется настоятельная потребность в разработке методики исследований конкретных видов пористых строительных материалов с целью использования их при проектировании,, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений. Поэтому изучение возникновения давления газа в порах строительных материалов при их смачивании является актуальной научной и производственной темой.

Формулировка решаемой задачи. Совершенствование определения прочностных свойств строительных материалов на основе учета давления газа в их порах при проникновении влаги в'виде жидкости.

Цель диссертации. Разработка рекомендаций по увеличению эксплуатационной надежности пористых строительных материалов на основе теоретических.исследований процесса возникновения дополнительного давления газа в порах' строительных материалов при их смачивании, разработка математической модели этого процесса и методики определения его параметров.

Основу исследований составили современные положения науки о строительных материалах, практика их применения, теория и методы математической обработки и интерпретации результатов эксперимента.

Теоретические исследования состояли в изучении физических закономерностей влияния газа в порах строительных материале ,"в анализе изменения давления в порах по математическим заву имостям, полученным в результате обработки экспериментальных данных, в■исследовании их точности.

Экспериментальные исследования включали определение. по-т рового давления при скачивании опытных образцов глины, гипса

и бетона на основе измерения пористости, влажности, глубины яооникновения влаги и времени.

Научная новизна :i значимость диссертации заключается в: расширении тематшш исследований характеристик строительных материалов; разработке, Епервые в теории и практике их применения, математической модели в виде теоретических зависимостей дополнительного давления газа в порах от степени замачивания капиллярно-пористых тел;- обосновании методики определения и ослабления вредного воздействия такого давления.

Практическая ценность состоит в разработке: механизма определения давления газа в порах строительных материалой при их замачивании (продрасчет величины этого давления, проведение исследований, их обработка по предложенным алгоритмам и программам для ЭВМ, включая априорную и апостериорную оценку точности); рекомендаций по увеличению эксплуатационной надежности пористых строительных материалов•

Апробация работы. Основное содержание работы докладывалось на научно-технических конференциях НГАС в 1993 - 1995г.

Публикация. Результаты исследований представлены в шести печатных трупах и одном авторском изобретении.

Структура и обгем диссертации. Текстовая часть диссертации состоит из 173 страниц машинописного текста и включает 19 рисунков, 4 таблицы и а приложений. Список испольвованних литературных источников содержит 120 наименований трудов отечественных и зарубежных авторов.

Во введении дается обоснование актуальности темы исследований. Первая глава посвящена анализу состояния рассматриваемого вопроса. Отмечен усилившийся в последнее время интерес к изучению воздействия возмущающих факторов на долговечность и работоспособность пористых материалов и к задаче исследования и учета давления газа в порах при смачивании капиллярно-пористых тел. Показано, что имеющиеся но теме работы публикации касаются, главным образом, косвенной интерпретации результатов экспериментальных исследований и изучении закономерностей порового давления по подобранным аппроксимирующим уравнениям. Описаны предварительные результаты экспериментов на образцах из глины, гипса и бетона. Из проведенного анализа показано, что для многих пористых материа-

- о -

лов увеличение влажности вносит существенное дополнительное напряжение в строительные конструкции, а по времени развитие порового давления носит мгновенный характер. В то же время фактически отсутствует теоретическое обоснование механизма учета дополнительного порового давления при смачивании пористых материалов. В итоге исследований , выполненных в первой главе, сформулирована решаемая в диссертации задача. Поставлена цель работы. Во второй главе изложена единая теоретическая концепция разработки методики определения фактического давления газа, создаваемого движением влаги по системе пор материала. Концепция включает методологические вопросы, создание математической модели, ее анализ на основе экспериментальных данных, подход к оценке точности параметров, получаемых из теоретических расчетов и из результатов обработки опытных данных. Третья глава отводится экспериментальной проверке адекватности разработанной математически модели реальному физическому процессу возникновения дополнительного давления газовой фазы при замачивании пористы* строительных материалов. Описаны эксперименты и математическая обработка их результатов. Показана хорошая сходимост! опытных данных с величиными, рассчитанными по предложеннь» формулам. Приведены алгоритмы подбора аппроксимирующих уравнений и оценки точности определяемых по этим уравнениям па раметров. Четвертая глава логически завершает теоретически И экспериментальную части диссертации и содержит описани-применения разработанной методики для увеличения эксплуата ционной надежности пористых строительных материалов. Приве дено использование разработанной математической модели пр расчете бетонного покрытия взлетной полосы международног аэропорта в г, Новосибирске, при применении в отделочных ра ботах баритовой штукатурки, рекомендован способ повышенн стойкости отделочных материалов, предложены пути совершенс твования математической модели и методики проведения иссле цований. Заключение подводит итог выполненных ра~паботок.

На .чздиту выносятся:

- математическая модель процесса возникновения давлеш газа в порах строительных материалов при их замачивании;

методика определения давления газа в порах строители

- f -

ных материалов при их замачивании;

■ рекомендации по увеличению эксплуатационной надежности пористых строительных материалов, подверженных воздействию влаги.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Анализ состояния вопроса. К настоящему времени накоплен большой объем теоретической и практической информации, касающейся основных характеристик самых разнообразных строительных материалов. Теория и методика определения таких характеристик, cjiy.r.cuiv'o белой дальнейшего прогресса в обеспечении Различных отраслей народного хозяйства строительными материалами, развиты в трудах крупнейших ученых и руководимых ими коллективах. Существенна роль Ахвердова Н.И., Баженова Ю.М., Бруссера Е.И., Горчакова Г.И., Жиленкова В.Н., Иасберга В.М., Ребиндера П. А., Цытовича Н.А., Элбакидзе М.Г. и других, хорошо известны достижения научно-исследовательских институтов и предприятий таких как ВНИИГ им. Веденеева, ряда специализированных отделов и лабораторий отраслевых НИИ. Отмечая большие успехи в области исследования характеристик строительных материалов, следует подчеркнуть, что в изучении характеристик капиллярно-пористых строительных материалов имеется ряд важных задач, требующих скорейшего решения. Одной из них является задача совершенствования расчета напряженного состояния строительных конструкций на основе учета ••давления газа в порах строительных материалов при их смачивании. Отставание в этом направлении определяется тем, что не обеспечивается универсальность учета дополнительного норового давления при смачивании пористых материалов, поскольку в настоящее времл проводится в отдельных случаях лишь ряд мероприятий по снятию дополнительного порового давления, оценка его величины для критических условий не делается, те-оретическо- объяснение рассматриваемого явления и ■ аналитические зависимости, теоретически строго его описывающие, практически отсутствуют, как нет ч всесторонне обоснованной методики изучения давления газа- в порах.

Tait, показательными в этом отношении являются интерес-

- в -

ные и достаточно глубокие иссследования В.Н.Жиленкава. В его трудах описаны косвенные методы определения изменения давления газа в порах строительных'материалов при их смачивании. При экспериментальном изучении бетонных образцов в лабораторных условиях установлено, что при увлажнении идет интенсивное выделение воздуха из поровой системы плотного бетона, в то же время учет и измерение давления газа в порах затруднено из-за отсутствия соответствующей базы приборов.

В работах Жиленкова В.Н., Цытовича H.A., проводивших исследования явления всасывания экспериментальным путем в лабораторных условиях, показано, что величина давления в плотном бетоне высока и достигает значения 20 м водного столба.

Следует отметить, что в специальной литературе по об-сувдаемоу вопросу практически отсутствует рассмотрение такого важного аспекта, как оценка точности полученных экспериментальным путем характеристик. Последнее обстоятельство немаловажно ввиду'требований к объективности учета действия возмущающих факторов при проектировании строительных объектов из пористых материалов,

Такую ситуацию никак нельзя назвать удовлетворительной. Нужен принципиально новый подход к организации учета изменения давления газа в порах строительных материалов при их смачивании, • который- включал-бы теоретическое обоснование и практические методы такого учета. Только такой подход даёт возможность объективного технического анализа характеристик пористых строительных материалов, способствует созданию условий безотказной и эффективной работы строительных конструкций из них, обеспечивает раннее обнаружение дефектов, оптимизацию ресурсов, обслуживания и ремонта инженерных объектов .

Теоретическое обоснование решения задачи базируется не общих принципах создания систем изучения физического явления и им°ет целью разработку методики определения изменения давления газа в порах строительных материалов при их смачивании. Всё многообразие и сложность возмущающих факторов сведены к нескольким основным, а именно, к пористости, влажности и габаритам конструкции (вход системы). На выходе систем!

имеем дополнительное давление газа в порах. Внутренняя структура строительной конструкции из пористого материала представляет собой физическое тело с порами и находящимся в них газом. С точки зрения исследования характеристик материала внешнее' проявление свойств системы - реакция давления газа в порах на смачивание - предопределяется внутренней структурой материала. Весьма важной предпосылкой разработки математической модели явились результаты предварительно проведенных экспериментов на глине, гипсе и бетоне, позволивших выявить, что основными воздействующими на величину порового давления факторами являются начальная, конечная влажность материала, егс пористость и глубина проникновения влаги в ■виде жидкости.

Разработки выполнены при следующих предпосылках: первостепенным вопросом является определение свойств изучаемой системы с установившимися характеристиками физического процесса и разработка на этой основе теории и методики контроля .изменения давления газа в порах строительных материалов при их смачивании; теория и методика определения дополнительного порового давления должны быть представлены в возможно более общей форме, обладать общностью для широкого класса строительных материалов и обеспечить надежное определение искомых параметров при минимально необходимой исходной информации; измерения и расчеты производятся при действии на строительную конструкцию возмущаклЦих факторов в условиях квазистационарной системы, при таком времени смачивания, когда геометрические параметры пор остаются неизменными; входные возмущающие воздействия являются следствием учтенных факторов (объектов измерений) - пористости, влажности (известного закона ее изменения во времени) и габаритов конструкции, времени; выход системы - дополнительное давление газа в порах; масса газа остается одинаковой при изменении порового давления, кроме того, она находится в замкнутом пространстве, а весь процесс рассматривается до наступления равновесного состояния; достоверность выхода системы должна подтверждаться надежной оценкой точности полученных результатов

Принят также ряд общеизвестных ограничений, обычных при исследовании характеристик строительных . материалов: - неучет'

второстепенных возмущающих факторов, постоянство и известность температуры и атмосферного давления на моминт исследований или расчетов.

Разработка модели механизма вивникноРения норового давления выполнена, с.физической точки зрения на основе непосредственного анализа физического процесса изменения давления в идеальных газах, подчиняющихся закону Клайперона-Менделее-ва. Внешнее параметрическое воздействие на конструкцию иэ пористого материала характеризуется изменением влажности. Структура и свойства процесса возникновения дополнительного порового давления представлены полученной автором зависимостью, посредством которой каждой реализации внешнего воздействия приводится в соответствие реализация поведения исследуемого процесса, выходным параметром является приращение давления газа в порах. Суть механизма возникновения порового давления видна из рис.1.

В /////////// -

л ///// ////

а //// У/1 /// Ыо

г ///// ////

а ///////////

газо- и водонепроницаемый слой

Рис.1

Элемент строительгюй конструкции длиной !. -.участок конструкции с начальной влажностью Щ. Участок йь увлажненная часть элемента с влажностью Ыя. Из рисунка видно, что на элементарном участке (назовем его приращением Ди происходит увлажнение материала и переход от влажности к Мг. значит и изменение давления воздуха внутри пор. ,

С учетом закона Клайперона-Менделеева, рассматривая давление для двух состояний изучаемой системы - при влажности Щ и У/г -, была получена математическая модель в виде

сш ДЬ С W2 - Wl ] Др - - . (1)

где с - постоянная; ш = У-р - масса гааа; р - плотность газовой фазы; ЛЬ - глубина смачивания; - влажность (в процентах) на отрезке смачивания; - начальная влажность материала (в процентах); I - длина исследуемого участка образца материала.

Совершенствование математической модели (1) выполнено путем учета в ней п •- показателя политропы. Получено выражение

ср{[К100-Ы1)]п - 1Ц100-Щ)+Ы(Щ-У2)}п>

Др = -,-------- , (2)

[Ц100-М1) ]п-1*(1 (100-№1)+Л1Д№1-\>/2) ]

При проведении теоретических расчетов, при организации эксперимента и его анализе проверка достоверности итогов всего комплекса исследований является существенной составной частью решения поставленной задачи. Поэтому, в работе, с использованием положений теории ошибок, полагая входящие в формулы (1) и (2) аргументы некореллированними, были получены формулы средних квадратических ошибок (ско) определения дополнительного порового давления в зависимости от ско входящих в формулы (1) и (2) аргументов.

Критерием адекватности математической модели (1) и ее усовершенствованного варианта (2) реальному физическому процессу является соответствие предрасчитанных по указанным формулам величин давления экспериментально найденным значениям (в предел;\х точности их определения). Так, применяя выражение (1) для бетона, твердевшего в нормальных условиях, при пористости п = 12,АХ, длине конструкции I, ■= 10 м, влажности до смачивания Ы1 = ?Х и после смачивания - 73%, глубине проникновения влаги ДЬ - 8,7 м и р = 1,29 кг/мэ имеем, при таких экстремальных условиях, дополнительное давление до 162 кПа. По опытным данным Жиленкова В.Н., проводив-' шем эксперимент на тяжелых плотных бетонах в условиях, аналогичных тлиеприпятим в нашем примере, Дополнительное пора-

вое давление достигало величины 15 - 20 м. вод. ст. (иначе 1Б0- 200 кПа). Это достаточно хорошо соответствует расчетным теоретическим значениям, найденным по формуле (1). Далее, в работе установлено, что точность определения величин дополнительного порового давления газовой фазы составляет (в процентном отношении) 4%. Такая точность предвычисления порового давления приемлема, если учесть, что в большинстве случаев все расчеты в строительстве выполняются в границах 5%. Использование указаннных данных в формуле (2) дало йр = 165 368 Па, при ско его определения 2.14%.

К теоретическим разработкам диссертации относится и адаптирование параметрического способа метода наименьших квадратов к оценке точности параметров уравнений, определяемых на основе обработки экспериментальных данных, и предвы-численным по этим уравнениям значениям порового давления. В дополнение к известному решению системы линейных уравнений, получаемых при .линеаризации графически подобранных зависимостей, получено выражение для нахождения матрицы обратных весов искомых оценок параметров. Используя диагональные элементы этой матрицы и заранее заданное значение ско единицы веса, можно найти ско параметров уравнений и величин дополнительного давления, рассчитываемых по экспериментальным зависимостям.

Для получения устойчивого решения системы исследуемых уравнений был применен метод сингулярного рааложения при обращении матрицы коэффициентов при неизвестных.

Поскольку при оценке точности нужно находить частные производные от функций сложного вида, разработан алгоритм вычисления таких производных по методу численного дифференцирования.

Таким образом, разработанные математическая модель и алгоритмы позволяют предусматривать возможно!, ь .наступления критического состояния строительных конструкций ив пористых Материалов при их вамачиваний и оценить точность результатов *аких расчетов.

Эксперимент.- Экспериментальные.исследования были осуществлены в два этапа: эксперименты с целью определения 8а-Вйнимости давления в порах от времени замачивания пористыз

материалов и выявления основных факторов, влияющих на величину этого давления, и эксперимент для проверки адекватности разработанной математической модели реальному полю данных.' Первый этап экспериментов выполнен на суглинке, гипсе и бетоне. Эксперимент на суглинке проводился во ВНИИГ им. Веденеева на суглинках Рогунского месторождения. Был применен фильтрационно-компрессионный прибор Ш1-2, в рабочую камеру которого входит, в зависимости от укладки, от 1 до 1,5 кг грунта. К рабочей камере был присоединен манометр. Влажность грунта менялась от 10 до 0,1%, а давление - соответственно от 1 до 3,5 кгс/м2. По показаниям манометра снимались значения давления в разные моменты времени. Каждый опыт продолжался от 1,5 до 4 часов. После достижения определенной величины изменения давления не наблюдалось, очевидно, это происходило после полного смачивания образца грунта водой при достижении равновесного состояния. По полученным данным были построены опытные кривые (рис.2), которые наглядно демонстрируют мгновенный характер процесса возникновения порового давления и изменение параметров кривых на графиках в зависимости от начальной, конечной влажности грунта и плотности его укладки, то есть пористости. Исследование на гипсе выполнялось на гипсовых кубах 7x7x7 см с водогипсовым отношением 0.В7, марка гипса Г2, возраст 2 суток. Кубы выдерживались в сушильном шкафу двое суток при температуре 60 ± 5°, покрывались парафином и снабжались двумя трубками, погружаемой в образец соответственно до его середины и На 1.5 см. Трубки соединялись с манометрами. В результате опускания образцов в воду в первые б минут произошло разрушение парафиновой изоляции около трубки, заглубленной в образец на 1.0 см. Равновесное сос?ояние Наступило через 2 и 3 суток соответственно в двух проводившихся на гипсе опытах. Эксперимент на бетонных образцах (возраст жетона 2 месяца^ размером 10x10x10 см выполнялся по методике, приведенной выше. Проведено б опытов. Кривые изменения Норового давления по своем* виду аналогичны показанным на рис.2. Равновесное состояли? наступаю череа 1+3 часа.

Построенное по результатам экспериментов кривые,повво-

Кривые дополнительного давления но результатам опытов на суглинке

Рис.2

лили сделать вывод о подобии кривых и описать их уравнением вида:

-a*t I

p(t) » ро + (а a t - рп) * е , (3)

где ро - это то значение давления от начала графика кривой, к которому оно стремиться с течением времени (давление при равновесном состоянии); t - время; а и a - коэффициенты.

Определение оценок параметров уравнения (3) выполнено путем совместной обработки результатов опытов соответственно каждого из 2-х экспериментов.

Разработан алгоритм определения оценок параметров, подсчета их ошибок и итоговой ошибки предрасчета дополнительного порового давления по найденным зависимостям. Важной практической задачей является сравнение двух ошибок: первой - ошибки предрасчета порового давления в зависимости от ошибок найденных оценок параметров и ошибки отсчета времени смачивания - и второй - найденной по отклонениям измеренных значений давления от подсчитанных по подобранной зависимое-

ти. Получены алгоритмы сопоставления указанных ошибок.

Составлены программы для ЭВМ, с использованием которых получены оценки параметров аналитических аппроксимирующих зависимостей и найдены ско предвычисления порового давления по ним а также ско аппроксимации. В диссертации, на основе разработанных алгоритмов и программ, выполнены необходимые расчеты и приведены подробные результаты обработки данных по всем экспериментам. Ско предвычисления дополнительного- пооо-вого давления не превысила 5%.

Подобранные аппроксимирующие зависимости позволили наглядно оценить практически мгновенный характер возникновения дополнительного давления при смачивании пористых строительных материалов (максимальное давление на глинах до 3.5 кПа возникало после смачивания через 18 секунд, на гипсе до 114 Па - через 1 минуту, на бетоне возраста 2 месяца - до 300 Па за 16 минут и до 800 Па - за 2 часа. Кроме того, найденные аналитические зависимости дали возможность (при сходных о условиями проведенных экспериментов) установить не только скорость, но и величину воздействия давления при смачивании капиллярно-пористых ,ел.

С целью выявления основных факторов, влияющих на параметры аналитических аппроксимирующих зависимостей и, тем самым, на процесс порового давления при смачивании пористых ситроительных материалов, был выполнен корреляционный аналив результатов измерений и вычислений. Несмотря на ограниченность зыборки, в ряде случаев была обнаружена достаточно четкая зависимость порового давления от условий опытов -так, степень влияния основных факторов на поровое давление характеризовалась коэффициентами корреляции между начальной, конечной влажностью, плотностью образцов и найденными оценками параметров в пределах 0.5 + 0.98.

Таким образом, первый эксперимент позволил характеризовать дейстьие дополнительного давления в пористых материалах при их замачивании как мгновенное, предварительно установить зависимость характера протекания процесса порового давления от начальной, конечной влажности, плотности материала и глубины смачивания и создать предпосылки для разработки математической модели исследуемого явления.

- 16 -. *

■Второй этап эксперимента состоял в исследовании порово-го давления при замачивании образцов бетона' с фиксацией начальной, конечной влажностей, пористости, глубины и времени замачивания. Проверялись, а по мере надобности и обновлялись, влаго- и вовдухоизоляция бетонных кубов размером 10x10x10 см. Бетон ранее был подвергнут замачиванию, затем высушен, и на нем ставился повторный эксперимент с целью определения влияния на цементный камень неоднократного замачи- . вания. При проведении эксперимента снимались показания с манометров, затем выполнялась обработка результатов измерений.

Зафиксирован максимальный коэффициент корреляции -0.98 между параметром ро и влажностью . Коэффициенты корреляции между глубиной замачивания и параметрами а и а одинаковы (по модулю) и равны 0.55.

В результате обработки результатов измерений и сравнения измеренных величин порового давления и его значений, предвычисленных по зависимостям (1) и (2) установлено, что расхождения между ними не превышают 4 Таким образом, был§ полностью и достоверно подтверждена адекватность разработанной математической модели экспериментальному полю данных.

■ Рекомендации. Теоретический анализ и эксперименты дали основание предложить способ повышения надежности работы облицовки. Его суть заключается в том, что силы сцепления между облицовкой и конструкцией повышаются за счет дренажных отверстий по стыку облицовки, заполненных дренирующим материалом, обеспечивающим отток воздуха. Подана заявка на изобретение "Повышение надежности работы облицовки", получено положительное решение. Даны рекомендации по увеличению эксплуатационной надежности пористых строительных материалов на примерах использования разработанной математической модели при расчете бетонного покрытия взлетной полосы международного аэропорта в г. Новосибирске и применения в отделочных работах баритовой штукатурки.

Таким образом, методик определения дополнительного порового давления газа в порах строительных материалов при их замачивании и рекомендации по ее применению основаны на результатах теоретических и экспериментальных исследований и включают: методологические принципы; рабочий алгоритм для

адаптации математической модели к процессу выявления характеристик строительных материалов и к оценке их точности; технические средства измерений; алгоритм обработки экспериментальных данных и их содержательную интерпретацию; назначение путей последующего уточнения математической модели и искомых параметров.

Методологические принципы подчинены цели проведения теоретических и натурных исследований в таком объёме и при таких условиях, которые обеспечивают, получение необходимой и достаточной информации для определения доплнйтельного давления газа при замачивании пористых строительных материалов. Они предусматривают: анализ имеющейся на момент исследования информации; изучение и, при возможности, корректировку математической модели объекта;. тщательное и обоснованное проведение эксперимента (подготовка - формулирование-задачи измерений, их планирование с . указанием последовательности , средств измерений, размещения аппаратуры, мер по обеспечению заданных условий; собственно измерения - обеспечение заданных условий для измерений, обеспечение фиксации входных и выходных сигналов; математическая обработка - преобразование априорных и экспериментальных данных в искомый результат с оценкой точности; выбор механизма анализа результатов эксперимента и подтверждения адекватности математической модели экспериментальному полю данных.

Рабочий алгоритм состоит из: достаточно простых и удобных для программирования на ЭВМ формул предрасчега и априорной оценки точности дополнительного давления газа при замачивании пористых строительных материалов; адаптированного для решения поставленной задачи алгоритма обработки данных по методу наименьших квадратов, предусматривающего, в том числе, и оценку точности искомых оценок параметров.

. Средства измерений следует выбирать в зависимости от технических, лабораторных (производственных) и других условий, но 'ни должн- включать установки для изготовления опытных образцов (сушильные шкафы типа СНОЛ-2,Б.2,5.2,5/2М), приспособления или материалы для размещения их в замкнутом объеме (пифыгие образцов парафином, лачкой лентой, оклейка водостойкими клеями, поливинилхлоридной пленкой), приспособ-

ления и устройства для смачивания в запланированном режим« (фильтрационно-компрессионные приборы типа ФКП-2), датчики I приборы входных и выходных сигналов (типа манометра МПЗ-З или М-1/4, пьезометра), а также аппаратуру для фиксации возможных возмущающих воздействий (термометры, барометр, поро-мер типа ПорСайзер 9300).

Алгоритм обработки экспериментальных данных, являяс] органической составной частью всего рабочего алгоритма, имеет целью определение надежных оценок параметров по результатам измерений, что обеспечивается применением одного из самых современных математических методов получения у стойчивы; решений - метода сингулярного разложения.

Рекомендуемые пути последующего уточнения математичес кой модели и искомых параметров: накопление статистическое материала и применение для его обработки рекуррентных мето дов исследования пространственно-временных ряцов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Теоретические и экспериментальные исследования ран ной работы послужили научно-технической основой решения за дачи, имеющей важное народнохозяйственное значение и закжо чающейся в создании предпосылок совершенствования расчет прочности строительных конструкций на основе учета давлени газа в порах строительных материалов при их смачивании.

2. Разработана математическая модель, которая представ дяет собой зависимость величины изменения поровнго давлени от пористости (выраженной косвенно через объел« пор, занять' водой), начальной и установившейся на данный момент времен влажностей исследуемого материала. Поставлен и решен вопрс оценки точности определения порового давления с учетом оши бок входящих в указанную зависимость величин, то есть в""'-' априорного оценивания ошибок,

3. Создана методика определения дополнительного давл<= ния газа в порах строительных материалов при их смачивант включающая: методологические принципы; рабочий алгоритм.д; адаптации математической модели к процессу выявления лараз-теристик строительных материалов и к оценке их точност!

- -

технические средства измерений; алгоритм обработки экспериментальных данных и их содержательную интерпретацию; назначение путей последующего уточнения математической модели и искомых параметров.

4. Выполнены эксперименты на суглинках, гипсовых п га-тонных кубах. Получены зависимости, подтверждающие теоретические расчеты. Сходимость теоретических и экспериментальных результатов не превышает 5%, что подтверждает адекватность математической модели экспериментальному полю данных.

5. Для решения поставленной задачи адаптирован алгоритм обработки данных по методу наименьших квадратов и использования метода сингулярного разложения для получения устойчивого решения. Предусмотрена оценка точности искомых оценок параметров.

6. Разработки доведена дс я$аШй«ского использования и содержат программы реализации алгоритмов на ЭВМ. Подана заявка на изобретение "Повышение надежности работы облицовки", на заявку получено положительное решение.

7. Рекомендации по результатам исследований предназначены для широкого класса пористых строительных материалов, в первую очередь для цементного {«змня, гипса, глин.

8. В целом разработанная методика обеспечивает объективное изучение дополнительного давления газа при замачивании пористых строительных материалов. Выполненные исследования дают возможность существенно развить методы исследования характеристик строительных материалов и ошибок определения таких характеристик.

Публикации по теме диссертации :

1. Белан В.И., Бахтина Н.Г. Определение давления пр^ закачивании в пористых материалах//Материалы, технология, организация и экономика строительства. В сб. тезисов докладов научно-технической конференции (часть 2), - апрель 1993 г., - НИСИ им.В.В.Куйбышева, Новосибирск, - с. 102. Белан В.И., Бахтина Н.Г. Определение давления при замачивании в пористых материалах//В сб.. Прогрессивные материалы и технологии для строительства. Тезисы докладов между-

народной конференции по проблемам использования вторичногс сырья и производства строительных материалов, книга 3, 7-Е апреля 1994 г., Владивосток, - с. 73+74.

3. Белан В.И., Бахтина Н.Г. Об эффекте, возникающем при кратковременном замачивании в пористых строительных материалах. //Повышение долговечности конструкций сельскохозяйственных зданий и сооружений. Международный сб. научных трудов. -•-НГАУ, Уралосиб. дом эконом, и научно-техн. пропаганде о-ва "Знание" РФ. - Н.,- 1994. - с.92+96.

4. Белан В.И., Бахтина Н.Г. Повышение надежности работг облицовки (Положительное решение, от 05.09.95 г. на заявку г 93038260/33 от 23.07.93 г.).

5. Белан В.И., Бахтина Н.Г. Давление в порах бетона 1 зависимости от пористости и влажности//Сб. тезисов докладо! научн.-техн. конфер.-(часть 2). - апрель 1Э95 г..- с.З.

6..Белан В.И., Бахтина Н.Г. Результаты проведения экспериментов по определению порового давления при кратковременном 8амачивании//Сб. тезисов докладов научн.-техн. кон-, фер. (часть 2). - апрель 1995 г.. - с:17.

7. Белан В.И., Бахтина Н.Г. Основные факторы, влияющие на поровое давление в бетоне при кратковременном замачивании. //Известия вузов. Строительство - 1995. - N 10. -с.55-58.

Волксгаа Наталья Геннадьевна

ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ В ПОРАХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ИХ ЗАМАЧИВАНИИ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано к печати 14.11.95 Формат бумаги

60x84 I/16 д.л. Бумага писчая белая. Печать офсетная. Объем 1.25 п.л. уч.-изд л. Тираж 100 экз. Заказ N 274. Бесплатно

Новосибирская государственная академия строительства Новосибирск, 8, Ленинградская 1^3

Отпечатано мастерской оперативной полиграфии НГАС