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

л

, дополнительное давление газовой.фазы в порах строительных'материалов при их {замачивании

■' 1

05.23.05 -«Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на, соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск

Работа выполнена в Новосибирской государственной акад( мии строительства, на кафедре строительных материалов и спе| технологий. .

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 '"1 ? '-ЧЕ^Адр^ 1895 в 10часов на заседании диссертационного .совета' 064.04.01 при Новосибирской государственной академии стрс тельства по адресу: 630008, Новосибирск, 8, Ленинграда« 113, НГАС. (ауд. 306). ч'

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НГАС. • Автореферат разделан 'Ив "-Ноя.епэ 1995 г.

Ученый секретарь' \

специализированного совета /чл/и л Т.Ф. Катко

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. В теории и практике строительства особое внимание уделяется изучению основных характеристик строительных материалов. К таким характеристикам относятся прочность, морозостойкость, 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 величин давления газа в порах. Накопленный опыт показывает, что по-ровое давление существенно влияет на надежность работы сгро-' ителышх конструкций на пористых материалов. Во-первых, его действие практически мгновенно, и, во-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,, Бакенов Ю.М., Белан В.И., Гольдштейн М.Н., Горчаков Г.И., Жиленкаа ВЛ., Катит М.М., Скрамтаев Б.Г., Фрейссине Е., Цытович H.A. и других. В этих работах описываются преимущественно роаультаты экспериментов по исследованию других факторов, таких как'коэффициенты диффузии, тепло- и массоперенос водяных паров, а влияние порового давления на состояние инженерных сооружений нз пористых материалов анализируется как дополнительный фактор. Прямим шученнсм порового давления наиболее глубоко занимался проф., д.т.н. В'.И.Болан. Им впервые

четко и однозначно отмечена необходимость серьезного и тщательного и следования этого важного и малоизученного свойства строительных материалов и влияние его на надежность работ конструкций из капиллярно-пористых тел. Однако покг концепция исследования норового давления опирается на известные теории миграции влаги в пористых средах, причем отсутствует теоретическое обоснование и формулы, которые давали- бы возможность подсчитать величину давления газа в порах при замачивании 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 увеличен™ 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 вакономерностей влияния газа в порах строительных материале ,"в анализе изменения давления в порах по математическим вавк имостям, полученным в результате обработки зкепейи-ментальных данных, в исследовании их точности.

Экспериментальные исследования включали определение поч рового давления при смачивании опытных образцов глины, гипса

- Б -

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

Научная новизна :i значимость диссертации заключается в: расширении тематики исследований характеристик строительных материалов; разработке, епервые ь 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 материалов 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 0 приложений. Список использованных литературных источников содержит 120 наименований трудов отечественных и зарубежных аьторов.

Во введении дается обоснование актуальности темы иссле-довапий. 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 по теме работы публикации касалтся, главным образом, косвенной интерпретации результатов экспериментальных- исследований и изучения закономерностей парового давления по подобранным аппроксимирующим уравнениям. Описаны предварительные результаты экспериментов на образцах из глины, гипса и бетона. Из про-( веденного анализа показано, что для многих пористых материа-

- о -

лол увеличение влажности вносит существенное дополнителы напряжение в строительные конструкции, а по времени раз в и-; порового давления носит мгновенный характер. В то же вр< фактически отсутствует теоретическое обоснование мехэди; учета дополнительного порового давления при смачивании I ристых материалов. В итоге исследований , выполненных в п< вой главе, сформулирована решаемая в диссертации зада' Поставлена цель работы. Во второй главе наложена единая т, ретическая концепция разработки методики определения фак' ческого давления газа, создаваемого движением влаги по с] теме пор материала. Концепция включает методологические в( росы, создание математической модели, ее анализ на осн! экспериментальных данных, подход к оценке точности парам ров, получаемых из теоретических расчетов и из результа обработки опытных данных. Третья глава отводится эксперим тальной проверке адекватности разработанной математичес модели реальному физическому процессу возникновения допол тельного давления газовой фазы при замачивании порис строительных материалов. Описаны эксперименты и математич кая обработка их результатов. Показана хорошая сходимо опытных данных с величиными, рассчитанными по предложен формулам. Приведены алгоритмы подбора аппроксимирующих ур нений и оценки точности определяемых по этим уравнениям раметров. Четвертая глава логически завершает теоретичес И экспериментальную части диссертации и содержит описа применения разработанной методики для увеличения эксплуа ционной надежности пористых строительных материалов. При дено использование разработанной математической модели расчете бетонного покрытия взлетной полосы международа аэропорта в г. Новосибирске, при применении в отделочных ботах баритовой штукатурки, рекомендован способ повыше стойкости отделочных материалов, предложены пути соверше твования математической модели и методики проведения исс цований. Заключение подводит итог выполненных ра-паботок.

На защиту выносятся:

- математическая модель процесса возникновения давл? газа в порах строительных материалов при их замачивании; методика определения давления газа в порах строит«

- ? -

кых 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, служащие базой 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., Насберга В.М., Ребиндера П.А., Цытовича H.A., Элбаквдзе 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 смачи-вачии. 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.

Taie, показательными в этом отношении являются интерес-

- а -

ные и достаточно глубокие исследования В. К. Жйленкова. В er трудах описаны косвенные методы определения изменения давле ния газа в порах"строительных материалов при их смачиванм При экспериментальном изучении бетонных образцов в лаборг торных условиях установлено, что при увлажнении идет интег сивное выделение воздуха из поровой системы плотного бетонг в то же время учет и измерение давления газа в порах затру; нено из-за отсутствия соответствующей базы приборов.

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

Следует отметить, что в специальной литературе по Об суждаемоу вопросу практически отсутствует рассмотрение такс го важного аспекта, как оценка точности полученных экспери ментальным путем характеристик. Последнее обстоятельство не маловажно ввиду требований к объективности учета действи возмущающих факторов при проектировании строительных объек тов из пористых материалов.

Такую ситуацию никак нельзя назвать удовлетворительной Нужен принципиально новый подход к организации учета измене ния давления газа в порах строительных материалов при и смачивании, •который- включал-бы теоретическое обоснование практические методы такого учета. Только такой подход даё возможность объективного технического анализа характерней пористых строительных материалов, способствует созданию ус ловий безотказной и эффективной работы, строительных коне трукций из .них, обеспечивает раннее обнаружение дефектов оптимизацию ресурсов, обслуживания и ремонта инженерных обт ектов.

Теоретическое обоснование решения задачи базируется в общих принципах создания систем изучения физического явлен» и им^ет целью разработку методики определения изменения даЕ ления газа в порах строительных материалов при их смачивз нии. Всё многообразие и сложность возмущающих факторов све дены к нескольким основным, а именно, к пористости, влажное ти 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, его 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 перового 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 возмущающих 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 момчнт исследований или расчетов.

Разработка модели механизма ъиыштаР^сШ1> норового давления выполнена, с физической точки зрение на основе непосредственного анализа физического процесса изменения "явления в идеальных газах, подчиняющихся закону Клайперона-менделее-ва. Внешнее параметрическое воздействие на конструкцию из 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 //// щ ///

г ///// ////

а ///////////

ы

газо- и водонепроницаемый слой

Рис.1

/

Элемент строительной конструкции длиной !. - участои конструкции с начальной влажностью Щ. Участок Ль увлажненная часть элемента с влажностью На рисунка видно, ч?с на элементарном участке (назовем иго приращением ДЬ) происходит увлажнение материала и переход от влажности к Ыг, значит и изменение давления воздуха внутри пор.

С учетом закона ¡01 айперона-Менделеева, рассматрива! давление для двух состояний изучаемой системы - при влажности №1 и -, была получена математическая модель в виде

ст ЛЬ [ У/г - Щ ] Др - -=-— . (1)

ьидо-и^^аоо-и^+дии^г)]

где с - постоянная; ш » У-р - масса газа; р - плотность азовой фазы; ЛЬ - глубина смачивания; - влажность (в ¡роцентах) на отрезке смачивания; - начальная влажность итериала (в процентах); Ь - длина исследуемого участка об-)азца материала.

Совершенствование математической модели (1) выполнено 1утем учета в ней п •- показателя политропы. Получено выраже-ше

ср{(Ц100-\^Пп - 1иШ0-^1)+ЛШ1-и2Лп>

др „ -,--------( (2)

[КЮО^!))""1*^ (100-\^)+ЛЬ(И1-У2)]п

При проведении теоретических расчетов» при организации эксперимента и его анализе проверка достоверности итогов всего комплекса исследований является существенной составнЬй частью решения поставленной задачи. Поэтому, в работе, с использованием положений теории ошибок, полагая входящие в формулы (1) и (2) аргументы некореллировашшми, были получены формулы средних квадратических ошибок (ска) 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;« точности их определения). Так, применяя выражение (1) для бетона, твердевшего в нормальных условиях, при пористости п = 12,4%, длине конструкции Ь = 10 м, влажности до смачивания V/1 = 7% и после смачивания иг - 73Х, глубине проникновения влаги Дь 8,? м и р = 1,29 кг/м3 имеем, при таких экстремальных условиях, дополнительное давление до 162 кПа. По опытным данным Жиленкова В.Н.,.проводив-' шем эксперимент на тяжел*и; плотных бетонах в условиях, аналогичных гышепринятым 1) нашем примере, Дополнительное поро-

вое давление достигало величины 15 - 20 м. вод. ст. (иначе 1Б0- 200 кПа). Это достаточно хорошо соответствует расчетныи теоретическим значениям, найденным по формуле (1). Далее, I 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 укаэаннных данных в формуле (2) дало Др = 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 разложения 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 из пористых материалов при их замачивании и оценить точность результатов Яаких расчетов.

Эксперимент.. Экспериментальные.исследования были осуществлены в два этапа: эксперименты с целью определения зависимости давления в порах от времени замачивания пориотьс

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. Бил применен фильтрационно-компрессионный прибор ФКП-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 О,IX, 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 0.67, марка гипса Г2, возраст 2 суток. Кубы выдерживались в сушильном шкафу двое суток при температуре 60 ± 5°, покрывались парафином и снабжались двумя трубками, погружаемыми 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 труб!®, заглубленной в образец на 1.0 см. Равновесное состояние наступило через 2 и 3 суток соот-вет:твенно в двух проводившихся на гипсе опытах. Эксперимент на бетонных образцах (возраст оетона 8 месяца'1 размером 10x10x10 см выполнялся по методике, приведенной вьппе. Проведено 5 опытов. Кривые изменения порового давления по своему виду аналогичны показанным на рис.2. Равновесное состояли^ наступапо через 1 + 3 часа.

Построенные по результатам экспериментов кривые повво-

Кривые дополнительного давления по результатам опытов на суглинке

4р№0

Рис.2

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

Р(Ь) - ро + (а * I - ро) * е , (3)

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

Определение оценок параметров уравнения (3) выполнено путем совместной обработки результатов опытов соответственно ,каждого иа 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-

и. Получены алгоритмы сопоставления указанных сшибок.

Составлены программы для ЭВМ, с использованием которых олучены оценки параметров аналитических аппроксимирующих ависимогтей и найдены ско предвычисления порового давления о ниь а также ско аппроксимации. В диссертации, на основе аэработанных алгоритмов и программ, выполнены необходимые •асчеты и приведены подробные результаты обработки данных по юем экспериментам. Ско предвычисления дополнительного поросло давления не превысила 6%.

Подобранные аппроксимирующие зависимости позволили наг-1ядно оценить практически мгновенный характер возникновения дополнительного давления при смачивании пористых строительны); материалов (максимальное давление на глинах до З.б кПа возникало после смачивания через 18 секунд, на гипсе до 114 Па - через 1 минуту, на: бетоне возраста 2 месяца - до 300 Па за 15 минут и до 800 Па - эа 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 к;-лиллнрно-1юристых гел.

С цельй выявления основных факторов, влияющих на параметры аналитических аппроксимирующих зависимостей и, тем самым, на процесс поророго давления при смачивании пористых ситроительных материалов, был выполнен корреляционный анализ результатов измерений и вычислений. Несмотря на ограниченность выборки, з ряде случаев была обнаружена достаточно четкая зависимость порового давления от условий опытов -так, степень влияния основных факторов на поровое давленае характеризовалась коэффициентами корреляции между начальной, конечной влажностью, плотностью образцов и найденными оценками параметров в пределах 0.6 *■ 0.98.

Таким образом, первый эксперимент позволил характеризовать дейстг.ие 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.

■Второй этап эксперимента состоял в исследовании порово-го давления при замачивании образцов бетона'с фиксацией начальной, конечной влажностей, пористости, глубины и времен! замачивания. Проверялись, а по мере надобности и обновлялись, влаго- 'И воздухоиэоляция бетонных кубов размеров 10x10x10 см. Бетон ранее был подвергнут замачиванию, аате& высушен, и на нем ставился повторный эксперимент с целью определения влияния на цементный камень неоднократного замачивания. 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 парового давления и его значений, предвычисленных по зависимостям (1) и (2) установлено, что расхождения между ними не превышают 4 X. Таким образом, бьищ 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, методшса определения дополнительного по-рового 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; назна-1ение 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 доплн'ительного 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 7 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 предрасчета 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 СН0Л-2,5.2,5.2,5/2М), приспособления или материалы для размещения их в замкнутом объеме (Жсрытие образцов парафином, Л'пкой лентой, оклейка водостойкими клеями, Поливинилхлоридной пленкой), приспособ-

ления и устройства для смачивания з запланированном ре» (фильтрационно-компрессионные приборы типа ФКП-2), датчик приборы входных и выходных сигналов (типа манометра МП или М-1/4, пьезометра), а также аппаратуру для фиксации е можных возмущающих воздействий (термометры, барометр, пс мер типа ПорСамзер 9300).

Алгоритм обработки экспериментальных данных, явля органической составной частью всего рабочего алгоритма, V ет целью определение надежных оценок параметров по резуль там измерений, что обеспечивается применением одного из мых современных математических методов получения у:тойчи решений метода сингулярного разложения.

Рекомендуемые пути последующего уточнения математик кой модели и искомых параметров: накопление статистичесн материала и применение для его обработки рекуррентных ме дов исследования пространственно-временных рядов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

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

2. Разработана математическая модель, которая предсч дяет собой зависимость величины изменения порового давле от пористости (выраженной косвенно через объе»« пор, заш водой), начальной и установившейся на данный момент вреь влажностей исследуемого материала. Поставлен и решен вог оценки точности определения порового давления с учетом с бок входящих в указанную зависимость величин, то есть вг-> априорного оценивания ошибок.

3. Создана методика определения дополнительного дш ния газа в порах строительных материалов при их смачива! включающая: методологические принципы; рабочий алгоритм адаптации математической модели к процессу выявления л ¿у теристик строительных материалов и к оценке их точное

-

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

4. Выполнены эксперименты на суглинках, гипсовых п ое-, 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 доведены дс- ^лтА ф№Ш*тжого 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 камня, 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 иссследова-ния характеристик строительных материалов и ошибок определения таких характеристик.

Публикации по теме диссертации :

1. Белан В.И., Бахтина Н.Г. Определение давления пр>. .ачивании в пористых материалах/УМатериалы, технология,

организация и экономика строительства. В сб. тезисов докладов научно-технической конференции (часть 2), - апрель 1993 г., - НИСИ им.В.В.Куйбышева, Новосибирск, - о. 10.

2. Белая 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 вторично сырья и производства строительных материалов, книга 3, ? апреля 1994 г., Владивосток, - с. 73+74.'

3. Белан В.И., Бахтина Н.Г. Об эффекте, возникающем г кратковременном замачивании в пористых строительных матери лах. //Повышение долговечности конструкций сельокохоггЯ твенных зданий и сооружений. Международный сб. научных тр дов. -■■ НГАУ, Урапосиб. дом эконом, и научно-техн. пропаган о-ва "Знание" РФ. - Н.,- 1994. - с.92+96.

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

6. Белан В.И., Бахтина Н.Г. Давление в порах бетона зависимости от пористости и влажности//Сб. тезисов доклад! научн.-техн. конфер. -(часть 2). - апрель 1395 г.,- с.З.

б..Белан В.П., Бахтина Н.Г. Результаты проведения аю периментов по определению порового давления при кратковр* менном замачивании//Сб. тезисов докладов научн.-техн. ко) фер. (часть 2). - апрель 1995 г.. - с:17.

7. Белан В.И., Бахтина Н.Г. Основные факторы, влияювд на поровое давление в бетоне при кратковременном вамачивг нии. //Известия вувов. Строительство - 1995. - N 10. с.55-68.