CC BY
74
УДК 693. 546. 4+666.97.033.16
DOI: 10.30838/J.BPSACEA.2312.231018.56.311
ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ УПЛОТНЕНИЕМ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ ВИБРАЦИОННЫМ СПОСОБОМ И ЕГО ОСОБЕННОСТИ
СТОРОЖУК Н. А.1, д-р техн. наук, проф., ДЕХТА Т. Н.2, канд. техн. наук, доц.
'Кафедра технологии строительных материалов, изделий и конструкций, Государственное высшее учебное заведение «Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры», ул. Чернышевского 24-а, Днипро, 49600, Украина, тел. +38 (0562) 46-93-07, e-mail: [email protected] , ORCID ID:0000-0002-3132-8864
2Кафедра технологии строительных материалов, изделий и конструкций, Государственное высшее учебное заведение «Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры», ул. Чернышевского 24-а, Днипро, 49600, Украина,тел. +38 (096) 242-64-41,e-mail:[email protected], ORCID ID: 0000-0001-5023-3070
Аннотация. Постановка проблемы. Первые сведения о практическом применении вибрирования при уплотнении бетонных смесей относятся к 1890 году. Применяли пневматические и храповиковые виброустройства различных типов. После этого до 1915 г. научные работы и новые сведения о практическом применении виброуплотнения бетонных смесей не известны. В 1915 г. начаты исследования виброуплотненного бетона и бетона ручной кладки, сравнительная оценка их свойств. Появились публикации в различных научно-технических изданиях [1]. В работах [2; 3] проведен детальный анализ различных способов виброуплотнения бетонных смесей, которые применялись или применяются в настоящее время на производстве. В основном, уплотнение бетонных смесей вибрационным способом производится при принятых постоянных параметрах, характеризующих эффективность вибрационных воздействий. Такими параметрами для синусоидальных колебаний являются амплитуда перемещения^, частота f и их производные [4]. Каждый из перечисленных параметров может в определенной степени характеризовать вибрационное воздействие на бетонную смесь. Цель статьи - выполнение теоретических и экспериментальных исследований по оптимальному управлению уплотнением бетонных смесей при производстве бетонных и железобетонных изделий и конструкций. Выводы. Разработано и теоретически обосновано оптимальное управление процессом виброуплотнения (по быстродействию) с использованием принципа максимума академика Л. С. Понтрягина, позволяющее эффективно уплотнять бетонную смесь с минимальными затратами времени. На основании этого предложен новый режим уплотнения бетонных смесей вибрационным способом, который позволяет значительно повысить физико-механические свойства бетонов.Экспериментальными исследованиями подтверждены выводы, полученные при теоретических разработках по совершенствованию режима уплотнения бетонных смесей. Сравнительная оценка различных способов и режимов уплотнения показала, что лучшие результаты получены при применении оптимального управления формованием, т. е. при использовании режима с многократными вибрационными воздействиями. В этом случае повышение прочности бетона составило 25... 30 % в сравнении с показателями бетона, уплотненного традиционным способом.
Ключевые слова: оптимальное управление; многократные вибрационные воздействия;режим уплотнения бетонных смесей; активное давление в бетонной смеси; физико-механические свойства бетона
ОПТИМАЛЬНЕ КЕРУВАННЯ УЩ1ЛЬНЕННЯМ БЕТОННИХ СУМ1ШЕЙ В1БРАЦ1ЙНИМ СПОСОБОМ I ЙОГО ОСОБЛИВОСТ1
СТОРОЖУК М. А.1, д-р техн. наук, проф., ДЕХТА Т. М.2, канд. техн. наук, доц.
*Кафедра технологи будгвельних мaтерiaлiв, виробiв та конструкцш, Державний вищий навчальний заклад «Придншровська державна академш будавництва та архгтектури», вул. Чернишевського 24-а, Дшпро, 49600, Укра!на, тел. +38 (0562) 46-93-07, e-mail: [email protected] , ORCID ID:0000-0002-3132-8864
2Кафедра технологи будiвельних мaтерiaлiв, виробiв та конструкций, Державний вищий навчальний заклад «Придншровська державна aкaдемiя будiвництвa та архгтектури», вул. Чернишевського 24-а, Дтпро, 49600, Укра!на, тел.+38 (096) 242-64-41, e-mail:[email protected], ORCID ID: 0000-0001-5023-3070
Анотащя. Постановка проблеми. ПершГ вгдомосп про практичне застосування вГбраци для ущшьнення бетонних сумшей належать до 1890 року. Застосовували пневматичш i хрaповиковi вГбропристро! рГзних титв. Шсля цього до 1915 р науковГ пращ i новГ ведомости про практичне застосування вГброущшьнення бетонних сумшей не вгдомг У 1915 р. розпочато доследження вiброущiльненого бетону i бетону ручно! укладки, порГвняльна оцшка 1х властивостей. З'явилися публГкацп в рГзних науково-техшчних виданнях [1]. У працях [2; 3] проведено детальний аналГз рГзних способГв вГброущшьнення бетонних сумшей, яш застосовувалися або застосовуються в даний час на виробництвг В основному, ущГльнення бетонних сумшей вiбрaцiйним способом здшснюеться за прийнятих постшних пaрaметрiв, що характеризують ефектившсть вiбрaцiйних впливГв. Такими параметрами для синусо1дальних коливань е амплГтуда перемщення А, частота f 1х похедш [4]. Кожен Гз перерахованих параметрГв може певною мГрою характеризувати вГбрацшний вплив на бетонну сумш. Мета статтi - виконання теоретичних i експериментальних доследжень з оптимального керування ущшьненням бетонних сумшей пгд час виробництва бетонних i залГзобетонних виробГв i конструкцш. Висновки. Розроблено та теоретично обгрунтовано оптимальне керування процесом вГброущГльнення (за швидкодГею) бетонних сумшей з використанням принципу максимуму академжа Л. С. Понтряпна, що дозволяе ефективно ущшьнювати сумшГ з мшмальними витратами часу. На пгдставГ виконаних теоретичних доследжень для практичного використання запропоновано новий споаб ущшьнення бетонних сумшей вГбрацшним
56
способом.Експериментальними дослвдженнями тдтверджеш висновки, отримаш пвд час теоретичних розробок. Пор1вняльна оцшка р1зних способ1в i режим1в ущшьнення показала, що кращ результати отримаш у раз1 застосування оптимального керування формуванням, тобто за використання режиму з багаторазовими вiбрацiйними впливами. У цьому випадку пiдвищення мiцностi бетону склало 25...30 % порiвняння з показниками бетону, ущшьненого традицiйним способом. При цьому значно скорочена тривалють ущiльнення.
K™40Bi слова: оптимальне керування; 6^amopcaoei ei6pa^mi вплыви; режим ущшьнення бетонних сумiшей; активний тиску бетонтй cyMrni; фiзико-мехaнiчнi влaстивостi бетону
OPTIMAL CONTROL OF CONCRETE MIXTURES COMPACTING BY VIBRATION METHOD AND ITS FEATURES
STOROZHUK NN. A.1, Dr. Sc. (Tech.), Prof. DEKHTA T. N.2, Cand. Sci. (Tech.), Assoc. Prof..
1 Department of building materials, products and structures technology, State Higher Education Establishment «Pridneprovskaya State Academy of Civil Engineering and Architecture», 24-a, Chernyshevskogo str., Dnepr 49600, Ukraine, tel. +38 (0562) 46-93-07, e-mail: [email protected], ORCID ID: 0000-0002-3132-8864
2 Department of building materials, products and structures technology, State Higher Education Establishment «Pridneprovskaya State Academy of Civil Engineering and Architecture», 24-a, Chernyshevskogo str., Dnepr 49600, Ukraine, tel. +38 (096) 242-64-41, e-mail: [email protected], ORCID ID: 0000-0001-5023-3070
Annotation. Formulation of the problem. The first information about the practical application of vibration during compacting concrete mixtures dates back to 1890. Pneumatic and ratchet vibrating devices of various types were used. After this, until 1915, scientific work and new information on the practical application of vibrocompaction of concrete mixtures are not known. In 1915, studies of vibrated concrete and hand-laid concrete as well as comparative assessment of their properties are started. The publications are appeared in various scientific and technical editions [1]. In works [2, 3], a detailed analysis of various methods of vibrocompaction of concrete mixtures, which have been used or are currently used in production, is carried out. Basically, the compaction of concrete mixtures by the vibration method is carried out with the adopted constant parameters characterizing the effectiveness of vibration effects. Such parameters for pure oscillations are the amplitude of the displacement A, the frequency f and their derivatives [4]. Each of the listed parameters can in a certain degree characterize the vibration impact on the concrete mixture. Purpose of the article -implementation of theoretical and experimental investigations in accordance with the optimal control of concrete mixtures compaction during the production of concrete and reinforced concrete products and structures. Conclusions. The optimal control of concrete mixtures vibrocompaction process (in rapidity) has been developed and theoretically justified with using the maximum principle of academician L. S. Pontryagin, which allows effectively compacting mixtures with minimal time. On the basis of this, a new method of concrete mixtures compaction by the vibration method is offered, which can significantly improve the physical and mechanical properties of concrete. Experimental studies have confirmed the conclusions obtained during theoretical researchers to improve the concrete mixtures compaction. A comparative assessment of different methods and modes of compaction showed that the best results were obtained by applying optimal control of molding, i.e. when using the mode with multiple vibration effects. In this case, the increase in the concrete strength was 25 ... 30% in comparison with the performance of concrete compacted in the traditional way.
Keywords: optimal control; repeated vibration effects; mode mixture; physical and mechanical properties of concrete.
Постановка проблемы. Первые сведения о практическом применении вибрирования при уплотнении бетонных смесей относятся к 1890 году. Применяли пневматические и храповиковые виброустройства различных типов. После этого до 1915 г. научные работы и новые сведения о практическом применении виброуплотнения бетонных смесей не известны.
В 1915 году начаты исследования виброуплотненного бетона и бетона ручной кладки, сравнительная оценка их свойств. Появились публикации в различных научно-технических изданиях [1].
В работах [2, 3] проведен детальный анализ различных способов виброуплотнения бетонных смесей, которые применялись или применяются в настоящее время на производстве. В основном, уплотнение бетонных смесей вибрационным способом производится при принятых постоянных параметрах, ха-
of concrete mixtures compaction; active pressure in the concrete
рактеризующих эффективность вибрационных воздействий.
Такими параметрами для синусоидальных колебаний являются амплитуда перемещения А, частота f и их производные [4]:
- амплитуда скорости - V = Аш;
- ускорение - а = Аш2;
- величина резкости - U = Аш3;
- мощность по гипотезе вязкого сопротивления - WB= А2ш3;
- мощность по гипотезе о сопротивлении, пропорциональном ускорению при сдвиге силы сопротивления по фазе относительно перемещения на угол 900 - W= А2ш3,
где ш - угловая частота или число полных колебаний за 2п единицы времени, рад/сек.
Каждый из перечисленных параметров может в определенной степени характеризо-
вать вибрационное воздействие на бетонную смесь. Однако результаты исследований, приведенные в работах [5; 6] показали, что такое воздействие достаточно надежно выражает величина, которую для синусоидальных колебаний можно представить в виде зависимости:
И = Л2/3
(1)
Для несинусоидальных (поличастотных колебаний):
И = -
аЯ
2 ' 8п 2Т
(2)
где Я - величина размаха;
Т - период колебаний; а - ускорение (а = А а2).
Эту величину, в виде совместной функции скорости и ускорений (уравнения 1 и 2), пропорциональную мощности потока энергии, затрачиваемой на колебания, называют интенсивностью вибрации [5].
Большое внимание режимам уплотнения с управляющим динамическим воздействием уделял Б. И. Зыков [7]. Им установлено, что в условиях объемоизменения среды без возможности бокового расширения происходит диссипация энергии, а внутренние ее превращения обусловлены тиксотропными явлениями в зонах межчастичных взаимодействий и деформационным упрочнением структуры в объеме.
Автором работы определена целевая функция для определения внутреннего напряженного состояния деформируемой среды, которое имеет временной характер развития и зависит от силы тяжести, статистической и динамической нагрузок, амплитудно-частотного фона и его направленности. Обоснованы закономерности регулирования управляемых вибрационных режимов, критерии оценки эффективности назначаемых режимов и проектируемых машин.
Б. В. Гусев [8] предложил три плавных режима формования с начальной частотой 10 Гц и ускорением 2 g. В первом режиме за время формования плавно изменяли частоту до 25 Гц и ускорение до 2,5 g; во втором - до частоты 50 Гц и ускорения 3,5 g и в третьем -до 75 Гц и 4,5 g. По данным автора переменные режимы обеспечивают надлежащее
уплотнение бетонных смесей средней и даже повышенной жесткости, а также способствуют повышению морозостойкости.
Выполненные ранее исследования по виброуплотнению бетонных смесей посвящены следующим вопросам:
- исследованию влияния интенсивности вибрации на качество уплотнения бетонных смесей (В. Н. Шмигальский, Г. Я. Кун-нос, Ю. Сторк);
- созданию режимов уплотнения бетонных смесей с различной последовательностью изменения интенсивности во времени (Б. В. Гусев, В. Г. Зазимко, А. С. Файву-сович);
- созданию нового формовочного оборудования с управляемыми режимами вибрирования (Б. И. Зыков);
- созданию разночастотного оборудования (Н. И. Орды).
Цель статьи - выполнение теоретических и экспериментальных исследований по оптимальному управлению уплотнением бетонных смесей при производстве бетонных и железобетонных изделий и конструкций.
Основной материал. В общем случае вопросам оптимального управления процессом уплотнения бетонных смесей практически не уделялось внимания. Отсутствует теоретическое обоснование оптимального режима уплотнения бетонных смесей. И, как следствие этому, продолжительность формования (уплотнения бетонных смесей) является весьма значительной.
Нами при разработке основ теории оптимального управления процессом виброуплотнения бетонной смеси использованы достижения теоретической физики и аналитической механики [9, 10]. Известно, что задание энергии как функции координат и импульсов частиц полностью определяет динамику системы. При этом уравнения имеют вид:
йХ йг
дИ
ду
й у йг
дИ
д X
(3)
где хУ - вектор фазового пространства (термины «теории оптимального управления»);
у - вектор количества движения частиц
системы (импульс системы); H - величина, характеризующая энергию системы.
В таком виде эта зависимость называется уравнением Гамильтона, а энергия, как функция координат и импульсов, называется функцией Гамильтона.
Указанные закономерности нами использованы при применении принципа максимума Л. С. Понтрягина для вывода уравнений, необходимых для оптимального управления по быстродействию процессом уплотнения бетонных смесей вибрационным способом [10; 12].
Сущность принципа максимума Л. С. Понтрягина заключается в следующем.
Пусть P(t) - допустимое управление, переводящее фазовую точку из положения X о в положение Xy . Для оптимальности (по
быстродействию) управления P(t) и траек-—y
тории X (t) необходимо существование такой ненулевой непрерывной вектор -
функции у (t) = y1(t) , уl(t)... уl(t) , соответствующей функциям P(t), X (t) и уравнениям:
dX}
дИ
dt ду.
при которой:
у dt
дИ
Ж*
(4)
для всех t, t0 < t < ty , функция
—y —y
И(у (t)X (t),P) переменного P e Pmax достигает в точке P = P(t) максимума:
И(уУ(t)X (t)P(t)) = maxИ(уУ(t)X (t),P); (5)
- в конечный момент ty выполняется соотношение:
И(уy(ty)Xy(ty)P(ty)) > 0. (6)
В уравнении (4) функция Н характеризует энергию частиц бетонной смеси при
виброуплотнении, а функция у - вектор количества движения частиц бетонной смеси (импульс системы). Существенными факторами, характеризующими качество и скорость уплотнения бетонной смеси, являются изменение объема уплотняемой смеси и скорость удаления воздушной фазы. Поэтому, используя термины «теории оптимального управления», фазовую плоскость
будем характеризовать координатой Ху -объем уплотняемой бетонной смеси, а координатой X2 - скорость удаления воздушной фазы; начало координат будет характеризоваться минимально возможным объемом уплотненной смеси и скоростью удаления воздушной фазы, равной нулю. Фазовое состояние бетонной смеси в начальный момент времени (Х[(10),Х21(1о)) и управляющая функция Р(0 - давление в бетонной смеси во время виброуплотнения -однозначно определяют фазовую траекторию состояния бетонной смеси при уплотнении (рис. 1).
х2,
м3/с
A(x,(t),x2(t))
Х2 =0
Xlmin Xl, м3
Рис. 1. Фазовая траектория уплотнения бетонной смеси: 1 - при оптимальном управлении формованием;
2 - притрадиционномспособеформования / Phase trajectory of the concrete mixture compaction: 1 - with optimal control of molding; 2 - with the traditional method of molding
Точку А с координатами (X1 (t),X2(t)) на плоскости Х10Х2 (рис. 1) называют фазовой точкой системы (уплотняемой бетонной смеси). С изменением времени t точка А изменяет свое положение и образует фазовую траекторию системы (уплотняемой бетонной смеси).
Что касается характеристики управления, принято следующее определение: в бетонной смеси активное давление, вызываемое потоком энергии (при работающем виброустройстве), характеризуется Р = +1, а давление, возникающее при инерционном потоке энергии (при отключенном виброустройстве) - Р = -1. Таким образом, управляющее воздействие изменяется в пределах:
-1 < P <+1.
(7)
Среди всех допустимых управлений Р(г), переводящих бетонную смесь из заданного
—у
начального состояния Xо в конечное положение X у , необходимо найти такое управление Р(г), для которого функционал
зависящие от свойств
- уплотняемой бетонной смеси,
- режима уплотнения.
На основании соотношения максимума
(5), с учетом (7) и (9) для управляющего воз- _ у
действия Р и функции у получено:
Р(г) = +1 при УУ(г) >0 Р(г) = -1 при уУ(г) <0. (12)
Таким образом, в нашем случае И есть линейная функция от Р , ее наибольшее значение при прочих равных условиях достигается при Р = +1 или при Р = -1, т. е. Р = +1
при у2>0 (у2Р >0), Р = -1 при у2<0. Это значит, что:
I =1dt = - = To
(8)
принимает наименьшее значение. Искомое
управление Р(г) , минимизирующее время
уплотнения бетонной смеси Т0, является оптимальным управлением.
В соответствии с принципом максимума Понтрягина функция И имеет вид:
H = Уу,ху2 + V2Ky(t)Pb.
У гУ/
(9)
Из выражения (9) следует, что функция И достигает максимальной величины, если управляющее воздействие в каждый момент времени имеет максимальное по модулю значение и знак, совпадающий со знаком функции у2у(г).
Для функций уу и уу , с учетом (4) и (9), мы получим систему уравнений:
P(t) = signy2(t) = sign(C2y - Cft) . (13)
Соотношение (13) дает искомое оптимальное по быстродействию управление, которое оказывается кусочно-постоянным (релейным) - периодически изменяющимся. Число переключений (или интервалов постоянства управления P ) для линейных систем всегда конечно и зависит от области управления и от начальных и конечных
условий Xу, Xy .
Постоянные интегрирования Cy и Cy определяем из граничных условий, при этом предполагаем, что промежуток времени работы виброустройства t = 1 при отключенном виброустройстве t = 0 . Таким образом, с учетом (7) получим:
при t = 1, P = 1, при t = 0 , P = -1
P(t) = sign (2t -1) ; (14)
dy1 dt
8H
= 0
dy,
dt
8H
8X2
= -У1
Путем интегрирования (10) находим:
У г^У
У = C1 I
уУ = Cy - C\t
(10)
(11)
гУ
где Ц , C2 - постоянные интегрирования,
С учетом работы [13] H(t) = sign ( 2t - 1). (14а)
На основании полученных результатов теоретических исследований (уравнения 14 и 14а) разработана структурная схема управления виброуплотнением бетонной смеси с обратной связью (рис. 2).
t
o
менять значения управляющих параметров
Рис. 2 . Структурная схема управления виброуплотнением бетонной смеси с обратной
связью / Structural control circuit vibrating compaction of concrete mix with feedback
Таким образом, оптимальное управление формованием осуществляется рациональным регулированием давления внутри уплотняемой вибрационным способом бетонной смеси путем многократных вибрационных воздействий (многократных импульсов интенсивности).
Р, МПа
0,01 0,005 0,000
- 0,005
- 0,01
1—I- I I —|—1— 1 1 -|— 1
I I 1 1 1
1 ' 1 * 1
/ /
40 сек
Рис. 3. Схема оптимального управления активным давлением при уплотнении бетонной смеси: 1 - при включенном виброустройстве; 2 - то же при отключенном виброустройстве /Optimum control of active pressure during compaction concrete mix: 1 - with the vibrating device turned on;
2 - also with unplugged vibrator
При выполнении экспериментальных исследований, следуя основным принципам оптимального управления технологическими процессами, мы сделали одно весьма существенное для дальнейших исследований предложение о характере управления. Как и принято в теории оптимального управления предполагаем, что «рули», положение которых характеризуется управляющими параметрами P, Р , ...,Р , безынерционны, так
12 n
что есть возможность, если нужно, мгновенно переключить эти «рули» из одного положения в другое, т. е. мгновенно (скачком)
P, Р , 1 2
Р
В соответствии с этим рас-
сматриваются не только непрерывное, но и произвольные кусочно-непрерывные управления р ), т. е. управления, состоящие из конечного числа непрерывных кусков. В нашем случае такое управление приведено на рисунке 3.
t, сек
Рис. 4. Область управления при оптимальном управлении уплотнением бетонных смесей: 1 - при включенном виброустройстве; 2 - то же при отключенном виброустройстве / Management area with optimal control of compaction of concrete mixtures: 1 - when the vibrating control is on; 2 -also with the vibration device disabled
Что касается области управления, то следует отметить следующее.
В нашем случае параметры P, Р , ...,Р
12 n
характеризуют векторную величину на плоскости, модуль которой не превосходит единицы, а направление произвольно, поэтому, эти параметры подчинены только
(Р1)2 + (Р2)2 -1 < 0 и об-
одному условию
ласть управления Р представляет собой круг (рис. 4).
При выполнении экспериментальных исследований применяли бетонные смеси состава 1:2,24:4,99:0,76 (Ц:П:Щ:В), подвижность которых характеризовалась ОК = 3.. .4 см.
Результаты измерения активного давления в бетонной смеси с учетом принятых допущений приведены в таблице 1 и на рисунке 5.
Установлено, что при включении виброустройства в результате воздействия потока энергии (потока интенсивности) на бетонную смесь активное давление увеличивается до некоторой величины (0,005 МПа), а затем
n
стабилизируется. При такой стабилизации возникают сводообразования за счет заклинивания заполнителей, что приводит к резкому уменьшению скорости уплотнения, а также к образованию направленных капилляров удаляемым воздухом и перераспределяющимся цементным тестом (растворной составляющей). В случае отключения потока интенсивности (потока энергии) на короткий промежуток времени наблюдается инерционный всплеск интенсивности, выраженной в резком повышении активного давления (0,007 МПа) (табл. 1).
При таком воздействии происходит разрушение сводообразований, направленных капилляров, что способствует значительному повышению степени уплотнения бетонной смеси. Особенно это проявляется при многократном повторении таких воздействий.
Таблица 1
Активное давление (МПа) в бетонной смеси при вибрационном воздействии / Active pressure (MPa) in concrete mix under vibration exposure
№ опытов При работе виброустройства (продол-житель-ностью 6 с) При отключенном виброустройстве (продол-житель-ность 3 с) При работе вибро-устройства (продол-житель-ностью 6 с) При отключенном виброустройстве (продол-житель-ность 3 с) При работе виброустройства (продол-житель-ностью 6 с)
1 0,005 0,007 0,005 0,0057 0,005
2 0,005 0,007 0,006 0,0065 0,0055
3 0,005 0,006 0,005 0,0055 0,0045
P.
МПа
0,000 If I 11 I I I I I I I I I—-LLLU—I II IIII II II-—1_
10 20 30 40 t, сек
Рис. 5. Активное давление при вибрационных воздействиях на уплотняемую бетонную смесь: 1 - при включенном виброустройстве; 2 - при отключенном виброустройстве / Active pressure during vibrocompaction on compacted concrete mix: 1 - when the vibration device is on; 2 -when the vibration device is off
OTpe^HMaynroTHeHHH / Density and strength of concrete depending from compaction mode
Вид уплотнения Продол-житель-ность вибро-воз-действий, с Количество вибро-воздействий Плотность бетонной смеси Po, кг/м3 Прочность бетона R286, МПа
Существующий способ виброуплотнения (при постоянной интенсивности) 20 1 2 376 19,3
Предлагаемый способ виброуплотнения (при многократных вибро-во-здействиях) 8 2 2 441 22,6
То же 6 3 2 478 25,1
Существующий способ виброуплотнения (при постоянной интенсивности) 30 1 2 384 19,4
Предлагаемый способ виброуплотнения (при многократных виб- ровоз-действиях) 13 2 2 466 23,0
То же 8 3 2 505 25,8
То же 6 4 2 507 25,9
Существующий способ виброуплотнения (при постоянной интенсивности) 40 1 2 386 19,3
Предлагаемый способ вибро-уплотнения (при многократных вибровоздействиях) 18 2 2 475 24,0
То же 13 3 2 511 26,0
То же 8 4 2 513 26,2
Таблица 2 Это подтверждено нашими дальнейшими
Плотность и прочность бетонов в зависимости л,™
исследованиями. Продолжительность фор-
мования образцов была различной и составляла 20, 30 и 40 с. Количество вибровоздействий изменялось от одного (при постоянной интенсивности уплотнения) до четырех в пределах указанной продолжительности. Промежуток времени между вибровоздействиями составил 2.3 с. Результаты исследований приведены в табл 2.
Приведенные экспериментальные данные показывают, что при двух вибровоздействиях повышение прочности бетона в 28-суточном возрасте составляет 16.18 %, при трех вибровоздействиях прочность бетона оказывается на 25.30 % выше, в сравнении с бетонами, уплотненными по традиционному режиму формования.
При этом высокие показатели по плотности и по прочностным характеристикам получены уже при продолжительности формования 20 св случае применения оптимального управления формованием. Дальнейшее увеличение количества вибровоздействий (больше трех) не приводит к существенному увеличению ни плотности бетона, ни его прочности.
Выводы. Разработано и теоретически обосновано оптимальное управление процессом виброуплотнения (по быстродействию) бетонных смесей с использованием принципа максимума академика
Л. С. Понтрягина, позволяющее эффективно уплотнять смеси с минимальными затратами времени. На основании выполненных теоретических исследований для практического использования предложен новый способ уплотнения бетонных смесей вибрационным способом.
Экспериментальными исследованиями подтверждены выводы, полученные при теоретических разработках. Сравнительная оценка различных способов и режимов уплотнения показала, что лучшие результаты получены при применении оптимального управления формованием, т. е. при использовании режима с многократными вибрационными воздействиями. В этом случае повышение прочности бетона составило 25.30 % в сравнении с показателями бетона, уплотненного традиционным способом. При этом значительно сокращена продолжительность уплотнения.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Десов А. Е. Вибрированный бетон / А. Е. Десов. - Москва : Госстройиздат, 1956. - 229 с.
2. Десов А. Е. О рациональных режимах виброуплотнения бетонных смесей / А. Е. Десов // Сборник трудов научно-исследовательского института бетона и железобетона. - Москва : Госстройиздат, 1959. - Вып. 11 : Технология и свойства тяжелых бетонов. - С. 12-25.
3. Десов А. Е. Состояние и перспективы развития технологии и теории формования сборного железобетона / А. Е. Десов, И. Ф. Руденко // Формование бетона : матер. координац. совещания. - Москва, 1973. - С. 8-25.
4. Иориш Ю. И. Виброметрия. Измерение вибрации и ударов. Общая теория, методы и приборы / Ю. И. Иориш. -2-е изд., перераб. и доп. - Москва : Гос. науч.-техн. изд-во машиностроит. лит., 1963. - 773 с.
5. Шмигальский В. Н. Формование изделий на виброплощадках : монография / В. Н. Шмигальский. - Москва : Стройиздат, 1968. - 104 с.
6. Куннос Г. Я. Вибрационная технология бетона / Г. Я. Куннос. - Ленинград : Стройиздат, 1967. - 168 с.
7. Зыков Б. И. Уплотняющие машины с управляемым динамическим воздействием: Теория, эксперимент, практика : монография / Б. И. Зыков. - Ярославль, 1990. - 88 с.
8. Гусев Б. В. Вибрационная технология бетона / Б. В. Гусев, В. Г. Зазимко. - Ки!в : Будiвeльник, 1991. - 160 с.
9. Ландау Л. Д. Теоретическая физика : в 10 т. / Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. - 3-е изд., доп. - Москва : Наука, 1976. - Т. V : Статистическая физика. Ч. 1. - 584 с.
10. Астахов А. В. Курс физики : в 3 т. / А. В. Астахов. - Москва : Наука, 1977. - Т. 1 : Механика. Кинетическая теория материи.- 384 с.
11. Математическая теория оптимальных процессов : монография / Л. С. Понтрягин, В. Г. Болтянский, Р. В. Гамкрелидзе, Е. Ф. Мищенко. - 3-е изд. - Москва : Наука, 1976. - 392 с.
12. Болтянский В. П. Математические методы оптимального управления / В. П. Болтянский. - 2-е изд., перераб. и доп. - Москва : Наука, 1969. - 408 с.
13. Лермит Р. Проблемы технологии бетона / Р. Лермит. - Москва : Госстройиздат, 1959. - 294 с.
REFERENCES
1. Desov A.E. Vibrirovannyj beton [Vibrated concrete]. Moscow: Gosstrojizdat, 1956, 229 p. (in Russian).
2. Desov A.E. O ratsional'nykh rezhimakh vibrouplotneniya betonnykh smesey [On the issue of rational modes of vibro-compaction of concrete mixtures]. Sbornik trudov nauchno-issledovatel'skogo instituta betona i zhelezobetona [Works' collection of the Scientific Research Institute of concrete and reinforced concrete]. Moscow: Gosstrojizdat,
1959, iss. 11: Tekhnologiya i svoystva tyazhelykh betonov [Technology and properties of heavy concrete], pp. 12-25. (in Russian).
3. Desov A.E. and Rudenko I.F. Sostoyanie i perspektivy razvitiya tekhnologii i teorii formovaniya sbornogo zhelezo-betona [The state and prospects of the development of technology and the theory of the molding precast concrete]. Formovanie betona: mater. koordinats. soveshchaniya [Concrete forming: coordinate materials of meetings]. Moscow, 1973, pp. 8-25. (in Russian).
4. Iorish Yu.I. Vibrometriya. Izmerenie vibratsii i udarov. Obshchaya teoriya, metody i pribory [Vibrometry. Measurement of vibration and shock. General theory, methods and devices]. Ed. 2, Moscow: Gos. nauch.-tekhn. izd-vo mash-inostroit. lit., 1963, 773 p. (in Russian).
5. Shmigal'skiy V.N. Formovanie izdeliy na vibroploshchadkakh [Forming products on vibrating-plate compactor]. Moscow: Stroyizdat, 1968, 104 p. (in Russian).
6. Kunnos G.Ya. Vibratsionnaya tekhnologiya betona [Vibration technology of concrete]. Leningrad: Strojizdat, 1967, 168 p. (in Russian).
7. Zykov B.I. Uplotnyayushchie mashiny s upravlyaemym dinamicheskim vozdeystviem: teoriya, eksperiment, praktika [Dynamic Impact Sealing Machines: theory, experiment, practice]. Yaroslavl, 1990, 88 p. (in Russian).
8. Gusev B.V. and Zazimko V.G. Vibratsionnaya tekhnologiya betona [Vibration technology of concrete]. Kyiv: Budivelnyk, 1991, 160 p. (in Russian).
9. Landau L.D. and Lifschitz E.M. Teoreticheskaya fizika [Theoretical physics]. Ed. 3, Moscow: Nauka, 1976, vol. 5: Statisticheskaya fizika [Statistical physics], part 1, 584 p. (in Russian).
10. Astakhov A.V. Kurs fiziki [Physics course]. Moscow: Nauka, 1977, vol. 1: Mekhanika. Kineticheskaya teoriya mate-rii [Mechanics. Kinetic theory of subtance], 384 p. (in Russian).
11. Pontryagin L.S., Boltyanskiy V.G., Gamkrelidze R.V. and Mishchenko E.F. Matematicheskaya teoriya optimal'nykh protsessov [Mathematical theory of optimal processes]. Ed. 3, Moscow: Nauka, 1976, 392 p. (in Russian).
12. Boltyanskiy V.P. Matematicheskie metody optimal'nogo upravleniya [Mathematical methods of optimal control]. Ed. 2, Moscow: Nauka, 1969, 408 p. (in Russian).
13. Lermit R. Problemy tekhnologii betona [Problems of concrete technology]. Moscow: Gosstroyizdat, 1959, 294 p. (in Russian).
Рецензент: Слободянюк С. О., д-р техн. наук, проф. Надшшла до редколеги: 13.08.2018 р.
