Повышение качественных характеристик дорожного цементогрунта путём гармонизации перемешивания компонентов смеси (стр. 3 )

Для проверки адекватности любых зависимостей используется коэффициент нелинейной множественной корреляции

    (13)

После установления значимости частных функций для введения в многофакторное уравнение отбираются значимые зависимости. Но форма уравнения заранее не известна и возникает неопределенность, которую можно использовать для дополнительного учета физического смысла, относящегося к характеру воздействия всех факторов, что и учитывается в эмпирическом многофакторном уравнении.

    (14)

Результаты проведенного эксперимента позволили установить оптимальное содержание  самого дорогостоящего компонента цементогрунта для различных типов грунтов – цемента при заданном уровне прочности, что позволило разработать алгоритм.

Таким образом, в предлагаемом методе планирования эксперимента равноценно сочетаются элементы вероятностного подхода (латинские квадраты, множественная корреляция) и детерминированного описания (учет физического смысла в частных и многофакторной зависимостях). Поэтому данный метод по праву можно назвать вероятностно-детерминированным и применять комбинированную модель как для получения достоверных выходных параметров при самых различных условиях, так и для вскрытия внутренних, причинно-следственных связей. При помощи метода математического планирования был использован метод случайного баланса, который позволил выявить влияние значимых факторов. Данный метод позволил выявить равномерное распределение вяжущего в объеме смеси.

Известно, что рассеивание компонентов при перемешивании является величиной случайной и подчиняется закону нормально распределения Гаусса и законам математической статистики. Используя метод статистического анализа, произвели обработку полученных нами данных. Обработку экспериментальных данных проводили с помощью описательной статистики.

В статистическом исследовании кроме показателей вариации, выраженных в абсолютных значениях, используются показатели вариации, выраженные в относительных величинах. Данные показатели рассчитываются как отношение размаха вариации к средней величине признака (VR, Коэффициент осцилляции), отношение среднего линейного отклонения к средней величине признака (Va, линейный коэффициент вариации), отношение среднего квадратического отклонения к средней величине признака (Vу коэффициент вариации) и будут выражаться в процентах.

Относительные показатели вариации рассчитываются по формулам

  ;  ;    (15)

В четвертой главе представлена разработка раздельно-последовательного способа получения цементогрунта.

Основным показателем однородности при статистической обработки выборочных срезов, как стандартных, так и по предлагаемому способу является коэффициент вариации, который равен

    (16)

Где:  - среднеквадратичное отклонение, которое  рассчитывалось по программе в МS Excel стандартным отклонением; - математическое ожидание (среднее значение)

Для выделения значимо влияющих факторов методом случайного баланса была составлена матрица планирования. Проанализировав работы ведущих специалистов, в области укрепления цементогрунтов и цементобетонов, были взяты следующие факторы

  Таблица 1

  Исследуемые факторы и уровни варьирования

№ п/п	Наименование факторов	Уровни варьирования	Код фактора
Нижний ( -  )	Верхний ( + )
1.	Изменение числа пластичности грунта, %	1	18	Х1
2.	Содержание цемента в перемешиваемых частях грунта, %	2	14	Х2
3.	Уплотняющая нагрузка, МПа	10	20	Х3
4.	Количество воды в смеси, %	0	50	Х4
5.	Длительность воздействия уплотняющей нагрузки, с	120	240	Х5
6.	Количество цемента, %	7	14	Х6
7.	Соотношение частей грунта при перемешивании	1	5	Х7

  Таблица 2

  Матрица планирования и результаты эксперимента

№ п/п	Очередность выполнения опытов	Факторы	Сv %
Х1	Х2	Х3	Х4	Х5	Х6	Х7
1.	8	-	-	+	-	+	-	+	21,8
2.	3	+	-	-	-	+	-	-	13,9
3.	4	-	+	-	+	-	-	+	17,4
4.	6	+	+	+	-	-	+	+	21,2
5.	1	-	-	-	+	+	+	-	18,5
6.	2	+	-	+	+	-	+	+	25,1
7.	5	-	+	+	-	+	-	-	13,7
8.	7	+	+	-	+	-	+	-	18,1

Рис. 6.  Основные рецептурно-технологических факторы и степень их  влияния на однородность цементогрунта по прочности

Значимость  факторов  (Х7, Х6 и Х2)  указывает на то, что степень вариации прочностных

свойств укрепленных грунтов цементом, зависит главным образом от качества получаемой смеси, обусловленной прежде всего содержанием цемента в перемешиваемых частях грунта.

В результате последовательной обработки экспериментальных данных был построен график средних значений прочности и однородности цементогрунта от содержания вяжущего в смеси.

Рис. 7. Среднее значение зависимости прочности Rсж и однородности Сv цементогрунта от содержания

вяжущего в смеси.

На интервале 0-6% содержание цемента в грунтовой массе еще нет предпосылок для формирования сплошного скелета из вяжущего. При таких дозировках вяжущего происходит лишь укрепление небольшого пространства, прилегающего к грунтовым агрегатам, вследствие чего участок характеризуется незначительным приростом прочности грунта.

Участок, соответствующий 6-13% содержания цемента, отличается более интенсивным приростом прочности материала за счет увеличения объема укрепленного цементом пространства вокруг грунтовых агрегатов.  Однако для данного вида грунта образовавшиеся кристаллизационные связи имеют еще значительные дефекты, приводящие к разбросу прочностных показателей материала.

Дальнейшее увеличение содержания цемента в смеси (участок 13 – 18%) приводит к более интенсивному росту прочности, но уже с заметной затухающей тенденцией.  Подтверждением этому является минимум величины коэффициента вариации Сv, приходящегося на 15 % дозировку цемента.

Приведенные данные подтверждают, что основным фактором неоднородности цементогрунта по прочности является содержание  в нем минерального вяжущего. Дальнейшей задачей исследования является выбор технологии, которая  позволит «исключить» интервал от 6 до 13 %.

Таким образом, можно заключить, что наибольшая однородность по прочности материалом будет достигнута при объединении части цементогрунтовой смеси, содержащей максимальное количество цемента (R) с оставшейся частью цемента (S).  В этом случае вопросом исследования является установление для данной системы соотношения между собой этих частей цементогрунтовой смеси.

В таблице 3  приведен расчет  величин энтропии (коэффициента вариации) для разных исходов эксперимента (согласно формулам 6-11).

                  Таблица 3

Расчётные значения возможной величины коэффициента вариации

№ п/п
1.	0,275	0,2	0,833
2.	0,24	0,375	0,727
3.	0,22	0,5	0,667
4.	0,21	0,571	0,636
5.	0,19	0,7368	0,576
6.	0,175	0,885	0,53

На рисунках 8, 9 и 10 приведены графики зависимостей полученных в результате расчетов