Матриця планування пфе 22

№ досліду	Фіктивна змінна	Планування		Розрахунок	Вихід
	х0	х1	х2	х1 х2	у1	у2	у3	ˉу
1	+1	-1	-1	+1	55	49	47	50,3
2	+1	+1	-1	-1	28	33	36	32,3
3	+1	-1	+1	-1	66	64	58	62,6
4	+1	+1	+1	+1	41	43	39	41,0

Розрахунок коефіцієнтів регресії для отримання функції відгуку

Рівняння регресії має вигляд

Для графічної інтерпретації цього рівняння виконують відповідні розрахунки.

Спочатку х₁ стабілізується на нульовому рівні, а х₂ змінюється -1; 0; +1

Далі х₁ стабілізується на мінімальному рівні (-1), а х₂ — -1; 0; +1.

І нарешті х₁ стабілізується на максимальному рівні (+1), а х₂ — як у попередніх випадках — -1; 0; +1.

Таким же чином виконують розрахунки при стабілізації х₂, а х₁ змінюється -1; 0; +1.

Графік залежності міцності цементу від змінних факторів має вигляд

1 — мінімальне значення фактора х₁,

2 — середнє значення фактора х₁,

3 — максимальне значення фактора х₁

Рис. 3.1 Залежність міцності портландцементу від водоцементного відношення

4. Приклади методик виконання дослідницьких робіт

4.1 Гіпсові в’яжучі

Варіант 1. Визначити вплив температури теплової обробки на основні властивості будівельного гіпсу і встановити раціональний режим його одержання.

Методичні вказівки. Ці дослідження рекомендується здійснювати шляхом моделювання процесу випалу будівельного гіпсу в гіпсоварильних казанах. Гіпсовий камінь подрібнюють у лабораторному млині до залишку на ситі № 02 не більше ніж 15%. Визначають вологість гіпсового порошку та вміст у ньому гідратної води. Теоретично у двоводному гіпсі повинно бути 20,93% гідратної води. Практично в природному гіпсовому камені її менше, оскільки у ньому завжди є домішки.

Випалюють гіпсовий камінь при різних температурах у встановлених викладачем (наприклад, 120,150, 180, 210, 240, 270 ⁰С), і визначають основні властивості одержаного продукту.

Наважку подрібненого природного гіпсу 2,5-3,0 кг завантажують у лабораторний варильний казан або металевий циліндричний сосуд із кришками й нагрівають на газовій або електричній плиті.

Режим теплової обробки приймається однаковим (наприклад, підняття температури 30 хв., витримка при максимальній температурі 40 хв., охолодження повільне до кімнатної температури на повітрі).

У процесі нагрівання і випалу гіпсовий порошок перемішують, швидкість нагрівання й температура матеріалу, що випалюється не повинні перевищувати завданих значень. Легше підтримувати завданий режим та температуру випалу, якщо посудина для випалу розташувати у другій посудині більших розмірів, наповнений мінеральним маслом. Температуру масла контролюють через кожні 2-3 хв. За одержаними даними викреслюють температурну криву варіння гіпсу.

Рис. 4.1.1 Температурна крива варіння гіпсу

На кривій визначають характерні ділянки (практично горизонтальні), які відповідають процесу зневоднювання й випаровування кристалізаційної (гідратної) води при утворенні напівводного гіпсу та при повному зневодненні. Відмічають також температуру, за якої відбуваються зовнішні зміни стану матеріалу: «кипіння» маси, зниження її рівня і т. ін.

Після випалу й охолодження одержаного продукту визначають його масу і основні властивості:

1. — нормальну густину гіпсового тіста за допомогою віскозиметра Суттарда;

2. — терміни тужавлення на приладі Віка;

3. — межу міцності при згині та стиску на зразках-балочках 4x4x16 см через 2 год. від початку замішування.

Ці випробування проводять за методиками, регламентованими ДСТУ чи ГОСТ.

Крім того, визначають тонкість помелу, отриманого матеріалу, вміст у ньому гідратної води і вихід з 1 кг сировини, а також розраховують за формулами модифікаційний склад напівводного гіпсу.

Уміст гідратної води визначають шляхом прожарювання при 400 °С до постійної маси наважки одержаного гіпсу, попередньо висушеного до постійної маси при 60 °С.

Вихід продукту розраховують за формулою

, (4.1)

де а — вміст у сировині гігроскопічної вологи, %;

б — вміст гідратної води у вихідному двоводному гіпсі, %;

в — вміст гідратної води у неводному гіпсі, %.

Результати дослідження записують у таблицю.

Таблиця 4.1.1

Вплив температури випалу на властивості будівельного гіпсу

Температура теплової обробки, °С	Вміст гідратної води в одержаному гіпсі, %	Нормальна крутість гіпсового тіста, %	Терміни тужавлення, хв.		Границя міцності, МПа, через 2 години		Вихід готового продукту, кг, на 1 кг сировини	Розрахунковий модифікаційний склад
			початок	кінець	при згині	при стиску
1	2	3	4	5	6	7	8	9

Оптимальною температурою теплової обробки для отримання будівельного гіпсу є те мінімальне значення, за якого гіпс складається в основному з напівгідрату, гіпсове тісто має найменшу нормальну крутість, а зразки набувають найбільш високої міцності.

Варіант 2. Дослідити вплив добавок хлориду натрію, що вводяться при випалюванні, на властивості будівельного гіпсу.

Методичні вказівки. Задаються постійними температура і режим теплової обробки гіпсу (наприклад, підвищення температури до 150 °С 30 хв., витримка за цієї температури 30 хв., природне охолодження на повітрі до 20-25 °С).

При виконанні роботи варіюється вміст NaCl: 0; 0,1; 0,2% маси в’яжучого.

Випал гіпсу і спостереження за ним здійснюють як при виконанні завдання за варіантом 1. Хлорид натрію вводять безпосередньо в посудину з гіпсом з початку теплової обробки у вигляді насиченого розчину.

Розчинюють сіль у воді, визначають густину розчину за допомогою ареометра і в таблицях густини водних розчинів солей знаходять уміст NaCl у 1 дм³ при відповідній густині [ 5 ].

Розраховують, яку кількість (у см³) розчину необхідно ввести в гіпс, щоб забезпечити завдану кількість NaCl (у завданні дозування подане з розрахунку на суху речовину у відсотках від маси вихідного матеріалу).

Бюреткою відбирають необхідну кількість водного розчину солі і пульверизатором уводять у гіпс.

Отриманий продукт після термічної обробки випробовують як у варіанті 1. Додатково визначають площу питомої поверхні гіпсу.

Результати дослідження записують у таблицю.

Таблиця 4.1.2

Вплив добавок NaCl на властивості напівводного гіпсу

Вміст NaCl, %	Вміст гідратної води у напівводному гіпсі, %	Площа питомої поверхні гіпсу, м2/кг	Нормальна крутість гіпсового тіста, %	Терміни тужавлення, хв.		Межа міцності, МПа, через 2 години
				початок	кінець	при згині	при стиску
1	2	3	4	5	6	7	8

Варіант 3. Дослідити вплив добавок — регуляторів тужавлення на властивості будівельного гіпсу.

Методичні вказівки. Вивчають вплив добавок, що прискорюють або уповільнюють тужавлення гіпсу. Рекомендовані добавки — NaCl, Na₂ SО₄, Ca SO₄, 2 H₂ O, столярний клей, Na₃РО₄.

Визначають: нормальну крутість гіпсового тіста, терміни тужавіння, міцність при згині й стиску через 2 години після замішування з водою, через сім діб твердіння на повітрі та після висушування зразків до сталої маси при температурі 60-65°С.

Усі випробування здійснюють за методиками [ 1 ].

Результати заносять у таблицю.

Таблиця 4.1.3

Вплив добавок — регуляторів тужавлення — на властивості будівельного гіпсу

Назва добавки	Вміст добавки, %	Нормальна крутість, % (в/г)	Час тужавіння, хв.		Межа міцності, МПа
					при згині			при стиску
			початок	кінець	через 2 год.	через 7 діб	після висушу-вання	через 2 год.	через 7 діб	після висушу-вання
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11

Варіант 4. Визначити міцність гіпсового каменю при твердінні в різних умовах на повітрі та у воді, встановити вплив вологовмісту на його міцність.

Методичні вказівки. Передбачається декілька варіантів умов твердіння гіпсового каменю, наприклад:

1— твердіння у повітряному середовищі при відносній вологості повітря 50%;

2. — теж саме, але при відносній вологості 65-70%;

3. — теж саме, але при відносній вологості 98-100%;

4 — при перемінному зволоженні та висушуванні;

5 — твердіння у воді.

Зразки - балочки готують за стандартними методиками. Через 1-1,5 год. після виготовлення і зберігання на повітрі при температурі 20 (± 5) °С продовження твердіння відбувається залежно від варіантів завдання:

а) при відносній вологості повітря 50 і 65-70% — в ексикаторах над розчинами кислот необхідної концентрації;

б) при відносній вологості повітря 98-100% — в ексикаторі над водою;

в) повністю зануреними у воду.

Твердіння при перемінному зволоженні та висушуванні зразків рекомендується здійснювати за режимом: зволоження — зразки занурюються на 1/3 їх висоти у воду кімнатної температури на 16 год.; висушування — в лабораторній сушильній шафі при температурі до 65 °С протягом 8 год.

Через 7 діб твердіння в прийнятих умовах по три балочки випробовують на згин, а їх половинки на стиск. Три інших зразки зважують, висушують до сталої маси при температурі до 65 °С, розраховують вміст у них гігроскопічної вологи і також піддають випробуванням на згин та стиск.

Результати випробувань заносять у таблицю й креслять відповідні графічні залежності.

Таблиця 4.1.4

Міцність гіпсового каменю при твердінні в різних умовах і вплив вологовмісту зразків на їх міцність

Умови твердіння зразків	Вологість зразків через 7 діб, %	Межа міцності через 7 діб, МПа
		при згині		при стиску
		вологі	після висушування	вологі	після висушування	при згині	при стиску
1	2	3	4	5	6	7	8

Варіант 5. Дослідити вплив виду заповнювачів, водогіпсового відношення та інтенсивності ущільнення при формуванні на властивості гіпсобетону. Методичні вказівки. Ці дослідження можна проводити шляхом порівняльних випробувань розчинів, виготовлених на будівельному гіпсі одного заводу, але з різним заповнювачем.

Склад гіпсобетону підтримують постійним, наприклад 1 : 3, а рухливість суміші змінюється і визначається глибиною занурення стандартного конуса «СтройЦНИЛ». Для виготовлення зразків литтьовим методом — 10-12 см; для формування зразків вібруванням протягом 15 сек. — 5-6 см; для формування вібруванням протягом 30 сек. — 1-2 см.

При приготуванні суміші для вповільнення термінів тужавлення бажано вводити разом із водою замішування відповідні добавки в таких концентраціях, щоб початок тужавлення наступав у межах 15-20 хв.

Розчинну суміш слід ретельно перемішати вручну 2-3 хв. або в лабораторному змішувачі.

Рухливість суміші визначають за методикою [ 1 ].

Необхідна рухливість суміші досягається поступовим додаванням води при постійному перемішуванні. Для цього рекомендується спочатку ретельно перемішати суху суміш в’яжучого і заповнювача, додати 40-45% води від маси гіпсу (враховуючи воду в розчині уповільнювача), перемішати й визначити рухливість. Після цього додати певну кількість води, ретельно перемішати та знову визначити рухливість. Такий процес продовжують до тих пір, поки рухливість суміші буде відповідати заданій.

Після встановлення витрат води для одержання суміші необхідної рухливості, розраховують В/Г відношення, за якого вона досягнута. З одержаних сумішей формують за вибраних умов ущільнення зразки-балочки розміром 4х4х16 см (по три зразки із суміші кожної рухливості).

Вібрування зразків здійснюють на лабораторній віброплощадці. Середню густину ущільненої розчинної суміші можна визначити наступним чином: спочатку зважують пусту форму, а потім форму з тільки що відформованими зразками (форму необхідно попередньо ретельно очистити від налиплої суміші). Знаючи об’єм зразків, розраховують середню густину суміші.

Після 1-1,5 год. витримки на повітрі при кімнатній температурі зразки звільняють від форм, зберігають на повітрі у приміщенні протягом 7-14 діб і визначають характеристики міцності.

Дані всіх випробувань заносять у таблицю 4.1.5 та аналізують.

Таблиця 4.1.5