Для решения вопроса оценки свойств бетонов по показателю индекса качества авторы статьи предлагают метод так называемых весовых индексов. Смысл в том, что этот метод позволяет на единой рейтинговой шкале взвешивать и оценивать свойства бетона, характеризуемые разными единицами измерений. Оценка производится сначала по блокам, а затем комплексно.
УДК 691.54 + 691.32
Д.С. СТАРЧУКОВ, докторант, П.А. Козин, доктор техн. наук, профессор, ВКА имени А.Ф. Можайского, Л.Б. СВАТОВСКАЯ, доктор техн. наук, профессор, О.В. ЮРОВ, аспирант, А.А. КАБАНОВ, аспирант, ПГУПС императора Александра I, г. Санкт-Петербург
Актуальность темы обусловливается следующим. Как известно, контроль качества бетона организуется на всех стадиях производства и включает входной, операционный и приемочный. При этом проверяют свойства исходных материалов, бетонной смеси и ее уплотнение, структурообразование и твердение бетона, а также свойства готового изделия.
Когда же необходимо выбрать уже готовый бетон, возникает проблема оценки его качества. Например, при одном и том же классе бетона и одинаковой стоимости на рынке можно встретить бетоны с разными свойствами, и однозначно выбрать лучший из них достаточно сложно. Объясняется это тем, что бетон сегодня производят по новым технологиям, и появилось множество добавок в бетон, поэтому выбор продукта становится трудоемким, а сам бетон превращается в сложный композиционный материал. Эта проблема касается не только бетонов, но и других композиционных материалов, которые состоят из нескольких составляющих.
Таким образом, для управления качеством композиционного материала на цементной основе его необходимо количественно оценивать [1-3]. В этом случае необходима система приведения свойств бетонов, характеризуемых разными единицами измерений, к единой безразмерной шкале, которая давала бы информацию о качестве по единому показателю. Такой показатель был определен как индекс качества PQ (property quality), в соответствии с названием, которое при такой же постановке вопроса используют в других областях знаний [2-4]. В данном случае этот показатель может быть назван индексом качества бетона – ИКБ.
Для решения вопроса оценки свойств бетонов по показателю индекса качества авторами предлагается метод так называемых весовых индексов (см. рис. 1). Его смысл состоит в том, что он позволяет по единой рейтинговой шкале взвешивать и оценивать свойства бетона, характеризуемые разными единицами измерений. Оценка производится сначала по блокам, а затем комплексно.
Количественный показатель качества бетона ИКБ рассчитывается с помощью метода экспертных оценок и математической обработки результатов экспертизы. Рассматриваемые свойства, характеризуемые разными единицами измерений, приводят к единой безразмерной шкале. Затем вычисляется собственно индекс качества бетона ИКБ. При этом полагается, что чем выше значение ИКБ, тем выше уровень качества бетона.
Смысл разработанного метода состоит в том, что для получения количественной оценки из перечня требуемых свойств бетона выбирают наиболее значимые свойства, описывающие данный объект, и эти свойства затем приводятся к безразмерному числу.
Далее для каждого свойства определяют способ приведения его значения к диапазону от 0 до 1. Для приведения свойства бетона к диапазону от 0 до 1 задают интервал значений этого свойства для рассматриваемого случая, лучшее и худшее значения из заданного интервала, и обосновывают их. Лучшему значению сопоставляют нормированное значение 1, худшему – 0, а любому значению из интервала – какое-то значение в этом диапазоне, т.е. 0<х<1, а сам диапазон от 0 до 1 называют диапазоном индексов свойств и соответствующее значение – индексом свойства. Рассматриваемый процесс называют получением значения индекса для конкретного свойства.
Для определения этих значений строят график для двух возможных вариантов:
а) лучшее значение свойства находится слева (т.е. чем меньше значение свойства, тем свойство лучше, например – стоимость бетона);
б) лучшее значение свойства находится справа (т.е. чем больше значение свойства, тем свойство лучше, например – заработная плата).
За значимость свойства в аспекте оценки качества принимается его процентное отношение к другим свойствам. При этом необходимо обеспечить сумму значимостей всех свойств аспекта оценки качества, равную 100%. Тогда индекс качества вычисляется как сумма произведений значимости (весового коэффициента) свойства на значение индекса этого свойства. Индекс качества бетона учитывает не только интервалы по каждому свойству, но и весовой коэффициент свойства.
Таким образом, индекс качества конструктивного свойства бетона вычисляется следующим образом:
Икс=ki×ИПi, (1)
где ki – весовой коэффициент i-го свойства; ИПi – индекс рассматриваемого i-го свойства.
Индекс качества бетона ИКБ вычисляется как сумма индексов качества конструктивных свойств бетона:
, (2)
где ki – весовой коэффициент i-го свойства; ИПi – индекс рассматриваемого i-го свойства; n – количество свойств.
Пример использования метода
Оценка качества рассматриваемых бетонов проводится по физико-механическим свойствам, представленным в табл. 1, по формулам 1 и 2 для оценки качества бетона по индексу качества ИКБ при условии одинакового класса бетона, равного В30, и одинаковой стоимости. Значения физико-механических свойств бетона в данном примере взяты из литературных источников [5].
Таблица 1. Натуральные значения свойств рассматриваемых бетонов класса В30
| № п/п | Вид цемента | Класс бетона | Конструктивные свойства бетона, Пi | ||||
| Истираемость, г/см2, П1 | Морозостойкость, циклы, П2 | Водопоглощение, %, П3 | Водонепроницаемость, МПа, П4 | Ударная прочность, МПа, П5 | |||
| 1. | Портландцемент | В30 | 0,89 | 400 | 6,8 | 12 | 0,50 |
| 2. | Высокоглиноземистый цемент | В30 | 0,55 | 200 | 3,8 | 10 | 0,94 |
| 3. | Расширяющийся цемент | В30 | 0,72 | 600 | 4,1 | 16 | 0,73 |
| 4. | Напрягающий цемент | В30 | 0,68 | 300 | 2,4 | 14 | 0,59 |
Первое выбранное конструктивное свойство П1 – это истираемость бетона И. Истираемость – это способность материала уменьшаться в массе и объеме под действием истирающих усилий. Лучшие конструктивные материалы имеют низкую истираемость, худшие – высокую. Тенденция развития данного свойства должна быть направлена на его снижение как в настоящем, так и в будущем.
Для расчета индекса истираемости ИП1 были выбраны рассматриваемые бетоны, которые характеризуются классом по прочности на сжатие В30. Величина индекса ИП1 оценивалась методом экспертной оценки исходя из предпосылки, что лучшее значение равно 1, а худшее – 0.
По полученным значениям был построен график (рис. 2).
Данные истираемости размещаются по оси абсцисс, вычисляются ординаты точек на графике и получают значения ординат, которые являются безразмерными индексами свойства истираемости ИП1, характеризующие истираемость бетона в безразмерном значении.
Таблица 2. Значение конструктивного свойства истираемости в виде индексов ИП1
| Номер бетона | 1 | 2 | 3 | 4 |
| Истираемость бетона И, МПа | 0,89 | 0,55 | 0,72 | 0,68 |
| Безразмерные индексы свойства истираемости бетона, ИП1 | 0 | 1 | 0,55 | 0,65 |
Аналогично были рассчитаны индексы ИП2-ИП5. Результаты приведены в табл. 3.
Таблица 3. Значения конструктивных свойств бетона в виде индексов ИП2-5
|
№ образца бетона Свойства |
1 | 2 | 3 | 4 |
| Морозостойкость бетона F, циклы | 400 | 200 | 600 | 300 |
| Безразмерные индексы свойства морозостойкости, ИП2 | 0,55 | 0 | 1 | 0,33 |
| Водопоглощение, % | 6,8 | 3,8 | 4,1 | 2,4 |
| Безразмерные индексы свойства водопоглощения, ИП3 | 0 | 0,72 | 0,65 | 1 |
| Водонепроницаемость бетона, марка | 12 | 10 | 16 | 14 |
| Безразмерные индексы свойства водонепроницаемости, ИП6 | 0,33 | 0 | 1 | 0,67 |
| Ударная прочность бетона, МПа | 0,50 | 0,94 | 0,73 | 0,59 |
| Безразмерные индексы свойства ударной прочности, ИП7 | 0 | 1 | 0,5 | 0,2 |
Полученные индексы конструктивных свойств приведены в сводной табл. 4, и с учетом экспертной оценки каждому свойству был присвоен весовой коэффициент значимости в процентах, причем сумма всех весовых коэффициентов равна 100%.
Таблица 4. Значения индексов конструктивных свойств ИПi и их весовые индексы ki
| № п/п | Класс бетона | Значения индексов конструктивных свойств ИПi | ||||
| Истираемость, П1 | Морозостойкость, П2 | Водопоглощение, П3 | Водонепроницаемость, П4 | Ударная прочность, П5 | ||
| 1. | В30 | 0 | 0,55 | 0 | 0,33 | 0 |
| 2. | В30 | 1 | 0 | 0,72 | 0 | 1 |
| 3. | В30 | 0,55 | 1 | 0,65 | 1 | 0,5 |
| 4. | В30 | 0,65 | 0,33 | 1 | 0,67 | 0,2 |
| Весовые коэффициенты свойств ki | ||||||
| 30 | 10 | 20 | 10 | 30 | ||
Затем производился расчет показателя индекса качества бетона по формулам 1 и 2. Полученные данные представлены в табл. 5. Расчеты показывают, что самый высокий индекс качества ИКБ у бетона № 2, следовательно, его необходимо рекомендовать к использованию в проектируемых сооружениях.
Таблица 5. Значения индексов качества рассматриваемых бетонов ИКБ
| № п/п | Класс бетона | Индексы качества конструктивных свойств ИКС | Индекс качества бетона ИКБ | ||||
| Истираемость ИП1 | Морозостойкость ИП2 | Водопоглощение ИП3 | Водонепроницаемость ИП4 | Ударная прочность ИП5 | |||
| 1. | В30 | 0 | 5,5 | 0 | 3,3 | 0 | 8,8 |
| 2. | В30 | 30 | 0 | 14,4 | 0 | 30 | 74,4 |
| 3. | В30 | 16,5 | 10 | 13 | 10 | 15 | 64,5 |
| 4. | В30 | 19,5 | 3,3 | 20 | 6,7 | 6 | 55,5 |
Выводы:
1. Предлагается метод оценки свойств бетона по показателю индекса качества. Последний может включать все основные свойства бетона, характеризуемые разными единицами измерений и приведенные к единой безразмерной шкале.
2. Показано, что в зависимости от цели оценки качества бетона, например при равной прочности (класс бетона, марка цемента), бетон может иметь разный индекс качества.
3. Раскрыто, что любой композиционный материал можно сравнивать по множеству аспектов, к которым могут относиться технологические, конструкционные, эксплуатационные и другие параметры. Таким же образом можно делать выводы о целесообразности внедрения новых технологий изготовления композиционных материалов и бетона.
Библиографический список
1. Сватовская Л.Б. Новые экозащитные технологии на железнодорожном транспорте: Монография / Л.Б. Сватовская и др.; под ред. Л.Б. Сватовской. – М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2007, – 159 с.
2. Азгальдов Г.Г., Костин А.В., Садоводов В.В. Квалиметрия для всех: Учеб. пособие. – М.: ИД «ИнформЗнание», 2012, – 165 с.
3. Азгальдов Г.Г. Разработка теоретических основ квалиметрии: Докторская диссертация. – М.: 1981.
4. ГОСТ 15467-79. Управление качеством продукции. Основные понятия. Термины и определения.
5. Несветаев Г.В. Бетоны: Учеб. пособие. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2011, – 383 с.
