Скачать 181.08 Kb.
|
Содержание Научный руководительОфициальные оппоненты Оао «тдск» Общая характеристика работы Основное содержание работы Основные результаты и выводы Основной материал диссертации изложен в публикациях |
На правах рукописи ГУСАКОВ Александр Михайлович ПРОЦЕССЫ ВНУТРЕННЕГО МАССОПЕРЕНОСА В БЕТОНЕ НА РАННЕЙ СТАДИИ ВЫДЕРЖИВАНИЯ В ТЕХНОЛОГИИ ЗИМНЕГО БЕТОНИРОВАНИЯ 05.23.08 – Технология и организация строительства АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Томск – 2006 Работа выполнена в Томском государственном архитектурно-строительном университете
Защита состоится « 29 » июня 2006 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 212.265.01 Томского государственного архитектурно-строительного университета по адресу: 634003 г. Томск, пл. Соляная, 2. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного архитектурно-строительного университета по адресу: 634003 г. Томск, пл. Соляная, 2. Автореферат разослан «25» мая 2006 г. Ученый секретарь диссертационного совета Скрипникова Н.К. ^ Актуальность работы. Для получения бетонных конструкций требуемого качества в зимних условиях применяют специальные методы бетонирования, основанные на сохранении или внесении тепла в бетон, понижении температуры его замерзания применением противоморозных добавок. При этом ни один из методов не исключает градиентов температуры по сечению выдерживаемых конструкций. Так как в построечных условиях зимой период предварительного выдерживания отсутствует, возникающие после укладки смеси градиенты температуры вызывают процесс миграции влаги из более нагретых в охлажденные зоны конструкции. В результате это приводит к их переувлажнению и последующему ухудшению свойств. Хотя величина температурного градиента в большинстве случаев невелика (около 1,2–1,8 0С/см), вызванный им процесс массопереноса способен впоследствии снизить прочность и плотность охлажденных слоев на 20–30 %. Процесс наиболее опасен в ранний период выдерживания бетона, когда связи между цементными частицами слабы. Нормативные документы технологии зимнего бетонирования эти процессы в полной мере не учитывают. Проектирование технологических параметров производят по температурному фактору, считая влажность равномерной. Экспериментальные методики исследования условий и параметров процесса внутренней миграции влаги в условиях остывания бетона требуют дальнейшего развития. Объект исследований – технология приготовления, укладки и уход за бетоном в зимнее время. Предмет исследований – процесс внутренней миграции влаги в свежеуложенном бетоне, оказывающий влияние на качество монолитных конструкций, возводимых в зимних условиях. Цель диссертационной работы: исследование условий и параметров процесса внутренней миграции влаги в свежеуложенном бетоне конструкций, остывающих в зимних условиях, разработка и реализация математической модели для прогнозирования параметров технологии зимнего бетонирования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
^ Во введении обоснована актуальность темы диссертации, изложены цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость, представлены основные положения, выносимые на защиту. Первая глава носит обзорный характер. Выполнены анализ литературы по состоянию вопроса в области изучения процесса внутреннего влагопереноса в бетоне конструкций, остывающих на морозе, обзор методик по исследованию процесса внутреннего массопереноса, а также оценка влияния условий протекания процесса внутреннего массопереноса. Влияние процесса внутреннего массопереноса на структуру бетона проанализировано на основе работ Л.Я. Волосяна, И.Б. Заседателева, А.Д. Козлова, Н.Н. Куприянова, А.В. Лагойды, Л.А. Малининой, В.М. Михайличенко, И.А. Подласовой и других исследователей. Авторами определены факторы, определяющие процесс, на отдельных экспериментах получены величины снижения прочности, увеличения пористости в переувлажненных в результате перераспределения влаги зонах. Однако, как показали исследования, в реальных условиях существует еще ряд факторов, влияющих на процесс влагопереноса. Экспериментальные методики исследования и техническая оснащенность в большей степени проработаны для неизотермических условий тепловлажностной обработки бетона. Существующие методики исследования процесса при охлаждении бетона недостаточно точны и трудоемки. Соответственно, методы расчета влажностных полей в бетоне выдерживаемых конструкций при тепловлажностной обработке более точные. Для зимних условий метод расчета влажностных полей требует дальнейшего развития. Вторая глава посвящена разработке методик исследования процесса внутреннего массопереноса и скорости миграции влаги в свежеуложенном бетоне. Разработана установка регулируемых температурных градиентов, позволяющая в автоматическом режиме создавать и поддерживать в течение заданного времени неоднородное одномерное температурное поле в трех горизонтально расположенных образцах твердеющего бетона. Установка состоит из термостата – металлической емкости объемом 20 л, заполненного антифризом (тосолом), теплообменника – медной трубки-змеевика диаметром 8 мм, залитой в алюминиевую пластину, через насос связанной с термостатом, устройства для крепления образцов, комплекта приборов измерения и регулирования температуры (рис. 1). Охлаждение тосола производится холодильным агрегатом с мощностью охлаждения 500 Вт. Алюминиевая пластина по контуру утеплена экструдированным пенополиуретаном. Минимальная температура охлаждения антифриза – минус 22 0С. Формы с внутренними размерами 100×100×300 мм, выполнены из стеклопластика толщиной 10мм с металлическими пластинами-торцами толщиной 5мм, герметичны и изолированы от изменения температуры в поперечном сечении. Стальные пластины – торцы форм – с одной стороны находятся при комнатной температуре, с другой стороны контактируют с алюминиевой пластиной теплообменника. Пластина теплообменника охлаждается с заданной скоростью посредством аппаратно-программного комплекса установки. Измерение температуры в периоды охлаждения производится контрольно-измерительным комплексом (АЦП и программ), соединенным с термопарами (хромель-копель), установленными по длине образцов в трёх сечениях. Параллельно температура по длине образцов измерялась электронными термометрами.
Эксперименты проводились на смесях мелкозернистого и тяжелого бетона, изготовленных из цементов Искитимского и Топкинского цементных заводов. Для оценки влияния химических добавок на процесс внутренней миграции влаги в свежеуложенном бетоне использовались противоморозные добавки – Ca2CO3, NaNO2, K2CO3, NaCl и пластифицирующая добавка – С-3. Приготовленная смесь мелкозернистого бетона помещалась в формы, уплотнялась и сразу подвергалась температурному воздействию. Таким способом имитировалось остывание бетонных конструкций через опалубку в зимних условиях. Температура «горячего» торца поддерживалась при температурах 20-45 0С. Температура «холодного» торца поддерживалась на задаваемом уровне в пределах значений 0 – минус 6,5 0С. Общее время эксперимента 4 часа - не превышало срока схватывания цемента при 20 0С и водоцементном отношении В/Ц=0,43-0,7. Влажность бетона, сложившаяся по направлению температурного градиента, определялась термостатно-весовым способом. Пробы массой отбирались по длине образцов из центра их сечений. Доля связанной воды определялась последующим прокаливанием. Экспериментально установлено время выдерживания образцов для определения скорости миграции влаги, рассчитываемой по распределению влажности по формуле (1) в свежеуложенном бетоне. Исследуемые образцы находились в неоднородном температурном поле в течение 2, 4, 6 часов. По максиму кривой изменения скорости (рис.2) определено, что максимальная скорость процесса соответствует 4 часам выдерживания. ![]() где ![]() ![]() ![]() Для определения коэффициента внутреннего изотермического массопереноса в пластиковую форму размером 100х100х150 мм помещались смеси мелкозернистого бетона с различным водоцементным отношением 0,3 и 0,6. Смеси помещалась в форму последовательно так, чтобы они соприкасались в центре без мембраны. Форма с уложенными смесями помещалась в холодильник с температурой 4 0С на 24 часа для замедления схватывания бетонных смесей, после чего по обе стороны от контакта смесей определялась их влажность. Плотность и относительная прочность бетона образцов, выдержанных на раннем этапе выдерживания в неизотермических условиях, определяли по стандартным методикам. Капиллярную пористость бетона образцов определяли по апробированной в других исследованиях методике, основанной на обработке изображений, полученных методом растровой электронной микроскопии (РЭМ). Третья глава посвящена изучению влияния условий протекания процесса неизотермического массопереноса, определению экспериментальным путем значений скорости миграции влаги в свежеуложенном бетоне конструкций, коэффициентов неизотермического массопереноса, разработке программы для прогнозирования влажностных и температурных полей. В ходе экспериментов выявлены новые факторы, влияющие на процесс влагопереноса модуль крупности заполнителя, концентрация химических добавок, длина замерзшей зоны, марка цемента и водоцементное отношение).
Интенсивное льдообразование в исследуемых образцах происходило при температуре замораживания в интервале от минус 1,0 ºС до минус 2,5 ºС. При дальнейшем понижении температуры замораживания охлаждаемой поверхности жидкость прекращает двигаться в охлажденную зону по причине нивелирования температурного градиента внутреннего массопереноса и ее замерзания у охлажденной грани. При введении в состав химических добавок процесс массопереноса не был исключен. При замораживании образцов, с длиной замерзшей зоны 2 и 2,5 см, переувлажнение на холодном торце составило 39 % и 20 % (соответственно с добавлением С-3 и NaCl). Присутствие в бетонной смеси NaCl, а также С-3 изменяют условия движения жидкости. Наличие NaCl в растворе увеличивает его плотность и вязкость. Сопротивление жидкости при движении её по капилляру возрастает, переувлажнение холодного торца становится менее интенсивным. Добавка С-3 оказывает диспергирующее действие на флокулы цементных частиц, что также способствует образованию более мелких капилляров.
Для исследования последствий процесса внутреннего массопереноса, бетонные смеси, подвергались температурному воздействию в течении 4 часов, помещались в нормальные условия твердения на 28 суток. В результате чего получены данные о плотности, пористости и прочности образцов.
Из полученных данных следует, что переувлажненные в ранний период зоны имеют меньшую плотность, прочность и большую пористость по сравнению с центральными слоями на 30 %. В третьей главе также разработана программа для прогнозирования полей влажности в бетонных конструкциях, остывающих на морозе, основанная на решении уравнений тепло- и массопереноса. Для разработки программы необходимо было определить значения коэффициентов уравнений от изучаемых факторов. По данным проведенных экспериментов сформированы 3 матрицы планирования для обычных составов и составов с применением противоморозной и пластифицирующей добавок. В результате обработки матриц планирования получены уравнения, связывающие количество мигрирующей влаги в холодную зону, скорость и коэффициенты переноса от исследуемых факторов. Коэффициенты уравнения проверены по доверительному интервалу и откорректировано по критериям Фишера и Стьюдента. Количество мигрирующей влаги (состав с суперпластификатором): W=1,279-0,026∙Х2+0,036∙Х3+0,036∙Х4-0,043∙Х1∙Х4 Количество мигрирующей влаги (состав с противоморозными добавками): W=1,215 -0,013∙Х1+0,022∙Х4-0,013∙Х1∙Х3+0,018∙Х2∙Х4 Скорость миграции влаги (состав с суперпластификатором): V=0,386-0,015∙Х2-0,025∙Х3+0,048∙Х4-0,020∙Х1∙Х4 Скорость миграции влаги (состав с противоморозными добавками): V=0,318-0,019∙Х1+0,046∙Х4-0,008∙Х1∙Х2-0,006∙ Х1∙Х3+0,019∙Х2∙Х4 Коэффициент неизотермического массопереноса (состав с суперпластификатором): DuT=0,099-0,012∙Х2+0,001∙Х3+0,016∙Х4-0,016∙Х1∙Х4 Коэффициент неизотермического массопереноса (состав с противоморозными добавками): DuT=0,074-0,003∙Х1+0,009∙Х4-0,0003∙Х1∙Х2-0,003∙Х1∙Х3+0,004∙Х2∙Х4 Для проверки правильности полученных уравнений неизотермического массопереноса были рассмотрены случаи влияния одного фактора на результаты массопереноса при фиксированных остальных факторах. По значениям уравнений построены графики прогнозирования характера изменения количества переместившейся влаги, скорости миграции влаги и коффициентов массопереноса.
В алгоритм расчета полей влагосодержания в бетонных конструкциях, остывающих при отрицательных температурах заложены уравнения тепло- и массопереноса. ![]() ![]() Начальные и граничные условия: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Алгоритм расчета тепловлажностных полей представлен на рис. 12.
Коэффициенты неизотермического массопереноса определяли при помощи "кусочных" функций с фиксированными значениями по 3-м факторам и переменным водоцементным отношением. Зависимости ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]()
В четвертой главе рассмотрены вопросы технологического проектирования способов зимнего бетонирования. Разработаны рекомендации в технологии зимнего бетонирования с целью снижения негативного влияния процесса внутренней миграции влаги для проектирования технологических параметров и производства подготовительных процессов. В дополнение к существующим методам расчета технологических параметров зимнего бетонирования, этап их проектирования предлагается осуществлять в последовательности, приведенной на рис. 10. Предложено включить в журнал производства бетонных работ контроль температуры основания, арматуры и опалубки перед бетонированием и в период выполнения работ, а также в технологической карте указывать расположение и количество точек замера температуры, зависящих от размеров и армирования конструкции. ![]() Рис. 10 Алгоритм расчета технологических параметров. Эффективность предложенного алгоритма подтверждена расчетом технико-экономических показателей на примере рассмотренных вариантов бетонирования железобетонной стены в зимних условиях. В результате анализа затрат по сравниваемым вариантам выявлено приемлемость предварительного электроразогрева, электротермообработка нагревательным проводом и применение противоморозной добавки и добавки-ускорителя как методов зимнего бетонирования по отношению к базовому. ^
10 Предложены технологические рекомендации строительной организации для проектирования технологических параметров зимнего бетонирования. ^
|
Работа выполнена в Томском государственном архитектурно-строительном университете | Работа выполнена в Томском государственном архитектурно-строительном университете |
Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Томский государственный архитектурно-строительный... | Процессы и аппараты химической технологии: тепломассообменные и механические процессы |
Подготовки бакалавров по направлению «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии» | Поставка бензина автомобильного неэтилированного марок а -76 (аи-80), аи-92 и дизельного топлива (летнего и зимнего) для двигателей... |
«Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии». Дисциплина реализуется на Нефтетехнологическом... | Вак комиссии Министерства в связи с утверждением Приказом Минобрнауки России от 25 февраля 2009г. №59 Номенклатуры специальностей... |
Вам свой профиль подготовки дипломированных специалистов (бакалавров) «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных... | Вам свой профиль подготовки дипломированных специалистов (бакалавров) «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных... |