6.3.5. Ізотермічний метод калориметрії
Термосний метод пов'язаний із досить значною розрахунковою роботою при обробці дослідних даних і приведення їх до ізотермічного режиму. А.А.Парийським встановлена принципова можливість експериментального визначення теплоти гідратації цементу в розчинах і бетонах ізотермічним методом і створив спеціальний калориметр, в якому температура твердіючого матеріалу підтримується на заданому рівні. Це досягається більш низькою температурою води у термостаті і системного підігріву зразків, яка включає електричні нагрівні і терморегулятор із електронним реле.
Бетонну суміш вкладають у посудини із бляхи, куди поміщають також електричний нагрівник у вигляді спіралі у скляній трубці. По осі посудин знаходиться скляна пробірка для термодатчика. При опусканні посудин із бетоном в термоси температура матеріалу повинна бути нижче встановленої температури ізотермічного твердіння приблизно на 0,50С. Після герметизації термосів в бак доливають воду і температуру бетону за допомогою нагрівника доводять до заданого значення. Цей момент рахується початком досліду. Температура водяної оболонки калориметра повинна бути такою, щоб температура бетону під час досліду не перевищувала початкового значення. Температура оболонки може змінюватись ступенями в залежності від інтенсивності тепловиділення.
Теплоту гідратації цементу при ізотермічному твердінні бетону (розчину) можна визначити за формулою:
, (6.33)
де
Qk– постійна тепловіддачі термоса; Qе–
кількість теплоти, яка вводиться в бетон
від електричного нагрівника;
–
сумарна площа прямокутників, що обмежені
ізотермами для бетону tб і водяної
оболонки t0б за період від 0
до n,
год.
Для визначення Qk проводиться градуювання електричним струмом калориметричних посудин заповнених водою. Температура води в термосах і температура водяної оболонки повинні бути такими самими, як і в дослідах з бетоном. Кількість внесеної теплоти (кал) визначається за формулою Джоуля:
, (6.34)
де U i R– відповідно напруга і опір у колі нагрівника.
Постійну тепловіддачі Qk знаходять із формули:
, (6.35)
де tв– температура води в термосі.
6.3.6. Адіабатичний метод калориметрії
Адіабатичний метод визначення теплоти гідратації цементу полягає у вимірюванні температури цементного розчину (бетону), що твердіє в умовах відсутності теплообміну з оточуючим середовищем. Калориметри адіабатичного типу дозволяють проводити досліди із зразками бетону виробничого складу. Спостережене в них підвищення температури наближається до температури всередині крупних бетонних блоків при відсутності трубного охолодження.
В адіабатичних калориметрах відсутність теплообміну досягається при рівності температур твердіючих зразків і оточуючого їх середовища. При цьому чим більше теплоємність зразка перевищує теплоємність оболонки, тим точніше тепловий ефект відповідає істинному адіабатичному процесу.
В одній із поширених конструкцій (рис.6.11) адіабатичний калориметр складається з теплоізоляційної камери, нагрівних елементів, пристрою для автоматичного регулювання температури в камері і приладу, що знижує температуру в камері і в бетоні.
Пристрій для автоматичного регулювання температури в камері включає датчики–термометри опору, один із яких знаходиться в камері, а другий у твердіючому бетоні. Датчики під'єднані до моста опору і вже при незначному перевищенні температури бетону у порівнянні з температурою повітря в камері електронне реле включає нагрівні елементи–лампи накалювання загальною потужністю біля 500 Вт, а при зниженні – виключає. Рівномірність температури в камері забезпечується вентиляторами.
Рис.6.11.Схема приладу для визначення тепловиділення бетону, що твердіє в адіабатичних умовах:
1 – зовнішня обшивка з деревини; 2 – теплоізоляція; 3 – внутрішня обшивка з деревини; 4 – металева обшивка; 5 – кришка форми; 6 – вентилятор; 7 – термометр опору; 8 – мідна гільза; 9 – нагрівний елемент; 10 – форма для бетонної суміші; 11 – бетон; 12 – виводи для електронного моста, що реєструє температуру в камері і в бетоні; 13 – виводи до приладу, що автоматично регулює температуру в камері
Бетонна суміш поміщається в циліндричну форму діаметром від 30 до 100 см з герметично зачиняємою кришкою і ущільнюється вібруванням.
Теплота гідратації цементу за період випробовування визначається за формулою:
, (6.36)
де Сзаг– теплове значення бетонної суміші з формою, кал/0С; t0 і t– температура відповідно на початку і в кінці досліду; mц– витрати цементу на бетонну суміш, г;
Сзаг=Сб.с+Сф, (6.37)
де Сб.с і Сф– теплове значення відповідно наважки бетонної суміші і форми, кал/0С;
Сб.с=0,2(mц+mn+mщ)+0,9mв, (6.38)
де mц, mn, mщ і mв– кількість цементу, піску, щебеню (гравію) і води у наважці бетонної суміші, г;
, (6.39)
де mф– маса форми, г.
Максимально можливий підйом температури при адіабатичному способі визначення теплоти гідратації можна знайти за формулою:
, (6.40)
Можна знайти t також наближеним способом за формулою:
, (6.41)
де q– теплота гідратації цементу, визначена стандартним термосним методом; П і Щ– кількість піску і щебеню (гравію), що припадає на одиницю цементу за масою; В/Ц– водоцементне відношення.