4. Состав бетонной смеси.

Согласно 12586.0-83 «Трубы железобетонные напорные виброгидропрессованные» трубы следует изготовлять из тяжелого бетона по ГОСТ 26633 класс по прочности на сжатие В40. Водонепроницаемость бетона для труб должна соответствовать марке по водонепроницаемости W14.

Для обеспечения данных требований применяется бетонная смесь БСГТ П4 В40 W14 F300 СТБ 1035-96, приготовленная из следующих компонентов (на 1 м³ смеси):

БГСТ П3 С25/30

Цемент: марки М400

Ц=420 кг;

Песок: _п=2630 кг/ м³

П=720 кг;

Щебень: r_щ=2670 кг/м³

Щ=1050 кг;

Вода: В=189 кг

Добавка С-3: Д=1%

Плотность бетонной смеси r_бс=2400 кг/м³, с арматурой r_бса= 2510 (расход стали 110 кг на 1м³).

5. Выбор и обоснование режима тепловой обработки:

Согласно техническим условиям на изготовление внутренних стеновых панелей назначим следующий тепловой режим:

Подъем температуры 3 час;

Изотермическая выдержка 6 часа;

Время охлаждения (термос) 2 часа .

Итого: 11 часов .

Проверку прогреваемости изделия принимаем по выбранному режиму, используя критериальные зависимости теплопроводности при нестационарных условиях теплопередаче. Бетон рассматриваем как инертное тело без учета теплоты, выделяющейся при гидратации цемента.

Качественную характеристику скорости изменения температуры тела при неустановившемся режиме учитывают критериальным комплексом Фурье:

где

 - продолжительность нагрева (охлаждения), ч;

R- определяющий размер изделия, м;

a- коэффициент температуропроводности, м²/ч;

,

где

- коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м ºС), для тяжелого бетона =2,5 Вт/(м ºС);

ρ- плотность ж/б, кг/м³,

с- теплоемкость материала, кДж/(кг ºС),

, кДж/(кг ºС),

где

с_{ц,п,щ,в,м}- массовые теплоемкости цемента, песка, щебня, воды, металла арматуры соответственно, кДж/(кг ºС),

G_{ц,п,щ,в,м} – масса цемента, песка, щебня, воды, металла арматуры соответственно, кг.

	цемент	песок	щебень	вода	сталь
с, кДж/(кг ºС)	0,84	0,84	0,84	4,19	0,48
G кг.	420	720	1050	189	110

По формуле (2)

По формуле (1) с учетом R=0,11 м. и τ=1,5 ч. имеем:

Зависимость скорости распространения теплоты в изделии от интенсивности внешнего теплообмена учитываем критериальным комплексом Био:

где

α- коэффициент теплоотдачи от среды к поверхности обрабатываемого изделия Вт/(м² ºС);

По формуле (4) для α₁=90, α₂=80, α_из=70 имеем следующие значения Bi:

; ; ;

При расчете температуры материала в точке х используется критериальная зависимость типа:

где

- безразмерная температура;

t_с- средняя температура среды за соответствующий расчетный период, ºС

t_н- температура изделия в начале расчетного периода, ºС.

Температура на поверхности равна

Температура в центре изделия

Значения безразмерных температур _п и _ц определим по таблицам исходя из рассчитанных выше величин Fo и Bi:

_ц1=0,66; _ц2=0,68; _циз=0,69; _п1=0,24; _п2=0,26; _пиз=0,28.

Определим температуры в период подъема

t_п1¹ = 35 – 0,24(35 – 20) = 31,4 ºС

t_п2¹ = 65 – 0,26(65 – 31,4) = 56,3 ºС

t_ц1¹ = 35 – 0,66(35 – 20) = 25,1 ºС

t_ц2¹ = 65 – 0,68(65 – 25,1) = 37.9 ºС

Определим температуры в период изотермической выдержки:

t_п1² = 80 – 0,28*(80 – 56,3) = 73,4 ºС

t_п2² = 80 – 0,28*(80 – 73,4) = 78,2 ºС

t_п3² = 80 – 0,28*(80 – 78,2) = 79,5 ºС

t_п4² = 80 – 0,28*(80 – 79,5) = 79,9 ºС

t_ц1² = 80 – 0,69*(80 – 37,9) = 46,3 ºС

t_ц2² = 80 – 0,69*(80 – 46,3) = 56,7 ºС

t_ц3² = 80 – 0,69*(80 – 56,7) = 63,9 ºС

t_ц4² = 80 – 0,69*(80 – 63,9) = 72,5 ºС

Средняя температура изделия за расчетный период определим по формуле

, ºС

Результаты запишем в таблицу:

Период	Bi	F0	θп	θц	tп	tц	tбср
1,5	3,96	0,41	0,24	0,66	31,4	25,1	27,2
3,0	3,52		0,26	0,68	56,3	37,9	44,0
4,5	3,08		0,28	0,69	73,4	46,3	55,4
6,0	-		0,28	0,69	78,2	56,7	63,9
7,5	-		0,28	0,69	79,5	63,9	69,1
9,0	-		0,28	0,69	79,9	68,9	72,5

Теплота экзотермии.

В приближенных расчётах количество теплоты гидратации, выделя-емое 1 кг цемента, можно определить по следующей формуле:

,кДж/кг

Где М=400 – марка цемента;

- количество градусо-часов от начала процесса, град∙час;

В/Ц=189/420=0,45 – водоцементное отношение;

a – эмпирический коэффициент, равный

а=0,32+0,002∙ , при < 290 град∙час;

a=0,84+0,0002∙ , при > 290 град∙час;

Рассчитаем количество градусо-часов:

Тогда а=0,84+0,0002∙ 0,912.

кДж/кг.

Общее количество теплоты гидратации, выделяемое цементом, находящимся в установке:

Q_экз=q_экз*Ц*V_б=216,6*420*1=90972 кДж

где Ц=420 кг/м³ – расход цемента;

V_б =1 м³

Определим повышение средней температуры изделия за счёт теплоты гидратации цемента:

, ⁰С,

где G_б – масса бетона в тепловой установке;

с_б =1,0669 кДж/(кгºС) - средневзвешенная теплоемкость бетонной массы изделия.

Вывод: за счет экзотермии цемента мы обеспечиваем догрев бетона до заданной температуры и данный режим тепловой обработки.