2.3. Тепломассообмен при тепловлажностной обработке бетонов

Тепловлажностная обработка бетона предусматривает воздействие теплой и влажной среды с условием сохранения влаги в материале. Такая обработка происходит в паровоздушной среде при относительной влажности близкой к 100%. При этом если температура среды в камере ниже 100 град. С, а давление равно барометрическому, то камера будет заполнена насыщенным паром с примесью воздуха; если же температура среды равна 100 град. С, то камеры заполняется чистым насыщенным паром без примеси воздуха.

При нагреве бетона пар, отдавая свою теплоту, конденсируется на поверхности бетона. При этом меняется как температура, так и влагосодержание поверхности бетона и среды. Эти процессы определяют условия внешнего тепло- и массообмена. От этих условий зависят скорость нагрева изделия и степень увлажнения его поверхности, а также температурное поле в установке находится воздух, а давление среды Р_у равно атмосферному. после заполнения камеры паром общее давление в установке сохраняется равным атмосферному и складывается из парциального давления водяного пара Р_п^’ и парциального давлении воздуха Р_в^’:

Р_у= Р_п^’+ Р_в^’=0,1 МПа

Поступающий насыщенный пар попадает на более холодную поверхность материала, конденсируется с образованием пленки конденсата. Поверхность материала нагревается и ее температура t_п.м. возрастает и стремится к температуре паровоздушной среды t_п.с..

У поверхности пленки конденсата парциальное давление пара снижается до Р^”_в, а парциальное давление воздуха возрастает до Р”_в.

При этом на стороне пленки конденсата, обращенной к поровоздушной смеси, температура t_ж приближается к температуре насыщения t_н при парциальном давлении пара Р_п^”.

Удельный поток теплоты (q­_т), при толщине пленки ( :

(15)

где коэффициент теплопроводности пленки конденсата.

Удельный поток теплоты пара (q­_п), конденсирующегося на поверхности,

(16)

где коэффициент массообмена при конденсации, парциальное давление водяного пара в установке; парциальное давление водяного пара у поверхности изделия.

Теплота отдаваемая паром при конденсации:

(17)

где r – теплота парообразования; удельная масса конденсирующего пара.

Дополнительный перенос теплоты от паровоздушной смеси к пленке конденсата, т.е. удельный поток теплоты:

(18)

где коэффициент теплоотдачи от паровоздушной смеси к пленке конденсата, т.е. удельный поток теплоты.

Удельный поток массы влаги, испаряемой с поверхности изотермической выдержке:

(19)

Основной задачей при изучении внутреннего тепломассообмена при тепловлажностной обработке является определение удельных потоков теплоты и массы. Удельный поток теплоты внутрь материала от нагретой и дополнительно увлажняемой поверхности

(20)

где градиент температуры; i – удельное теплосодержание потока массы; плотность удельного потока массы.

Общее уравнение потока массы в материале представляют собой сумму плотностей частных потоков ( :

(21)

С учетом переноса массы уравнение удельного потока теплоты имеет вид:

(22)

где а_m – коэффициент потенциалопроводности; плотность абсолютно сухого материала; термоградиентный коэффициент, учитывающий термовлагоопроводность материала; коэффициент, учитывающий влияние на массоперенос перепада давления.

Для анализа этого уравнения рассматривают замкнутую систему процесса тепловлажностной обработки.

Длительность процесса тепловлажностной обработки бетона определяют составом бетонной смеси, параметрами теплоносителя и условиями взаимодействия теплоносителя с бетонной смесью.

Входные параметры бетонной смеси следующие: плотность теплопроводность , теплоемкость , влагосодержание , температура прочность . Теплоноситель характеризуется температурой и относительной влажностью .

Выходными параметрами бетонной смеси являются: плотность , теплопроводность , теплоемкость , влагосодержание , температура прочность . Выходные параметры теплоносителя характеризуется температурой и относительной влажностью .

Условия взаимодействия теплоносителя с бетонной смесью характеризуется параметрами: коэффициентом потенциалопроводности , длительностью тепловой обработки , характеристикой, учитывающей отношение объема изделия к его открытой поверхности, .

C учетом этих параметров можно составить схему изучения тепловлажностной обработки (Рис. 2).

Рис. 2. Блок – схема процесса тепловлажностной обработки [6].