книги из ГПНТБ / Зимнее бетонирование на Южном Урале

и при условии, что остывание продолжается не более трех суток. При температурах ниже 30—40° С и при остывании бетона более трех суток расхождения уве­ личиваются. По нашему мнению, коэффициент 0,5, который берется при остывании бетона свыше трех суток, в формуле расчета А. С. Арбеньева не вполне обоснован.

Б. РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ ОСТЫВАНИЯ БЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Результаты натурных исследований показали, что существующие методики расчета времени остывания бетонных конструкций, в особенности с применением предварительного электроразогрева бетонной смеси, нуждаются в совершенствовании. Серьезным недо­ статком этих методик является то, что они не дают представления о неравномерности остывания раз­ личных частей конструкций.

Решение уравнения теплопроводности, как отме­ чалось выше, с учетом влияния температуры наэкзотермию бетона, массопереноса, нестационарности теп­ лофизических характеристик и т. д. является в насто­ ящее время практически неразрешимой задачей. Поэтому важно выбрать такую модель процесса, которая бы удовлетворяла следующим условиям: вопервых, как можно полнее отражала основные зако­ номерности процесса и, во-вторых, имела наиболее простую форму, описывающую процесс.

Рассмотрим факторы, влияющие на остывание предварительно разогретой бетонной смеси в конст­ рукциях.

§ 1. Определение расчетной температуры наружного воздуха

Колебания температуры наружного воздуха ха­ рактеризуются часовыми, среднесуточными, макси­ мальными и минимальными значениями. Для полу­ чения расчетной температуры наружного воздуха проведены исследования конструкций с модулями по­ верхности Мп = 3—10 м~1 на гидроинтеграторе

84

В. С. Лукьянова 2ИГЛ—2—10—5. Для расчетов бы­ ла взята одномерная модель — стенка. Влияние экзотермии на остывание бетонной стенки не учитыва­ лось. Решение одномерной задачи осуществлено на одной секции гидроинтегратора.

Расчетные температуры наружного воздуха были приняты по данным метеостанции для января 1970 г. и по нашим замерам, сделанным во время бетониро­ вания в феврале 1970 г. Расчеты проводились при следующих температурах: почасовых, среднесуточ­ ных, максимальных и минимальных.

Исследования показывают (табл. 13), что почасо­ вые (мгновенные) колебания температуры наружно­ го воздуха оказывают влияние только на поверхност­

Т а б л и ц а 13

Время остывания бетонных конструкций с Мп = 4 и 7 м ~ 1

определенное на гидроинтеграторе

(числитель — часы, знаменатель — проценты)

85

При определении времени остывания конструкции по среднесуточной температуре наружного воздуха по­ лучена наименьшая ошибка (до 6%). Ошибка при расчете времени остывания по минимальным темпера­ турам составляет до 21 %.

Таким образом, при отсутствии почасовых измене­ ний температуры наружного воздуха в качестве рас­ четных следует принимать среднесуточные значения температур.

При использовании электронно-вычислительных машин (ЭВМ) или методов гидравлических и электри­ ческих аналогий можно рекомендовать для определе­ ния расчетной температуры наружного воздуха выра­ жение:

§ 2. Исследование теплофизических характеристик

Для расчета температурных полей необходимо знать величины теплофизических характеристик: ко­ эффициентов теплопроводности Я, температуропровод­ ности а, теплоемкости с, коэффициента потенциалопроводности массопереноса ат и их изменения в про­ цессе термообработки.

Теплообменные характеристики (а, Д с) определя­ лись импульсным методом, разработанным Е. Е. Виш­ невским, с применением специальных датчиков для ис­ следований теплообменных характеристик в процессе твердения.

Импульсный метод состоит в том, что нагреватель сообщает испытываемому материалу кратковременный тепловой импульс. По результатам измерения темпе­ ратурного максимума распространяющейся волны в материале и по времени наступления этого максимума рассчитываются теплообменные характеристики:

86

кам;

Q = 0,86J2r — тепловая мощность линейного нагревателя;

R — расстояние между нитями; L — длина нити нагрева;

г — сопротивление нити нагрева.

Рис. 38. А. Электрическая схема включения датчика:

I — цепь нагрева; II — измеритель­

ная цепь, / — миллиамперметр; 2 — реостат; 3 — батарея; 4 — выключа­ тель; 5— гальванометр; 6 — магазин

сопротивления

Б. Конструкция датчика:

тие; 5 — термоспай; 6 — холодный спай; 7 — шурупы

87

Для исследований изготовили датчики, в которых расстояние рабочего термоспая до нити нагрева (R) было: для бетонов — 8 мм, для вяжущих — б мм. Рас­ стояние между термоспаями — около 40 мм (рис. 38).

С целью устранения влияния неточностей, связан­ ных с замерами и градуировкой температур, пользо­ вались не абсолютными значениями а и X, а относи­

тельными — и — .

<*о

При небольших значениях Atmax молено считать пропорциональным числу делений отчета п по шкале гальванометра, то есть

Atшах о kn0, A tmax — кп,

Таким образом, для определения относительного изменения X не нужно переводить показания гальва­ нометра (деления шкалы — п) в ° С; отпадает надоб­ ность градуировки дифференциальных термопар.

Вполученных формулах исключены величины R, L

иг , и замерять при экспериментах следует только

тн, Tmax, n, J. Причем во всех замерах тн должно сох­ ранять одно и то же значение.

Определение абсолютных значений а и X также можно упростить. Если испытания проводятся при од­ ном и том же тн, то при тн = 30 сек a = 30R2cpa, а при тн= 60 сек а = 15R2cpa.

Вычислить X можно по формуле:

>0,749 Р

По изложенной методике были определены тепло­ обменные характеристики тяжелых бетонов и их вя­ жущих при твердении в изотермических условиях.

Датчики заполнялись растворами и бетонами, гер­ метизировались и помещались в термостаты, в кото­ рых во время исследований поддерживалась темпера­ тура 20° С.

88

Результаты исследований, а также анализ работ Г. В. Мишина и И. Б. Заседателева показывают, что величина а несколько уменьшается в начальный пери­ од (при t = 20° С в течение 4—5 час) твердения бето­ на, оставаясь в дальнейшем практически постоянной.

Абсолютные значения теплообменных характери­ стик приведены в табл. 14.

Влияние массопереноса на развитие температур­ ных полей оценивается критерием интенсивности рас­ пространения полей потенциала массопереноса и фильтрации относительно поля температур:

А. В. Лыковым установлено, что если критерий от­ носительной интенсивности распространения поля по­ тенциала массопереноса значительно меньше единицы

89

характера изменения коэффициента потенциалопроводности в процессе твердения при t = + 20° прово­ дились на тяжелых бетонах, применяющихся в «Главюжур алстрое».

По результатам замеров ат была построена кри­ вая изменения коэффициента потенциалопроводности массопереноса во времени, начиная с момента начала структурообразования (рис. 39). Этот график показы­ вает, что ат резко уменьшается за весьма короткий период. Для сравнения приведено изменение коэф­ фициента температуропроводности (а) в процессе твердения.

На основе полученных данных по определению ат и а был построен график изменения критерия А. В. Лы­ кова (Lu) во времени (рис. 39). Кривая означает, что при твердении в нормальных условиях (t = -f- 20° С) значения (Lu) в начальный период не превышают 0,5, а затем уменьшаются и остаются постоянными, рав­ ными 0,02—0,03.

Рис. 39. Изменение коэффициентов во времени

90