Выбор и обоснование режима тепловой обработки.
Подъем температуры 4 часа;
Изотермическая выдержка 6 часов;
Время охлаждения 1.5 часа.;
Итого: 11.5 часов
Для расчета температур воспользуемся критериальными зависимостями теплопроводности при нестационарных условиях теплопередачи. 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:
(1)
где
- продолжительность нагрева (охлаждения), ч;
R- определяющий размер изделия, м;
a- коэффициент температуропроводности, м2/ч;
,
(2)
где
- коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м ºС), для твердеющее го бетона =2,5 Вт/(м ºС);
ρ- плотность бетона, кг/м3,
с- теплоемкость материала, кДж/(кг ºС),
,
кДж/(кг ºС),
(3)
где
сц,п,щ,в,м- массовые теплоемкости цемента, песка, щебня, воды, металла арматуры соответственно, кДж/(кг ºС),
Gц,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. |
432 |
590 |
1152 |
231 |
123.6 |
кДж/(кгºС),
По формуле (2):
м2/ч
По формуле (1) с учетом R=0,11 м. и τ=2,0 ч. имеем:
Зависимость скорости распространения теплоты в изделии от интенсивности внешнего теплообмена учитываем критериальным комплексом Био:
(4),
где
α- коэффициент теплоотдачи от среды к поверхности обрабатываемого изделия Вт/(м2 ºС);
По формуле (4) для α1=100, α2=90, α3=80, имеем следующие значения Bi:
;
;
;
При расчете температуры материала в точке х используется критериальная зависимость типа:
,
(5)
где
- безразмерная температура;
tс- средняя температура среды за соответствующий расчетный период, ºС
tн- температура изделия в начале расчетного периода, ºС.
Температура на поверхности равна
(6)
Температура в центре изделия
(7)
Значения безразмерных температур п и ц определим по таблицам исходя из рассчитанных выше величин Fo и Bi:
ц1=0,54; ц2=0,55; циз=0,58;
п1=0,18; п2=0,19; пиз=0,21.
Средняя температура изделия за расчетный период определим по формуле
,
ºС
(8)
По формулам (6), (7) и (8) рассчитаем температуры в центре, на поверхности, а также средние температуры бетона на 2, и 4 часу режима подъема температуры и на протяжении 6-ти часов изотермической выдержки (с периодом в 2 часа) и занесем их в таблицу.
|
|
Bi |
Fo |
п |
ц |
tп |
tц |
tср |
|
1 |
4,4 |
0,51 |
0,18 |
0,54 |
24,74 |
22,59 |
23,31 |
|
2 |
3,96 |
0,51 |
0,19 |
0,55 |
45,94 |
41,22 |
42,79 |
|
3 |
3,52 |
0,51 |
0,21 |
0,58 |
62,97 |
57,5 |
59,32 |
|
4 |
3,52 |
0,51 |
0,21 |
0,58 |
71,49 |
66,95 |
68,46 |
|
5 |
3,52 |
0,51 |
0,21 |
0,58 |
75,75 |
72,43 |
73,54 |
Для наглядности процесса разогрева бетона и паровоздушной среды построим график изменения температур во времени При таком тепловом расчете температур температуру изделий получают без учета теплоты гидратации. В реальных условиях температура бетона к концу изотермической выдержки может быть уменьшена на 5…10 ºС по отношению к заданной по режиму.
Недогрев бетона составляет 6,5 Рассчитаем, поднимется ли температура в бетоне за счет тепла, выделяемого в процессе гидратации цемента.
,кДж/кг
где
М – марка цемента;
- количество градусо-часов от начала процесса, С∙ч;
В/ц – водоцементное отношение;
А – эмпирический коэффициент, равный
а = 0,32 + 0,002 ∙ при < 290 С∙ч;
а = 0,84 + 0,0002 ∙ при > 290 С∙ч;
.
Рассчитываем количество градусо-часов за весь период тепловой обработки; при этом средняя температура бетона в период изотермической выдержки определяется как
где
tбср11 - средняя температура бетона в конце изотермической выдержки;
тогда
С∙ч;
Определяем удельную теплоту гидратации в период экзотермической выдержки
при = 115,58 а = 0,32 + 0,002 ∙115,58 = 0,551
при = 464,57 а = 0,84 + 0,0002 ∙ 464,57 = 0,9329
кДж/кг
Определяем количество теплоты гидратации, выделяемое цементом 1 м3 бетона
,кДж
кДж
Определяем повышение средней температуры изделий за счет теплоты гидратации цемента
,
С
С
Среднее повышение температуры составляет 31,5 С, что является достаточным для догрева до температуры заданного режима.