Характеристика изделия, форм и состав бетонной смеси.
В данном курсовом проекте в качестве строительного изделия принята наружная трехслойная стеновая панель толщиной 300 мм. Такие панели предназначены для строительства 5-9-этажных жилых домов.
Геометрические размеры изделия:
длина – 2590 мм.
высота – 2800 мм.
толщина – 300мм.
Несущий слой толщиной 100 мм. и наружный слой толщиной 60 мм. приняты из тяжелого бетона класса В15 и маркой по морозостойкости F50.
В качестве утеплителя в трехслойных стеновых панелях используются жесткие плиты из полистирольного пенопласта вида ПСБ толщиной 140 мм.
Изготовление панелей предусмотрено по конвейерной технологии в металлических формах «лицом» вверх.
Панели армируются пространственными каркасами и сварными сетками. Сетки устанавливаются в нижний несущий и верхний слои бетона.
В качестве рабочей арматуры используют стержневую арматуру классов А-240, А-300, А-400, арматурную проволоку класса Вр-, в качестве конструктивной арматуры – арматуру классов А-240 и Вр-.
Для закладных изделий следует применять углеродистую сталь обыкновенного качества или низкоуглеродистую сталь согласно требованиям СНиП в зависимости от условий эксплуатации.
Формы стальные для изготовления панелей наружных стен должны изготавливаться по чертежам, утвержденным в установленном порядке и соответствовать требованиям ГОСТ 25781-83.
Прогиб формы в загруженном состоянии не должен превышать 1/1500 длины между подъемными устройствами или крайними опорами.
Борта форм должны плотно прилегать друг к другу и к поддону. Зазоры в отдельных местах примыкания бортов друг к другу и к поддону не должны превышать 1,5 мм., при этом общая длина местных зазоров не должна превышать 0,25 длины примыкания.
Состав бетонной смеси (расход компонентов на 1 м3 бетона)
цемент – 259 кг.
песок – 745 кг.
щебень – 1216 кг.
вода – 180 кг.
Объем изделия – 1,93 м3
Объем бетона в изделии – 0,97 м3
Масса изделия – 2401 кг
Масса формы-вагонетки – 2600 кг
Выбор и обоснование режима тепловой обработки.
Для производства изделия назначим следующий тепловой режим:
Подъем температуры 3 часа;
Изотермическая выдержка 4 часов;
Время охлаждения 3 чача.
Итого: 10 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 твердеющего 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.
259
745
1216
180
39
кДж/(кг
ºС),
По формуле (2):
м2/ч
По формуле (1) с учетом R=0,1 м. и τ=1,0 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=80, α2=90, α3=100, αиз=110 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=0,8; ц2=0,76; ц3=0,70; циз=0,68; п1=0,36; п2=0,34; п3=0,30; пиз=0,28.
Средняя температура изделия за расчетный период определим по формуле
,
ºС
(8)
По формулам (6), (7) и (8) рассчитаем температуры в центре, на поверхности, а так же средние температуры бетона на 1, 2 и 3 часу режима подъема температуры и на протяжении 4-ех часов изотермической выдержки и занесем их в таблицу.
|
|
Подъем температуры |
Изотермическая выдержка | |||||
|
1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 |
4 | |
|
ц |
0,8 |
0,76 |
0,70 |
0,68 |
0,68 |
0,68 |
0,68 |
|
п |
0,36 |
0,34 |
0,30 |
0,28 |
0,28 |
0,28 |
0,28 |
|
tс |
24 |
42,5 |
61 |
70 |
70 |
70 |
70 |
|
tц |
16,80 |
22,97 |
34,38 |
45,78 |
53,53 |
58,80 |
62,38 |
|
tп |
20,76 |
35,11 |
53,23 |
65,30 |
68,68 |
69,63 |
69,90 |
|
tбср |
18,12 |
27,02 |
40,66 |
52,29 |
58,58 |
62,41 |
64,89 |
Для наглядности процесса разогрева бетона и паровоздушной среды построим график изменения температур во времени
Недогрев бетона составляет 5,11С. 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;
Определяем количество градусо-часов за период подъема температуры:
,
где
tбср1 – средняя температура бетона в конце периода прогрева.
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
,кДж/кг
при = 83,49 а = 0,32 + 0,002 ∙ 83,49 = 0,487
при = 295,59 а = 0,84 + 0,0002 ∙ 295,59 = 0,899
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 14 С, что является достаточным для догрева до температуры заданного режима.