5.1.2 Период изотермической выдержки

Расходные статьи теплового баланса:

1. Теплота, расходуемая на нагрев бетона.

Расчет расхода теплоты на нагрев изделий приведен в разделе 5.3.

2. Теплота, расходуемая на нагрев ограждающей конструкции.

где n – число слоев ограждения;

–масса i-го слоя, кг;

–средняя температура материала i-го слоя в конце нагрева, ºС;

–начальная температура i-го слоя, ºС.

кДж

№ интерв.	Время τ, ч	Температура в слоях
		0,036	0,072	0,108	0,144	0,18
36	3,024	74,45	70,36	67,45	65,93	74,45
37	3,108	74,88	70,95	68,15	66,69	74,88
…	…	…	…	…	…	…
82	6,888	80,03	79,92	79,84	79,80	80,01
83	6,972	80,03	79,93	79,86	79,82	80,03
84	7,056	80,03	79,94	79,88	79,84	80,02

3. Теплопотери через ограждающие конструкции

где – коэффициент теплопередачи, Вт/м² ºС;

–площадь ограждающей конструкции;

где Fвн. – внутренняя площадь ограждающей конструкции, м²:

Fнар. – наружная площадь ограждающей конструкции, м²:

кДж

4. Теплота теряемая с конденсатом

5. Неучтенные потери

Приходные статьи теплового баланса:

1. Теплота, вносимая теплоносителем

Таблица 5.1.2 – Тепловой баланс установки в период изотермической выдержки

Расходные статьи					Приходные статьи
№	Наименование статьи	кДж	%	№		Наименование статьи	кДж	%
1	Теплота, расходуемая на нагрев бетона	-430128	115,4	1		Теплота, вносимая теплоносителем	-381071	100
2	Теплота, расходуемая на нагрев ограждающих конструкций	19000	-5,09
3	Теплота, через ограждающую конструкцию	87,84	-0,44
4	Теплота теряемая с конденсатом		-33,2
5	Неучтенные потери	29969	-9,87
	Σ	-381071	100			Σ	-381071	100

5.2 Определение расхода тепла на нагрев железобетонной конструкции

5.2.1 Период подъема температуры

Исходные данные:

Класс бетона С_25/30

Предел прочности бетона при сжатии R_b=22,5 Мпа;

Жесткость бетонной смеси 25 с (Ж3);

Портландцемент М500:

Активность R_ц=42,5 МПа;

Произведём расчёт состава бетонной смеси по методу абсолютных объёмов:

1. Принимаем В/Ц=0,548

2. МПа

3. Расход воды В=150 л

4. Расход цемента Ц:

кг

4. Расход щебня Щ (в килограммах на 1 м³ смеси):

кг

5. Расход песка П (в килограммах на 1 м³ смеси):

кг

6. Средняя плотность бетона:

кг/м³

Исходные данные принимаем в соответствии с составом бетона, а также маркой плиты дорожной ПД 2-9,5 по серии 3.503.1-91. [4]

Исходные данные:

состав бетона на 1 м3:
портландцемент М500	gц=430 кг
щебень	gщ=1270 кг
песок	gп=613 кг
вода	gв=150 кг
средняя плотность бетона	ρб=2353 кг
вес арматуры	gар=23 кг
коэф. теплопроводности бетона	λб=1,92 Вт/(м °С)
толщина плиты	δ=0,18 м
характерный размер плиты	R=0,18 м
расход бетона на одну плиту	V=0,81 м3
вес формы	gмет=1820 кг
удельная теплоемкость металла форм	см=0,481
температура плиты до начала тепловой обработки
скорость подъема температуры
продолжительность режима подъема температуры
температура режима изотермического прогрева
продолжительность периода изотермического прогрева

1. Определяем теплоемкость бетона, принимая во внимание, что вес сухих составляющих:

тогда имеем:

2. Для расчета средней температуры бетона можно воспользоваться формулами изменения средней температуры тел в зависимости от времени, приведенными в теории теплопроводности, допуская при этом, что тепловыделение цемента незначительно влияет на среднюю температуру бетона. [1]

Панель разбиваем на 5 слоев с толщиной одного слоя x=0,036м.

Высчисляем коэффициент температуропроводности бетона:

Расчет временного интервала:

ч

Температура поверхностного слоя будет рассчитываться по линейному закону:

Рассчитаем температурное поле плиты в период подъема температуры (таблица 5.2.1):

3. Определим среднюю температуру плиты в конце периода подъема температур:

4. Средняя температура бетона за весь период подъема температур равна:

Таблица 5.2.1 – Температурное поле плиты в период подъема температуры

№	Время τ, ч	Tp, °C	Температура в слоях
			0,036	0,072	0,108	0,144	0,18
0	0,021	20,00	20,00	20,00	20,00	20,00	20,00
1	0,042	30,23	25,12	20,00	20,00	20,00	25,12
2	0,063	29,57	27,34	22,56	20,00	27,34	27,34
3	0,084	31,83	29,59	23,67	21,27	29,59	29,59
4	0,105	32,64	31,11	25,43	23,64	25,43	31,11
5	0,126	34,18	32,65	26,47	25,47	26,47	32,65
6	0,147	35,01	33,83	27,84	27,84	27,84	33,83
…	…	…	…	…	…	…	…
143	2,982	79,64	77,12	75,44	74,60	74,60	77,12
144	3,003	80,06	77,54	75,86	75,02	75,02	77,54

5. Вычисляем величину А, принимая во внимание, что

Q_Э28=419 кДж/кг

6. Вычисляем критерии Fo и Вi:

Т.к. теплопередача от стенда к бетонному изделию осуществляется кондуктивным способом, то принимаем и, следовательно.

7. Для найденных значений Fo и Bi по графику (рисунок 5.1) находим С₂=0,13. Находим величину m, характеризующую тепловыделение бетона за счет экзотермии вяжущего:

где - скорость подъёма температуры среды в камере

Рисунок 5.2 – Кривые для неограниченной пластины

8. По графику (рисунок 5.2) находим, что для неограниченной пластины при Fo=0,39, Ψ_ПЛ=0,38. Тогда находим удельный расход тепла на нагрев 1 м³ бетона:

1 – неограниченная пластина; 2 – неограниченный цилиндр; 3 – шар

Рисунок 5.3 – Кривые

9. Так как плита имеет объем V=0,81 м³, то на ее нагрев расходуется тепла:

10. Находим расход тепла на нагрев формы:

11. Общее количество тепла, необходимое для нагрева плиты и формы в период подъема температуры, равно:

12. За весь период подъема температуры плита будет иметь:

13. Тепловыделение 1 кг цемента составит:

14. Тепловыделение 1 м³ бетона: