материалы ТВЗ папка ДИПЛОМ-2014 / зим бед / УП Зимнее-бетонирование-2011

2. Технология бетонирования с применением метода термоса

Окончание табл. 45

* Применяетсяссетчатымнагревателем, расположенныммеждуслоямиасбеста.

2.3. Теплопотери бетонной смеси

Процесс испарения, происходящий при контакте бетонной смеси с окружающим воздухом, является комплексным. Он содержит в себе явления переноса тепла и массы вещества (то есть влаги), а также сопровождается изменением термосостояния паровоздушной среды.

Теплообмен изделий и конструкций с внешней средой происходит за счет конвекции и лучеиспускания. Интенсивность конвективного теплообмена зависит в основном от скорости воздушного потока окружающей среды, а лучеиспускание – от разности температур. Теплопотери бетонной смеси также

111

Технология бетонных работ в зимних условиях

возрастают с увеличением продолжительности формования, разности температур поверхности смеси и окружающей среды, площади открытой поверхности испарения, сечения и высоты падения смеси из емкости в опалубку конструкции, скорости и угла атаки ветра и т. д.

Теплопотери бетонной смеси в процессе укладки складываются из трех величин: тепла, теряемого за счет теплопроводности, конвекции и лучеиспускания.

Величина теплового потока, как известно, определяется выражением

где Q – тепловой поток, исходящий в окружающую среду; α – коэффициент теплообмена; tн.в – температура наружного воздуха; tп – температура поверхности бетонной смеси.

В своюочередь, коэффициент теплообмена равен:

к л ,

где αк – коэффициент теплообмена конвекцией; αл – коэффициент лучистого теплообмена.

Коэффициент конвективного теплообмена является составной частью термического критерия Нуссельта

Nu к L ,

где αк – коэффициент конвективного теплообмена, Вт/м2 оС; λ – коэффициент теплопроводности, Вт/м оС.

Коэффициент лучистого теплообмена αл определяется по известной формуле

где С0 – коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, равный 5,7 Вт/м2 оС; εп – приведенная степень черноты; t1 –

112

2. Технология бетонирования с применением метода термоса

температура поверхности, излучающей тепло; t2 – температура поверхности, поглощающей тепло.

Пользуясь критерием Нуссельта, можно составить выражение, определяющее величину потока тепла, Вт:

где t1 и t2 – температура поверхности и окружающей среды. Общий же вид функции термического критерия Нуссельта

для случая теплообмена, осложненного массообменом, запишется в следующем виде:

– для условий естественной конвекции

где L F – определяющий размер, м; q – ускорение силы тяжести, м/с2; γ1 и γ2 – плотность влажного газа на поверхности

и в ядре потока, кг/м3; – коэффициент кинематической вязкости, м2/с;

Pr a ,

здесь a – коэффициент температуропроводности, м2/с; – для условий вынужденной конвекции

где ( ТС и ТМ) – абсолютные температуры окружающей среды (по сухому и мокрому термометру).

113

Технология бетонных работ в зимних условиях

2.4. Аккумуляция тепла телами, соприкасающимися с бетоном

Снижение температуры бетонной смеси в первые минуты после укладки происходит за счет аккумуляции тепла телами, имеющими температуру намного ниже температуры бетонной смеси. К ним относятся опалубка, утеплитель, арматура, закладные детали и монтажные петли.

Экспериментальными данными, полученными в производственных условиях, было установлено, что в металлических формах и при большом проценте армирования снижение температуры смеси достигает 25 % от общей аккумуляции тепла. Еще в 1935 г. С.А. Миронов предложил учитывать снижение температуры от аккумуляции тепла опалубкой, однако и в настоящее время не рассчитывается количество тепла, поглощаемое опалубкой, арматурой и т. д.

Количество аккумулированного тепла телами, соприкасающимися с бетонной смесью, зависит также от их теплофизических характеристик (см. табл. 58, 96).

Зависимость снижения температуры бетонной смеси от аккумуляции тепла телами, соприкасающимися с ней, описывается уравнением с учетом их теплоемкости

i 1

Для учета i = 1 неполноты прогрева опалубки после укладки бетонной смеси вводился критерий степени прогрева, равный отношению разности температур опалубки и наружного воздуха к разности температуры бетонной смеси и воздуха:

114

2. Технология бетонирования с применением метода термоса

Средняя температура опалубки при снятии температурных полей по ее сечению равна полусумме температуры наружной поверхности и внутренней опалубки, соприкасающейся с телом бетона. Температура внутренней опалубки, в свою очередь, ориентировочно равна температуре бетонной смеси. С использованием одномерной модели в квазистационарном приближении за малый промежуток времени температура бетона и наружного воздуха практически не изменялась. При этом температура наружной поверхности опалубки может быть определена по формуле

где Rт.с – тепловое сопротивление опалубки, а Rн.п – тепловое сопротивление ее наружной поверхности. Общая аккумуляция тепла опалубкой зависит от объемной теплоемкости опалубки, ее объема, модуля поверхности и толщины

где Соп – удельная теплоемкость опалубки; m0 – вес опалубки; toп – средняя температура опалубки; tн.в – температура наружного воздуха. Отсюда снижение температуры бетонной смеси от нагрева опалубки на 1 °С составит:

Аналогичным путем можно рассчитать снижение температуры бетонной смеси от нагрева арматуры, закладных деталей, монтажных петель и т. д.

115

Технология бетонных работ в зимних условиях

Основные достоинства предлагаемых формул – это простота расчета при учете снижения температуры смеси в первые часы при интенсивной потере тепла.

Таким образом, проведенные исследования и теоретические расчеты установили зависимость снижения температуры бетонной смеси от аккумуляции тепла опалубкой, арматурой и закладными деталями с учетом уточненных теплофизических характеристик материалов для различных видов опалубки.

2.5. Влияние температуры на нарастание прочности бетона

Зависимость прочности бетона на цементах различных видов и марок от температуры (в пределах от –3 до +50 °С) приведена на рис. 15–19, а также в табл. 46–51. Эти таблицы и графики нарастания прочности составлены для бетонов с подвижностью смеси 1–3 см.

116

117

2. Технология бетонирования с применением метода термоса

Как видно из графиков, интенсивность набора прочности бетона неодинакова и зависит от температуры и процентного содержания С3А в цементе. Так, в цементах, содержащих С3А > 6 %, темп нарастания прочности увеличивается на 5–10 %.

Твердение бетона на шлакопортландцементе обычно происходит медленнее при низких температурах (+5 оС … +10 °С), а при высоких (> +30°) увеличивается на 10 % по сравнению с бетоном на портландцементе.

Оптимальная температура твердения бетона на глиноземном цементе составляет ≈ 15–25 °С. Высокая температура в начале твердения может привести к снижению конечной прочности.

Таблица 46

Нарастание прочности бетона классов В15 и В22,5 на шлакопортландцементе М400, % от R28

Интенсивность набора прочности бетона на пуццолановом цементе ориентировочно можно принять, как для бетона на шлакопортландцементе.

119

Технология бетонных работ в зимних условиях

Таблица 48

Нарастание прочности бетона класса В15 на портландцементе М300, % от R28

120