Определение тепловыделения портландцемента

- Исходные данные

Состав бетона: Ц=221,16 кг/м³; В=208,33кг/м³; П=505,34кг/м³; Кр=1365,8кг/м³.

Вид цемента: портландцемент марки 500. Химический состав портландцемента приведен в таблице 7.

Таблица 7

SiO2 (S)	Al2O3 (A)	Fe2O3 (F)	CaO (C)	MgO	SO3	Проч.	Сумма
20,7	6	3	65,4	1,3	2,2	1,4	100

Вид заполнителей:полевошпатовый песок; щебень известняковый

Температура наружного воздуха: t_ext=3,5°С

Начальные условия – начальная температура бетона равна температуре наружного воздуха (t_o=t_ext=3,5 °С).

Граничные условия – температура поверхности бетона постоянна и равна температуре наружного воздуха (t_n=t_ext=3,5 °С).

Определить: 1. Тепловыделение бетона.

2. Температурную деформацию.

3. Термическуютрещиностойкость бетона.

- Минералогический состав портландцемента:

C₃S (3CaOSiO₂) = 4,04С-7,6S-6,72А-1,42F = 64,3%;

C₂S (2CaOSiO₂) = 8,6S+5,07А+1,07F-3,07С = 10,87%;

С₃А (3CaOAl₂O₃) = 2,65(А-0,64F) = 10,81%;

C₄AF (4CaOAl₂O₃Fe₂O₃) = 3,04F = 9,12%;

CaSO₄= 1,7SO₃ = 3,74%;

MgO =1,3%.

Итого 100,14 %

- Результаты вычислений удельного тепловыделения порт­ландцемента q и тепловыделе­ния бетона Qв изотермическом режиме при 20 °С, повышения температуры t_ад-t_o и сроков τ_ад выделения данного количества тепла в адиабатическом режиме

, где

C₃S, С₂S, С₃А,C₄AF – процентное содержание в цементе клинкерных материалов.

Коэффициенты а, b, с и dвыражают количество теплоты в кДж, выделяемой в одном кг цемента каждым из минералов в расчете на 1% минерала и выбираются из табл.2.3 методического пособия.

Пример вычисления тепловыделения для τ=3ч:

Таблица 8.Результаты расчета изотермического тепловыделения

τ, сут. (продолж. тв.сут.)	q, кДж/кг	Доля минералов в тепловыделении, кДж/(кг %)
		a	b	c	d
3	321,49	3,89	0,67	6,35	-0,50
7	357,9	4,58	0,97	8,66	-1,73
28	423,8	4,78	0,64	9,63	0,59
90	453,76	4,95	0,97	10,29	1,39
180	474,6	5,108	1,863	10,29	1,6
360	495,3	5,31	2,23	10,57	1,68

q_max = 495,3 (кДж/кг)

Q_max = q_{max *} Ц = 495,3 * 221,16 = 109540,55 (кДж/м³)

Удельную теплоемкость бетона сможно рассчитать по правилу аддитивности:

с = (с_цЦ+с_вВ+с_пП+с_крКр)/γ_б,

где с_ц, с_в, с_п,с_кр – удельные теплоемкости, соответственно, цемента, воды, песка и крупного

заполнителя; Ц, В, П, Кр– расходы материалов в кг/м³.

Максимальный перепад Δt_max= Q_max/с = 109540,55/2457 = 44,6

Δt‘ = Δt_max/ (π/2) = 44,6 / 1,57 = 28,4

Температурная деформация в вертикальном направлении в среднем равна

ε_t=β * Δt‘=1,2∙10^–5∙28,4=34,1 ∙10^–5,

где β – коэффициент линейного температурного расширения, который для бетона в среднем равен 1,2∙10^–5 °С^–1.

Рассчитаем предельно-допустимую деформацию ε_пред=R_р/Е+ε_пл+ε_пз, для нашего бетона класса В12,5, для которого можно принять ε_пл+ε_пз=3∙10^–5, Е=32,6 ГПа, а предел прочности при растяжении получить как R_р=(1/10)·12,5/0,78=1,6 Мпа, где R_р иЕ – предел прочности и модуль упругости бетона при растяжении; ε_пл – предельная пластическая деформация удлинения; ε_пз – предельная деформация ползучести.

Тогда:

ε_пред=1,6 /32600+3∙10^–5=4,91∙10^–5.

ε_t=38,2∙10^–5 ≤ ε_пред=4,91∙10^–5

Условие на трещиностойкость не выполняется:

Необходимо повысить марку бетона по прочности, а также снизить температуру саморазогрева путём охлаждения заполнителей и воды затворения, и пропускания холодной воды по трубам, проложенным в бетоне.