WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |

На правах рукописи

ГУСАКОВ Александр Михайлович

ПРОЦЕССЫ ВНУТРЕННЕГО МАССОПЕРЕНОСА В БЕТОНЕ НА РАННЕЙ СТАДИИ ВЫДЕРЖИВАНИЯ В ТЕХНОЛОГИИ ЗИМНЕГО БЕТОНИРОВАНИЯ

05.23.08 Технология и организация строительства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Томск – 2006

Работа выполнена в Томском государственном архитектурно-строительном университете

Научный руководитель

кандидат технических наук, доцент Подласова Ирина Анатольевна

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Цветков Николай Александрович

доктор технических наук, профессор Завадский Владимир Федорович

Ведущая организация

ОАО «ТДСК»

Защита состоится « 29 » июня 2006 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 212.265.01 Томского государственного архитектурно-строительного университета по адресу: 634003 г. Томск, пл. Соляная, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного архитектурно-строительного университета по адресу: 634003 г. Томск, пл. Соляная, 2.

Автореферат разослан «25» мая 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Скрипникова Н.К.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Для получения бетонных конструкций требуемого качества в зимних условиях применяют специальные методы бетонирования, основанные на сохранении или внесении тепла в бетон, понижении температуры его замерзания применением противоморозных добавок. При этом ни один из методов не исключает градиентов температуры по сечению выдерживаемых конструкций. Так как в построечных условиях зимой период предварительного выдерживания отсутствует, возникающие после укладки смеси градиенты температуры вызывают процесс миграции влаги из более нагретых в охлажденные зоны конструкции. В результате это приводит к их переувлажнению и последующему ухудшению свойств. Хотя величина температурного градиента в большинстве случаев невелика (около 1,2–1,8 0С/см), вызванный им процесс массопереноса способен впоследствии снизить прочность и плотность охлажденных слоев на 20–30 %. Процесс наиболее опасен в ранний период выдерживания бетона, когда связи между цементными частицами слабы.

Нормативные документы технологии зимнего бетонирования эти процессы в полной мере не учитывают. Проектирование технологических параметров производят по температурному фактору, считая влажность равномерной.

Экспериментальные методики исследования условий и параметров процесса внутренней миграции влаги в условиях остывания бетона требуют дальнейшего развития.

Объект исследований технология приготовления, укладки и уход за бетоном в зимнее время.

Предмет исследований процесс внутренней миграции влаги в свежеуложенном бетоне, оказывающий влияние на качество монолитных конструкций, возводимых в зимних условиях.

Цель диссертационной работы: исследование условий и параметров процесса внутренней миграции влаги в свежеуложенном бетоне конструкций, остывающих в зимних условиях, разработка и реализация математической модели для прогнозирования параметров технологии зимнего бетонирования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

  • исследовать влияние процесса миграции влаги в свежеуложенном бетоне на прочность и плотность бетона, выдержанного на раннем периоде в неизотермических условиях;
  • разработать методику определения параметров процесса внутренней миграции влаги в свежеуложенном бетоне;
  • определить зависимости скорости и коэффициентов процесса внутренней миграции влаги от технологических факторов;
  • разработать и реализовать математическую модель для расчета полей влажности в свежеуложенном бетоне;
  • разработать рекомендации для технологического проектирования бетонных работ в зимних условиях.

Методы исследования: В работе, кроме стандартных методик, применялись методы математической статистики, компьютерного моделирования, растровой электронной микроскопии.

Научная новизна работы:

  • разработана совокупность математических соотношений, позволяющих с достаточной адекватностью прогнозировать параметры технологии зимнего бетонирования с учетом влияния внутреннего массопереноса на ранней стадии выдерживания;
  • определены новые факторы протекания процесса внутренней миграции влаги в свежеуложенном бетоне: вид и концентрация добавки, размер частиц заполнителя;
  • расчетно-экспериментальным путем установлено, что в зоне с температурой бетона до + 0 С возникает дополнительный к жидкостному поток пленочной жидкости, вызванный разностью давлений.

Практическая значимость работы:

  • алгоритм и компьютерная программа его реализации для прогнозирования технологических параметров зимнего бетонирования;
  • разработана методика определения параметров процесса внутренней миграции влаги в свежеуложенном бетоне;
  • получены зависимости скорости и коэффициентов внутренней миграции влаги от технологических факторов;
  • разработан алгоритм расчета технологических параметров зимнего бетонирования с учетом влияния процесса внутренней миграции влаги;
  • результаты исследования использованы при возведении монолитных перекрытий жилых и общественных зданий и сооружений в г. Томске.

Результаты диссертационной работы использовались:

  • при возведении монолитных конструкций в зимних условиях в г. Томске;
  • при чтении лекций и подготовке дипломных работ бакалавров и инженеров по курсу дисциплин «Технология строительных процессов» для студентов строительного факультета ТГАСУ.

На защиту выносятся:

  • математическая модель процесса внутреннего массопереноса и ее программное обеспечение;
  • методика определения параметров процесса внутренней миграции влаги в свежеуложенном бетоне;
  • результаты исследования скорости и коэффициентов процесса внутренней миграции влаги в свежеуложенном бетоне от технологических факторов и факторов окружающей среды;
  • алгоритм расчета технологических параметров зимнего бетонирования с учетом влияния процесса внутренней миграции влаги.

Личный вклад автора состоит в разработке установки регулируемых температурных градиентов, непосредственном участии при проведении экспериментальных исследований, их анализа и обобщения, разработке математической модели, обработке результатов и разработке практических рекомендаций.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на: Третьей Международной научно-практической конференции «Бетон и железобетон в третьем тысячелетии» (г. Ростов-на-Дону, 2004 г.); Десятой Сибирской (Международной) конференции по железобетону (г. Новосибирск, 2004 г.); Второй Всероссийской (Международной) конференции по бетону и железобетону «Бетон и железобетон - пути развития» (г. Москва, 2005 г.); на научных семинарах кафедры технологии строительного производства Томского государственного архитектурно-строительного университета (три доклада 2003–2005 годы).

Публикации. Основное содержание работы изложено в 4 статьях, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 120 источников и приложений. Общий объем диссертации составляет 189 страниц, включая 97 рисунков, 18 таблиц.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, изложены цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость, представлены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава носит обзорный характер. Выполнены анализ литературы по состоянию вопроса в области изучения процесса внутреннего влагопереноса в бетоне конструкций, остывающих на морозе, обзор методик по исследованию процесса внутреннего массопереноса, а также оценка влияния условий протекания процесса внутреннего массопереноса.

Влияние процесса внутреннего массопереноса на структуру бетона проанализировано на основе работ Л.Я. Волосяна, И.Б. Заседателева, А.Д. Козлова, Н.Н. Куприянова, А.В. Лагойды, Л.А. Малининой, В.М. Михайличенко, И.А. Подласовой и других исследователей.

Авторами определены факторы, определяющие процесс, на отдельных экспериментах получены величины снижения прочности, увеличения пористости в переувлажненных в результате перераспределения влаги зонах.

Однако, как показали исследования, в реальных условиях существует еще ряд факторов, влияющих на процесс влагопереноса. Экспериментальные методики исследования и техническая оснащенность в большей степени проработаны для неизотермических условий тепловлажностной обработки бетона. Существующие методики исследования процесса при охлаждении бетона недостаточно точны и трудоемки.

Соответственно, методы расчета влажностных полей в бетоне выдерживаемых конструкций при тепловлажностной обработке более точные. Для зимних условий метод расчета влажностных полей требует дальнейшего развития.

Вторая глава посвящена разработке методик исследования процесса внутреннего массопереноса и скорости миграции влаги в свежеуложенном бетоне.

Разработана установка регулируемых температурных градиентов, позволяющая в автоматическом режиме создавать и поддерживать в течение заданного времени неоднородное одномерное температурное поле в трех горизонтально расположенных образцах твердеющего бетона.

Установка состоит из термостата – металлической емкости объемом 20 л, заполненного антифризом (тосолом), теплообменника – медной трубки-змеевика диаметром 8 мм, залитой в алюминиевую пластину, через насос связанной с термостатом, устройства для крепления образцов, комплекта приборов измерения и регулирования температуры (рис. 1). Охлаждение тосола производится холодильным агрегатом с мощностью охлаждения 500 Вт. Алюминиевая пластина по контуру утеплена экструдированным пенополиуретаном. Минимальная температура охлаждения антифриза – минус 22 0С.

Формы с внутренними размерами 100100300 мм, выполнены из стеклопластика толщиной 10мм с металлическими пластинами-торцами толщиной 5мм, герметичны и изолированы от изменения температуры в поперечном сечении. Стальные пластины – торцы форм – с одной стороны находятся при комнатной температуре, с другой стороны контактируют с алюминиевой пластиной теплообменника. Пластина теплообменника охлаждается с заданной скоростью посредством аппаратно-программного комплекса установки.

Измерение температуры в периоды охлаждения производится контрольно-измерительным комплексом (АЦП и программ), соединенным с термопарами (хромель-копель), установленными по длине образцов в трёх сечениях. Параллельно температура по длине образцов измерялась электронными термометрами.

Рис. 1 Схема установки: 1 – образцы, 2 – нагреватели, 3 – теплообменник, 4 – термостат, 5 – испаритель холодильного агрегата, 6 – насос, 7 – датчики температуры, 8 – АЦП, 9 – теплоизоляция, 10 – блок управления, 11 – источник питания.

Эксперименты проводились на смесях мелкозернистого и тяжелого бетона, изготовленных из цементов Искитимского и Топкинского цементных заводов. Для оценки влияния химических добавок на процесс внутренней миграции влаги в свежеуложенном бетоне использовались противоморозные добавки – Ca2CO3, NaNO2, K2CO3, NaCl и пластифицирующая добавка – С-3.

Приготовленная смесь мелкозернистого бетона помещалась в формы, уплотнялась и сразу подвергалась температурному воздействию. Таким способом имитировалось остывание бетонных конструкций через опалубку в зимних условиях. Температура «горячего» торца поддерживалась при температурах 20-45 0С. Температура «холодного» торца поддерживалась на задаваемом уровне в пределах значений 0 – минус 6,5 0С.

Общее время эксперимента 4 часа - не превышало срока схватывания цемента при 20 0С и водоцементном отношении В/Ц=0,43-0,7. Влажность бетона, сложившаяся по направлению температурного градиента, определялась термостатно-весовым способом. Пробы массой отбирались по длине образцов из центра их сечений. Доля связанной воды определялась последующим прокаливанием.

Экспериментально установлено время выдерживания образцов для определения скорости миграции влаги, рассчитываемой по распределению влажности по формуле (1) в свежеуложенном бетоне. Исследуемые образцы находились в неоднородном температурном поле в течение 2, 4, 6 часов. По максиму кривой изменения скорости (рис.2) определено, что максимальная скорость процесса соответствует 4 часам выдерживания.

(1)

где - количество переместившейся влаги, %;

- время температурного воздействия, сек.;

- расстояние от холодного торца, см.

Для определения коэффициента внутреннего изотермического массопереноса в пластиковую форму размером 100х100х150 мм помещались смеси мелкозернистого бетона с различным водоцементным отношением 0,3 и 0,6. Смеси помещалась в форму последовательно так, чтобы они соприкасались в центре без мембраны. Форма с уложенными смесями помещалась в холодильник с температурой 4 0С на 24 часа для замедления схватывания бетонных смесей, после чего по обе стороны от контакта смесей определялась их влажность.

Плотность и относительная прочность бетона образцов, выдержанных на раннем этапе выдерживания в неизотермических условиях, определяли по стандартным методикам. Капиллярную пористость бетона образцов определяли по апробированной в других исследованиях методике, основанной на обработке изображений, полученных методом растровой электронной микроскопии (РЭМ).

Pages:     || 2 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»