автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Энергетическая эффективность термообработки бетона при непрерывном виброэлектробетонировании

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ЖТНБРЬСКОЙ РНВОЯШИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНШШРНО-СТРОИТЕДЬНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ИГНАТЬЕВ Александр Александрович

УДК 693.547.3:666.9.03

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕРМООБРАБОТКИ БЕТОНА ОРИ НЕПРЕРЫВНОМ ВИБРОЭЛЕКТРОБЕГОНИРОВАНЖ

06.23.06 - Технология и организация промышленного и гражданского строительства

АВТ0РЕ»2РАГ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ленинград - 1991

/

ч

Работа выполнена на кафедре "Строительное производство"(£ Владимирского политехнического института (ЕШ).

Научный руководитель - доктор технических наук»

профессор Арбеньев A.C. Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Лысов В.П., - кандидат технических наук, доиент Колчеданцев Л.М. Ведущая организация - территориально-строительное«объединение

(1С0) "Владимирстрой", г.Владимир

Защита состоится "21" мая 1991 г. в 12 час. на заседании специализированного совета К.063.31-02 по строительному производству Ленинградского ордена Октябрьской революции и ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительного института по адресу: 198005, Ленинград, °ул.2-я Красноармейская, д.4, ЛИСИ, ауд.607.

С диссертацией можно- ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан "19" апреля 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета« кандидат технических наук,

доцент -¿¿С-Л-У' Козлов Е.А.

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность темы. В современном строи-льстве бетон является основным материалом. Объемы его произ-дства в мире постоянно растут. В нашей стране из бетона еже-дно изготоаляется свьша 26О млн.м^ изделий и конструкций.

Наиболее распространенным способом ускорения твердения бена в настоящее время является термообработка. В СССР лрактиче-и весь объе;.. сборного бетона и железобетона, т.е. свыше О млн.м^, и 35...40 млн.м** монолитного, укладываемого в хокод-э время года, подвергается термообработке. При этом у трада-онных способов термообработки фактический расход энергии в ..10 раз больше теоретически необходимого и наблюдаются се-езные нарушения структуры бетона. Для производства тепловой ергии в промышленности сборного бетона и железобетона страны егодно сжигается в многочисленных заводских котельных своде млн.т условного топлива, что приводит и к ухудшению экологи-ской ситуации в городах, где размещаются предприятия этого офиля.

В условиях возрастающего дефицита энергоресурсов, их удоро-ния и постоянно ужесточающихся требований по ох^лне окружаю-й среды все более актуальным становится переход на энергосбе-гающие и экологически чистые технологии, В этой связи наиболее рспективным представляется предварительный электроразогрев тонных смесей, который имеет самый высокий тепловой КПД тер-обработки.

В то же время в последние года начали применяться различ-е способы, основанные на комплексном воздействии на бетонную есь ряда физических и химических факторов, которые дают воэ-кность при одинаковых с обычными способами термообработки мпературах выдерживания бетона добиваться значительно более сокой прочности или соответственно снизить энергозатраты на рмообработку бетона. Непрерывный виброзлектроразогрев бетон-й смеси (ВЭРС), соединяющий в одно целое положительные черты эктроразогрева и комплексной обработки смеси, а также неслож-К в техническом плане для реализации, представляется весьма рспективным.

Однако непрерывное виброзлекгробетонирование ещё не пол чило распространения в практике строительства, и в основном, из-за отсутствия надежных и отработанных в производственных условиях устройств для такой термообработки, так и исследований по энергетической эффективности этой технологии, в т.ч. на сопоставимой основе в сравнении с другими способами термообработки бетона.

Цель работы; снижение энергозатрат при термооб работке бетона за счет создания эффективного устройства для не прерывного ВЭРС с разработкой элементов энергосберегающей технологии.

3 а д а а и исследования;

- определить энергетическую эффективность термообработки Сего* ной сиеси в различных устройствах для ее непрерывного вибро-электроразогрева;

- исследовать особенности внесения тепла в бетонную смесь посредством электроэнергии в закрытом объеме (трубе) и в лроц< се непрерывного виброперемещения смеси;

- разработать методику конструирования устройств для непрерывной комплексной виброэлектрообработки бетонной смеси и на э1 основе создать энергоэкономмеское устройство такого рода;

- изучить характер изменения температуры изделий и конструкпи! иг виброэлектроразогретого бетона за первые 8».Л2 я ввдерж. ваншг ж набор его прочности;

- определить энергетическую эффективность виброэлехтробетонир вания в целом и сравнить ее с другими способами теркообрабо ки бетона с точки зрения энергозатрат на единицу прироста е прочности;,

- проверить результаты исследований в заводских и построечных условиях с разработкой различных технологических схем изготовления сборных и монолитных изделий и конструкций, опреде лить экономическую эффективность виброэлектробетонирования я рациональную область его применения.

Объект исследования: устройства для не прерывного ВЭРС и бетон, подвергнутый комплексной виброэлекгр обработке.

Научна« а о а и з в а р » ¡3 а ;1 а : пределенз энергетическая зффохглвность термообработки бетон-ой смеси в устройствах для е<з непрерывного виброэлектроразо-реза и виброэлектробетонироваиия в целом;

азработаиа методика сопоставимой оценки энергетической эффектности различных способов термообработки бетона» основанная 1 сравнении энергозатрат на единищг прироста прочности бето-г за одинаковое время его ввдвраивания; редложен способ комплексной обработки бетонной смеси, соче-шций ее электроразогрев при достижении повышенной (свыше Ю°С) температуры в растворной составляющей (вода + цемент + зсок) з процессе непрерывного ни б р о п ер ем еще ки я смзс.1 в закры-)й емкости (трубе) с воздействием, выделяющимся из нее паром, создано устройство для реализации этого способа, которые шособ и устройство) защищены а.с. № 1403510 и патентами :сти стран (а соавторстве );

1зработана методика расчета изменения средней температуры (делий и констругадей из виброэлекгроразогрегого бетона на :нове формулы регулярного режима остывания тел, отражающей шок сохранения энергии;

•лучена зависимость, позволяющая прогнозировать прочность .броэлектроразогретого бетона с учетом температуры и времени 'о выдерживания.

Практическое значение работы: здложена методика конструирования устройств для непрерывного РС - вяброэлекгрореакторов, которая может быть использована и их серийном производстве;

зработана рабочая документация на устройства для непрерывно-ВЗРС и "Временные технические условия по виброэлектробето-рованию. ВТУ-90", утвердденные Минсевзалстроеы РСФСР; строены номограммы, позволяющие производить ориентировочные счеты изменения средней температуры изделий (конструкций) из броэлектроразогретого бетона за первые 12 ч после его ладки, и в зависимости от их модуля поверхности, коэффициен-теплопередачи форм (опалубок) и температуры наружного воз-ха назначать энергозкономичные режимы выдерживания такого тона;

- предложены схемы привязки виброзлектробетонирования для за во/ ских и построечных условий и соответствующей технологической линии для изготовления сборного бетона и железобетона

(а.с. ДО 1568552 »полученное в соавторстве);

- проведена в производственных условиях проверка результатов и( следований с определенном прочности виброэлектроразогретого t тона в зависимости от температуры и времени его выдернивания;

- рассчитан экономический эффект виброзлектробетонирования по сравнении с пропариванием, составляющий 5,1 р./и3 бетона, утвержденный ICO "Владимирстрой";

- обоснована целесообразная область применения непрерывного виброзлектробетонирования.

Реализация работы. На основе результатов выполненных исследований изготовлены устройства для непрерывно го ВЭРС, которые прошли производственные испытания в ходе опыт' ного бетонирования на заводах сборного бетона и железобетона и объектах Владимирской, Ленинградской, Архангельской, Ростовско и Рязанской областей. §

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены: •

- на научно-технических конференциях преподавателей и сотрудников HIK (Владимир, 1984 - 1991 гг.);

- на Всесоюзных научно-технических коррекциях в Иркутске (1985 г.), в Ростове-на-Дону (1986 г.), в Белгороде, во Владимире (1987 г.), в Ленинграде (1991 г.), а также на Всесоюзном семинаре при ВДНТП в Москве (1987 г.), на научно-техни ческоы совещании в НИИЖБе Госстроя СССР (1988 г.), и на расширенном научно-методическом семинаре кафедры ОПУС ЛИСИ (1990 г.).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка основной использованной литературы, 7 приложений и соде жит 160 страниц машинописного текста, 23 таблицы, 26 рисунков. Список литературы включает 212 наименований (из них 18 на иностранном языке). Общий объем диссертации составляет 259 страни Публикации. Результаты исследований и основные положения диссертации изложены в 16 основных публикациях. Непс средственно по теме работы получено 2 а.с. СССР и 6 зарубежны!

гатеггроа.

На защиту ¿ыносят-ся результаты доследований;

- оссбенностд непрерывного виброэлекгроразогрева бетонной смеси з закрытых устройствах типа трубы с обработкой смеси, вы-дешйкцимся из нее паром;

- энергеткческ ая эффективность термообработки бетонной смеси

в устройствах для ее непрерывного ВЗРС и виброэлентробетони-ровашя з целом, в т.ч. в сравнении е электрораэогревом смес»' к паропрогревоы бетона;

- кинетика изменения средней тскпературы при выдерживании изделий и конструкций из виброэлектрсрагогретого бетона;

- опыт создания установок для непрерывной комплексной виброэлектрообработки бетонной смеси и производственной апробации виброалекгробетонирования в заводских и построечных условиях.

Представленная работа выполнялась в 1983-1990 гг. и сказана с дальнейшим развитием научных исследований по вопросах* интенсификации термообработки бзтсна, проводимых 2 настоящее время з этой области НИШБои Госстроя СССР, ЕЛИ* ЖСИ» ШСИ, КИСЙ и другими организациями. Она является составной частьз' разрабатываемой по зада нга(С) Минстроя СССР принципиально новой энергосберегающей технологии, основанной на непрерывной ВЭРС, в соответствии с коютексной научно-технической программой ГКНТ СССР 0.Д.031 на 1981-1990 гг., утвержденной Госстроем СССР, ГКНТ а Госпланок СССР от 22.12.1931 г. .Р 205/509/245 к сводного координационного плана ваянейших НИР по бетону и гелезобетону на ХП пятилетку НИИЕВа Госстроя СССР по секции заводской технологии сборных Еедезобетонных конструкций.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проанализирована энергетическая эффективность различных способов термообработки бетона,которую характеризует их тепловой КОД, традиционно определяемый ка основе детального учета количества поступающего к усваиваемого бетоном тепла с учетом экзотермии цемента и всех видов тепло-потерь в процессе выдергивания бетона до момента достижения им требуеыой прочности, т.е. на основе теплового баланса. У станов-

_лено,-чго-в-большкксгва елучйса гжергая, идущая на теркообра-сотку, расходуется весьма нерационально. Гак, йри пропариванки на которое приходится до 95% от всего объема сборного бетона к яклезобетона, факгичесвий тепловой КЦ5, не превышает 7...9%. Основная причкка этого - недостаточный учет положений 11 закона теркодкнаыиЕк при реализации водьода анергки к бетону.

Анализ тоже показал, Фгс для пропариваккя и других Обо-гревньас способов, soiopae получили наибольшее распространение, характерно наличие значительных деструктканых явлений в бетоне, Это объясняется подводок энергии с позерхноёъи изделий (конетр; пий) в период формирования структуры беФока,

Предварительное выдерживание бетона« н'айраслейное на борьбу с этим явлением,- снижает производительность заводов. Вблег рациональный путь - быстрый разогрев бетонкой смеси, ийи игсл.! теплоносителемt чтобы максимальная температура в ней была достигнута до начала процессов стругстурообразования.

Нвсиготря на то, что применение газо- или пароразогрева смеси обшно девеыге» однако использование для термообработки бетонных смесей алекгрозкерпяи все же предпочтительнее» посколь vу она широко распространена в технологических процессах к наиболее гибкая в смысле взапмопровравдаеиости а тепловую энергию на любой омическом сопротивлении, эт. ч. ив бетонной смеси (Дкоулево тепло). "

Поэтому еще в 1962 г. А.С.АрбекьеЕ предложи: разогревать не бетон, а екееь до начала ее схватывания электроэнергией {а.с. I68I73). В »то врекя смесь обладает: максимальной Теплоемкостью, что позволяет аккумулировать в ней бсльйее количество энергий', чек в твердеющем бетоне; наибольшей теплопроводность», что дает возможность значительно быстрее перераспределяться теплу от зоны разогрева к более удаленным слоям без опасности нарушения структуры бетона, а значит и увеличить скорость подвода тепла в бетон; наивысшей электропроводностью, благодаря чему появляется возможность осуществлять внесение тепла непосредственно внутрь смеси одновременно по всект/ объему, что способствует осуществлению ее термообработки с максимальным тепловым кцц.

Теоретической основой электроразогрева снеси явились работы

.Миронова и Л.А.МзлккиноЯ, хогера-е сожазаля, что тепло являя основным фактором ускорения тзетдаияя бзгона и прозел» юта па выяэленип причин нарушений ого етруатури при тер-бработке к их устранения. А исследования в области эявкгро->грева, начатые в СССР Р.З.Вегенероы, С.А.Мироновым, А.В.Кету-гам, А.К.Регги и продолженные В.П.Ггккным, В.Я.Гездиным»Б.А. аловым к др. доказали л^ективнсагь применения злегтрсзнер-1 путем ее подвода .непосредственно внутрь бетона на ранней 1дии его твердения,, когда. он обладает электропроводам»® эЯсгэамя.

В 70-е годы под руководством А.С.Арбеньева разработана тэх-яогия бетонированных изделий и конструкций для построенных и водских условий, основанная на предварительном электрсразогрс-смеси. В качестве ее теоретического фундамента послужили иг-здевания б облаете убавляемого етруктуросбразогания бегона Д.Мче.дгова-Петраеяяд* благодаря которым установлено, что при-адызагь термодинамические и другие воздействия (т.е. не только :гхло, но я вибрацию , . давление я пр.) наиболее бдагоприят-I кэ з бетон, а в смесь до начета ее схватывания^, когда, со-[асно закону действия масс, обеспечивается максимальная кон-«трация реегирулчих веществ. При этом эффективно чепояьзова-1Э пониженных температур затворекия смеси (5...Г0°С). повншав-гх растворимость одного из основных продуктов гидратации -ядрата окиси кальода, что приводят к повышения -концентрации ¿створа. Эффективность вибрирования бетонных смесей до схБаты-ания цемента, обосновади И.Н.Ахвердов3 А.Е.Десрр.» ГД.Куннос, .В.Михайлов, О.П.Цчедяов-Петросян, А.В.Саталкин, В.Н.Шмкгалъ-кий и др. Благодаря применению вибрации при уплотнении смеси горячем состоянии повышается как гидратация цемента (из-за змаяьчения цементных флокул и создания более активных говерх-;остей на зернах цемента), так и вытесняются расширившиеся надетый воздух и пары воды, что в целом улучшает структуру бэто-¡а, а следовательно, и его физико-механические свойства. Теоретической базой при изучении вопросов остывания изделий и кон-гтрукаий из предварительно разогретого бетона послужили работы з области создания благоприятного термонапряженного состояния З.С.Лукьянова и Г.Р.Соловьянчиха, подтвержденные исследованиями

Б натурных условиях В.ПДысова, С.Г.Гояовнева и др.

Таким образом* алектроразогрзв бетонное смеси соединил в одно целое лучше черта различных методов зимнего бетонирована низкотемпературное затворение холодного бетонирования; высокие температуры электропрогрева п постепенное остывание термоса. Сейчас этот способ в той им иной степени применяется более чем в 10 странах мира.

По мере отработки технологии усилия исследователей стали постепенно переквлчаяься на непрерывный алектроразогрев смеси, являющийся дальнейшим развитием обычного алезстроразогрева снес в поворотных бункерах и в кузовах самосвалов. Непрерывный эяек троразогрев смеси привлекает: возможность» организовать поточи технологию, поддающуюся автоматизации; исключением значительны скачков в потреблении электрической мощности; ¡уменьшением обрастания электродов из-за их самоочищения двгаущейся смесью; отсутствием периодических тешгопотерь на аккумуляции корпусом електроразогревахщих. устройств и рядом других преимуществ.

Несмотря на. высокую энергетическую эффективность предвари тельного алехтроразогрева смеси и особенно непрерывного,яз~аа большое инерционности прогрева, зерен крупного заполнителя (на долю которого; приходятся до 35? от суммарной теплоемкости сыее минимально необходимое время термообработки смеси находится в предела* 3 минут. А недостаточный прогрев крупного заполнителя вызывает последующее снижение температуры уложенной смеси, что ведет к удлинение сроков выдерживания бетона для набора требуе мой его прочности."

Повысить интенсивность прогрева гранул крупного заполните ля возмогло лишь тогда, когда температура вода затворения в ра творной составлявшей смеси превышает В этом случае тепл

ороводность к проницаемость воды значительно возрастают, а вре прогрева составлявдих смеси соответственно сокращается.

Добиться этого возможно за счет создания в гоне разогрева смеси повышенного давления. Теоретической основой такой термообработки, и в частности применения насыщенного водяного'пара высокого давления, служат исследования, начатое П.И.Боненовым, А.В.Волженским, А.В.Саталкиныы и др. Другим способом является применение высокотемпературного пара для разогрева бетонной

сиеси, которий стал применяться в практике строительства с гаяа века^ а начиная о 60-х годов после разработай специальных гскосмесителеК получил шгрсхое распространение в СССР и за 5екон. Развитии пароразогрева ci-еси способствовали работы J.Афанасьева, И.Н.Ахвердова, О.А.Гераберга, Л.Ф.Пяущонко, \Ко1Юхов&, Б.М.Кресновского, Н.Ф.Лисицяого, Л.А.МзлинкноВ, ].к"чедаоза-Петросянаэ З.РаЛисдорфа, й.Ренгп и др. Однако труд-:?и обеспечения постоянства температуры л консистенции горячей геи от замеса к занесут быстрое обрастанхе пароподащих систем иекткыи тестой сникает эффективность г стабкяькость работы роразогревгхядах устройств. В то же вреья существующие способы егтроразогрева бетонной смеси к устройств для ж реализация дагт возможности осуществить злектроразогрев с«егк с досткге-ем температуры у ее растворной составлявшей свыиэ 1С0°С, а едовательда, к обеспечить последующ}« обработку сиесяг выдеяя-икйя кз нее перед укладкой высоЕоте-лерд^ркын парома что поел кло бы использовать преимущества пароразогрева н одаовреыеа-язбегать характерных для него недостатке». Тагил образок, рмодинаигаеский потенциал зоды эатворенил при злектрсразогре-i смесп реализуется нога кенеэ чем на 30%, Все вклепряседенкыа «ичйны огрбнкчтагит производительность злектрорааогррватглькых ¡тройств, которая, как правило- не превышает 5»..S ы^/ч, ведь icxe достижения температура воды затгорения 1С0°С вся подведен-1Я s дальнейпем анергкя будет теряться за счет испарения.

Сейчас имеемся м:ого типов электроразогревезщкх устройств »прерывного действия. Анализ патентной я технической л'лгерату-á позьолил клессифтвфовать их по способу подвода электроэнер-íh в бетонную скесь на устройства индукционного разогрева : КОД трансформации злектрознергик в тепловую ^ 0,5} и ка ¡тройства, основании? ка Дзоуяевоы-разогреве смеси (с КЦД=1,0). гтественно» что Солее пирохое раз вятка получек устройства ropero типа, которые в свою очередь по способу перемещения етокной смеси через зону электроразогрева делятся на устрой-тва вертикального и горизонтального типов.

Устройства вертикального типа не получили распространения основном из-за. раеелоения снеси по высоте, а следовательно, и аравнокзрностй ее разогрева. Поэтому наибольшее предпочтение

-1С"

—бадс-отдано-устройствам гоетгзонгальнс.гц уида4 которые по прин шагу перемещения бетонной смеси подразделяется на;

- устройства, оборудованные ленточными транспортерами с ьлек-тродеми., укрегкснгтий на агенте, над лентой или на вращающем ся барабан«;

- шнегэвого типа (с одним гли с несколькими Енекаки)^

- 2кбро:рансг.ср?!фут;с^-г устройства.

ВкбротранспсрткрувЕйе устройства представляются наиболее предпочтительными, нескольку окк обладав? следующими дссто'.шс ейнм; простота их герметизации при перемещении различных мате; алов; возможность совмещения вибротр&кепзргировамня материала с рядом технологических операций надбвноеть и долговечность® несдоаяоеть обслуживания при эксплуатации. Этим и объясняется Что в последние годи создеио много кодификаций иуежо £Г.прз~ алектроразогревшэщек устройств.

Многочисленные дачные говори? о больших резервах потеш» .ла цементе.; который е настоящее эрека используется лига ка 5. »0%. Одниы из путей реализации скрытых резервов является зрхиекеннб р&елкчядг способов обработки смесей-

обеспечивающих значительный прирост прочности при сопоставимы с друти»к способ«,»; температурами твердения бетона клк сэотве етгйяко сокращение ¡энергозатрат без еникения залроектированны проиносткых характеристик, Это $юхно об-яскить кявкетдам из 7 пики сикергеткческкк эффектам, когда итоговый (прочное

бетона) ст совместного действия всех факторов превнпает вффея бпрочность), получаемый ст простого сложения отдельных фактор Псзгоку нзпрерывный ВЗРС, также относящийся к ксшлексным епо еобзм обработки бетон-та смесей, представляет большой интерг

Однако, несмотря на все преимущества., виброзяектробетона вание так и не получило распространения я к основном из-за 05 еутствкя надежных » отработанных непосредственно в производи генных условиях устройств для реализации, такой обработки и не следований по энергетической эффективности вкброэлектробетоки розания в целом. Бозтоку с 1980 г. з ШИ проводятся'работа в этих направлениях.

В настоящее время у существующих способов термообработка бетона отсутствует сопоставимость значений га: энергетической

эффективкостк, характеризуемой тепаовым КЦД, поскольку прз одном и том же его числовое значении ыогет достигаться неодинаковая прочность бетона к за различное зреш выдергивания. Ка основе обзора известных методик автором работы была предложена нова« методика определения сопоставимой энергетической эффективности различных способов термообработки бетона, заклгчаецаяса з сравнении затрат внешней энергии (с учетом потерь) ка единицу прироста прочности бетона за одинаковые (первые 8...12 ч) сроет зыдераизания, когда тепловой фактор оказывает наибольшее влияние на рост его прсчксстк.

Выполненный анализ энергетической эффективность: различных способов термообработки бетона, с учетом фундаментальных заноноз к достижений в области тепломассообмена и исследований по комплексной обработке бетонных смесей позволили предположить следующее.

Возможно добиться значительного снижения гнергоемкоети термообработки к недопуслггь назупеккй структур« бетона» если разогревать смесь до начала ее схватывания: посредством электроэнергии з комплексе о другими воздействиями. При этом электроэнергии наиболее эффективно подводять непосредственно зиутрь растворной составлявшей скеси^ непрерывно, к зибротрансамртирувще« уирой-стзе с заккнутаы проходным сечением, в усяоькях избыточного давления и с Бездействием на смесь, гвделяхгдикся нз нее паром. Такая комплексная обработка ускорит xas процесс внесения тепла в смесь., так и последующий рост прочности бетона, особенно э первые 8.. .12 ч шдеряивания бетона, при меныакх энергозатратах на единицу прироста прочности по сразнежю о традиционными способами терызобрабстаи бетона.

Все это ч позволило сформулировать цель и зедечи исследований настоящей работы.

Во второй глазе представлены методики определения! расхода энергии и различных видов теплопэтерь и процессе ВЗ?С. Исследование особенностей внесения и потерь тепла при непрерывном ВЗРС вроводияось непосредственно в производственных условиях с использованием бетонных смесой, применяема для взго-мвлекия сборных бетонных и келезобетонных изделий.

В главе-приведены результаты экспериментальных исследований

особенностей непрерывного ВЭРС в условиях закрытой емкости - в устройстве, выполненной в виде трубы, внутри которой соосно установлены трубчатые йлектроды,.подключенные к 3-х фазной сети переменного электрического тока. Наличие гидростатического давления в зоне разогрева смеси, теплового расширения на одкн... три по;ядка воды затворения и зацепленного в порах заполнителей, а такае растворенного в воде воздуха, образование вблизи электродов пара (из-за большой плотности тока), динамического давления на стенки и электроды виброперекещаеыой смеси при полном заполнении проходного сечения устройства смесь:: в процессе ее непрерывного злектрор&зогрева обеспечивает достижение такого избыточного давления в зоне разогрева, что температура вода затворения в растворной составляющей смеск значительно превышает 100°С. За счет отсутствия испарэкия при разогреге смеск одновременно снижается расход энергии. Таким образом, данное устройство, получившее название внброелектрореактор, представляет собой своеобразный автоклав непрерывного действия для ВЭРС. На основе более полного иепользоваюи термодикаг.-лческого потенциала воды затворения открывается путь душ значительного поанше-ння производительности термообработки бетонкой смеси.

Поьтаго этого выявлена эффективность достижения парообразования о Ккл'.крс аШырйВ&НКл псПООрсДС?5ЕКНО ПССЛс ПрОХОХД£пг1Я

разогретой бетонной смесью» аоны се терме обработки, где она находилась под воздействием локального избыточного давления. Выделяющийся в этой камергг согласно продшу фаз (закон Гкббса), при сбросе давления из разогретой смеск, пар, обладая по сравнению с водой при одинаковых температурах е сотни раз большей проницаемостью и теплопроводность», бистро проникает по »жкро-порам вглубь крупньж частиц заиолнителеЕ смеси и допол:гителько разогревает юс изнутри теплом конденсации покиио их кондукткв-ного прогрева от более горячей растворной составляющей смеси. За 10...15 с воздействия этого пара температура крупного заполнителя успевает подняться на 6...1£°С. В результате перед укладкой смеси температура растворной составляющей падает, а следовательно, снижаются геплопотери из смеси при формирована изделий (конструкций) за счет испарения и сокращается время термообработки, необходимое для прогрева заполнителей смеси.

На основа закона сохранении анергии разработана методика прадедения параметров внутреннего я вк«пнего теплообмена при ермообработке бетонной смеси в устройствах ддя ее непрерывно-

0 виброзлектроразогрева, позволяющая производить энергетиче-кий анализ различных модификаций устройств такого рода для шределения их теплового КОД. Приведена также инженерная нето-;ина теплового расчета я конструирования устройства для вибро-1лектропаровой обработки бетонной смеси - виброэлехтрореахтсра, ;оторая может быть принята за основу при создании типовых гстройств такого рода, Виброзлектрореактор состоит из корпуса

1 виде стальной трубы, внутри которого соосно расположен электроизоляционный полый трубчатый стержень с укрепленнып на нем тонкостенными (Г ми) алектродвми. Вибраторы ИВ-105 с цельв гредотвращечля перегрева периодически переклсяаются с помсщьи зеле времена. С учетом приобретенного опыта вся его конструкция нлишнгяа сборно-разборной без каких-либо сварных соединений»

ф

'1 Н ______1 ^

\ Р--—м—| гч 8 ч.

М-^ —и ^ Щ т ®

__1 «50__ [ 325 |.

Виброэлектрореактор " БЭР-90"

Для поддержания одинаковой силы тока на электродах с цель» исключения перекоса фаз и упрощения регулировки температуры разогрева бетонной смеси желательно применять регулятор напряжения » например РНГТ - 330/600.

Исходя из цели данной работы - сокращения расхода энергии при термообработке бетона, изучалась энергетическая эффективность (тепловой КГЦ) различных устройств для непрерывного ВЭРС, т.е. определялись все виды теплопогерь, увязанные в тепловой

балаяс, который в eso» очередь является лишь часты: общего теплового баланса виброэаектробвтонирования, рассчитываемого до цемента достижений тэебуемой прочности бетона. Погрешность сведения твидового баланса ка превышала 0,7... 1,7$, что вполне укладывается в рамкж требований, предъявляемой практикой инженерных расчетов.

Тепловой КЦД виброэлектрореактора является самын высоким (не менее 0,93) по сравнении со всеми известными устройствами термообработки бетона, так как внесение rerata в нзм производится с наиболее полным учетом основных законов термодинамики; отсутствуют теплоаотери на периодическую аккумуляции тепла корпусом за счзт непрерывности разогрзва смаси; кеюшч&ется кенаре-ние, чтс достигается применением корпуса замкнутого поперечного сечения} внесение энергии осуществляется нелосредэтаашо аггутр. растзорной составляющей смеси. Анализ теплового баланса вибро-электрореахтора показал, что на теплопстери конвекцией и лучеиспусканием с поверхности корпуса приходится не более 1,5% от общего количества подведенного в смесь тепла. За счет соответствующей окраски можно дополнительно уменьшить теплопотери лучеиспусканием и соответственно поднять тепловой КЦЦ устройстве до 0г99. t

В третьей главе приведены результаты исследований температурного режима выдерживания изделий (конструкций) из виброэлектроразогретого бетона, данные их теплового баланса, энергетическая эффективность э целом в сравнении с пропари-ваниеи и эдэктроразогревом смеси на основе сравнения удельных энергозатрат на единицу прироста прочности бетона.

Определение температур бетона в процессе его формования к выдаряивадия, наружной поверхности форм (опалубок) и изделий (конструкций) л а также расчет теплопотерь при их выдерживании с учетом экзотерюш цемента выполнялись по известны»* методикам, Контроль прочности бетона осуществлялся испытанием образцов бетона на сжатие в соответствии с ГОСТ 10180-78.

Для достижения высокого теплового КПД термообработки бето' на не менее важным, чем эффективное внесение тепла в разогрева емую смесь, является необходимость в его максимальном сохранении в процессе выдерживания бетона до набора требуемой прочное

На основе анализа 10 методик расчета продолжительности осты-«ия предварительно разогретого бетона, установлено, что наибо-;е предпочтительной дая виброэлектроразогретсго бетона является имененке формулы регулярного режима остывания тел Г.М.Кондра->ева, основанной на законе сохранения энергии. Среднекзадратич->е отклонение результатов экспериментов от расчетных по этой рмуяе не превышало - 1%.

Поскольку тепловой фактор играет реиащуя роль в ускорении ердения бетона в основном з первые 8...12 ч. то было предло-но при исследовании температурных режимов выдерживания вибро-еатроразогрстого бете;» прогнозировать лига изменение его едней температуры за это время.

Изучение теглпературньк режимов изделий и конструкций, забв-нированкнх в натурных условиях из виброзлек'хроразогретых ске-й, показало, что изменение средней температуры бетона при по-оянных условиях бетонирования в основном зависит от их модуля по-жности(Мп)и коэффициента теплопередачи форм (опалубок). Для зкгического применения построены графики, характеризующие из-ченне этой температуры от указанных параметров за первые 12 ч цержмвания бетона с температурой 35°С и 55°С при температуре зугного воздуха t¡3 = - 20°С z + Ю°С. .

Для сохранения внесенного в бетон тепла необходимо еокра-гь поверхность теплообмена с окружающей средой. Это можно обес-1нть пакетированием тонкостенккх изделий с последующим их укры-ш влагонепроницаемым материалом, что позволит такае снизить шопотери конвехцией. А если применять материал дая укрытия специальным теплоотракающим слоем, то и в.2 раза сократить иопотери лучеиспусканием.■Все это позволяет в конечном итоге [зить энергозатраты на термообработку бетона.

Анализ составляющих теплового баланса виброэлектробетокиро-ия показал, что теплопотери за счет испарения при падении югретой смеси в форму (опалубку) весьма незначительны (не :ее 0,5%). Основные теплопотери при установившемся режиме ра-ы виброэлектрореактора приходятся на аккумуляции тепла форма-(опалубкой) 10...15%, а также на лучеиспускание 25...40% и венцлю 15...30% при твердении изделий (конструкций). Для сни-ия теплопотерь на аккумуляцию иожно рекомендовать менее тепло-

еют.е формы (опалубну).

Погрешность сведения всего теплового баланса от момента начала разогрева скеси до распалубки изделий (конструкций) чер 6 или 12 ч в среднем по данным производственных испытаний кахс дилесь в пределах 1,5%.

Дал бетона класса В и В 15 в ^возрасте 12 ч виброэлегз рор аз огретый бетон достигает от Впри средней тешератз 60°С, а при 75°С соответственно 60 н 85%» что заметно яревосхс дит прочность просто злектроразогргтого бетона при аналогичны: теьшературах нли подвергнутого только одной вкброобработке. В возрасте 28 суток вкброэлектроразогретый бетон достигает прочности от 125...145% до 170...21от/?^, соответственно при теютерагуре 35°С и 75°С. Это объясняется повывениеы степени гидратации цемента за счет разрусения гидраткых оболочек эере; цемента в процессе комплексной обработки сиеси. Эффект значи' тельного повышения прочности у виброэлектроразогретого бетона подтверждается таюке результатами, полученными А.¿.Дроздовым, А.Л.Ивлевым* Л.М.КоячеданцеЕннв В.Д.Шантарикык к др. Выведена зависимость, поээояягщ&я прогнозировать прочность такого бетона с учетои температуры н Бремени его выдергивания, котор согласуется е экспоненциальной зависимостью топох/Цг-.-чесхсгс уравнения протекания гетерогенных процессов.

Предложенный подход для определения сопоставимой энергет ческой эффективности различных способов термообработки, задела чагщкйся в определении энергозатрат с учетом

всех видов теплопэтерь на единицу прироста прочности бетона за одинаковые сроки твердения бетона,позволил установигь* что виброзлектробетонировакие наиболее аффективно. Так, за счет е гшексной обработки удельный расход подведенной энергии (с уче потерь) для виброэдектрсразогретого бетона в возрасте до I с} составляет 3,5...4,5 кЕт«чД51а по сравнению с электроразогреч бетоном 13,..18 кВт«ч/1Ша и тем более с пропаренный с тепловь КПД пропариванкя 0,3 н 0,1 (что имеет кесто в реальных услов* соответственно 48...53 и 63...69 кВт«ч/Ш1а.

Кроме того» получены данные, показывающие влияние непосх ственно теплового фактора на прирост прочности бетона. Вибро-электроразогретый бетон требует в этом случае на единицу при]

рочности в 2,5.„.3,5 раза.меньше твпла8 чем соответственно то электроразогретый или пропаренный бетон (з возрасте до г.).

Отмеченная более высокая прочность виброэлектроразогретого на по сравнении с электроразогретым и пропаренным подтвер-тся результатами рентгено-грефического анализа» инфракрас-спектроскопии, микроскопического анализа, а такка данными дотности и морозостойкости.

В четвертой главе изложены результаты провер-сследований в производственных условиях и определена экономная эффективность виброзлектробетонироэания.

Представлены 10 схем возможного применения непрерывного ■ для заводских и построечных условий» 3 из которых прошли :зводстзеннуэ проверку.

Элементы технологии последовательно отрабатывались на Бланком заводе ЖЕК треста "Ечадстройконструкцяя", на заводе Владимирского ДСК, на КШ треста "Владпромстрой", на згзоде в пос .Подога Архангельской области, на заводе Ш1 * 3 треста акьжелезобетон", при бетонировании монолитных конструкций ¡асосной станции в Ростовской области» а также на объектах :тройхоми?ета.

Результаты исследований были рассмотрены, одобрены и рекомен-:ны к внедрению (б) Минстроем СССР в 1985 г. Они были примене-I спроектированной технологической линии для базы индустри-юго домостроения в г.Кольчугино Владимирской области, а :в использованы ГГПИ № 6 Ыинсевзапстроя РСЗСР (г.Москва) при 1аботке стендовой безвибрационной технологии для "мини" КПД гостья 50,30,10 тыс.»г общей площади в год. В основу этих «.'ов положено а.с. 1588552.

Применение виброэлектробетонирования позволяет расширить ють применена электроразогрева смеси для изделий (конструкций) 1 от 2..^3 м" до 12 м-1 (при = -20°С) и соответственно ¡...8 м~ до ЗО^м" (при /¿3 = +20°С) при условии достижения «ом 70% от Rg.it за первые 12 ч его твердения. При сохране-ойласти применения, характерной для электроразогрева смеси южно существенное снижение энергозатрат на термообработку ма.

Утверзденная TCO "Владииирстрой" расчетная экономия от внедрения непрерывного виброалектробетонирования для заводов сборного железобетона, с учетам снижения расхода цекента на 1<Л, составляет 5,1 р./м3 бетона.

ОБЩИЙ БКЕОда

I. Анализ теории и практики термообработки бетона показал, что основным фактором интенсификации роста его прочности является тепловой. Однако применение традиционных обогревных способов приводит к большому перерасходу энергии, а такие к нарушениям структуры бетона изделий и конструкций. Для сокращения расхода энергии и улучшения структуры бетона наиболее перспективный является электроразогрев смеси, когда тепло вносится не s батон» а в смесь до начала ее схватывания, причем концентрированно, внутрь, электроэнергией и в комплексе с других® фаетораьи.

Z. сффективяость электроразогрева бетонной cueca повшзает-ея, если внесение электроэнергия осуществлять в закрытой ежоств (трубе), в процессе непрерывного вибропчремещения смеси9 с достижением температуры в ее растворной составляющей выше 100°С и с воздействием на смесь, выделяющимся из нее паром. На данный принцип обработки бетонкой смеси получено а.с. СССР JÊ 1403510 и патенты США, Фкияндяи, *ршадни, ФРГ, Швейцарии и Швеция.

3. На основе проведенных в производственных условиях экспериментов разработано устройство, обеспечивающее непрерывную комплексную виброэлектропаровуи обработку бетонной смеси виброэлектрореактор. Данное устройство также защищено а.с. СССР & 1403510 к патентами вше перечисленных стран.

4. Предложена методика определения параметров внутреннего и внешнего тедю- и ыассообмена при термообработке бетонной смвск в устройствах для ее непрерывного виброэлектро^азогрева и на этой основе проведен анализ энергетической эффективности различных модификаций устройств такого рода. Установлено, что их тепловой КПД является самым высоким (не менее 0,93) по- сравнению со всеми известными устройствами термообработки бетона и

- бетонной смеси, так как внесение тепла в смесь производится с наиболее полным учетом положений il закона термодинамики.

5. Изучен характер остывания изделий и конструкций из вибро-»лектроразо'гретого бетона и экспериментально доказана возмож-юсть применения для прогнозирования изменения их средней температуры формулы регулярного режима остывания тел, основанной на загоне сохранения энергии. Определено, что изменение этой температуры в основном зависит от модуля поверхности изделий (конструкций) и коэффициента теплопередачи их форм (опалубок).

6. Прочность виброэлектроразогретого бетона через 12 ч выдерживания достигает 75...85$ от Riu в зависимости от температуры (60.,.75°С) и класса бетона (В 15...В 7,5). В 28 суток прочность бетона соответственно составляет 170...215% от Kgit при температуре выдерживания 75 °С. Выявлена зависимость прочности виброэлектроразогретого бетона от температуры к времени его выдерживания.

7. Предложенная методика определения сопоставимой энергетической эффективности различных способов термообработки бетона позволила установить, что виброэлектробетонирование наиболее предпочтительно, поскольку энергозатраты (с учетом всех видов потерь) на единицу прироста прочности виброэлектроразогретого бетона, за счет его комплексной обработки, составляют в возрасте до I суток 3,5...4,5 кВт.ч/Ша, что в 30...20 раз меньше, чем при пропаривании бетона с обычным тепловым КЦЦ равным

0.3...0.1.

8. Проведена проверка результатов исследований в производственных условиях. Разработана технологическая линия для вибро-электробетонировашя бетонных и железобетонных изделий, на которую получено а.с. 1588552. Определена рациональная область применения виброэлектробетонирования. Утвержденная экономия дня . заводов сборного железобетона по сравнение с пропариванием составляет 5,1 р./м^ бетона.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Игнатьев A.A., Мельнихов A.A., К у п а р в в E.H., Ы о л е в A.A. Установка для непрерывного элехтроразо-грева бетонной смеси// Ученые институты - народному хозяйству: Тез.докк.чауч.кон$. - Владимир, 1983. - С.84-85.

-202. Ж и л и н В.А., Арбеньев А..С., Игнатьев A.A. Изготовление железобетонных изделий с виброэлектроразогревоы смеси в условиях полигона//Владимир, ЦНТИ, Информ.листок, Сер.13, 1984, » 396 - 84. - 2 с.

3. Игнатьев A.A. Эффективность изготовления железобетонных изделий с непрерывным электроразогревом бетонной смеси// Бетонирование г непрерывным виброэлектроразогревом смеси: Сб.науч.тр./Владимирекий полигехн.ин-т. - Владимир, 1985.

- C.I09-II4.

4. Игнатьев A.A. Виброэлектробетонирование на заводах ЖБИ р.Владимира// Использование электрической энергии в заводской технологии бетона и железобетона: Тез.докл. - Ростов н/Д, 1966. - С.71-73.

5. Арбеньев A.C., Игнатьев A.A., Томских С.Ф. Непрерывное виброэлектробетонирование//Повышение качества строительства зданий и сооружений в зимних условиях: Материалы семинара. - M., 1987, - С.128-134.

6. Томских C.S., Игнатьев A.A. Технология и оборудование предварительной обработки бетонной смеси//Разви-тие технологии и повышение качества строительных материалов в разработках молодых ученых и специалистов: Тез.докл. -Киев, 1988.'- С.32-34.

7. Игнатьев A.A. Особенности теплового баланса термообработки бетона, основанной на непрерывном виброэлектроразогреве сыеси//$орсированный разогрев бетонной смеси. Теория. Эксперимент. Практика: Материалы расширенного заседания - семинара.* Владимир, 1989. - С.125-128.

8с Игнатьев A.A. Особенности проектирования устройств для непрерывного электроразогрева бетонной смеси//Совершенст-вование технологии бетонных работ и интенсификация использования техники: Сб.науч.тр. - Владимир, 1990. - С.71-74.

9. A.c. 14035X0 СССР, МКИ4 В 28 В 17/02. Способ обработки смесей, преимущественно бетонных, и устройство для его осуществления.

Ю.А.с. 1588552, МКИ5 В 28 В 5/04. Технологическая линия для виброэлектробетонирования изделий.

- ИЛат. 4872760 США, МКИ4 В 28 С 5/46, В 01 F II/00, В OIF 15/02, В 01 F 15/06. Method, and apparatus for processing a mix preferably concrete mix .

. Пат. 81045 Финляндия, МКИ5 В 28 С 5/34, В 28 С 5/46, В 28 В 17/02, H 05 В 3/60. lienateliaä ja latte aeeksen, erityisesti betonlseeJcsen, velmlstamiaeksi Jerfarende «ch anordning für framställnlng tv an blendnitig, seralcllt en boteng-blandning ,

,. Пат. 2613468 Франция, МКИ4 F 27 В 9/06, F 27 В 9/02, СОЧ В 40/00, F 04 S 2I/02;F27D Ц/04, F 24 H 1/00, F 24 H 9/18, В 28 С 5/46. Procédé de traitement d'un mélangé de preference d'un mélangé de beten et diapesltif peur sa mise en oeuvre •

1. Пат. 3705735 С2 ®Гв МКИ5 В 01 F 15/06, В 01 F 11/00, В 01 Г 15/02. Verfahren zur Bearbeitung топ Gemischen insbesondere von Betengeaischen und Verrichtung zur lurchfahrung des Verfahrens .

j. Пат. 673429 Швейцария, МКИ5 В 28 С 5/45. Verfahren and Verrichtung zur Bearbeitung von Gemischen insbesondere ven Betongemiechen •

5. Пат. 458840 Швеция, ШИ4 В 28 С 5/46, В 28 В И/00, В 28 В 17/02. Parierende och anordning for behandling av bland-nInger, for» tradesvis en betesgblasdning «

Подписано в печать 09.04.91. Формат 60x84/16. Бумага для шожит.техники. Печать офсетная. Усл.печ.л. 1,16. Усл.кр.-отт. .,16. Уч.-изд. л. 1,00. Тираж 100 экз. Зак.501. Бесплатно^

Ленинградский ордена Октябрьской революции и ордена Трудово-'0 Красного Знамени инженерно-строительный институт. 198005, Ленинград, ул.2-я Красноармейская, д.4. Ротапринт научно-исследовательского конструкторско-техноло-"•ического института тракторных и комбайновых двигателей (НИКПЩ). 600029, Владимир, ул.Лакина, д.1а.