автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Научные основы процессов электротепловой обработки композиционных материалов в производстве конструкционного бетона

На правах рукописи

(¡¿рсс-*^ ^

0050427ио

СОКОЛОВ АЛЕКСАНДР МИХАЙЛОВИЧ

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ ЭЛЕКТРОТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ КОНСТРУКЦИОННОГО БЕТОНА

Специальность: 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (строительство)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

1 0 Г;

Иваново 2012

005042703

Работа выполнена в ФГБОУВПО «Ивановский государственный архитектурно-строительный университет»

Научный Заслуженный деятель науки РФ, Лауреат премии консультант: Правительства РФ в области науки и техники, академик РААСН, доктор технических наук, профессор Федосов Сергей Викторович

ФГБОУВПО «Ивановский государственный архитектурно-строительный университет».

Официальные Академик РААСН, Заслуженный деятель науки РФ, оппоненты: доктор технических наук, профессор Соколова Юлия Андреевна

ФАОУ ДПО «Государственная академия специалистов инвестиционной сферы», зав. кафедрой.

Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор

Грызлов Владимир Сергеевич

ФГБОУВПО «Череповецкий государственный университет».

Заслуженный деятель науки РФ, Правительства РФ в области науки технических наук, профессор Блиничев Валерьян Николаевич ФГБОУВПО «Ивановский государственный технологический университет», зав. кафедрой.

Лауреат премий и техники, доктор

химико-

Ведущая ФГБОУВПО «Московский государственный строительный

организация: университет» (Национальный исследовательский

университет).

Защита состоится 25 мая 2012 г. в 10 часов на заседании объединенного диссертационного совета ДМ 212.060.01 при ФГБОУВПО «Ивановский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 153037, г. Иваново, ул. 8-го Марта, д. 20, ауд. Г-204 (www.igasu.ru).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановского государственного архитектурно-строительного университета (153037, г. Иваново, ул. 8 Марта, д.20).

Автореферат разослан « 20 » апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н., доцент

Ж ¡в**?'

Н.В. Заянчуковская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Одним из направлений государственной политики Российской Федерации является глубокая модернизация экономики в целях значительного повышения эффективности и конкурентоспособности промышленного производства. Строительная отрасль, где накопилось немало проблем, требующих скорейшего решения, представляет собой яркий пример необходимости такой модернизации. Актуальной задачей технологических процессов строительной индустрии является снижение их энергоёмкости. Особенно это важно в тех случаях, когда требуется термическое воздействие на материалы, например, в установках по разогреву бетонных смесей и тепловой обработке железобетонных изделий. В настоящее время основное применение для этого получила тепловлажностная обработка (ТВО) водяным паром. Этот способ разогрева является технически наиболее простым, но обладает рядом серьезных недостатков. Например, изделие воспринимает незначительную долю энергии пара, что ухудшает экономические показатели такой технологии. Другим недостатком являются трудности с гибким регулированием потребления пара в зависимости от потребностей производства и сезонных условий. Низкой энергетической эффективностью обладают и другие методы тепловой обработки бетона, получившие уже достаточно широкое распространение, - это обработка продуктами сгорания природного газа и подогрев опалубки горячей водой. Лишь для южных и солнечных районов весьма удобной и более выгодной является тепловая обработка железобетонных изделий с использованием солнечной энергии.

Хорошо известно, что тепловая обработка бетона, особенно в условиях прохладного российского климата, является практически обязательной стадией технологического процесса в строительной индустрии: около 90% железобетонных конструкций и изделий при изготовлении подвергается такой обработке (около 20 ООО тыс. куб.м в России ежегодно). Она за счёт значительного ускорения набора прочности бетоном позволяет повысить производительность и технико-экономические показатели производственного процесса.

Перспективным и эффективным направлением развития отрасли следует назвать широкое применение электротепловой обработки бетона и железобетонных изделий. Несмотря на многие очевидные и значительные преимущества такого способа тепловой обработки (энергетическая эффективность может приближаться к 100%, удобство управления и автоматизации, однородный прогрев), всё же на предприятиях сборного железобетона и крупнопанельного домостроения продолжают господствовать традиционные методы. Острую потребность в электротепловой обработке испытывают предприятия малого и среднего бизнеса, которым традиционные методы недоступны и невыгодны. Анализ

литературных сведений позволяет сделать вывод, что такое положение дел обусловлено рядом причин, важнейшими из которых являются — отсутствие необходимого технологического оборудования, в частности, электрических источников питания с хорошими эксплуатационными показателями, а также недостаточный уровень научно-технических разработок в этом направлении.

Неотъемлемой частью любой электротехнологической установки такого назначения является источник питания, который обеспечивает ее бесперебойным электроснабжением. В настоящее время, значительные усилия специалистов сосредоточены на создании источников питания на основе высокочастотных полупроводниковых преобразователей напряжения. Рабочие частоты преобразования, находящиеся в пределах от 10 до 150 кГц, позволяют получать источники питания с высокими эксплуатационными показателями, соответствующие современным требованиям. Целесообразно применение таких источников питания в составе установок электротепловой обработки на предприятиях сборного железобетона.

Целью диссертационного исследования является разработка научных основ создания и применения в строительной отрасли установок и процессов электротепловой обработки железобетонных изделий электродным методом с использованием источников питания на основе полупроводниковых (транзисторных) преобразователей напряжения. Это включает в себя разработку общего методологического подхода к исследованию и применению электротепловой обработки, создание теоретических моделей на основе общего методологического подхода для определения характеристик и показателей процесса и установок такого назначения, определение и исследование закономерностей электротепловой обработки таким методом, разработка рекомендаций для реализации электротепловой обработки в условиях предприятий сборного железобетона.

Поставленная цель требует решения следующих задач.

1. Определение и обоснование общего методологического подхода к разработке теоретических моделей и исследованию закономерностей электротепловой обработки бетона и железобетонных изделий на базе существующих теоретических представлений о процессах тепломассопереноса и теории электрического поля.

2. Составление теоретических представлений и разработка математической модели процессов гидратации цемента и набора механической прочности бетоном при воздействии повышенной температуры в условиях превращения электрической энергии в тепловую и теплопереноса в объёме материала.

3. Разработка теоретических представлений о возникновении объёмно-напряженного состояния бетона в неоднородных температурных полях, обусловленных процессом теплопереноса, и методики расчёта предельных температурных градиентов в железобетонных изделиях в ходе их тепловой обработки.

4. Разработка математической модели электрической проводимости бетона для решения задач тепломассопереноса в процессах электротепловой обработки электродным методом.

5. Применение теории тепломассопереноса для разработки математической модели и методики расчёта параметров и характеристик процесса, а также устройств электротепловой обработки периодического и непрерывного действия.

6. Проверка эффективности методологического подхода к исследованию закономерностей электротепловой обработки, основанном на совместном использовании теории тепломассопереноса и теории электрического поля. Проверка адекватности предложенных математических моделей, реальным характеристикам механической прочности бетона, его электро- и теплофизических параметров, а также энергетических показателей этого вида обработки при использовании источников питания на основе полупроводниковых преобразователей напряжения.

7. Изучение закономерностей процессов тепло(массо)переноса и их воздействия на показатели и характеристики обрабатываемого материала (изделия), а также процесса и установок электротепловой обработки токами повышенной частоты. Разработка на основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований научно обоснованных рекомендаций по практическому применению электротепловой обработки электродным методом с использованием источников питания на основе полупроводниковых преобразователей напряжения в производственных условиях.

8. Выбор и исследование посредством предложенной методологии вариантов опытно-промышленного применения в строительной отрасли предлагаемой электротепловой обработки.

Объект исследования. Технологический процесс изготовления железобетонных изделий на предприятиях сборного железобетона и крупнопанельного домостроения.

Предмет исследования. Стадия тепловой обработки бетона при изготовлении железобетонных изделий с использованием разогрева электрическим током, протекающим через бетон.

Теоретическая и методологическая основа исследования. Теоретической базой выполненной диссертации являются современные представления о закономерностях тепломассопереноса, теории электрического поля в материале, химических процессов гидратации цемента, механического разрушения и прочности бетона, представления о возникновении объёмно-напряженного состояния в материале, природе электропроводности композиционных материалов, к которым можно отнести бетон, существующие методы теоретических основ электротехники и методы расчёта и анализа цепей с полупроводниковыми приборами, современные методы оценки технико-экономических показателей производственных процессов, а также существующие представления и разработки в вопросах методологии исследования различных характеристик и технико-

экономических показателей тепловой и электротепловой обработки бетона и железобетонных изделий.

Научная новизна. В работе содержатся следующие существенные результаты, имеющие научную новизну и лично полученные соискателем.

1. Составлена и обоснована общая методология исследования и применения электротепловой обработки бетона и железобетонных изделий, основанная на существующих теоретических представлениях о процессах тепломассопереноса и теории электрического поля сквозных токов в среде с комплексной электрической проводимостью.

2. Сформулированы принципы построения и выполнена разработка математической модели процессов гидратации цемента и роста механической прочности бетона при воздействии повышенной температуры в ходе электротепловой обработки.

3. Разработана математическая модель для определения предельных температурных градиентов, обусловленных явлением теплопереноса в железобетонных изделиях в процессе их электротепловой обработки.

4. Разработана математическая модель электрической проводимости бетона, которая учитывает влияние на её величину основных факторов: состав бетона, его температура, режим электротепловой обработки.

5. Составлены инженерные методики расчёта устройств электротепловой обработки периодического и непрерывного действия.

6. Впервые полученные экспериментальные сведения о различных характеристиках электротепловой обработки бетона с использованием источников питания на основе полупроводниковых преобразователей напряжения подтвердили достоверность предложенных математических моделей и расчётных методик, возможность и целесообразность применения такой обработки на практике, а также выявили её преимущества: активация твердения бетона, возможность существенного сокращения затрат времени и энергии, высокие эксплуатационные показатели источников питания, возможность гибкого управления процессом обработки и др.

Теоретическая и практическая значимость диссертационной работы. Теоретическая значимость работы состоит в дальнейшем развитии методологии и математического моделирования процессов и устройств электротепловой обработки бетона и железобетонных изделий на основе существующей теории тепломассопереноса и теории электрического поля. Практическая значимость заключается в том, что полученные результаты позволяют разрабатывать оборудование и технологические процессы для электротепловой обработки бетона и железобетонных изделий с применением источников питания на основе полупроводниковых (транзисторных) преобразователей напряжения, как в условиях крупных предприятий сборного железобетона и крупнопанельного домостроения, так и в условиях небольших предприятий малого и среднего бизнеса, производящих продукцию небольшими сериями.. Сформулированы рекомендации по условиям эффективного применения электротепловой обработки железобетонных изделий, например - обязательное наличие

теплоизоляции на поверхности изделия; целесообразность сочетания безопалубочной технологии и термосной выдержки; применение режима постоянной мощности при работе технологической установки и её источника питания и др. Показано, что в промышленных условиях энергетическая эффективность электротепловой обработки токами повышенной частоты в 7-И 1 раз выше по сравнению с ТВО, а её применение является наиболее эффективной мерой снижения технологической себестоимости на предприятиях сборного железобетона (около 25 %) при сроке окупаемости в пределах 1 года.

Достоверность н обоснованность полученных результатов.

Полученные научные положения и выводы, приведенные в работе, основаны на результатах многолетних экспериментов, выполненных в лабораторных и производственных условиях с применением современных методов исследований, и их статистической обработки, подтверждены сходимостью результатов компьютерного моделирования и результатов эксперимента, а также их корреляцией с известными закономерностями.

Личный вклад автора. Автором самостоятельно поставлены цели и задачи, выбраны объекты и методы исследований, разработана программа теоретических и экспериментальных изысканий, лично выполнены, обработаны и проанализированы основные результаты, практическая реализация которых так же проводилась при непосредственном участии автора. В совместных работах, выполненных в соавторстве с академиком РААСН, доктором технических наук, профессором C.B. Федосовым, докторами технических наук A.M. Ибрагимовым и Ю.А. Митькиным, автор лично участвовал в проведении теоретических и экспериментальных исследований и их обсуждении.

На защиту выносятся:

обоснование общего методологического подхода к разработке теоретических моделей и исследованию закономерностей электротепловой обработки бетона и железобетонных изделий на базе существующих теоретических представлений о процессах тепломассопереноса и теории электрического ПОЛЯ.

- теоретические представления и математическая модель процессов гидратации цемента и роста механической прочности бетона в процессе электротепловой обработки;

- математическая модель для определения предельных температурных градиентов в железобетонных изделиях в процессе их тепловой обработки;

- математическая модель электрической проводимости бетона, которая учитывает влияние на её величину важнейших факторов: состав бетона, его температура, режим электротепловой обработки;

- математическая модель и методика расчёта устройств электротепловой обработки периодического и непрерывного действия;

- экспериментальные сведения о механических, электрофизических, температурных и энергетических характеристиках электротепловой обработки бетона токами повышенной частоты с использованием источников

питания, выполненных на основе полупроводниковых преобразователей напряжения;

- результаты изучения влияния различных факторов на показатели электротепловой обработки с использованием предложенных математических моделей, а также результатов экспериментов с целью оптимизации параметров и режимов работы технологического оборудования;

- результаты исследования технических и энергетических показателей различных вариантов опытно-промышленного применения электротепловой обработки бетона токами повышенной частоты на предприятии сборного железобетона и сопоставление этих показателей с параметрами традиционного технологического процесса (ТВО).

результаты оценки экономических показателей применения электротепловой обработки бетона и железобетонных изделий на предприятиях сборного железобетона крупнопанельного домостроения с использованием источников питания на основе полупроводниковых (транзисторных) преобразователей напряжения.

Реализация и апробация результатов. Результаты диссертационного исследования использованы в разработке установок опытно-промышленного применения электротепловой обработки бетона и железобетонных изделий с использованием источников питания на основе полупроводниковых преобразователей напряжения на АО ДСК (Иваново), на малых предприятиях ИП (Иваново), ЗСМ ЭКО (Ярославль).

Основные положения и результаты исследования представлялись на международных научно-технических конференциях: международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологий» УЩ1994г.),УШ(1997г.),Х(2001г.),Х1(2003г.),ХН(2005г.), ХШ(2006г.),Х1У(2007г.),ХУ(2006г.),ХУ1(2011г.) Бенардосовские чтения, Иваново; вторая международная научно-практическая конференция «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» 07-09.02.2006, Санкт-Петербург, Россия; научно-техническая конференция «Современные материалы и технологии бетонов. Методы контроля качества», Москва, ЦВК «Экспоцентр», 28 января 2010 г.; пленарное заседание XVII Международной научно-технической конференции «Информационная среда вуза», Иваново, ИГ АСУ, 25 ноября 2010 г.; шестая региональная научно-техническая конференция студентов и аспирантов, ИГЭУ, Иваново, 28 апреля 2011 г.

Выполненные исследования нашли отражение в учебных пособиях, лекционных и лабораторных курсах по дисциплинам «Основы электротехнологии», «Электротехнологические процессы и аппараты», а также в курсовых и дипломных работах.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 41 работа, в том числе

- 15 статей в изданиях, рекомендованных ВАК. Семь статей опубликованы в сборниках трудов международных конференций и межвузовских сборниках научных трудов, в материалах вузовских и международных конференций опубликовано 19 тезисов докладов.

Структура и объём диссертации. Структура диссертации обусловлена целью и задачами, решаемыми в работе. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка и приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении содержится обоснование актуальности темы, цель и основные задачи исследования, раскрывается научная новизна и практическая ценность работы, её структура.

В первой главе выполнен литературный обзор вопросов тепловой, электротепловой и электрофизической обработки железобетонных изделий, а также традиционных и перспективных источников питания для электротепловой обработки.

Отмечено, что тепловая обработка является обязательной стадией технологического процесса изготовления железобетонных изделий на предприятиях сборного железобетона и крупнопанельного домостроения. Её применение обеспечивает высокие технико-экономические показатели производственного процесса. Наиболее распространённым и традиционным способом тепловой обработки железобетонных изделий является тепловлажностная обработка паром (ТВО). Отмечено, что такая обработка, имея определённые преимущества, обладает очень серьёзным недостатком -низкой энергетической эффективностью: бетон воспринимает всего 8-12% энергии пара. Достаточно распространёнными методами тепловой обработки бетона являются обработка продуктами сгорания природного газа и подогрев опалубки горячей водой, но и они имеют приблизительно такую же энергетическую эффективность, как и ТВО. Общим недостатком перечисленных методов является то, что передача тепла происходит с поверхности внутрь изделия, в котором из-за низкой теплопроводности бетона возникают неравномерные температурные поля, приводящие к снижению механической прочности материала и качества изделий.

По мнению многих исследователей и специалистов (Б.А. Крылов, Ю.М. Баженов, В.М. Бондаренко, С.М. Трембицкий, A.C. Арбеньев, Н.Ф. Афанасьев, Н.Г. Пшонкин и др.) одним из важнейших направлений научно-технического прогресса строительной отрасли является широкое применение электротепловой обработки бетона и железобетонных изделий. Основное преимущество электротепловой обработки — её высокая энергетическая эффективность, теоретически приближающаяся к 100 %. В настоящее время существуют и применяются различные методы такой обработки. Наиболее перспективным следует признать электродный метод - разогрев бетона проходящим через него электрическим током. Он при наивысшей энергетической эффективности обеспечивает практически однородное выделение тепла в объёме вещества, в результате чего значительно снижается неоднородность температурных полей внутри изделия и её вредные последствия, а также создаются одинаковые условия твердения

бетона по всему объёму изделия. Весьма актуальным является применение электротепловой обработки для изготовления строительных изделий и конструкций на основе перспективных композиционных строительных материалов (Ю.М. Баженов, В.М. Бондаренко, Ю.А. Соколова, Е.М. Чернышёв)

Несмотря на явные преимущества, электротепловая обработка в настоящее время применяется, в основном, в тех случаях, когда без неё нельзя обойтись, например, в монолитном домостроении и при зимнем бетонировании. Существующие научные разработки в этой сфере посвящены, в основном, именно таким условиям использования электротепловой обработки (Б.М. Красновский, С.Г. Головнёв, Л.М Колчеданцев). Анализ литературных сведений позволяет сделать вывод, что одним из серьёзных препятствий на пути широкого применения электротепловой обработки на предприятиях сборного железобетона являются отсутствие технологического оборудования с высокими эксплуатационными показателями, в частности, существующие трансформаторные источники питания промышленной частоты для установок такого назначения имеют большие габариты и массу.

Эффективным способом решения этого вопроса является применение для этой цели источников питания нового поколения, выполненных на основе полупроводниковых (транзисторных) преобразователей напряжения. Они, благодаря высокой частоте выходного напряжения (10-50 кГц) обладают хорошими массогабаритными и технико-экономическими показателями. Однако в литературе практически отсутствуют сведения по теории и практике электротепловой обработки бетона с использованием источников питания такого типа. При этом требуют своего решения целый ряд теоретических, методических и исследовательских вопросов электротепловой обработки в условиях предприятий сборного железобетона и крупнопанельного домостроения. В частности, весьма актуальной является задача дальнейшего развития применительно к условиям электротепловой обработки математических методов строительного материаловедения и исследования теплофизических характеристик материалов и технологических процессов строительной индустрии (Ю.А. Соколова, C.B. Федосов, B.C. Грызлов).

На основе анализа сведений, приведенных в главе 1, были сформулированы цель и задачи настоящей работы, указанные выше, суть которых сводится к тому, что необходимо определить, обосновать и апробировать общий методологический подход к исследованию процессов электротепловой обработки бетона и железобетонных изделий электродным методом токами повышенной частоты на основе научно-теоретических представлений о процессах тепломассопереноса и теории электрического поля. Это позволит создавать технологические процессы и оборудование, обладающие оптимальными параметрами, и обеспечить рациональные режимы его работы. В итоге будут обеспечены благоприятные условия для

успешного применения электротепловой обработки на предприятиях сборного железобетона.

Вторая глава посвящена разработке и обоснованию общего методологического подхода к разработке теоретических моделей и исследованию закономерностей электротепловой обработки бетона и железобетонных изделий на базе существующих теоретических представлений о процессах тепломассопереноса и теории электрического поля; а также важнейших составляющих этой методологии: математической модели изменения механической прочности бетона в процессе электротепловой обработки, математической модели для определения предельных температурных градиентов в железобетонных изделиях, математической модели электрической проводимости бетона.

В качестве иллюстрации необходимых научных разработок на рис.1 показана схема электротепловой обработки (ЭТО) железобетонного изделия

электродным методом с

помощью источника питания на основе полупроводникового

преобразователя напряжения.

УВ - управляемый выпрямитель; ПП -полупроводниковый (транзисторный) преобразователь напряжения; Т — силовой трансформатор; 1 -обрабатываемое изделие; 2 -электроды; 3 - опалубка с теплоизоляцией. Рис. 1. Схема электротепловой обработки электродным методом

Изделие разогревается

электрическим током

повышенной частоты,

протекающим в толще бетона при выделении тепла и твердении бетона по всему объёму. На основе анализа этой схемы сделан вывод, что научно-теоретической основой изучения протекающих процессов являются современные представления и теоретические методы тепломассопереноса, а также электрического поля токов сквозной проводимости в среде, обладающей комплексной, активно-ёмкостной, электрической проводимостью. Исследование процессов электротепловой обработки должно базироваться на решении дифференциальных уравнений теплопроводности, составленных из условия присутствия в среде источника тепла, мощность которого определяется посредством решения уравнений электрического поля в объёме материала. Предлагаемая методология исследования и разработки процессов электротепловой обработки бетона и железобетонных изделий представлена в рукописи в виде обширной блок-

УВ Г1П

схемы, которая в упрощенном виде показана на рис.2, где отмечены, как существующие математические модели и методы, так и подлежащие разработке согласно указанным выше задачам диссертационной работы.

Методология исследования и разработки процессов электротепловой обработки (ЭТО) бетона и железобетонных изделий

¿¿предал« йвтекниксГ" экономических

пок!зателей элентротв пловов

Методы (мсчйта Твкиино. . мономичоццих похампивй

Шмоненис' исходных

Р«о.йт тв*нолог«чес><и* процесса и уствивкми непрерывного действия

Расчвтте^чологлчвских процесса л установки периодичвсиог о двйстви*

Расчёт электрической проводимости материала

Расчёт предельных градиентов температуры

Изменение исходных сведений

Расчёт предела прочности бетона при сжатии

(Выводы, рекомендации

Условные обозначения: красный (серый) цвет- теоретические модели и методы, которые необходимо разработать; зелёный (светло серый) - существующие; белый - процесс.

Рис.2

В этом случае одной и наиболее актуальных проблем материаловедения строительной отрасли является прогнозирование теоретическими методами процесса гидратации цемента и изменения во времени важнейшего

показателя - предела прочности бетона при сжатии. Основой предлагаемых теоретических представлений и математической модели процессов гидратации цемента и набора прочности бетоном является один из фундаментальных законов химии - уравнение Аррениуса, которое позволяет определять константу скорости химической реакции гидратации цемента:

К - константа скорости химической реакции, 1/с, А - постоянный коэффициент (число химических взаимодействий в единицу времени), 1/с, Е - энергия активации химической реакции, Дж, Т - абсолютная температура, К, к = 1.38' 10"23 Дж/К - постоянная Больцмана.

В математической модели учитывается минералогический состав современных портландцементов, приведенный в табл. 1, а также существующие представления о химических процессах при гидратации всех составляющих. Предполагается, что каждой из них соответствуют индивидуальные значения постоянных уравнения Аррениуса.

Минералогический состав портландцемента (клинкера) Таблица 1

Соединения и их доля по массе в %

Сзв Сгв С3А С^АР Окислы и др.

58-62 18-22 5,5-6.5 13,5-14,5 0,8-2

Другой исходной посылкой является предположение о том, что предел прочности бетона при сжатии будет пропорционален степени гидратации цемента, срок завершения которой с инженерной точки зрения может быть принят равным 5 годам. В справедливости такого предположения сходятся авторитетные исследователи закономерностей механического разрушения и прочности бетона: Б.Г. Скрамтаев, О.Я. Берг, А.Е. Шейнин и др.

В результате составления и решения дифференциального уравнения скорости химической реакции гидратации цемента с учётом уравнения Аррениуса получена формула для определения значения предела прочности при сжатии в зависимости от времени гидратации (твердения бетона) по известной величине константы скорости химической реакции:

= о = <-*•<), (2)

К

где /?"' - максимальная прочность, достигаемая при завершении гидратации цемента (<3=1, (=5 лет).

Посредством составления и решения аналогичных уравнений с учетом долевого содержания минералогических составляющих были получены формулы для определения константы скорости реакции гидратации цемента, как для случая твердения бетона при постоянной температуре (приведена в

рукописи), так и при изменении температуры по типичному (обобщенному) режиму (графику) электротепловой обработки, представленному на рис. 3:

К = - ln[l - gi • (l - е"4™'"*)- g2 • (1 - e'*"s'c" )

- g3 ■ (' -)■ I1 -b)-e-'M" + b) ] '

где параметры kjs, ¡C2S, Icaf > ¡caf вычисляются по формуле

(3)

/=|ехр

L A-(v„-i,+r,)J jexp

dt, +exf

k-T„

(f2-/,)+|exp

k {T„m-v« (t, -t2)~vm •(/, )}

dt, +exf

E

~k-T

■«-'Л

■dt, +

(4)

при замене E на EC3S,EC2S,ECAF,E£AF

Стадия Изотермическая нагревания стадия

Стадия охлаждения скоростью

Стадия охлаждения с большой скоростью

значения энергии активации реакции гидратации С38, С2Б и С3А+С4АР и перекристаллизации продуктов гидратации С3А+С4АР

(коэффициент Л), соответственно; gb g2 И - долевое содержание С,Б, С28 и С.,А+С4АР в составе цемента (табл.1); г! - текущее значение времени в пределах интервала интегрирования, Г -текущее значение времени за пределами периода

электротепловой обработки - ? > ^ (рис.3).

На основе анализа и обобщения о процессах гидратации продуктов гидратации,

Рис.3. Режим электротепловой обработки, существующих литературных сведений составляющих цемента, перекристаллизации показателей набора прочности бетоном при различной температуре были получены численные значения постоянных уравнения Аррениуса (1) в формулах (3) и (4), которые приведены в табл.2.

Параметры уравнения Аррениуса

Таблица 2

Количество химических взаимодействий, 1/час. Энергия активации, ЭВ Ь

^C3S ^CIS ^CAF ar caf Есг.ч р C2S Е" c-CAF

1,63х W'2 4,1х 1020 1,113х ю4 2,35х 103 0,12 1,5 0,34 0,41 0,55

Выражения (3) и (4) позволяют определять величину К для различных значений времени твердения бетонной смеси с момента затворения />0. Это даёт возможность по формуле (2) находить расчётное относительное значение прочности бетона, а при известной величине марочной прочности -

её абсолютное значение. Результаты расчётов с использованием приведенных формул дают практически полное совпадение с результами эксперимента, что подтверждает правильность предложенной математической модели. Это позволяет прогнозировать величину механической прочности бетона в процессе его созревания при заданном режиме ЭТО, а также решать обратную задачу: выбирать график такой обработки с целью достижения заданной прочности в требуемые сроки, используя компьютерное моделирование.

Недостатком любого способа тепловой обработки бетона является неизбежное появление неоднородных температурных полей (градиентов температуры) в объёме обрабатываемого изделия, которые создают внутренние механические напряжения, могут вызвать в бетоне необратимые структурные изменения и недопустимое снижение его прочности. Поэтому существует настоятельная потребность в разработке методов расчётной оценки предельных температурных градиентов. Это особенно актуально для ЭТО , которая позволяет управлять температурными полями.

Для решения поставленной задачи целесообразно воспользоваться теоретическими представлениями о возникновении объёмно-напряженного состоянии увлажненного материала в процессе его сушки, предложенными A.B. Лыковым, и предположить, что причиной такого состояния может быть не только процесс массо(влаго)переноса, но и процесс теплопереноса. Эту ситуацию можно представить с помощью рис.4, где показано в поперечном сечении плоское изделие при наличии разности температур его верхней Т„шх и нижней поверхности Tmi„<Tmax и одномерном температурном поле по толщине материала. В этом случае возникает температурный градиент

gradT = — = 7m" ~Tmm (5)

dx h

и теплоперенос за счёт теплопроводности в соответствии с направлением градиента.

Возникновение объёмно-напряженного состояния материала

А (/1 I у

Л-

*

Рис.4

С использованием приведенной расчётной схемы было получено выражение для определения температурного градиента

64,4-/*

gradT,,.

Е-а,

(6)

где Ясж - предел прочности бетона при сжатии; /?=0,08 для бетона класса до В25 включительно и /?--0,07 для бетона класса ВЗО и выше; а, -коэффициент линейного расширения бетона; Е - модуль упругости бетона. Для корректной оценки опасности температурных градиентов целесообразно использование в формуле (6) не величины Нсж, а двух характерных параметров диаграммы напряжённого состояния бетона - о> и а"т. Первый их них <т" - это такое напряжение, в пределах которого наблюдается упругая деформация бетона, а многократное нагружение материала не приводит к снижению его прочности. Превышение этого граничного значения приводит к появлению микроразрушений в объёме материала, а многократные нагружения вызывают постепенное снижение прочности. Второй параметр о-;: > Стг представляет собой другое граничное значение, превышение которого приводит к выраженным и быстронарастающим разрушениям структуры бетона, сопровождающимся псевдопластическими деформациями. В результате этого материал становится практически непригодным для дальнейшего использования. В итоге получены выражения для определения предельных значений градиентов температуры, соответствующих этим характерным параметрам

Результаты расчёта по формулам (7), (8) и практическое значение этих параметров представлены на рис.5 в трёхмерной системе координат в виде поверхностей = /(Ясж,() и рм/Т^ = . Сравнение фактических

градиентов температуры в объёме изделия с их предельными значениями по формулам (7) и (8) и рис.5 позволяет делать выводы о степени опасности неоднородности температурных полей для материала.

Обрабатываемое изделие представляет для источника питания (рис.1) достаточно специфическую нагрузку, электрическое сопротивление г которой может значительно (более чем в 2 раза) и разнонаправленно изменяться в процессе электротепловой обработки вследствие изменения удельной электрической проводимости материала.

Полученная в работе математическая модель электрической проводимости учитывает влияние на её величину всех основных факторов: состав бетона, его температура, время и режим обработки. При разработке этой модели предполагалось, что электрическая проводимость бетона находится, как проводимость композиционного материала, через удельные проводимости и объёмные доли его составляющих (цементное тесто, песок, щебень/гравий).

(7)

„ (22,54 ■ ^ Ясж +11,27) ■ р ■

(8)

Е ■ а, ■(

Показано, что в процессе , ,,■ ; у»,

тепловой обработки ""»! ; л . |

проводимость бетона ; .-.,.}

проводимостью одной ИВ^' )

составляющей - '^^^ННВимИ^»'»^ 1

цементного теста. Учитывая тДДИ

ионный характер этой ' ; ЧщДР ^ '" '"

проводимости и " . г ,

предполагая, что она '• «•

линейно зависит от I

концентрации молекул „„¿г; ; : ! I '

воды, находящихся в ! •> [

несвязанном состоянии, ■ . : 1 > ,п»ч«»™.

> I .

изменение которой В I , л_ I

процессе твердения ^^ ! | 1 1 I I

цементного камня 1

описывается линейным 0!'!' ;«^ИИИррРРГ»и8

дифференциальным V ^ЩрР^

уравнением первого л«" !"ив»--' порядка, получено

выражение для определения Рис.5. Предельные градиенты температуры удельной электрической проводимости бетона в общем виде

= г .,/'.е иг*2731273 А, ^ (9)

где V' - объёмная доля цементного теста; д„ - удельная проводимость свежего цементного теста (время - / = 0) при температуре 7'=0°С, 1/Ом м; гг -удельное электрическое сопротивление, Ом м; М.Ъ.р- постоянные.

С использованием (9) получены соотношения, позволяющие вычислять изменение удельной проводимости бетона в процессе ЭТО по известному режиму обработки (рис. 3) и его парамеграм, например для стадии нагревания

Ь• (л,т ' + т„) + Л

| 273• (273 + 9ти.р 1 + Тп) ■ (/? +1)

У = Уо ' ехР

Аналогичные выражения для других стадий обработки приведены в рукописи. Знание закона изменения удельной проводимости позволяет определять электрическую проводимость и сопротивление всего изделия, а затем номинальные и режимные параметры источников питания установок.

Третья глава посвящена разработке инженерных методик расчёта устройств ЭТО как периодического, так и непрерывного действия. Также рассмотрена методика разработки мощных источников питания на основе транзисторных преобразователей напряжения.

При разработке методики расчёта устройств ЭТО периодического действия на основе теории теплопереноса были рассмотрены два варианта таких устройств: при наличии и при отсутствии теплоизоляции на поверхности корпуса (опалубки). Исходными сведениями этой методики являются параметры обрабатываемого изделия: форма, размеры, рецептура бетона, конструкция изделия (рис.1), параметры стенки опалубки и параметры графика тепловой обработки (рис.3). Принципиальной особенностью методики является точное определение потерь энергии в ходе электротепловой обработки на основе расчёта плотности теплового потока Ри через стенку опалубки (с теплоизоляцией) посредством итерационных вычислений с использованием полученной в работе формулы

где Т-Т„ — перепад температур между нагретым телом (обрабатываемым

п уу

изделием) и окружающей средой; = —'- — сопротивление тепловому

ы Л

потоку через стенку опалубки, ; — номер слоя стенки опалубки в направлении распространения теплового потока, п— число слоёв, Я, и А, -толщина и коэффициент теплопроводности каждого слоя.

Предложенная математическая модель позволяет получать закон изменения в ходе ЭТО электрической проводимости бетона (9), электрического сопротивления изделия, величины напряжения, электрического тока и мощности. Это дает возможность определить параметры источника питания: номинальные мощность, напряжение и ток источника питания, которые являются исходными сведениями для его выбора или расчёта. Кроме этого, определяются величина потерь мощности и энергии, полные и удельные затраты энергии, КПД электротепловой обработки, скорость охлаждения изделия после завершения обработки и др.

При разработке математической модели и методики расчёта устройств непрерывного действия (разогрева бетонных смесей) в виде транспортирующей трубы или транспортирующего короба также было использовано соотношение (9) с учётом тепломассопереноса в радиальном направлении при движении бетонной смеси по транспортирующей трубе (коробу). Полученная методика позволяет обоснованно выбирать размеры устройства и его номинальную мощность по заданной производительности и требуемой температуре бетонной смеси на выходе.

В главе 4 рассматриваются методика и результаты экспериментальных исследований электрофизических, температурных, энергетических и механических характеристик образцов бетона при использовании ЭТО электродным методом токами различной частоты, выполненные с целью определения технической возможности и целесообразности применения на практике такой обработки с использованием источников питания на основе полупроводниковых преобразователей напряжения. Другой важной целью

этих исследований было определение некоторых констант разработанных математических моделей (главы 2,3) и экспериментальное подтверждение предложенных в работе методологии, математических моделей и методик.

Лабораторные экспериментальные исследования выполнены с использованием стандартных образцов бетона 100x100x100 мм класса В20, получившего наиболее широкое применение на практике. Для сравнения были выполнены опыты с применением лёгких видов бетона (пенополистирольного, газобетона). В процессе изготовления и электротепловой обработки стандартных образцов применялась опалубка, выполненная из диэлектрических материалов, как при отсутствии, так и при наличии теплоизоляции на её поверхности. Электротепловая обработка проводилась с использованием переменного синусоидального напряжения 50 Гц (для сравнительных оценок) и переменного напряжения с частотой 12-20 кГц, имеющего осциллограмму прямоугольной формы и получаемого от источника питания на основе транзисторного преобразователя напряжения. В ходе опытов варьировались, фиксировались и вычислялись различные параметры ЭТО, а обработанные образцы (всего изготовлено и испытано более 140 шт.) после распалубки и выдержки при комнатной температуре в течение 1-35 суток подвергались испытаниям на прессе типа П-125 для определения предела прочности при сжатии.

Полученные результаты показали, что электрическая проводимость бетона при частоте напряжения 20 кГц на 25-35% больше, чем при напряжении 50 Гц. Такое явление можно объяснить тем, что при повышенной частоте в дополнение к сквозным токам активной проводимости через цементное тесто (50 Гц) возникают токи, обусловленные ёмкостной проводимостью (токи смещения). С помощью полученных экспериментальных зависимостей изменения проводимости были определены значения постоянных коэффициентов математической модели удельной проводимости (9) отдельно для каждого вида напряжения, приведенные в табл.3

Таблица 3

Частота напряжения Кг А Ъ Л/ хЮ"6 Р

о.е. 1/Омм °С I/CCf-час о.е.

50 Гц 0,308 0,29 964 5 2,63

20 кГц 0,49 878 75 1.9

Результаты расчётов изменения проводимости бетона с помощью формул вида (10) после определения постоянных (табл.3) показали хорошее согласование с результатами измерений в ходе опытов.

По результатам всех экспериментов усредненное значение коэффициента полезного действия (КПД) источников питания на основе транзисторных преобразователей напряжения составило ?/ = 0,91. Это означает, что они несколько уступают трансформаторным источникам 50 Гц (КПД на 4^7%

выше), но могут иметь более чем на порядок лучшие массогабаритные показатели и не имеют ограничений предельной мощности.

В ходе лабораторных исследований были выполнены теоретические и экспериментальные оценки энергетических показателей ЭТО, которые показывают хорошее согласование.

Результаты экспериментальных исследований температурных характеристик представлены на рис.6 в виде зависимостей изменения температуры в различных точках стандартного образца в процессе ЭТО. Можно сделать вывод, что теплоизоляция на поверхности опалубки позволяет существенно уменьшить неоднородность температурного поля в обрабатываемом изделии и его скорость остывания до приемлемых значений (не более 8-НО °С/час).

а — опалубка без теплоизоляции, частота напряжения - 50 Гц, длительность стадии нагревания Д/Шіг,=0,5 ч, длительность изотермической стадии А(имт =3,5 ч; б - опалубка с теплоизоляцией, частота напряжения 50 Гц (кривая 1, Л/„ау)=0,3 ч, Ьлизот =2,5 ч) и 20 кГц (кривая 2, А1„ыР=2 ч, Д/Ш(Ш =2,5 ч); измерение температуры производилось в центре образца (Т1), а также на поверхности посередине боковой грани - вверху (Т2), в центре (ТЗ) и внизу (Т4)

Рис.6. Изменение температуры в ходе электротепловой обработки бетона В20 Аналогичные температурные характеристики в случае лёгких бетонов: газобетон и пенополистирольный бетон, свидетельствуют о наличии значительно больших температурных градиентов даже при использовании опалубки с теплоизоляцией и эта проблема требует своего решения.

В результате обработки и обобщения, представленных температурных характеристик получены зависимости градиента температуры от времени ЭТО, которые показаны на рис.7. Там же отмечены характерные граничные значения градиента температуры &га<1ТІ и ^шіТ^ (рис.5). В случае опалубки с теплоизоляцией максимум градиента температуры значительно (в 3 раза) меньше, чем в случае опалубки без теплоизоляции, а зависимость градиента температуры от времени не достигает области абсолютно опасных значений. Это даёт основание полагать, что однократное, непродолжительное воздействие таких градиентов на обрабатываемый материал не должно вызывать отрицательных для него последствий. В случае использования опалубки без теплоизоляции значение градиента температуры уже при і > 0,6 переходит в область абсолютно опасных значений ,

оставаясь в ней практически вплоть до завершения обработки. Возникающие при этом внутренние напряжения должны обязательно вызывать выраженные разрушения структуры материала и снижение его качества.

1 (•) - опалубка без теплоизоляции, частота 50 Гц, длительность стадии нагревания

А'ш^=0,5 ч, длительность изотермической стадии Л'™, =3,5 ч; 2 (■) -опалубка с

теплоизоляцией, частота 50 Гц , А1тгр=0,3 ч, Ыизот =2,5 ч; 3 (А)- опалубка с теплоизоляцией, частота 20 кГц, А1иа,р=2 Ч, Миут =2,5 ч

Рис. 7. Зависимости градиента температуры от времени электротепловой обработки Наибольшие интерес и практическое значение имеют полученные в ходе опытов по электротепловой обработке сведения о важнейшем параметре бетона - механической прочности (предел прочности при сжатии)

На предприятиях сборного железобетона распалубка готовых изделий производится, как правило, на следующие сутки после укладки свежего бетона в опалубку, последующей тепловой обработки и в суточном возрасте бетон должен приобрести механическую прочность не ниже отпускной - 70% от нормированной. На рис. 8 представлены зависимости предела прочности при сжатии бетонных образцов в суточном возрасте от длительности изотермической стадии ЭТО. При использовании опалубки с теплоизоляцией (кривая 1) отпускная прочность оказывается достигнутой и превышенной уже при длительности изотермической стадии А*,„от> 1,8+2 часа. В случае отсутствия теплоизоляции наблюдается большой разброс в результатах испытаний, прочность бетона имеет значительно меньшую величину и намного медленнее нарастает по мере увеличения АГ„1от (кривая 2). Отпускная прочность достигается, в среднем, лишь при А/„тт > 8,5+9 ч. Эти результаты согласуются с рассмотренными выше зависимостями

температурных градиентов (рис.7), где было отмечено появление опасных значений этого показателя при отсутствии теплоизоляции на опалубке. 1 - опалубка с теплоизоляцией (Тижт

= 60°С); 2 - опалубка без теплоизоляции (♦ - Тизот = 60 "С, ■ -Тихт = 80 °С) Рис. 8. Зависимости суточной прочности при сжатии образцов бетона от длительности изотермической стадии

Использование математической модели набора механической прочности бетоном и результатов эксперимента (в случае опалубки с теплоизоляцией) позволили, как показано на рис.9, представить в трёхмерной системе координат поверхность значений предела прочности бетона сжатии в суточном возрасте Ясу,„=/(Т,„от, Миют).

1 - участок поверхности Я,ут=/(Т,М &1„„т)> Икр', 2 - горизонтальная плоскость на уровне Я*т> ; 3 - участок поверхности Кут=/(Тихт, &<шот)< Лч4 - линия пересечения поверхностей; 5 - проецирование линии пересечения поверхностей на горизонтальную координатную плоскость; 6 - область допустимых сочетаний Тихт и &1иют

Рис.9. Зависимости суточной прочности бетона от температуры и длительности

изотермической стадии Там же (рис.9) показана горизонтальная плоскость,

расположенная на уровне требуемой отпускной прочности Икр (70% от нормативной), которая пересекается с этой поверхностью. В результате, как проекция линии пересечения этих поверхностей на горизонтальную координатную плоскость, получена область значений (6), соответствующая допустимым сочетаниям параметров изотермической стадии Т„тт и М„„т , при которых Ксут > Якр . В настоящее время параметры тепловой обработки соответствуют верхней правой части этой области. Для ЭТО больший интерес представляет нижняя часть этой области с целью снижения энергетических затрат и стоимости обработки.

В процессе дальнейшего созревания бетона его предел прочности при сжатии должен достичь величины не ниже нормированного значения, соответствующего классу этого бетона. На рис.10 представлены зависимости этого показателя от длительности созревания образцов при комнатной температуре (18^23 °С) после ЭТО. Для контрольных образцов получена типичная кривая (1), когда нормированное значение прочности бетона достигается на 29 сутки после изготовления. Эксперименты по ЭТО с использованием опалубки без теплоизоляции дали неожиданный результат: образцы, полученные в этих опытах, не набирают нормированной прочности (2), а их максимальная прочность не превысила 85 % нормированной. Таким образом, появление опасных температурных градиентов (рис.7) в ходе ЭТО отрицательно сказывается не только на величине суточной прочности бетона (рис. 8), но ещё в большей степени на процессе дальнейшего набора прочности, делая бетон непригодным к использованию.

1 - зависимость для контрольных образов, твердевших при

комнатной температуре (А); 2 - зависимость для образцов после электротепловой обработки в опалубке без теплоизоляции (♦); 3 - зависимость для образцов после

тепловой обработки в опалубке с

теплоизоляцией (■); 4 -нормированная прочность бетона

класса В20.

Рис. 10. Зависимости роста предела прочности бетона В20 при сжатии

Зависимость (3) рис. 10, полученная по результатам испытания образцов прошедших ЭТО напряжением с частотой 50 Гц и 20 кГц, показывает, что в случае использования опалубки с теплоизоляцией достигается однозначно положительный результат: в среднем, уже через 9-11 суток после изготовления прочность образцов достигает нормированного значения, а 28 суточном возрасте она на 18-20 % выше нормированной. Математическая обработка результатов испытания образцов позволила получить зависимости нарастания прочности отдельно для напряжения промышленной и повышенной частоты, которые представлены на рис.11. Эти результаты позволяют сделать вывод о наличии активации твердения цементного камня под воздействием токов и электромагнитных полей повышенной частоты, которое проявляется в заметном ускорении набора прочности бетоном после обработки напряжением повышенной частоты (кривая 2) по сравнению с обработкой напряжением промышленной частоты (кривая 1).

Рис. 11. Зависимости предела прочности при сжатии бетона

В20 после электротепловой обработки от времени созревания и вида

напряжения 1 - зависимости для напряжения 50 Гц (■), 2 - зависимости для напряжения 12-20 кГц (♦), 3-нормированная прочность бетона.

МПа 40

Ясх 1

• 1

♦ ' III

i л-

- / з7

AU

20 25 30

- расчёт с использованием формулы (2);

- расчёт с использованием формулы (12)

Расчётная зависимость, полученная с помощью предложенной математической модели и формулы (2), хорошо согласуется только с опытной кривой для напряжения 50 Гц. Расхождение с результатами эксперимента при повышенной частоте следует объяснить различием в величине константы скорости реакции гидратации и учесть с помощью поправочного эмпирического коэффициента, в результате чего формула (2) приобретает вид

Я' =-^г = С = 1-ехр(-а/ •£•/). (12)

где а/= 1,25 - поправочный коэффициент, т.е. при повышенной частоте константа скорости реакции на 25 % больше чем при 50 Гц.

Результаты лабораторных исследований убедительно подтверждают справедливость предложенных в работе теоретических моделей, возможность и целесообразность применения в строительной отрасли ЭТО с использованием источников питания на основе полупроводниковых преобразователей напряжения.

Глава 5 посвящена исследованию процесса ЭТО и электротехнологических установок такого назначения, а также экспериментальной проверке результатов этих исследований в производственных условиях. Экспериментальное подтверждение предложенных методологии, теоретических моделей и расчётных методик в лабораторных условиях даёт право использовать их для исследования и выбора параметров ЭТО реальных объектов.

Учитывая высокую трудоёмкость и сложность решения системы уравнений взаимосвязанного тепломассопереноса в частных производных (рис.2 - блок «теория тепломассопереноса») исследование закономерностей электротепловой обработки электродным методом удобно выполнить с использованием

у

наглядного примера. Для этого целесообразно взять объект простой формы — в виде фундаментного блока, как представлено ' на рис.1, поместив начало системы координат (х,у,г) в центр изделия (рис.12). С учётом допущений и краевых условий система значительно упрощается,

V/ ч < 1 » ...» / Л:

+ г.

'Л ' Т,

- *

і

Рис.12. Схема расчета температурного поля, уравнений взаимного тепломассопереноса и в результате решения получаются простые и наглядные формулы, описывающие температурное поле вдоль оси х:

2 Р

,т дТ $га<1Т = — = -ах

Л-1

т Р' К і

■ 7, +—— ---х

* Л-1 4

(13)

где

— и Тх - значения градиента температуры и её величина,

дх

соответственно, в произвольной точке на оси х с координатой 0<х<1/2,Р5 - плотность теплового потока на поверхности изделия.

На рис.13 показаны расчётные зависимости изменения температуры материала вдоль оси х для фиксированных значений Г5 =60 °С, Та = 10 °С и /=2.4 м (наибольший размер фундаментных блоков - ГОСТ 13579-78) при отсутствии и наличии теплоизоляции различной толщины. Из рис.13 следует, что применение теплоизоляции позволяет значительно снизить неравномерность температурного поля. Причём, в случае отсутствия теплоизоляции (кривая 1) возникает недопустимый режим элекгротепловой обработки, так как в значительной части объёма материала температура превышает 100 °С, что означает закипание воды и порчу материала.

В качестве примера использования математической модели процесса гидратации цемента и изменения предела прочности бетона при сжатии на рис.14 приведены расчётные зависимости показателей наиболее важной стадии электротепловой обработки — стадии нагревания. Эти результаты свидетельствуют о возможности значительного увеличения прочности бетона уже в пределах этой стадии и представляют интерес с точки зрения применения электроразогрева в сочетании с термосным выдерживанием.

Изменение температуры вдоль

26Й 240 220 200 1В0 160 140 120 юо ао 60 40

N

оси дг при Т, =60 "С, Та = 1 о "С и различных условиях теплопередачи на поверхности обрабатываемого изделия 1 -зависимость для случая отсутствия теплоизоляции;

2-5-4 - зависимости при наличии теплоизоляции в виде слоя пенопласта толщиной 1 см (кривая - 2), 5 см (кривая -3) и 10 см (кривая-4).

Рис.13

0 «лил 5,2 0,4 | 0,6 0,8 1 1.2 г_; гс| 100 - I

I

^-¡во

! / — _____-40

/] у' > 1 ! ^ б час

Рис. 14. Расчётные зависимости роста предела прочности бетона при

сжатии на стадии нагревания Аналогичным образом были получены зависимости

нарастания прочности на следующих стадиях

электротепловой обработки (приведены в рукописи), которые демонстрируют

возможность заметного

сокращения времени

достижения отпускной прочности бетона, т.е. повышения производительности производственного процесса.

Рис. 15. Расчётные зависимости КПД

электротепловой обработки С использованием методик расчёта, представленных в главе 3, выполнено исследование технических и энергетических показателей устройств электротепловой обработки (рис.1). На рис.15

показаны расчетные

зависимости КПД г; от

толщины теплоизоляционного слоя Н2 (пенопласта) и модуля поверхности изделия Мп=Р/У, где Р -суммарная площадь поверхности изделия в м2, V - объём железобетонной конструкции в м3, для установки периодического действия. Можно рекомендовать к применению в таких установках теплоизоляционные покрытия толщиной от 5 до 10 см при изменении модуля поверхности от 3 до 20, соответственно. Результаты расчёта скорости охлаждения 9™" с большим запасом удовлетворяют существующим требованиям на предельно допустимые значения этого параметра и позволяют реализовать термосный режим выдерживания изделия после электротепловой обработки. Расчётные зависимости КПД от величины модуля поверхности, представленные на рис.16, свидетельствуют о том, что применение такого режима позволяет ощутимо повысить энергетическую эффективность процесса, а максимальная эффективность достигается при одновременном использовании термосного выдерживания н безопалубочной технологии изготовления изделий.

1 - обработка с термосным выдерживанием при безопалубочной технологии; 2 — обработка с термосным

выдерживанием в опалубке; 3 - обработка

по графику рис. 2. Нижняя граница каждой области соответствует Н2 =2 см, верхняя -//,=10 см

Рис. 16. Сравнение различных условий электротепловой обработки по величине КПД

Результаты расчёта показали также, что номинальная мощность источника питания технологической установки зависит от величины модуля поверхности и длительности стадии нагревания. При рекомендованных в главе 4 значениях последнего параметра 3,5-4 часа требуются источники питания сравнительно небольшой мощности.

Кроме установок периодического действия, на предприятиях сборного железобетона целесообразно использовать устройства для непрерывного разогрева, которые обычно выполняются в виде транспортирующих труб и достаточно широко применяются при зимнем бетонировании. Их можно эффективно применять в сочетании с термосным выдерживанием изделий после укладки в опалубку предварительно разогретой бетонной смеси или с традиционными способами тепловой обработки, когда последняя используется только для поддержания постоянной температуры изделия в пределах изотермической стадии. Из зависимостей распределения температуры в радиальном направлении в поперечном сечении транспортирующей трубы сделан вывод, что учет тепломассопереноса в радиальном направлении, который был выполнен при разработке расчетной модели таких устройств (глава 3), рассмотренной выше, существенно влияет на параметры устройства. В результате заметно снижаются размеры и вес транспортирующей трубы, повышается удобство пользования этим устройством. Полученные результаты позволяют также выбирать требуемые длину транспортирующей трубы и мощность источника питания.

Предложенные математические модели позволили исследовать режимы работы технологической установки и её источника питания. Для наиболее благоприятного режима - работа при постоянной мощности на выходе источника питания, получены расчётные зависимости относительного значении электрического сопротивления объекта обработки г, напряжения и* и величины тока /* на выводах источника питания (рис. 1) от относительной величины времени обработки г' = '/. для различных

/ нагр

значений &1,шгр , а также зависимости максимального изменения напряжения Аи тока М'тю в ходе ЭТО от длительности стадии нагревания Л(,шгр, для различных значений температуры Ттот. Эти зависимости позволяют сделать заключение, что наиболее благоприятные значения длительности стадии нагревания находятся в пределах от 3 до 6 час., что согласуется с указанными выше значениями (3,5-4 ч) и свидетельствуют о целесообразности снижения температуры изотермической стадии.

Результаты выполненных теоретических и лабораторных исследований позволили целенаправленно осуществить эксперименты в производственных условиях.

На рис.17 приведена информация об условиях эксперимента по применению ЭТО при изготовлении фрагмента реального изделия (забивных свай, фундаментного блока и т.п.), в виде куба с ребром 300 мм. В ходе экспериментов были использованы два метода ЭТО: поверхностный нагрев с помощью электронагревателя, расположенного сверху, в сочетании с

существующей тепловой обработкой (подогрев полотна с изделием горячей водой снизу) и электродный. После укладки и виброобработки жесткой бетонной смеси (ВЗО, осадка конуса не более 0,5 см) опалубка снимается, на противоположные грани куба накладываются электроды, на них подается напряжение источника мощностью 5 кВт и осуществляется обработка.

На рис.18 показано изменение температуры образца совместно с зависимостью изменения предела прочности бетона при сжатии, полученную посредством расчёта и измерений неразрушающим методом в ходе ЭТО. Следует отметить, что и в этом случае наблюдается хорошее согласование результатов расчёта и эксперимента, а представленные зависимости позволяют принимать технологические решения. На рис.19 представлены зависимости изменения градиентов температуры, полученные в опытах. Можно сделать вывод, что во всех вариантах тепловой обработки опасные градиенты не возникают, а наиболее безопасным способом обработки является электродный метод.

а) б)

а) электротепловая обработка методом наружного электроподогрева сверху;

б) электротепловая обработка фрагмента электродным методом

Рис. 17. Электротепловая обработка токами повышенной частоты

МПа Д. .

а) изменение температуры в различных точках объекта; б) изменение предела прочности бетона при сжатии, линия - расчёт с помощью математической модели Рис. 18. Результаты электротепловой обработки фрагмента изделия электродным методом

Получены также хорошее согласование результатов расчёта и измерений затрат электроэнергии, а также низкая стоимость электротепловой обработки в сравнении со стоимостью технологического процесса (9-10 % против 3340% для традиционного метода). Аналогичные и положительные результаты получены в производственных экспериментах с другими объектами. Например, стоимость электротепловой обработки электродным методом железобетонного кольца не превышает 3 % его рыночной стоимости.

Рис. 19. Изменение градиентов температуры при электротепловой обработке забивных свай

1 — существующая тепловая обработка (подогрев полотна с изделием горячей водой); 2 -существующая тепловая обработка в сочетании с поверхностным электроподогревом сверху; 3 -элетротепловая обработка образца —+ „:тс1,„„,„„„,™„ ГТ7~ электродным методом

ивгрежшня Г.1ДН»

охлаждмш*

В главе 6 исследуются вопросы опытно-промышленного применения ЭТО с использованием источников питания нового поколения на предприятиях сборного железобетона с помощью предложенной методологии, разработанных математических моделей и расчётных методик (глава 2 и глава 3). На рис.20 в качестве примера приведена информация по варианту применения такой обработки взамен полигонной технологии.

Сравнение выбранных вариантов опытно-промышленного применения электротепловой обработки и ТВО в наглядной форме представлено на рис.21. Варианты с ЭТО несколько отличаются по структуре энергетических затрат, но значительно превосходят традиционные технологические процессы по энергетической эффективности. Оценка эффективности использования энергии первичного энергоносителя - природного газа позволила сделать вывод, что в случае ЭТО энергия природного газа используется почти в 5 раз эффективнее, чем при ТВО (34% против 7%).

Теоретические исследования (приведены в рукописи), выполненные с применением методологии (рис.2), демонстрируют также возможность дальнейшего улучшения показателей электротепловой обработки по сравнению с рис.21 посредством варьирования её параметров (рис.3).

Окончательное решение о широком применении ЭТО бетона может быть принято лишь при наличии экономической эффективности. На основе анализа показателей существующего производственного процесса установлено, что технологическая себестоимость на 2/3 складывается из энергетических составляющих: затрат на тепловую и электрическую энергию в приблизительно равных долях. При применении ЭТО железобетонных изделий вместо ТВО наблюдается заметное снижение технологической

себестоимости (рис.22), которое составляет 25 %. Добиться такого же уменьшения технологической себестоимости другими способами, как следует из рис.22, практически невозможно. Расчётный срок окупаемости капиталовложений составляет около 7 мес. и многократно меньше нормативного срока окупаемости т г 8 лет.

а) эскиз плиты марки ФЛ 20.30 - (1-4) ГОСТ 13580; б) эскиз блока марки ФБС 24.6.6 - Т ГОСТ 13579-78; в) электрическая схема источника питания и электротепловой обработки, номинальная мощность источника питания: для обработки ПЛИТЫ Рном = 40-45 кВт, для обработки блока - Р„ом = 13-15 кВт

Рис. 20. Применение электротепловой обработки взамен ТВО изделий на полигонных

установках

I - установки для предварительного разогрева бетонной смеси; 2 — электротепловая обработка изделий малых предприятий; 3 - устройство электротепловой обработки взамен ТВО на полигонной установке; 4 -электротепловая обработка в монолитном строительстве; 5 -электротепловая обработка при 0 г- ... „..... ..„..и,,,;,,^^, ^ изготовлении пенополистирольных

1 2 3 4 5 6 7 блоков; б - ТВО на полигонной [яПмезкыёзатраты В Потери энергии| установке; 7 - ТВО при изготовлении

пенополистирольных блоков Рис. 21. Структура затрат полной энергии тепловой обработки железобетонных изделий

Выполненная оценка последствия полного перехода с ТВО на ЭТО в масштабах всего государства, показывает, что такое мероприятие приведёт к росту потребления электроэнергии в объёме около 1,2 млрд. кВтч в год, что составляет примерно 0,12% годового производства электроэнергии в России

(=1000 млрд.кВтч в год) и не должно вызвать никаких проблем для отечественной электроэнергетики. С другой стороны, в этом случае годовая экономия природного газа составит приблизительно 1,8-2 млрд. м~, что составляет около 2 % газа, потребляемого промышленностью. Такого количества газа, например, достаточно для приготовления пиши всему населению страны в течение 3 мес.

С целью выявления условий широкого распространения ЭТО, выполнены исследования связи между важнейшими показателями технико-экономического развития стран:

ОС1ЮШ1ЯЧ "МрИ Ь"

Г'

»:1скп**гс11ЛО»ук> обработку .

величиной годового ВВП на душу населения и величиной годового производства электроэнергии на душу населения с использованием сведений за 2003 г. по приблизительно 45 странам, на долю которых приходится не менее 95% мирового ВВП. Получено, что производство электроэнергии является наиболее мощным фактором, который в большой степени (приблизительно на 50%) определяет величину ВВП. Для того чтобы Россия достигла такого же уровня экономического развития, как ведущие страны (США, Германия, Франция, Япония и др.) годовой ВВП на душу населения должен быть увеличен

приблизительно в 4-6 раз, что потребует увеличения производства электроэнергии не менее чем в 3 раза. Это означает, что обязательным условием дальнейшего развития строительного комплекса страны и успешного применения в строительной отрасли ЭТО, как одной из наиболее эффективных разновидностей электротехнологических процессов, является значительное увеличение производства электроэнергии.

В заключении диссертации сформулированы положения и выводы, сделанные автором по результатам выполненных исследований. 1. На основании анализа и обобщения литературных сведений разработан и обоснован общий методологический подход к изучению процессов ЭТО электродным методом токами повышенной частоты, который базируется на решении феноменологических дифференциальных уравнений тепломассопереноса при наличии источника тепла в объёме материала, мощность которого определяется решением уравнений электрического поля в материале с комплексной (активно-ёмкостной) электрической

Рис. 22. Изменение структуры стоимости технологического процесса (бетон В20)

проводимостью в сочетании с использованием дополнительных теоретических моделей и расчётных методов, необходимость разработки которых нашла отражение в задачах настоящей диссертационной работы.

2. Предложенная методология устанавливает связь между параметрами, которые влияют на процесс ЭТО или позволяют управлять им (вид и состав бетона, конструкция, объём и модуль поверхности, конструкция и параметры опалубки и теплоизоляции, параметры режима электротепловой обработки, величина электрического напряжения, мощность, передаваемая в обрабатываемое изделие) и показателями и характеристиками, которые позволяют оценивать результаты этой обработки (динамика изменения предела прочности бетона при сжатии, затраты и потери энергии, КПД процесса, скорость охлаждения после прекращения электротеплового воздействия, длительность технологического процесса, номинальные параметры источника питания, стоимость электротепловой обработки и себестоимость технологического процесса). Это позволяет исследовать закономерности и характеристики процессов ЭТО токами повышенной частоты с использование^ средств компьютерного моделирования. Наиболее оригинальными теоретическими разработками являются теория и математическая модель процессов гидратации цемента и роста механической прочности бетона в процессе ЭТО; математическая модель предельных температурных градиентов в железобетонных изделиях; математическая модель электрической проводимости бетона.

3. Разработанные математические модели и расчётные методики, входящие в состав предложенной методологии, базируются на анализе и обобщении обширных сведений литературных источников, в максимальной степени отражают протекающие в материале электрофизические, теплофизические, физико-химические процессы и учитывают влияние всех технических и технологических факторов. Это даёт основание сделать вывод о том, что эта методология по своим признакам и возможностям может быть отнесена к числу математических моделей, находящихся, по крайней мере, на переходе от «серого ящика» к «белому ящику». Последнее является одной из приоритетных целей, к которым стремятся исследователи в современных условиях, так как в этом случае достигается высокая универсальность математического моделирования и открываются наиболее широкие возможности для проведения научных исследований и разработок средствами вычислительной техники, существенно сокращая объёмы длительных и дорогостоящих экспериментальных исследований.

4. Выполненные эксперименты в лабораторных и производственных условиях позволили проверить адекватность общего методологического подхода и предложенных математических моделей, а также подтвердили возможность и целесообразность использования ЭТО бетона токами повышенной частоты при изготовлении бетонных и железобетонных изделий. Одновременно выявлен ряд преимуществ применения для ЭТО напряжения повышенной частоты по сравнению с напряжением промышленной частоты (например, активация твердения бетона).

5. Экспериментальное подтверждение предложенных в работе методологии, математических моделей и расчётных методик позволило выполнить теоретическое исследование параметров и характеристик оборудования и процесса ЭТО. Результаты этих исследований совместно с результатами экспериментов позволяют сформулировать ряд общих (независимо от конструкции обрабатываемого изделия и условий обработки) практических рекомендаций, например: обязательное применение теплоизоляции на поверхности изделия; требования к параметрам режима обработки; целесообразность применения безопапубочной технологии и термосной выдержки и др.

6. На основании анализа производственных условий предприятий сборного железобетона предложено и рассмотрено несколько вариантов опытно-промышленного применения ЭТО железобетонных изделий с использованием источников питания, выполненных на основе полупроводниковых преобразователей напряжения, которые соответствуют различным и характерным производственным условиям. Реализация этих вариантов позволит приобрести необходимый и разносторонний опыт применения ЭТО для её дальнейшего внедрения в производство.

7. Выполненные расчетные оценки подтвердили крайне низкую энергетическую эффективность традиционной ТВО железобетонных изделий (в среднем 11%), особенно при использовании лёгких бетонов (около 4 %), что согласуется со сведениями, приведенными в литературных источниках.

8. Применение ЭТО позволяет многократно снизить потери энергии и величину энергии, которая расходуется на тепловую обработку. При этом изделие воспринимает не менее 80 % израсходованной энергии в случае использования тяжелого бетона и не менее 65 % при использовании лёгкого (пенополистирольного) бетона. С использованием предложенной методологии выполнены исследования влияния различных факторов на важнейшие показатели процесса и установок ЭТО, результаты которых свидетельствуют о возможности дальнейшего улучшения этих показателей. Эти результаты ждут своей экспериментальной проверки в будущем.

9. Анализ структуры производственной себестоимости на предприятии крупнопанельного домостроения показал, что повышение экономической эффективности производственного процесса возможно только за счёт снижения одной её составляющей - технологической себестоимости. В случае полной замены существующей ТВО электротепловой обработкой ожидается снижение технологической себестоимости приблизительно на 25% (других способов такого же снижения этой себестоимости не существует). Расчётные показатели (экономия на себестоимости, капиталовложения в переоснащение производства, срок окупаемости капиталовложений - не более 1 года) убедительно свидетельствуют об экономической целесообразности применения ЭТО токами повышенной частоты в условиях предприятий сборного железобетона.

10. Лабораторные и производственные эксперименты продемонстрировали высокую надёжность, удобство и целесообразность практического

применения для ЭТО мощных источников питания на основе транзисторных преобразователей напряжения.

11. Результаты, полученные в настоящей работе с помощью предложенной методологии (рис.2) убедительно свидетельствуют о высокой технической, энергетической и экономической эффективности ЭТО железобетонных изделий с использованием источников питания на основе полупроводниковых преобразователей напряжения в условиях предприятий сборного железобетона. Однако для успешного применения ЭТО в каждом случае требуется предварительное исследование технологического процесса с учбтом индивидуальных особенностей обрабатываемого объекта и условий обработки. Предложенная и апробированная методология исследования и разработки процессов ЭТО токами повышенной частоты (рис.2) является эффективным инструментом решения таких задач. Ведётся активная работа по внедрению такой ЭТО на различных предприятиях сборного железобетона с применением этой методологии.

12. Полученные результаты дают основание для кардинального пересмотра принципов построения и организации современного производства сборного железобетона в случае применения ЭТО с использованием источников питания нового поколения: требование полной автоматизации технологического процесса с его непрерывным и автоматическим мониторингом и контролем; отказ от производственных корпусов и помещений в существующем виде с заменой их на лёгкие ограждающие конструкции с эффективной теплоизоляцией и др.

Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному консультанту академику РААСН, доктору технических наук, профессору С.В. Федосову.

Публикации автора по тематике диссертационной работы

Публикации в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК:

1. Бобылёв В.И., Соколов A.M. К расчёту устройств для непрерывного электроразогрева бетонных смесей// Бетон и железобетон. 2008. №З.С.12-14.

2. Александров Г.Н., Соколов A.M. Использование электропередач ультравысокого напряжения для развития атомной электроэнергетики// Энергетик. 2008. № 10. С. 4-7.

3. Федосов C.B., Бобылёв В.И., Митькин Ю.А., Соколов A.M. Исследование параметров злектротепловой обработки бетона токами различной частоты// Строительные материалы. 2009. Ха 5. С. 51-53.

4. Федосов C.B., Бобылёв В.И., Соколов А.М. Математическое моделирование температурно-времеиных зависимостей удельной проводимости бетонных смесей// Строительные материалы. 2009_№9. С.84-85.

5. Александров Г.Н., Закинчак Г.Н., Соколов A.M. О роли техники высоких напряжений в будущем благополучии электроэнергетики// Энергетик. 2010. №1. С. 2-6

6. Федосов C.B., Бобылёв В.И., Митькин Ю.А., Соколов A.M. Исследование суточной прочности бетона при электротепловой обработке токами различной частоты// Строительные материалы. 2010. №3 С. 52-53

7. Федосов C.B., Бобылёв В.И., Митькин Ю.А., Закинчак Г.Н., Соколов A.M. Электротепловая обработка бетона токами различной частоты// Строительные материалы. 2010. №6. С. 2-7

8. Федосов C.B., Бобылёв В.И., Соколов A.M. Методика расчёта параметров электротепловой обработки бетонных смесей и железобетонных изделий на установках периодического действия// Известия ВУЗов. Строительство. №5. 2010. С. 104-118.

9. Федосов C.B., Бобылёв В.И., Ибрагимов A.M., Соколов A.M. Методика расчёта предельных температурных градиентов в железобетонных изделиях в процессе электротепловой обработки// Строительные материалы. 2011. №3. С. 44-46

10. Федосов C.B., Бобылёв В.И., Соколов A.M. Исследование параметров установок для электротепловой обработки железобетонных изделий// Бетон и железобетон. 2011. № 2. С. 26-29

11. Федосов C.B., Бобылёв В.И., Ибрагимов A.M., Козлова В.К., Соколов A.M. Моделирование набора прочности бетоном при гидратации цемента// Строительные материалы. 2011. №11. С. 38-41

12. Федосов C.B., Бобылёв В.И., Соколов A.M. Температурные характеристики электротепловой обработки бетона посредством электродного прогрева// Строительные материалы. 2011. № 12. С. 56-59.

13. Федосов C.B., Бобылёв В.И., Петрухин А.Б., Соколов A.M. Оценка показателей экономической эффективности электротепловой обработки на предприятиях сборного железобетона//Промышленное и гражданское строительство. 2012. № 7.

14. Федосов C.B., Бобылёв В.И., Ибрагимов A.M., Козлова В.К., Соколов A.M. Математическое моделирование процесса набора прочности бетоном при электротепловой обработке// Строительные материалы. 2012. № 4.

15. Федосов C.B., Соколов A.M. Методология исследования процессов теплопереноса и показателей электротепловой обработки железобетонных изделий токами повышенной частоты// Academia. РААСН. 2012. № 2. С. 117123.

Статьи и тезисы докладов в журналах, сборниках трудов и материалах научных конференций:

16. Федосов C.B., Бобылёв В.И., Соколов A.M. Исследование режимов работы технологической установки при электротепловой обработке железобетонных изделий методом электродного прогрева. Сборник трудов международной научной конференции «Интеграция, партнёрство и

инновации в строительной науке и образовании», ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (НИУ), Москва, 19-21 октября, 2011. Том 1.С. 637-642.

17. Федосов C.B., Козлова В.К., Лихошерстов A.A., Соколов A.M. Влияние комплексных добавок на коррозионную стойкость цемента. Сборник трудов международной научной конференции «Интеграция, партнёрство и инновации в строительной науке и образовании», ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (НИУ), Москва, 19-21 октября, 201 I.Tom 2. С. 190-193.

18. Баринов Н.В., Митькин Ю.А., Соколов A.M. Исследование энергетических параметров высоковольтной лазерной установки. Сборник трудов «Исследование электромагнитных процессов в энергетических установках». ИЭИ. Иваново, 1988.

19. Митькин Ю.А., Соколов A.M. Высоковольтный полупроводниковый блок питания электрофизических установок. Тезисы докладов международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологий» (VII Бенардосовские чтения) Иваново, 1994.

20. Митькин Ю.А., Комин В.Г., Соколов A.M. Исследование работы излучателя газового лазера при различных видах питающего напряжения. Тезисы докладов международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологий» (VIII Бенардосовские чтения) Иваново, 1997.

21. Митькин Ю.А., Комин В.Г., Соколов A.M. Исследование характеристик лазерной установки при различных видах питающего напряжения. Межвузовский сборник научных трудов «Высоковольтная техника и электротехнология» Выпуск 1, ИГЭУ, Иваново, 1997.

22. Митькин Ю.А., Соколов A.M., Тихов М.Е. Исследование изменения электропроводности абразивных изделий на бакелитовой связке при их отверждении. Тезисы докладов международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологий» (X Бенардосовские чтения) Иваново, 2001.

23. Бобылёв В.И., Соколов A.M. Исследование электрических параметров бетонных смесей. Тезисы докладов международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологий» (X Бенардосовские чтения) Иваново, 2001.

24. Митькин Ю.А., Ананьев А.Н., Соколов A.M. Оценка показателей и перспективных направлений развития промышленных электротехнологических методов дефростации мяса. Тезисы докладов международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологий» (X Бенардосовские чтения) Иваново, 2001.

25. Бобылёв В.И., Соколов A.M., Соколов М.А. Технологические схемы и процессы электроразогрева бетона на предприятии крупнопанельного домостроения. Тезисы докладов международной научно-технической

конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологий» (X Бенардосовские чтения) Иваново, 2001.

26. Соколов A.M., Семёнов Д.В. Перспективные способы и технические средства электротепловой обработки при изготовлении абразивных изделий. Межвузовский сборник научных трудов «Высоковольтная техника и технология» Выпуск 3. Иваново 2003.

27. Семёнов Д.В., Соколов A.M. Разработка и исследование высоковольтных источников питания лазерных и электротехнологических установок. Тезисы докладов международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (11 Бенардосовские чтения) Иваново, 2003.

28. Ананьев А.Н., Соколов A.M. Исследование электропроводности замороженного мяса. Тезисы докладов международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (11 Бенардосовские чтения) Иваново, 2003.

29. Бобылёв В.И., Соколов A.M. Исследование параметров оборудования и процессов электроразогрева бетонных смесей. Тезисы докладов международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологий» (XI Бенардосовские чтения) Иваново, 2003.

30. Митькин Ю.А., Соколов A.M., Семёнов Д.В., Иванов A.B. Разработка и исследование режимов работы высоковольтных полупроводниковых источников питания электротехнологических установок. Материалы международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (12 Бенардосовские чтения) Иваново, 2005.

31. Бобылёв В.И., Митькин Ю.А., Соколов A.M. Исследование процесса разогрева бетонных смесей при воздействии переменного напряжения различной частоты. Материалы международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологнй» (XII Бенардосовские чтения) Иваново, 2005.

32. Бобылёв В.И., Митькин Ю.А., Соколов A.M. Исследование параметров электротепловой обработки бетона токами промышленной и ультразвуковой частоты. Материалы международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологий» (XIII Бенардосовские чтения) Иваново, 2006.

33. Баженов O.A., Бобылёв В.И., Митькин Ю.А., Тихов М.Е., Соколов A.M., Семёнов Д.В. Разработка высоковольтного оборудования и технологии электротепловой обработки изделий токами ультразвуковой частоты. Сборник трудов второй международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» 07-09.02.2006. Санкт-Петербург, Россия.

34. Митькин Ю.А., Соколов A.M., Семёнов Д.В. Оценка эффективности обработки увлажнённых изделий при повышенной частоте электрического тока и давлении окружающей среды. Материалы международной научно-

технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (14 Бенардосовские чтения) Иваново, 2007.

35. Бобылёв В.И., Закинчак Г.Н., Соколов A.M. К вопросу об эффективности применения электротепловой обработки бетона на предприятии крупнопанельного домостроения. Материалы международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (14 Бенардосовские чтения) Иваново, 2007.

36. Бобылёв В.И., Митькин Ю.А., Соколов A.M. Исследование суточной механической прочности бетона после электротепловой обработки токами различной частоты. Материалы международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (14 Бенардосовские чтения) Иваново, 2007.

37. Соколов A.M. Методология исследования перспективности использования электрофизических и электротехнологических процессов и установок в различных отраслях народного хозяйства. Материалы международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (14 Бенардосовские чтения) Иваново, 2007.

38. Федосов C.B., Бобылёв В.И., Митькин Ю.А., Соколов A.M. Исследование механической прочности бетона при электротепловой обработке токами различной частоты. Материалы международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (15 Бенардосовские чтения) Иваново, 2009.

39. Федосов C.B., Бобылёв В.И., Соколов A.M. Оценка энергетических показателей электротепловой обработки бетонных смесей на предприятии сборного железобетона. Материалы международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (15 Бенардосовские чтения) Иваново, 2009.

40. Федосов C.B., Бобылёв В.И., Закинчак Г.Н., Соколов A.M. Показатели экономической эффективности электротепловой обработки железобетонных изделий на предприятии крупнопанельного домостроения. Материалы международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (15 Бенардосовские чтения) Иваново, 2009.

41. Митькин Ю.А., Вихарев A.B., Соколов A.M., Тихов М.Е., Кириленко A.B. Разработка и исследование схемных и конструктивных решений для полупроводниковых источников питания электротехнологических и высоковольтных испытательных установок. Сборник научных трудов международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (16 Бенардосовские чтения) Иваново, 2011.

СОКОЛОВ Александр Михайлович

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ ЭЛЕКТРОТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ КОНСТРУКЦИОННОГО БЕТОНА

автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Подписано в печать 11.04.2012. Формат 60x84 1/16 Печать плоская. Усл. печ. л.2,32. Тираж 100 экз. Заказ № 139. ГОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина» 153003, Иваново, ул. Рабфаковская, 34. Отпечатано в УИУНЛ ИГЭУ.

Введение

ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава 1. Современное состояние и проблемы развития электротепловой обработки бетона, а также других электротехнологических процессов в строительной отрасли.

1.1 Роль электротехнологических процессов в современном промышленном производстве.

1.2 Методы и проблемы тепловой обработки бетона и железобетонных изделий.

1.3 Методы тепловой обработки железобетонных изделий электрическим током.

1.4 Параметры тепловой обработки железобетонных изделий.

1.5 Электрофизические и перспективные методы и устройства для изготовления и обработки железобетонных изделий.

1.6 Источники питания для установок электротепловой обработки железобетонных изделий: состояние, проблемы и направления развития.

Выводы, постановка цели и задач исследования.

Глава 2. Методология исследования и разработки процессов электротепловой обработки бетона и железобетонных изделий токами повышенной частоты.

2.1 Разработка общего методологического подхода к исследованию закономерностей электротепловой обработки бетона и железобетонных изделий на базе существующих теоретических представлений о процессах тепломассопереноса.

2.2 Математическая модель процессов гидратации цемента и набора прочности бетоном при воздействии повышенной температуры.

2.3 Математическая модель предельных температурных градиентов в железобетонных изделиях в процессе их тепловой обработки.

2.4 Математическая модель электрической проводимости бетонных смесей.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Разработка инженерной методики расчёта процессов электротепловой обработки бетона и железобетонных изделий на предприятиях сборного железобетона.

3.1 Условия расчёта и основные расчётные соотношения для установок периодического действия.

3.2 Методика расчета параметров электротепловой обработки бетонных смесей на установках периодического действия в условиях отсутствии теплоизоляции.

3.3 Методика расчета параметров электротепловой обработки бетона и железобетонных изделий на установках периодического действия при наличии теплоизоляции.

3.4 Методика расчета параметров электротепловой обработки бетонных смесей в установках непрерывного действия.

3.5 Методика расчёта и конструирования источников питания на основе полупроводниковых преобразователей напряжения для электротепловой обработки бетона и железобетонных изделий.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Исследование теоретических моделей электротепловой обработки бетона токами промышленной и повышенной частоты в лабораторных условиях.

4.1 Экспериментальная установка и оборудование.

4.2 Методика проведения экспериментов и обработки их результатов.

4.3 Результаты экспериментов и их оформление.

4.4 Исследование электропроводности бетона.

4.5 Исследование температурных и энергетических характеристик электротепловой обработки.

4.6 Результаты исследования суточной механической прочности бетона.

4.7 Результаты исследования механической прочности бетона в процессе его созревания после электротепловой обработки.

4.8 Исследование влияния различных факторов электротепловой обработки на основные показатели бетона.

Выводы по главе 4.

Глава 5. Экспериментальные и теоретические исследования электротепловой обработки бетона в производственных условиях.

5.1 Характеристики температурного поля в железобетонных изделиях при электротепловой обработке электродным методом.

5.2 Исследование параметров режима электротепловой обработки на процесс роста механической прочности бетона.

5.3 Исследование параметров установок электротепловой обработки периодического действия.

5.4 Исследование параметров установок для непрерывного разогрева бетонных смесей.

5.5 Исследование режимов работы электротехнологической установки и её источника питания.

5.6 Экспериментальные исследования электротепловой обработки бетона в производственных условиях.

5.6.1 Электротепловая обработка при изготовлении забивных свай.

5.6.2 Электротепловая обработка железобетонных колец.

Выводы по главе 5.

Глава 6. Разработка и исследование вариантов промышленного применения электротепловой обработки железобетонных изделий с использованием источников питания на основе полупроводниковых преобразователей напряжения.

6.1 Разработка вариантов применения электротепловой обработки изделий в условиях предприятий сборного железобетона и крупнопанельного домостроения.

6.2 Оценка технических параметров установок для электротепловой обработки железобетонных изделий периодического действия и сопоставление их с показателями традиционных технологических процессов.

6.2.1 Установка для электротепловой обработки железобетонных изделий взамен ТВО на полигонных установках.

6.2.2 Установка для электротепловой обработки изделий из лёгких видов бетона.

6.2.3 Применение электротепловой обработки бетона токами повышенной частоты в монолитном строительстве.

6.2.4 Установка для предварительного разогрева бетона перед укладкой в опалубку.

6.2.5 Электротепловая обработка изделий на предприятиях малого предпринимательсьва.

6.2.6 Сопоставление вариантов опытно-промышленного применения электротепловой обработки.

6.3 Экспериментальные исследования опытно-промышленной установки.

6.4 Технико-экономические показатели производственного процесса изготовления железобетонных изделий с применением электротепловой обработки токами повышенной частоты.

6.4.1 Анализ технико-экономических показателей существующего технологического процесса.

6.4.2 Методика расчёта технико-экономических показателей производственного процесса с использованием электротепловой обработки токами повышенной частоты.

6.4.3 Исследование технико-экономических показателей производственного процесса с использованием электротепловой обработки.

6.5 Перспективные режимы электротепловой обработки электродным методом для опытно-промышленных установок.

Выводы по главе 6.

Одним из основных направлений государственной политики Российской Федерации является глубокая модернизация экономики с целью значительного повышения эффективности и конкурентоспособности промышленного производства. Строительная отрасль, где накопилось немало проблем, требующих скорейшего решения, представляет собой яркий пример необходимости такой модернизации. Актуальной задачей технологических процессов строительной индустрии является снижение их энергоёмкости. Особенно это важно в тех случаях, когда требуется термическое воздействие на материалы, например, в установках по разогреву бетонных смесей и тепловой обработке железобетонных изделий. В настоящее время основное применение для этого получила тепловлажностная обработка (ТВО) водяным паром [1-7]. Этот способ разогрева является технически наиболее простым, но обладает рядом серьезных недостатков [4-10]. Например, изделие воспринимает незначительную долю энергии пара, что ухудшает экономические показатели такой технологии. Другим недостатком являются трудности с гибким регулированием потребления пара в зависимости от потребностей производства и сезонных условий. Это обусловило проведение большого количества научно-технических разработок, направленных на устранение отмеченных недостатков, однако возможности повышения эффективности ТВО к настоящему времени практически исчерпаны [4-17] Низкой энергетической эффективностью обладают и другие методы тепловой обработки бетона, получившие уже достаточно широкое распространение, - это обработка продуктами сгорания природного газа и подогрев опалубки горячей водой [4-7,18-23]. Лишь для южных и солнечных районов весьма удобной и более выгодной является тепловая обработка железобетонных изделий с использованием солнечной энергии [4-7,23-32].

Хорошо известно, что тепловая обработка бетона, особенно в условиях прохладного российского климата, является практически обязательной стадией технологического процесса в строительной индустрии: около 90% железобетонных конструкций и изделий при изготовлении подвергается такой обработке (около 20 ООО тыс. куб.м в России ежегодно) [1,4-7,10,33-41]. Она за счёт значительного ускорения набора прочности бетоном позволяет многократно повысить производительность и технико-экономические показатели производственного процесса.

По единодушному мнению исследователей и специалистов (Б .А. Крылов, Ю.М. Баженов, В.М. Бондаренко, С.М. Трембицкий, A.C. Арбеньев, Н.Ф. Афанасьев, Н.Г. Пшонкин и др.) одним из важнейших направлений научно-технического прогресса строительной отрасли является широкое применение электротепловой обработки бетона и железобетонных изделий [1,4-7,14,35,38]. Основное преимущество электротепловой обработки - её высокая энергетическая эффективность, теоретически приближающаяся к 100 %. В настоящее время существуют и применяются различные методы такой обработки. Наиболее интересным и перспективным следует признать электродный метод - разогрев бетона проходящим через него электрическим током [1]. Этот способ электротепловой обработки является наиболее простым, дешевым, эффективным и имеет самый высокий коэффициент полезного действия, который почти на порядок превышает аналогичный показатель традиционных методов. Вместе с тем, вопросы применения электротепловой обработки таким методом в условиях предприятий сборного железобетона разработаны недостаточно, что тормозит научно-технический прогресс в этой сфере.

Неотъемлемой частью установки для электротепловой обработки бетона является источник питания, который обеспечивает ее бесперебойным электроснабжением. Основной поток энергии в установку поступает через источник питания и к нему предъявляются требования по обеспечению заданных параметров потребляемой электроэнергии, высокого коэффициента полезного действия, удобства управления, необходимых массо-габаритных и технико-экономических показателей. В настоящее время, значительные усилия специалистов сосредоточены на создании источников питания на основе высокочастотных полупроводниковых преобразователей напряжения. Рабочие частоты преобразования находящиеся в пределах от 10 до 50 кГц позволяют получать источники питания с хорошими показателями, соответствующие современным требованиям. Целесообразно применение таких источников питания в составе установок электротепловой обработки на предприятиях сборного железобетона. Однако в настоящее время практически отсутствуют какие-либо исследования и разработки в этом направлении.

Целью настоящей работы является разработка научных основ создания и применения в строительной отрасли установок и процессов электротепловой обработки железобетонных изделий электродным методом с использованием источников питания на основе полупроводниковых преобразователей напряжения. Это включает в себя разработку общего методологического подхода к исследованию и применению электротепловой обработки, создание теоретических моделей на основе общего методологического подхода для определения характеристик и показателей процесса и установок такого назначения, определение и исследование закономерностей электротепловой обработки таким методом и разработка рекомендаций по применению электротепловой обработки в условиях предприятий сборного железобетона.

Это позволит в дальнейшем создавать необходимое оборудование для реализации электротепловой обработки на предприятиях сборного железобетона в взамен традиционных методов тепловой обработки или в сочетании с ними. Научная новизна.

1. Составлена и обоснована общая методология к исследованию и применению электротепловой обработки бетона и железобетонных изделий, основанная на существующих теоретических представлениях о процессах тепломассопереноса и теории электрического поля сквозных токов в среде с комплексной электрической проводимостью.

2. Сформулированы теоретические представления и разработана математическая модель процессов гидратации цемента и набора прочности бетоном при воздействии повышенной температуры в процессе электротепловой обработки.

3. Разработана математическая модель для определения предельных температурных градиентов, обусловленных явлением теплопереноса в железобетонных изделиях в ходе их электротепловой обработки.

4. Составлена математическая модель электрической проводимости бетона, которая учитывает влияние на её величину всех основных факторов: состав бетона, его температуры, время и график обработки.

5. Разработано математическое моделирование и методики расчёта устройств электротепловой обработки периодического и непрерывного действия.

6. Впервые получены достаточно обширные экспериментальные сведения о механических, электрофизических, температурных и энергетических характеристиках электротепловой обработки бетона токами повышенной частоты с использованием источников питания, выполненных на основе полупроводниковых преобразователей напряжения.

7. С использованием предложенных общей методологии, разработанных математических моделей и теории тепломассопереноса, а также результатов экспериментов выполнено исследование влияния различных факторов на показатели электротепловой обработки с целью оптимизации параметров и режимов работы технологического оборудования. Разработаны рекомендации по практическому применению электротепловой обработки бетона и железобетонных изделий электродным методом с использованием источников питания на основе полупроводниковых преобразователей напряжения.

8. Выполнены исследования технических и энергетических показателей различных вариантов опытно-промышленного применения электротепловой обработки бетона токами повышенной частоты на предприятии сборного железобетона и сопоставление этих показателей с параметрами традиционного технологического процесса (ТВО).

9. Получены экономические показатели применения электротепловой обработки бетона и железобетонных изделий на предприятиях сборного железобетона крупнопанельного домостроения с использованием источников питания на основе полупроводниковых преобразователей напряжения. Теоретическая и практическая значимость диссертационной работы. Теоретическая значимость работы состоит в дальнейшем развитии методологии и математического моделирования процессов и устройств электротепловой обработки бетона и железобетонных изделий на основе существующей теории тепломассопереноса и теории электрического поля. Практическая значимость заключается в том, что полученные результаты доказывают целесообразность и возможность применения электротепловой обработки бетона и железобетонных изделий с использованием источников питания на основе полупроводниковых преобразователей напряжения, как в условиях крупных предприятий сборного железобетона и крупнопанельного домостроения, так и в условиях небольших предприятий малого и среднего бизнеса, производящих продукцию небольшими сериями, а также позволяют разрабатывать оборудование и технологические процессы для такой обработки.

Автор защищает:

- обоснование общего методологического подхода к разработке теоретических моделей и исследованию закономерностей электротепловой обработки бетона и железобетонных изделий на базе существующих теоретических представлений о процессах тепломассопереноса и теории электрического поля.

- теоретические представления и математическая модель процессов гидратации цемента и набора прочности бетоном при воздействии повышенной температуры в процессе электротепловой обработки;

- математическую модель для определения предельных температурных градиентов в железобетонных изделиях в процессе их тепловой обработки;

- математическую модель электрической проводимости бетона, которая учитывает влияние на её величину всех основных факторов: состав бетона, его температура, время и режим электротепловой обработки;

- математическую модель и методику расчёта устройств электротепловой обработки периодического и непрерывного действия; экспериментальные сведения о механических, электрофизических, температурных и энергетических характеристиках электротепловой обработки бетона токами повышенной частоты с использованием источников питания, выполненных на основе полупроводниковых преобразователей напряжения;

- результаты изучения влияния различных факторов на показатели электротепловой обработки с использованием предложенных математических моделей, а также результатов экспериментов с целью оптимизации параметров и режимов работы технологического оборудования;

- результаты исследования технических и энергетических показателей различных вариантов опытно-промышленного применения электротепловой обработки бетона токами повышенной частоты на предприятии сборного железобетона и сопоставление этих показателей с параметрами традиционного технологического процесса (ТВО).

- результаты оценки экономических показателей применения электротепловой обработки бетона и железобетонных изделий на предприятиях сборного железобетона крупнопанельного домостроения с использованием источников питания на основе полупроводниковых преобразователей напряжения.

Структура диссертации обусловлена целью и задачами, решаемыми в работе. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка и приложения.

Выводы по главе 6

- На основании анализа производственных условий различных предприятий сборного железобетона и крупнопанельного домостроения выбрано несколько вариантов опытно-промышленного применения электротепловой обработки железобетонных изделий с использованием источников питания переменного напряжения повышенной частоты, выполненных на основе полупроводниковых преобразователей напряжения. К ним относятся — применение такой обработки взамен ТВО на полигонных установках, использование электрообработки при изготовлении изделий из пенополистирольного бетона и применение таких источников питания для электротепловой обработки объектов монолитного строительства, установки для предварительного разогрева бетонных смесей, применение электротепловой обработки на предприятиях малого и среднего бизнеса.

Целесообразность опытно-промышленного применения такой электротепловой обработки обусловлена необходимостью приобретения всестороннего опыта длительной эксплуатации и проверки выполненных оценок для установок этого типа. В результате будет обеспечена прочная основа для дальнейшего широкого распространения предлагаемых технологических процессов.

Выполненные расчетные оценки подтвердили крайне низкую энергетическую эффективность традиционной ТВО железобетонных изделий (в среднем 11 %), особенно при использовании лёгких бетонов, когда изделие воспринимает только около 4 % израсходованной энергии.

- Применение электротепловой обработки позволяет многократно снизить потери энергии и величину энергии, которая расходуется на тепловую обработку. При этом изделие воспринимает не менее 8(Н90 % израсходованной энергии в случае использования тяжелого бетона и не менее 65 % при использовании лёгкого (пенополистирольного) бетона. Эти показатели обуславливают особую актуальность использования электротепловой обработки токами повышенной частоты для изготовления изделий из лёгких видов бетона и бетонов со специальными свойствами. Применению таких материалов в различных отраслях народного хозяйства вполне обоснованно уделяется повышенное внимание [215-219].

- Анализ структуры производственной себестоимости на предприятии крупнопанельного домостроения показал, что повышение экономической эффективности производственного процесса возможно только за счёт снижения одной её составляющей - технологической себестоимости. Основную часть технологической себестоимости (приблизительно 2/3) составляют энергетические затраты: расходы на тепловую технологическую энергию (чуть больше 1/3) и общезаводские расходы на электроэнергию (чуть меньше 1/3). Поэтому наиболее эффективный путь снижения технологической себестоимости - это уменьшение величины этих энергетических составляющих.

- Применение электротепловой обработки взамен существующей ТВО приводит к снижению технологической себестоимости приблизительно на 25 % за счёт исключения расходов на тепловую технологическую энергию с заменой их расходами силовую электрическую энергию меньшей величины, а также за счёт снижения затрат на содержание оборудования и помещений. В настоящее время не существует других способов такого же снижения величины этой себестоимости.

- Показатели экономической эффективности (экономия на себестоимости, капиталовложения в переоснащение производства, срок окупаемости капиталовложений) убедительно свидетельствуют об экономической целесообразности применения электротепловой обработки железобетонных изделий токами повышенной частоты в условиях предприятий сборного железобетона и крупнопанельного домостроения.

- Обязательным условием дальнейшего развития строительного комплекса страны и успешного применения в строительной отрасли электротепловой обработки бетона, как одной из наиболее эффективных разновидностей электротехнологических процессов, является развитие электроэнергетики и увеличение производства электроэнергии.

Существует возможность дальнейшего улучшения показателей электротепловой обработки токами повышенной частоты на основе теоретических исследований этого процесса с использованием предложенной методологии (рис.2.2).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основании анализа и обобщения литературных сведений разработан и обоснован общий методологический поход к изучению процессов электротепловой обработки электродным методом токами повышенной частоты, который базируется на решении феноменологических дифференциальных уравнений тепломассопереноса при наличии источника тепла в объёме материала, мощность которого определяется решением уравнений электрического поля в материале с комплексной (активно-ёмкостной) электрической проводимостью в сочетании с использованием дополнительных теоретических моделей и расчётных методов, необходимость разработки которых нашла отражение в задачах настоящей диссертационной работы.

2. Предложенная методология устанавливает связь между параметрами, которые влияют на процесс электротепловой обработки или позволяют управлять им (вид и состав бетона, конструкция, объём и модуль поверхности, конструкция и параметры опалубки и теплоизоляции, параметры режима электротепловой обработки, величина электрического напряжения, мощность, передаваемая в обрабатываемое изделие) и показателями и характеристиками, которые позволяют оценивать результаты этой обработки (динамика изменения предела прочности бетона при сжатии, затраты и потери энергии, КПД процесса, скорость охлаждения после прекращения электротеплового воздействия, длительность технологического процесса, номинальные параметры источника питания, стоимость электротепловой обработки и себестоимость технологического процесса). Это позволяет исследовать закономерности и характеристики процессов электротепловой обработки токами повышенной частоты с использованием средств компьютерного моделирования, выполнять расчёт устройств для электротепловой обработки различных видов бетона и железобетонных изделий любого типа, режимов их работы, а также выполнять теоретическими методами исследования и сравнительные оценки этих установок. Наиболее оригинальными теоретическими разработками являются теория и математическая модель процессов гидратации цемента и набора прочности бетоном при воздействии повышенной температуры в процессе электротепловой обработки; математическая модель предельных температурных градиентов в железобетонных изделиях в процессе их тепловой обработки; математическая модель электрической проводимости бетона.

3. Разработанные математические модели и расчётные методики, входящие в состав предложенной методологии, базируются на анализе и обобщении обширных сведений литературных источников, в максимальной степени отражают протекающие в материале электрофизические, теплофизические и физико-химические процессы и учитывают влияние всех технических и технологических факторов. Это даёт основание сделать вывод о том, что эта методология по своим признакам и возможностям может быть отнесена к числу математических моделей, находящейся, по крайней мере, на переходе от «серого ящика» к «белому ящику» [220]. Последнее является одной из приоритетных целей, к которым стремятся исследователи в современных условиях, так как в этом случае достигается высокая универсальность математического моделирования и открываются наиболее широкие возможности для проведения научных исследований и разработок средствами вычислительной техники, существенно сокращая объёмы длительных и дорогостоящих экспериментальных исследований.

4. Выполненные эксперименты в лабораторных и производственных условиях позволили проверить адекватность общего методологического подхода и предложенных математических моделей, а также подтвердили возможность и целесообразность использования электротепловой обработки бетона токами повышенной частоты при изготовлении бетонных и железобетонных изделий. Одновременно выявлен ряд преимуществ применения для электротепловой обработки бетона напряжения повышенной частоты по сравнению с напряжением промышленной частоты. Например, обнаружена активация твердения бетона под воздействием токов и электромагнитных полей повышенной частоты, в результате чего время достижения нормированной прочности уменьшается почти в два раза.

5. Экспериментальное подтверждение предложенных в работе методологии, математических моделей и расчётных методик позволило выполнить теоретическое исследование параметров и характеристик оборудования и процесса электротепловой обработки. Результаты этих исследований совместно с результатами экспериментов позволяют сформулировать ряд общих (независимо от конструкции обрабатываемого изделия и условий обработки) практических рекомендаций: обязательное применение теплоизоляции на поверхности изделия; требования к параметрам режима обработки (стадии предварительной выдержки, стадии нагревания и изотермической стадии); целесообразность применения безопалубочной технологии и термосной выдержки; снижение температуры изотермической стадии; применение режима постоянной мощности при работе технологической установки и её источника питания и др. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования обеспечивают основу для разработки промышленных установок такого назначения.

6. На основании анализа производственных условий предприятий сборного железобетона и крупнопанельного домостроения предложено и рассмотрено несколько (пять) вариантов опытно-промышленного применения электротепловой обработки железобетонных изделий с использованием источников питания, выполненных на основе полупроводниковых преобразователей напряжения. К ним относятся а) применение такой обработки взамен ТВО на полигонных установках; б) использование электрообработки при изготовлении изделий из лёгкого (пенополистирольного) бетона; в) применение таких источников питания для электротепловой обработки объектов монолитного строительства; г) установки для предварительного разогрева бетонных смесей; д) при изготовлении железобетонных изделий на предприятиях малого и среднего бизнеса. Эти варианты соответствуют различным и характерным производственным условиям, с которыми приходится сталкиваться на практике. Реализация этих вариантов позволит приобрести необходимый и разносторонний опыт применения электротепловой обработки, определить приоритетные направления её распространения и избежать ошибок при её дальнейшем внедрении в производство.

7. Выполненные расчетные оценки подтвердили крайне низкую энергетическую эффективность традиционной ТВО железобетонных изделий, особенно при использовании лёгких бетонов, когда изделие воспринимает только около 4 % израсходованной энергии (при среднем значении этого показателя на предприятии — 11 %). Эти результаты полностью согласуются со сведениями, приведенными в литературных источниках.

8. Применение электротепловой обработки позволяет многократно снизить потери энергии и величину энергии, которая расходуется на тепловую обработку. При этом изделие воспринимает не менее 80 % израсходованной энергии в случае использования тяжелого бетона и не менее 65 % при использовании лёгкого (пенополистирольного) бетона. С использованием предложенной методологии выполнены исследования влияния различных факторов на важнейшие показатели процесса и установок электротепловой обработки бетона и железобетонных изделий. Результаты этих исследований свидетельствуют о возможности дальнейшего улучшения показателей электротепловой обработки посредством варьирования параметров режима и условий такой обработки. Эти результаты ждут своей экспериментальной проверки и практического использования в будущем.

9. Анализ структуры производственной себестоимости на предприятии крупнопанельного домостроения показал, что повышение экономической эффективности производственного процесса возможно только за счёт снижения одной её составляющей - технологической себестоимости. В случае полной замены существующей ТВО электротепловой обработкой ожидается снижение технологической себестоимости приблизительно на 25 % за счёт исключения расходов на тепловую технологическую энергию с заменой их расходами силовую электрическую энергию меньшей величины, а также за счёт снижения затрат на содержание оборудования и помещений. В настоящее время не существует других способов такого же снижения величины этой себестоимости. Показатели экономической эффективности (экономия на себестоимости, капиталовложения в переоснащение производства, срок окупаемости капиталовложений - не более 1 года) убедительно свидетельствуют об экономической целесообразности применения электротепловой обработки железобетонных изделий токами повышенной частоты в условиях предприятий сборного железобетона.

10. Лабораторные и производственные эксперименты продемонстрировали высокую надёжность, удобство и целесообразность практического применения для электротепловой обработки железобетонных изделий мощных источников питания на основе транзисторных преобразователей напряжения. Обобщение полученного опыта и расчётные оценки показывают, что существует возможность создания недорогих источников такого типа любой мощности для электротепловой обработки практически любых изделий с использованием унифицированных преобразовательных блоков посредством включения таких блоков при необходимости на параллельную работу.

11. Результаты, полученные в настоящей работе с помощью предложенной методологии (рис.2) убедительно свидетельствуют о высокой технической, энергетической и экономической эффективности электротепловой обработки железобетонных изделий с использованием источников питания на основе полупроводниковых преобразователей напряжения на предприятиях сборного железобетона и крупнопанельного домостроения. Однако для успешного применения электротепловой обработки на предприятиях строительной индустрии в каждом случае требуется проведение предварительного исследования и разработки технологического процесса с учётом индивидуальных особенностей обрабатываемого изделия (объекта) и условий обработки [221]. Предложенная и апробированная в настоящей работе методология исследования и разработки процессов электротепловой обработки токами повышенной частоты является эффективным инструментом решения таких задач.

12. Анализ предложенной методологии, теоретических и экспериментальных результатов, полученных в настоящей работе, даёт основание для кардинального пересмотра принципов построения и организации современного производства сборного железобетона, особенно на малых и средних предприятиях, в случае применения электротепловой обработки с использованием источников питания на основе полупроводниковых преобразователей напряжения. К числу таких изменений следует отнести требование полной автоматизации технологического процесса с его всесторонним, непрерывным и автоматическим мониторингом и контролем; отказ от производственных корпусов и помещений в существующем виде с заменой их на лёгкие ограждающие конструкции с эффективной теплоизоляцией, имеющие минимальные размеры достаточные для защиты технологической линии. Важным требованием является также применение эффективных мер энергосбережения и снижения электропотребления производственным оборудованием, разработка режимов электротепловой обработки, обеспечивающих максимальную производительность технологического процесса и т.д.

1. Руководство по прогреву бетона в монолитных конструкциях/ Под ред. Б.А.

2. Крылова, С.А. Амбарцумяна, А.И. Звездова М.: НИИЖБ, 2005. -276 с.

3. Электротехнологические промышленные установки/ И.П. Евтюкова, JI.C. Кацевич, Н.М. Некрасова, А.Д. Свечанский; Под ред. А.Д. Свечанского М.: Энергоатомиздат, 1982. - 400 с.

4. Ястребов П.П., Смирнов И.П. Электрооборудование и электротехнология. — М.: Высшая школа. 1987. 199 с.

5. Железобетонные и каменные конструкции/ Бондаренко В.М., Бакиров P.O. и др. Под ред. В.М. Бондаренко М.: Высшая школа, 2007. - 887 с.

6. Афанасьев A.A. Бетонные работы.-М.: Высшая школа, 1991. 288 с.

7. Баженов Ю.М. Технология бетона. М.: Изд-во АСВ, 2003. - 500 с.

8. Алимов JI.A. Баженов Ю.М. Воронин В.В. Технология бетона, строительных изделий и конструкций: Учебник для вузов. М. Изд-во АСВ, 2004. - 256 с.

9. Бубело В. В. Некоторые проблемы тепловлажностной обработки бетона// Бетон и железобетон. 1993. - №6.

10. Леныпин В. П., Марцлыкевич В. Л. Гибкая технология ускоренного тверждения железобетонных изделий. Обзорная информация. -МолдНИНТИ, Кишинев, 1990г.

11. Трембицкий С.М. Основные направления совершенствования и развития тепловой обработки сборного железобетонаЮнергетическое строительство. 1990г. -№10.

12. И. Цыро В.В., Барехов А.И. и др. Применение кассетно конвеерных линий при реконструкции завода КПД// Бетон и железобетон. -1991г.-№4.-С. 4-6.

13. Гныря А.И., Титов М.М. Новое слово в технологии предварительного электроразогрева бетонной смеси // Строительные материалы XXI века

14. Технологии бетонов). 2008. - №1. С.54-57.

15. Арбеньев. А. С. Возникновение и развитие технологии бетонирования с электроразогревом смеси//Промышленный вестник.-1998.-№6-7.С. 21-23.

16. Иванов А. Д., Гальбуров В.А., Протосевич А.Г., Орлович А.И. Использование АСУ при ТВ О изделий из тяжелого бетона в камерах непрерывного действия. Сборник научных трудов/Владимирский политехнический институт. Владимир. 1990г.

17. Марухин А.И., Пузиков Н.Т., Шанин В.В. Резервы снижения теплоэнергетических ресурсов при производстве железобетонных изделий. Тезисы докладов юбилейной научно-технической конференции профессорско-преподовательского состава и студентов. Горький. 1990.

18. Куприянов H.H., Мишина Т.Б. Дикарь CA. Подогрев бетона в щелевых камерах продуктами сгорания природного газа// Бетон и железобетон. -1993г. -№7.

19. ПОСОБИЕ ПО ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ ПРОДУКТАМИ СГОРАНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА (к СНиП 3.09.01-85). Утверждено приказом НИИЖБ Госстроя СССР от 14 апреля 1986 г. №21

20. Куприянов H.H., Малинина Л.А., Панков В.В. Влияние тепловлажностной обработки в среде продуктов сгорания природного газа на свойства тяжелого бетона// Бетон и железобетон. -1990г. -№12.

21. Корнеев А.Д., Губарев В.Я., Синельников Д.С., Соловьев В.Г. Экспериментальные исследования тепловлажностной обработки бетона продуктами сгорания природного газа// Строительные материалы. 2007. -№1 С. 30-31.

22. Разрушение бетонных конструкций с помощью лазера. CEMENT AND CONCRETE.-S.L.-1987. -№9.

23. Технологии изготовления железобетонных изделий и конструкций. http://www.stroyinform.ru/techno/detail.php?ID=70509

24. Малинский Е. Бетон: загорать выгоднее, чем париться. Изобретатель и рационализатор. -1991г. -№10.

25. Воробеев A.M. Тепловая обработка изделий из тяжелого бетона в теплоаккумулирующих гелиокамерах. Автореферат диссертации кандидата технических наук. -1993.

26. Крылов Б.А., Аруова Л.Б. Гелиотехнология производства сборных железобетонных изделий на полигонах//Технология бетонов. -2005. -№5. -С.66-67.

27. Аруова Л.Б. Гелиотермообработка железобетонных изделий с использованием пленкообразующих составов//Бетон и железобетон. -1994. -№4. -С.23.

28. Крылов Б.А., Малинский Е.М., Ли А.И., Упаков H.A. Тепловлажностная обработка изделий в гидроаэроциркуляционных камерах с использованием солнечной энергии// Бетон и железобетон. 1990г. - №2.

29. Крылов Б.А., Аруова Л.Б. Комбинированная гелиобработка железобетонных изделий в Республике Казахстан // Бетон и железобетон. 2007. №4. - С. IIIS

30. Энергосберегающие технологии изготовления железобетонных изделий и конструкций /Трембицкий С.М.// Бетон и железобетон. №6. 2006г. С. 23-26.

31. Направления совершенствования и технического перевооружения производства сборного железобетона /Руденко И.Ф., Новоселов В.А.// Бетон и железобетон. 2006. - №6. -С. 2-8.

32. Электроразогрев бетонных смесей и перспективные области его применения /Крылов Б.А.// Строительные материалы. 2002. -№5. -С.8-10.

33. Электроразогрев железобетонных изделий с помощью пластинчатых электронагревателей. Каталог паспортов и передовой производственный опыт в строительстве, рекомендованный для внедрения, М. 1989г., Вып.7

34. Кириченко В. А. Оценка влияния режимов электропрогрева на физико-механические свойства полистиролбетона// Бетон и железобетон. -1995. -№3. -С.4-5

35. Трембицкий С.М. Электротермия метод интенсификации и снижения электроемкости производства сборного железобетона. Новые технологические разработки в производстве сборного железобетона. Сб. научных трудов. ВНИИ железобетон, 1990г. Вып.2.

36. Трембицкий С.М. Электротепловые методы интенсификации производства сборного железобетона// Бетон и железобетон. -1989. -№2.

37. Трембицкий С.М. Методы и область эффективного использования электротермии в технологии сборного железобетона//Энергетическое строительство. -1987. -№2.

38. Трембицкий С.М. Энерго- ресурсосбережение в заводской строительной технологии изготовления железобетонных изделий и конструкций. М.: ОАО «Издательство СТРОЙИЗДАТ», 2004. -262 с.

39. Трембицкий С.М. Технические и организационные основы зимнего бетонирования монолитных железобетонных конструкций с прогревом бетона // Бетон и железобетон. -2007. -№6. -С.20-24.

40. Трембицкий С.М., Беккер JI.H., Кебадзе П.Г. Условия достижения высоких темпов и качества строительства зданий из монолитного железобетона // Бетон и железобетон. №5. 2008 г. С. 8-11

41. Минаков Ю.А. Ряд технических средств реализации кондуктивного нагрева бетона на основе низковольтных теплоэлементов. Механизация строительства. -1994. -№2.

42. Тихоненко Ю.Ф. Электронагревательные панели для термообработки строительных изделий//Промышленность строительных материалов. Москва, -1991. -№8.

43. Зимнее бетонирование монолитных домов. Внедрение разработки в строительство РСФСР. Научно-технический реферативный сборник РОСИНФОРМРЕСУРС., М., 1991. Вып. 6.

44. Попов Ю.А., Андриевский С.Н., Лунев Ю.В., Молодин В.В., Суханов A.C.,

45. Титов М.М. Управляемые температурные режимы тепловой обработки бетона при зимнем бетонировании монолитных строительных конструкций//Известия ВУЗов. Строительство. -2010. -№4. -С. 77-91.

46. Попов Ю.А., Лунев Ю.В., Молодин В.В. Управляемые режимы тепловой обработки бетона // Бетон и железобетон. -2006. -№5. -С. 10-12

47. Головнев С. Г. Технология зимнего бетонирования. Оптимизация параметров и выбор методов / С. Г. Головнев. Челябинск : Изд-во ЮУрГУ, 1999.- 156 с.

48. Опыт обогрева стен и перекрытий в термоактивной опалубке. . Каталог паспортов. Передовой производственный опыт в строительстве, рекомендованный для внедрения, М., 1989., Вып.2

49. Опыт обогрева перекрытий термоэлектрическими матами при возведении зданий с использованием объемно-переставной опалубки. Каталог паспортов. Передовой производственный опыт в строительстве, рекомендованный для внедрения, М., 1989г., Вып.З

50. Кривонос А.А, Заднепровская А.Д. Бетонирование при отрицательной температуре/Шахтное строительство. -1989. -№1.

51. Греющая опалубка с полимерным токопроводящим покрытием /Амбарцумян С.А., Гендин В.Я., Турецкий Ю.Б. и др.// Бетон и железобетон. -1989. -№2. С. 15-24.

52. Прокопьев М.В., Ткачев В.Н. Индукционный нагрев термоактивной опалубки. Электротехника в строительстве и ЖКХ. Сб. научных трудов/ РИСИ -Ростов -на- Дону, 1991.

53. Волосян Л .Я. Тепло- и массообмен при термообработке бетонных и железобетонных изделий. Минск. Изд-во «Наука и техника», 1973. -256с.

54. Маевский В. К., Пугачев Г. А. и др. Прогрев монолитных керамзитобетонных стен элементами из электропроводного бетона// Изв. ВУЗов. Строительство. -1992. -№7-8.

55. Францев А. С., Маевский В. К., Пугачев Г. А. Влияние температурного градиента на прочность бетонов стен монолитных зданий// Изв. ВУЗов. Строительство. -1991. -№11.

56. Пугачев Г.А. и др. Некоторые особенности вибротехнологии электропроводного бетона//Изв. ВУЗов, Строительство. -1994. -№2.

57. Пугачев Г.А. и др. Основы получения электропроводных бетонов с добавкой суперпластификаторов//Изв. ВУЗов, Строительство.-1994.-№4.

58. Пугачев Г.А. и др. Оптимизация состава многокомпонентных вяжущих средств для электропроводного бетона//Изв. ВУЗов, Строительство. -1992. -№11,12.

59. Пугачев Г.А., Маевский Е.К. и др. Электропроводный бетон на основе ВЫВ. Моделирование его структуры и проводимости//Изв. ВУЗов, Строительство. -1993. -№4.

60. Электропроводящий бетон. Бюллетень строительной техники, 1992. №2.

61. Воробьев В.А., Илюкин A.B. Математическое моделирование электрофизических свойств электропроводящих бетонов//Изв. ВУЗов, Строительство. -1995. -№5-6.

62. Курилов В. П., Шупертяк В. Т., Кацман А. Я. Результаты натурного эксперимента по контактному электрообогреву массивной монолитной железобетонной конструкции. Строительное производство. Респ. межвед. научно-технический сборник НИИСП. Киев, 1990. Вып.29.

63. Крылов Б. А., Ли А. И. О воздействии электрического тока на твердение бетона//Бетон и железобетон. -1992. -№2. С.7-8.

64. Гендин В. Я. Пути снижения неравномерного распределения температурыпри термообработке конструкций//Бетон и железобетон. -1992. -№9. С.13-14.

65. Афанасьев Н. Ф. Технология производства изделий с непрерывным электроразогревом. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. 1993.

66. Пшонкин Н.Г. Комплексная обработка бетонных смесей в транспортирующих трубах// Бетон и железобетон. -1992. -№11. С.23-24.

67. Пшонкин Н. Г. Непрерывный электроразогрев бетонных смесей в винтовыхконвейерах //Изв. вузов. Строительство и архитектура. -1991. №9.-С. 7274.

68. Колчеданцев JI.M., Рощупкин М.П. Интенсификация бетонных работ в условиях массового производства//Бетон и железобетон. -1994. -№6. -С. 1821.

69. Арбеньев A.C., Рощупкин М.П. Виброэлектробетонирование на стройплощадке// Бетон и железобетон. -1991. -№2. С. 19-20.

70. Пшонкин Н.Г. Моделирование тепловых процессов непрерывного электротеплоразогрева потока бетонной смеси в трубах//Изв. ВУЗов., Строительство. -1994. -№4. -С. 53-56.

71. Применение электропроводящего полипропилена для комбинированной термообработки бетона. Новые полимерные строительные материалы и изделия: межвед. сб. науч. трудов МИСИ- М. 1987.

72. Эффективный способ электротеплообработки керамзитогазобетона /Копылов В.Д.// Бетон и железобетон. -2002г., -№6. -С. 17-20.

73. Энергосберегающая технология тепловой обработки полистиролбетонных изделий / Мелихов В.И., Девятов В.В. Шумилин В.И.// Бетон и железобетон. -1997.-№2.- С. 17-18.

74. Крылов Б.А., Кириченко В.А. Трёхслойные панели с телоизоляционным слоем из пенополистиролбетона//Бетон и железобетон.-1994.-№3.-С.10-12.и

75. Кириченко В.А. Оценка влияния режимов электропрогрева на физико-механические свойства полистиролбетонов//Бетон и железобетон.- 1995.-№3.-С.4-5.

76. Кириченко В.А. Перспективы применения заводами ЖБИ вспученного полистирола в трёхслойных стеновых панелях.//Труды седьмой международной научно-практической конференции «Состояние биосферы и здоровье людей» (МК-38-7), Пенза 2007. С. 108-109.

77. Кириченко В.А. Давление, возникающее в цементном тесте при электропрогреве полистиролбетонной смеси.// Труды седьмой международной научно-практической конференции «Состояние биосферы и здоровье людей» (МК-38-7), Пенза 2007. С. 109-111.

78. Кириченко В.А. Влияние режимов термообработки на свойства цементногокамня.// Труды седьмой международной научно-практической конференции «Состояние биосферы и здоровье людей» (МК-38-7), Пенза 2007. С. 106-107.

79. Копылов В.Д. Дифференцированные режимы прогрева бетона// Бетон и железобетон.-1997.- №4. -С. 12-14.

80. К вопросу автоматизации электротермообработки бетона монолитных конструкций / Амбарцумян С.А., Гендин В.Я., Турецкий Ю.Б. и др.// Бетон и железобетон -1998.-№3.-С. 9-10.

81. Гендин В.Я. Влияние деструктивных процессов при электротермообработкена прочность бетона// Бетон и железобетон.-1999.-№1.-С. 6-8.

82. Арбеньев A.C. Технология бетонных работ с электроразогревом в строительстве: Сб. научных трудов/Владимирский политехнический институт. Владимир. 1990.

83. Ваганов C.B. Томских С.Ф. Технология получения ватиатронного строениябетона из разогретых цементно-песчаных смесей: Сб. научных трудов/Владимирский политехнический институт. Владимир. 1990.

84. Бессчастный A.B. Вакуумная обработка бетона//.Ш Cfybpswbz enhjbutkmendf. -1993. -№1.

85. Пшонкин Н.Г. Оценка эмпирических зависимостей сопротивления бетонных смесей от температуры//Бетон и железобетон.-1992. -№12. -С.4-6

86. Millard S.G., Govers K.R. RESISTIVITY ASSESMENT OF INSITU CONCRETE. THE INFLUENCE OF CONDUCTIVE AND RESISTIVE SURFACE LAYRS// Structures and Buildings. -1992, V.94. №11

87. Бернацкий А. Ф. и др. Электрические свойства бетона. M.: Энергия. 1980.-208 с.

88. Титов М.М. Технология предварительного разогрева бетонной смеси с использованием современного оборудования//Известия ВУЗов. Строительство. -2009. -№3-4. -С.56-62.

89. Титов М.М. Методика электротехнического расчёта устройств для технологии электроразогрева бетонных смесей//Вестник ТГАСУ. -2009. -№4. -С.152-161.

90. Титов М.М. Режим потребления мощности и коэффициента полезного действия электроразогревающих устройств (ЭРУ) циклического действия//Вестник ТГАСУ. -2010. -№1. -С. 172-186.

91. Трембицкий С.М. и др. Электротехнология термообработки железобетонных напорных трубЮнергетическое строительство. -1989. -№2.

92. Богомолов О.В. Энергосберегающие тепловые центры для предприятий изготовителей бетонных и железобетонных изделий//Технология бетонов. -2009. -№3. -С. 40.

93. Лобацевич К.Л., Юдин A.B. Объединённая модель электротермического процесса//Вестник РГАТА. -2010. -№1. -С. 157-162.

94. Применение методов математической физики для моделирования массо-и энергопереноса в технологических процессах строительной индустрии

95. Федосов C.B., Ибрагимов A.M., Гущин A.B.// Строительные материалы. -2008. -№4. -С.65-67.

96. Федосов C.B. Тепломассоперенос в технологических процессах строительной индустрии. Монография Иваново: ИПК «ПрессСто», 2010. -364 с.

97. Нестационарный процесс теплопереноса в монолитном железобетонном перекрытии при использовании термоактивной опалубки /Федосов C.B., Ибрагимов A.M., Гущин A.B.// Строительные материалы. -2006. -№2. -С.56-57. -№3. -С.70.

98. Нестационарный тепло- и массоперенос в многослойных ограждающих конструкциях /Федосов C.B., Ибрагимов А.М.//Строительные материалы. -2006. -№4. -С. 86-87.

99. Моделирование прогрева стеновых панелей при термической обработке /Федосов C.B., Мизонов В.Е., Баранцева Е.А. и др.//Строительные материалы. -2007. -№2. -С. 86-87.

100. Моделирование теплового состояния материала при протекании в нём экзотермической реакции /Алоян P.M., Лебедев М.Е., Виноградова Н.В.// Строительные материалы. -2007. -№9. -С. 74-75.

101. Моделирование термической обработки материала перемещающимся источником теплоты при протекании эндотермической реакции /Алоян P.M., Виноградова Н.В., Лебедев М.Е.// Строительные материалы. -2007. -№10. -С. 68-69.

102. Математические методы в строительном материаловедении / И.А. Гарькина, A.M. Данилов, А.Н. Прошин, Ю.А. Соколова, В.И. Соломатов. По редакцией академика РААСН В.И. Соломатова. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та. 2001.- 188 с.

103. Шубенкин П.Ф., Марцинчик А.Б. Б.Г. СКРАМТАЕВ, жизнь и творчество. М.: Стройиздат, 1986. 73 с.

104. Шейкин А.Е. Строительные материалы. М.: Стройиздат, 1978. 432 с.

105. Берг О .Я., Щербаков E.H., Писанко Г.Н. Высокопрочный бетон, М.: изд-во лит-ры по строительству, 1971. 208 с.

106. Берг О .Я., Физические основы теории прочности бетона и железобетона. М.: Госстройиздат, 1961. -96 с.

107. Берг О.Я. Некоторые вопросы теории деформаций и прочности бетона// Строительство и архитектура. -1967. -№10.

108. Бриджмен П. Исследование больших пластичных деформаций и разрыва. М.: Гос. изд-во иностр. лит-ры, 1955. -444 с.

109. Марков А.Н., Михайлов Н.В., Ребиндер П.А. О приближенном расчёте прочности цементных бетонов в зависимости от степени гидратации цемента, водоцементного отношения и объёма вовлеченного воздуха// ДАН СССР, т. 167. 1966.

110. Causes, mechanism and control of cracking in concrete// ACI Publication SR-20. Detroit, 1968.

111. Лагойда A.B. Прогнозирование прочности бетона при повышенных температурах выдерживания. Бетон и железобетон. -1994.-№ 4. -С. 11-13.

112. Ли Ф.М. Химия цемента и бетона. М.: Гос.изд-во лит-ры по строительству, архитектуре и строительным материалам, 1961. -530 с.

113. Козлова В.К., Ильевский Ю.А., Карпова Ю.В. Продукты гидратации кальциево-силикатных фаз цемента и смешанных вяжущих веществ. Изд-во АлтГТУ, Барнаул, 2005. -183 с.

114. Пшеничный Г.Н. Электрохимическая схема твердения портландцемента // Бетон и железобетон. -2009. -№1. -С. 27-30.

115. Страхов Ю.М. Использование искровых разрядов для активизации растворных бетонных смесей// Бетон и железобетон. -1993. -№3.

116. Бабушкин В.И. Гидратация цемента, активированного током высокого напряжения//Изв. ВУЗов, Строительство. -1993. -№2.

117. Ротыч Н.В., Кононенко В.В. О влияние обработки магнитным полем и электрическим током на качество цементного камня. Электротехника в строительстве и ЖКХ. Сб. научных трудов. РИСИ -Ростов -на- Дону, 1991г.

118. Поршин М.Н. Приготовление асфальтобетонных смесей с использованием битума, активированных воздействием электромагнитных полей. Изв ВУЗов. Строительство, 1993г. №9.

119. Клименко В.М., Пирожков А.Ю. Электрофизические способы предварительной обработки бетонных смесей. Проблемы электроэнергетики: Сборник научных трудов/ Саратов: СГТУ. 2005. С. 107-109.

120. MICROWAVE DRYING TECHNOLOGY// Spreechsoal.-S.L.- 1989. № 3.

121. Матвиенко В. H., Губарь В. Н., Черешна О. Ф. Электрическая поляризацияв технологии бетона. Новые технологические решения для строительной промышленности Донбасса: Сборник научных трудов/ Киев, Макеевский инженерно-строительный институт. 1989.

122. Орлов A.C. Декоративная отделка кирпича оплавлением//Строительные материалы. -1993.-№2. С. 15-17.

123. Литвинов А.Я. Технология изготовления стеновых панелей с отделкой методом плазменного оплавления Информационный листок ОНТД Тульский ЦНТИ, Тула, 1991. №239-91-НТД.

124. Кузина Т.В., Пашацкий Н.В., Молчанов Е.А. и др. Отделка стеновых конструкций оплавлением с помощью плазменного манипулятора.

125. Ограждающие конструкции: Сборник трудов/РПИ Ленпромстройпроект, Л., 1989.

126. Плазменная отделка стеновых панелей на Березовском заводе строительных конструкций/ Промышленное строительство. -1988. -№7.

127. Волокитин Г.Г. Плазменные технологии в стройиндустрии и экологии// Изв. ВУЗов, Строительство. -1992. -№7-8.

128. Федосов C.B., Акулова М.В. Плазменная металлизация бетонов. -М.:Издательство Ассоциации строительных вузов, 2003. -120 с.

129. Баженов Ю.М., Федосов C.B., Щепочкина Ю.А., Акулова М.В. Высокотемпературная отделка бетона стекловидными покрытиями. -М.:Издательство Ассоциации строительных вузов, 2005. -128 с.

130. Дергунов Ю. В., Царенко П. И., Васильева А. Н., Жекул Л. А. Прогрессивная технология разрушения бракованных железобетонных изделий// Бетон и железобетон. -1993. -№ 11. С.19-20.

131. Carret R.E. COUTRACTOR CLATUS RECYCLED CONCRETE MAKES BETTER BASE// Rit & Qusrry. 1993, V.86, p. 38-40.

132. Крылов Б.А. и др. Использование щебня из дробленого бетона// Бетон и железобетон. -1993. -№4.

133. Григорьев Ю.В. Внедрение электрогидравлического метода производства щебня// Строительные материалы. -2007. -№5. -С. 10-11.

134. KASAI Y. DEMOLITION OF CONCRETE STRUCTURES BY HEATING// CONCRETE INTERN. 1989, - VOL.-l 1, №3.

135. Способы разрушения железобетонных конструкций. Япония// Промышленное строительство и инженерные сооружения.-1990. -№1.

136. Brown J. LAYNG CONCRETE WITH LASERS//Contract Journal. 1990. -№1

137. Concrete forms in FRP. ENR-1992, V-229, №21.

138. Кокоев M.H. Исследование физических процессов при электростатическом формовании изделий из бетона//Бетон и железобетон. -2009. -№1. -С. 8-10.

139. Пшеничный Г.Н. Влияние давления окружающей среды на твердение с свойства бетона // Бетон и железобетон. -2006. -№1. С. 5-7.

140. Бочарников А.С., Корнеев А.Д., Гончарова М.А., Глазунов А.В. Магнитные герметизирующие композиции//Строительные материалы. -2007. -№1. -С. 42-43.

141. Эраносян С. А. Сетевые блоки питания с высокочастотными преобразователями. JL: Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1991.-176 с.

142. Розанов Ю.К. Полупроводниковые преобразователи со звеном повышенной частоты. -М.:Энергоатомиздат, 1987. -184 с.

143. Северне Р., Блум Г. Импульсные преобразователи постоянного напряжения для систем вторичного электропитания: Пер. с англ. Под ред. Л.Е. Смольникова. -М.: Энергоатомиздат, 1988. -294.

144. Рациональная структурная схема источников питания мощных лазерных технологических установок / Булатов О.Г., Иванов B.C., Поляков В.Д.//Электротехника. -1987. -№11. С. 42-47.

145. Инверторный аппарат для дуговой сварки ДС 400.3. Техническое описание. НПП «ТЕХНОТРОН», 2006.

146. Ситников В.Ф. Силовая электроника в системах электроснабжения переменного тока// Электричество. -2008. -№2. -С. 33-38.

147. Александров Г.Н., Закинчак Г.Н., Соколов A.M. О роли техники высоких напряжений в будущем благополучии электроэнергетики// Энергетик. -2010. -№1. -С. 2-6.

148. Инженерно-физические основы методов зимнего бетонирования: учебное пособие для вузов / Б.М. Красновский. 2-е изд., доп. - М. : ГАСИС , 2007. -470 с.

149. Нейман Л.Р., Демирчян К.С. Теоретические основы электротехники. М.,-Л.: Энергия. 1966. -407 с.

150. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические материалы. Уч.для вузов 7-е изд. Перераб. и доп. -Л.: Энергоатомиздат, 1985.-304 с.

151. Федосов C.B., Бобылев В.И., Митькин Ю.А., Соколов A.M., Закинчак Т.Н. Электротепловая обработка бетона токами различной частоты// Строительные материалы. -2010. -№ 6 . С. 4-7.

152. Федосов C.B., Бобылёв В.И., Соколов A.M. Температурные характеристики электротепловой обработки бетона посредством электродного прогрева//Строительные материалы. -2011. -№12.-С. 56-59.

153. Федосов C.B., Базанов С.М. Сульфатная коррозия бетона. M.: АСВ, 2003. -193 с.

154. Химическая энциклопедия. Гл.ред. И.Л. Кнунянц М.: Изд-во «Советскаяэнциклопедия», 1988. -625 с.

155. Федосов C.B., Бобылев В.И., Ибрагимов A.M., Козлова В.К., Соколов A.M.

156. Моделирование набора прочности бетоном при гидратации цемента//

157. Строительные материалы. -2011. -№ 11. -С. 38-41.

158. Лыков A.B. Теория сушки. М., «Энергия», 1968. - 472 с.

159. Яворский Б.М., Детлаф A.A. Справочник по физике. М.: Наука, 1990. -624 с.

160. Бобылёв В.И., Соколов A.M. Исследование электрических параметров бетонных смесей. Тезисы докладов международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологий» (X Бенардосовские чтения) Иваново, 2001.

161. Бобылёв В.И. Перспективы использования электроразогрева бетонных смесей на предприятии крупнопанельного домостроения// Межвузовский сборник научных трудов «Высоковольтные техника и электротехнология». Вып. 1. Иваново 1997.

162. Башлыков В.Н., Сиротин П.Н. Специальные цементы для производства бетонных работ в зимнее время//Строительные материалы. -2010. -№ 2. -С. 49-52.

163. Семёнов B.C. Противоморозные добавки для облегченных цементных систем//Строительные материалы. -2011. -№ 5 . С. 17-18.

164. Соколов A.M., Семёнов Д.В. Перспективные способы и технические средства электротепловой обработки при изготовлении абразивных изделий. Межвузовский сборник научных трудов «Высоковольтная техника и технология» Выпуск 3. Иваново 2003.

165. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий: Проектирование и расчет /А.С.Овчаренко, М.Л.Рабинович, В.И.Мозырский, Д.И.Розинский. К.: Техшка, 1985. - 279 с.

166. Михайлов В. В. Тарифы и режимы электропотребления. — 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Энергоатомиздат, 1986.- 216 с.

167. Исаченко В.И., Сычёв В.В., Шейдлин А.Е. Теплопередача. М.: Энергия. 1981.

168. Теплотехника. Под ред. А.П. Баскакова. М.: Энергоатомиздат. 1991.-224с.

169. Vodovozov, Valéry, Jansikene, Raik. Power Electronic Converters. 2006. 117c.

170. Мелешин В.И. Транзисторная преобразовательная техника. M.: Техносфера, 2005. -632с.

171. Вдовин С.С. Проектирование импульсных трансформаторов. JL: Энергоатомиздат, 1991. -208 с.

172. Мэк Р. Импульсные источники питания. Теоретические основы проектирования и руководство по практическому применению. М.: Издательский дом "Додэка-XXI", 2008. -272 с.

173. Малинин P.M. Справочник радиолюбителя конструктора. М.: Энергия. 1977. -752 с.

174. Экономика и организация производства в дипломных проектах /К.М.Великанов, Э.Г.Васильева, В.Ф.Власов и др.; Под общ. ред. К.М.Великанова.-JI.: Машиностроение, 1986. -285 с.

175. Щукина И., Некрасов М. Новая технология РТ IGBT против мощных полевых МОП-транзисторов//Силовая электроника. -2004.-№ 1.-С. 14-16.

176. Юдин А. IGBT-модули большой мощности для тяговых преобразователейпроизводства компании 1пАпеоп//Силовая электроника. -2008. -№ 2. -С.32.36.

177. Баринов Н.В., Митькин Ю.А., Соколов A.M. Исследование энергетических параметров высоковольтной лазерной установки. Сборник трудов «Исследование электромагнитных процессов в энергетических установках»/ИЭИ. Иваново, 1988.

178. Митькин Ю.А., Комин В.Г., Соколов A.M. Исследование характеристик лазерной установки при различных видах питающего напряжения. Межвузовский сборник научных трудов «Высоковольтная техника и электротехнология» Выпуск 1, ИГЭУ, Иваново, 1997.

179. Федосов C.B., Бобылев В.И., Ибрагимов A.M., Соколов A.M. Методика расчёта предельных температурных градиентов в железобетонных изделиях в процессе электротепловой обработки//Строительные материалы. -2011. -№ 3.-С. 44-45.

180. Федосов C.B., Бобылёв В.И., Соколов A.M. Температурные характеристики электротепловой обработки бетона посредством электродного прогрева// Строительные материалы. -2011. -№ 12. -С. 56-59.

181. Федосов C.B., Бобылёв В.И., Соколов A.M. Математическое моделирование температурно-временных зависимостей удельной проводимости бетонных смесей//Строительные материалы. -2009. -№9.-С. 84-85.

182. Федосов C.B., Бобылев В.И., Митькин Ю.А., Соколов A.M. Исследование суточной прочности бетона при электротепловой обработке бетона токами различной частоты// Строительные материалы. -2010. -№ 3. -С. 52-54.

183. Федосов C.B., Бобылёв В.И., Митькин Ю.А., Соколов A.M. Исследование параметров электротепловой обработки бетона токами различной частоты// Строительные материалы. -2009. -№ 5. -С. 51-53.

184. Федосов C.B., Бобылев В.И., Соколов A.M. Методика расчета параметровэлектротепловой обработки бетонных смесей и железобетонных изделий на установках периодического действия// Известия ВУЗов «Строительство». -2010. -№ 5. -С. 104-113.

185. Федосов C.B., Бобылев В.И., Соколов A.M. Исследование параметров установок для электротепловой обработки железобетонных изделий// Бетон и железобетон. -2011. -№ 2. -С. 26-29.

186. Лещинский М.Ю. Испытание бетона. Справочное пособие. М.: Стройиздат, 1989. -360 с.

187. Строительные материалы. Справочник. Под. ред. A.C. Болдырева, П.П. Золотова. М.: Стройиздат, 1989. -567 с.

188. Волынец Н.П., Дьяченко Н.Г., Лошанюк В.И. Справочник инженера-технолога предприятий сборного железобетона. -Киев.: 1983. -225 с.

189. Федосов C.B., Бобылёв В.И., Ибрагимов A.M., Козлова В.К., Соколов A.M. Математическое моделирование процесса набора прочности бетоном при электротепловой обработке//Строительные материалы. -2012. № 4. С.36-39.

190. Федосов C.B., Бобылёв В.И., Петрухин А.Б., Соколов A.M. Оценка показателей экономической эффективности электротепловой обработки на предприятиях сборного железобетона// Промышленное и гражданское строительство. -2011. -№ 7.

191. Чиркин В. С. Теплофизические свойства материалов. (СПРАВОЧНОЕ РУКОВОДСТВО). М.: ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ, 1959. -356 с.

192. Справочник по теплозащите зданий / В. П. Хоменко, Г. Г. Фаренюк.— К.: Буд1вельник, 1986.— 216 с.

193. Д.Л.Файбисович, И.Г.Карапетян. Укрупнённые стоимостные показатели электрических сетей 35-1150 кВ. -М.: НТФ "Энергопрогресс", "Энергетик", 2003. -32 с.

194. Межрегиональный информационно-аналитический бюллетень Госстроя РФ.213. Quid 2004.

195. Александров Г.Н., Соколов A.M. Использование электропередач ультравысокого напряжения для развития атомной электроэнергетики// Энергетик. -2008. -№ 10. -С. 4-7.

196. Комохов П.Г., Грызлов B.C. Структурная механика и теплофизика легкого бетона. Вологда: Издательство Вологодского научного центра , 1992. -321 с.

197. Грызлов B.C. Шлакобетоны в крупнопанельном домостроении. Строительные материалы. -2011. -№ 3. -С. 40-41.

198. Чернышов Е.М. Развитие теории системно-структурного материаловедения и высоких технологий строительных композитов нового поколения//Строительные материалы. -2011. -№ 7. -С. 54-60.

199. Радиационно-защитные и химически стойкие серные строительные материалы / Королёв Е.В., Баженов Ю.М., Альбакасов А.И. Пенза, Оренбург: ИПК ОГУ, 2010.-364 с.