автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Процесс электроразогрева в технологии бетонных работ

на правах рукописи

ПРОЦЕСС ЭЛЕКТРОРАЗОГРЕВА В ТЕХНОЛОГИИ БЕТОННЫХ РАБОТ

05. 23.08 - Технология и организация промышленного и гражданского строительства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск-1996

Работа выполнена в Новосибирской государственной академии строительства

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор

Зубков В.И.

Научный консультант - доктор технических наук,

профессор Арбеньев A.C. Официальные оппоненты -доктор технических наук, " профессор -Гныря А. И. кандидат технических наук, доцент Борзых В.Э. Ведущая организация - СПАО "СибАкадемстрой"

Защита состоится "/¿" Ш'р "1996 г. в ¡У часов на заседании диссертационного Совета Д 064.41.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора технических наук при Томской государственной архитектурно-строительной академии по адресу:634003, г.Томск, пл. Соляная 2, в ауд-N' 307

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке академии. Автореферат разослан " // " „f/if/J/ff 1996 г.

Ученый секретарь специализированного совета,

канд. техн. наук Скрипнжова И.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Лктуалыгость теш В решениях правительства РФ поставлена задача создания и внедрения прогрессивной технологии, машин и устройств, обеспечивающих комплексную механизацию строительных работ, повышение качества и сокращение сроков строительства.

Преимущественное развитие строительства в районах Западной Сибири, Дальнего Востока и Крайнего Севера, а также круглогодичное строительство в средней полосе РФ обусловливает внимание строительной науки, в частности, к технологии зимних бетонных работ. В связи с этим, при относительном сокращении объемов зимнего бетонирования, еще большее значение приобретают методы, требующие наименьшего расхода энергии, топлива, материалов, трудозатрат.

Одним из таких методов при бетонировании конструкций считается предварительный электроразогрев бетонной смеси. Эффективность этого метода особенно очевидна при необходимости производства бетонных работ в сильный мороз с возможностью разогрева бетонной смеси до максимальных температур.

Вместе с тем сложившаяся технология" и применяемое оборудование не всегда позволяют достичь максимальных температур ; разогрева и его продолжительной работоспособности из-за длительной нерешенности ряда вопросов, связанных с надежностью и долговечностью самих электроразогреваюшлх устройств (ЭРУ).

Однако предпринятые ранее попытки решить эти вопросы на основе существующих представлений о причинах неравномерности температурных-полей в межэлектродной области (ЫЗО), приэ-лектродного кипения воды затворения бетонной смеси и как следствие обрастания электродов схватившимся бетоном с последующей быстрой потерей скорости нагрева, к. п. д. и температуры нагрева практически никаких результатов не дали.И широкое на начальном этапе внедрение метода предварительного электроразогрева бетонной смеси (ГГЭРЕС) в практику к настоящему времени заметно сократилось.

Настоящие исследования выполнялись в 1978-1994 гг. и связаны с циклом работ по проблемам зимнего бетонирования. Работа является развитием и продолжением исследований НИСИ, МИСИ, ВладШ, ЦШИОМТП, НИИЖБ и приказом MB и ССО РСФСР N558

от 21.12.77 включена в программу "Нзфггь и газ Западной Сибири". (тема 08.2.2)

Цель работы. Заключаются в дальнейшем совершенствовании технологии злеетроразогрева на основе повышения эффективности электроразогреващих устройств путем исследования величины и кинетики составляющих полного сопротивления электрора-зогреващего устройства и его к. п. д. при пропускании через него переменного тока напряжением 0,4 кЕ

Объектом исследования являются: методики для измерения удельного сопротивления бетонной смеси в процессе электроразогрева, существующие и предлагаемые электроразогревающие устройства, режиму потребляемой устройствами в процессе разогрева мощности и технология,разогрева в ЭРУ циклического действия с предельно .низким значением неравномерности температурных полей.

Предметом исследования являются: величина систематической погрешности показаний датчиков удельного сопротивления в X, составляющие общего сопротивления межэлектродного объема электроразогреващих устройств, выраженные через величину удельного сопротивления - Ом-М, безразмерная величина критерия качества процессу электрораэогрева, являющаяся отношением скорости роста температуры в самой горячей точке электрода исреднёй по объему в бетонной смеси, величина мощности - Вт, выделяющаяся в плоском электроде, безразмерная велика к. п. д. процесса электроразогрева.

Основная идея работы заключается в том, что опережающий перегрев металла электрода и приэлектродное кипение воды затворения в разогревающих устройствах вызваны наличием в отдельных. местах электрода сочетания поверхностного эффекта, эффекта близости и краевого эффекта. При использовании электродов толщиной.до 1 мм и рациональной транспозиции элементов ЭРУ перегрев электрода и кипение полностью отсутствуют.

Задачи исследования: разработать и обосновать простую и эффективную методику измерения всех составляющих полного сопротивления в межэлектродной области электроразогревеюшях устройств и на этой основе.изучить величину и кииетику составляющих полного сопротивления, и выявить физическую природу причин,вызывающих приэлектродное кипение воды затворения; на

основе этого предложить конструктивное решения электродов и ЭРУ, исключающих приэлектродное кипение; изучить кинетику к. п. д. процесса электроразогрева и на этой основе предложить режим разогрева, дающий максимальный итоговый к, п. д.

Методы исследования: патентный и литературный поиск, анализ', обобщение, теоретическое исследование и синтез, математическое моделирование, машинный, физический и производственный эксперимент, обработка результатов с использованием ЭВМ.

Научная новизна заключается в том, что:

1. Предлодена и обоснована методика измерения удельного сопротивления бетонной смеси в одно и трехфазных электрора-зогревающих устройствах.

2. Впервые получены экспериментальные данные о величине и кинетике составляющих полного сопротивления производственных электроразогревающих устройств.

3. Впервые установлено,что резкая неравномерность температурных полей в ЭРУ вызвана более высокой,чем у смеси,скоростью нагрева отдельных мест электрода из-за наличия в нем .сочетания поверхностного эффекта,эффекта близости и краевого эффекта.

4. Установлено, что для устранения этого явления толщину электрода следует снизить до 0,8-1,0 мм, сделать его двухслойным, со слоем диэлектрика в центре и стенки корпуса, перпендикулярные плоскости электрода,выполнить из,диэлектрика.

5. Впервые экспериментально установлено, что к. п. д. ЭРУ в процессе электроразогрева апериодически колеблется- в .широком диапазоне (0,3-0,99) и как явление объяснено в полном объеме закономерностями волнового варианта теории теплопроводности.

Практическая ценность Состоит в том, что на основе проведенных исследований:

1. Разработана методика определения удельного сопротивления, бетонной смеси в процессе электроразогрева с помощью специальных закладных датчиков в разогревающих устройствах любой конструкции и назначения.

2. Обоснованы рекомендации по электрическому расчету и конструированию устройств для электроразогрева бетонной смеси, в которых возможно получение равномерных полей при высокой средней температуре разогрева, доходящей до 90°С. Предложена методика адекватного расчета технологических параметров разогрева.

3. Созданы и реализованы на практике предложенные конструкции электродов толщиной до 1 мм и электроразогреваицие устройства , у которых соотношение скоростей роста температуры электрода и бетонной смеси равно единице и срок службы повышается до уровня их механической работоспособности, снилаются затраты труда при бетонировании в два раза

4. Теоретически разработан и экспериментально проверен режим потребляемой мощности в процессе разогрева,обеспечивающий управляемость к. п. д. и его максимизацию.

Апробации исследований. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на 26-52 научно-технических конференциях НИСИ им. ЕВ. Куйбышева (НГАС), в МИСИ, в ТИСИ.ВладПй и АлтШ, на Расширенном заседании-семинаре "Форсированный разогрев бетонной смеси и устройства для его осуществления"''в г. Владимире в 1387 г. ,на совещании-семинаре "Непрерывный электроразогрев бетонной смеси в строительстве" в г. Ленинграде в 1991 г. •

Реализация работы Результаты работы внедрены в тресте "СтройГАЗ",КЖБИ-2 (ПСО ГлавАлтайстрой),тресте "Орггехстрой" (ШО ГлавНовоеибирскстрой), м. г. п. "Проектно-технический центр" в г. Вологда н других строительных организациях. Спроектированы (с разработкой детальных рабочих чертежей) ЭРУ на базе поворотных строительных бункеров с новой конструкцией электродов для построечных и заводских условий (трест "Оргтех-' строй"). "

На ааарггу выносятся:

1. Методика измерения удельного сопротивления бетонной смеси В процессе электроразогрева в одно и трехфазных электрора-зогревающиХ устройствах.

2. Экспериментальные данные о величине и кинетике составляющих полного сопротивления производственных электроразо-

гревающих устройств.

3. Физическая концепция, показывающая» что высокая неравномерность температурных полей в ЭРУ и их быстрый выход из строя вызваны более высокой скоростью нагрева отдельных мест электрода из-за наличия в нем сочетания поверхностного эффекта, эффекта близости и краевого эффекта.

4. Рекомендации по основным способам устранения явления перегрева электрода - снижение его толщины до 0,8-1,0 мы,изготовление его двухслойным со слоем диэлектрика в центре и выполнение стенок корпуса,перпендикулярных плоскости электрода, из диэлектрика.

5. Экспериментально установленное явление апериодического колебания в широком диапазоне (0,3-0,99) величины к. п.д. в процессе электроразогрева и его объяснение в полном объеме закономерностями волнового варианта теории теплопроводности. . .,

Цубликации: Результаты исследований и основные научные; положения диссертации опубликованы в 17 печатных работах. По-, лучено 2 авт. свидетельства и 2 положительных решения на выдачу авт. св. и патента.

Стуктура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Включает 164 стр.. машинописного текста, содержит 18 табл. ,115 рис. Список использованной литературы включает 106 наименований отечественных и. зарубежных источников на 12 стр. Приложение составляет 68 стр. Общий. объем работы 325 стр. . ,.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы - исследования, сформулирована цель диссертационной работы и научная новизна, представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен анализ состояния основных вопросов повышения эффективности процесса электроразогрева, поставленных практикой и вступающих в противоречие с существующим уровнем научного знания по ним.

В деле развития:технологии ПЭРЕС в нашей стране большое значение имеют труды А. С. Арбеньева, Е а Данилова, Б. А. Крылова, А. И. Гныри, К И. Зубкова, С. Е Роловнева. Существует вклад в разработку научных представлений о работе и проектировании ЭРУ порционного действия внесли Д. С. Михановский, а Г. Пшон-кин, А. П. Шзшуков,И, К Шумилин, П. Я. Шварцман, А. Г. Квашнин и др.

Анализ имеющегося практического опыта использования результатов научных исследований, требований существующих нормативных документов показал, что в. настоящее время отсутствуют действенные рекомендации по конструированию ЭРУ с равномерными температурными полями в межэлектродном объеме - МЗО нет адекватной методики электротехнического расчета и методики измерения величины удельного сопротивления в процессе разогрева в ЭРУ. Поэтому отсутствуют какие-либо сведения и о кинетике составляющих полного сопротивления ЭРУ. Не обнаружено также каких-либо исследований о причинах нестабильности к. п. д. , кроме противоречивых сведений о его итоговой величине.

В связи с этим назрела необходимость в решении следующих вопросов :

1. Какова истинная физическая природа явлений,' вызывающих высокую неравномерность температурных полей в МЭО, местный перегрев смеси у электродов и вызванное этим их интенсивное обрастание бетоном с резким ухудшением качественных показателей процесса разогрева.

2. Для изучения природы этих явлений необходима простая и эффективная методика измерения удельного и "контактного" сопротивления как в' лабораторных, так и в производственных ЭРУ. . '

3. Как и почему изменяется к. п. д. в поцессе разогрева, пути его стабилизации, повышения и управления им.

Решения этих вопросов составляет задачи исследования.

Во второй главе обосновывается достоверность предложенной методики определения 9 Б ЭРУ. Анализ методики прототипа (патент США N 1834112) показал, что его необходимо конструктивно и аппаратурно видоизменить для производства измерений в бетонной смеси. Обосновывается индеферентность пока-

заний датчика к информационому шуму, вносимому в ток и напряжение, приложенное к токовыводящим электродам их "контактным сопротивлением". Проверка показаний датчика предложенной конструкцией в сантинормальном растворе KCl показала его принципиальную пригодность для исследований. Но при переходе от гомогенной среды к гетерогенной необходим коэффициент перехода, причем для каждого конкретного состава бетонной смеси и получается он экспериментальным путем. Каллибровка датчика в этом случае осуществляется с использованием уравнений энергетического баланса (первый закон термодинамики).

С целью экспериментального обоснования предлагаемой методики исследований работа делилась на три этапа 1 - доказательство принципиальной возможности адекватного измерения 9 при помощи датчика упрощенной конструкции и без использования электронной аппаратуры. 2 - доказательство необходимости коэффициента перехода при измерениях датчиком в бетоне с различной крупностью заполнителя. 3 - обработка экспериментов 1-го и 2-го этапов на микроэвм с целью подтверждения достоверности каллибровки показаний датчика законами сохранения. Анализ результатов экспериментов 1 этапа, проведенных по класическим методам электрохимии с проверкой законами сохранения подтвердил принципиальную возможность датчиком предложенной конструкции измерять 9 гомогенной среды. Эксперименты 2 этапа показали необходимость в первоначальной кал-ллбровке датчика в бетонной смеси исследуемого состава.

Важным параметров в технологии электроразогрева смеси является расчетное значение удельного сопротивления бетонной смеси. Все предложенные способы дают значительные погрешности Еследствии того, что количество выделяющегося тепла зависит не от R, а от I2-R, т.е. расчет надо вести по такому значению д, которое давало' бы эквивалентное значение lz- R. Таким значением, как показано в работе, является среднегармоничее-кое значение

0=z "

Ц> JTjj: ' где п - число замеров (1)

Опытная проверю предлагаемого способа определения Qp показала полное совпадение расчетных результатов с фактичес-

кими, особенно при значительных скоростях разогрева.

В третьей главе вначале рассматриваются вопросы методики определения (¡^ в трехфазных ЭРУ, что необходимо для определения в них всех составляющих полного сопротивления, в том числе и т. н. "контактного"- а затем вопросы величины и к^етики этих составляющих в ЭРУ,используемых в строительной практике; теоретические воросы,касающиеся феномена перегрева металла электрода, и,разработанные на основании решения этих теоретических воросов,' пути повышения равномерности температурных полей в устройствах для ПЭРБС.

Ключевым вопросом электротехнического расчета ЭРУ является связь мещу величиной <}р и линейными токами. Предлагаемые до настоящего времени формулы дают погрешность от 42 до 67. X, т. к. их основой служит лишь закон Ома. Нами на основании многолетних наблюдений установлено, что практически весь ток протекает мевду плоскостями электродов и боковых стенок и на основании этого была принята эквивалентная электрическая схема замещения ЭРУ с плоскопараллельными электродами.

Решение задачи по этой.схеме производилось аналитическим, графоаналитическим и графическим способом для прямой (ABC) и обратной (АСВ) последовательности фаз. Во всех шести случаях получился один и тот же результат. Линейный ток по среднему электроду В при любом значенииусоставляет

Токи 1А и 1С на практике не равны между собой и это явление обусловлено электромагнитным переносом энергии с одной фазы на другую (особенной при плоскопараллельных электро-

Рис.1

Рис.2

(2)

дах), т.н. явление "дикой" и "мертвой" фаза Но среднеари$>-метическое их значение строго соответствует расчетному,

Из этой формулы следует, что при У=1,73 температура средних и крайних отсеков получается одинаковой, а при ,36 линейные токи должны быть одинаковы, а температура разной. Это обстоятельство позволяет более осознанно подходить к конструированию ЭРУ. Мощность, потребляемая ЭРУ во время разогрева, определится следующим образом

По формулам 2 и 3 можно найти значение д в любом отсеке ЭРУ, и зная по показаниям закладного датчика можно судить о Як, ЯэЛ и других параметрах ЭРУ. Формулы 1,2.3,4 служат основой для методики электротехнического расчета ЭРУ с плоскопараллельными электродами, которая приведена в пятой главе диссертации.

Изучение кинетики составляющих электропроводности производственных ЭРУ проводилось в четыре этапа. На первом этапе исследовались электроды в полупроизводтвенном ЭРУ объемом У5=0,6б и3, где благодаря правильным прямоугольным формам и возможности фиксации всех параметров в лабораторных условиях, была окончательно отработана методика исследований на 3-х фазных ЭРУ. На втором, третьем и четвертом этапах исследовались ЭРУ на базе поворотных строительных бункеров конструкции НИСИ им. В. В. Куйбышева, но с электродами различной конструкции и с различной транспозицией в бункере. Электроды были толщиной 10 мм, сплошные и с полосовыми вырезами,произвольной формы, изготовленными специально для исследований и электроды непосредственно используемые строителями уже длительное время без очистки. Результаты,полученные в этих экспериментах, подвергались качественному (поскольку получены впервые и аналогов нет) и количественному анализу.

Если внимательно проследить за развитием процесса ЭРС

(3)

(4)

во времени, совмепря чисто визуальные наблюдения с показаниями приборов, то картина, представленная обобщенным графиком на рис.З выглядит так. После включения рубильника в течении 2-3 минут наблюдается высокая скорость роста температуры в нижней передней области плоского электрода, скорость роста силы Тока максимальна в начальный момент и в этом временном интервале дкжрезко падает. Этот момент соответствует линии 4 в начале'1 графика При этом линии 95 3 и 5 изменяются с меньшей скоростью. Таким образом уменьшающаяся разница между 9КМ£ и 95 в начале графика,которая наблюдается у обросших бетоном электродов в начале смены и отсутствует у чистых или не очень грязных в конце смены,говорит о том,что налипший бетон на электроде является временным дополнительным сопротивлением в электрической цепи ЭРУ, снижающим общую скорость разогрева. Через 3-5 минут после начала разогрева д» практически совладает-с температура в нижней передней части электрода достигает 100°С и сначала там, а затем распространяясь Еверх и вдоль электрода, начинается приэлектродное кипение воды ва-творения бетонной смеси, т.к. наступает кризис теплоотдачи с прилегающего к бетонной смеси электрода. Момент начала приэ-лектродного кипения, зафиксированный зрительно, совпадает по времени с достижением кривой 1 значения 100*0 и началом расхождения линий 3 и 4 иа графике. Это происходит вследствии того, что снижается фазный ток из-за экранирующего действия парогазовой фазы между электродом и бетонной смесью. Сопротивление бетонной смеси при'этом продолжает плавно снижаться,а проходящий ток также уменьшаться. Данный факт до использования предложенной методики не мог быть установлена предполагали, что с началом кипения сила проходящего тока подает потому,что выкипает вода и увеличивается сопротивление смеси. Кривая 2 после начала кипения такте меняет свой характер. Если до начала кипения скорость подъема температуры росла,то после начала кипения она стабилизируется или даже снижается.

Разница 9 -пиний 5 и 3 не есть величина т. н. "контактного сопротивления",на самом деле это есть сопротивление металла в локальных участках электрода проходящему переменному току, отнесенное через 9 ко всей площади электрода. В целом оно

крайне мало и им можно пренебречь, но локальный перегрев отдельных мест электрода инициирует все отрицательные моменты ПЭРБС. На основании этого интегральным критерием качества ПЭРБС, т. е. основным показателем степени перегрева электрода принято соотношение скоростей роста температуры в самой горячей точке электрода и среднеобъемной в межэлектродном объеме (МЭО) и обозначено индексом Ар.

Ар - параметр безразмерный, не зависит от и, 9 и определяется только степенью перегрева электрода. Чем ближе Ар к единице,тем лучше и долговечнее ЭРУ, тем качественнее процесс разогрева Объективный анализ электротепловых полей в МЭО приводит к выаоду о том, что опережающий перегрев смеси возле концов электродов обусловлен не повышенным значением плотности тока ( в местах первоначального перегрева она далеко не наиболшая ), а кондуктивным нагревом от электрода, который в этом месте перегреваетсяч за счет своего внутреннего источника, т.е. внутреннего повышенного сопротивления, но именно в этом месте. Вся же остальная часть площади электрода имеет температуру не выше «ем у смеси,а иногда и ниже. Значит повышенным сопротивлением обладает только часть электрода, но этого достаточно, чтобы инициировать все негативные процессы в ПЭРБС.

Ниже представлен обобщенный график кинетики составляющих полного сопротивления порционного ЭРУ с плоско-параллельными электродами.

Предложенные во 2 главе методы определения (с помощью закладных датчиков и программы БТУХ-13 для расчета энергетического баланса разогрева ) дают значение этого параметра, отнесенное ко всей площади электрода. Однако для теоретического решения Еопроса о реальных причинах возникновения локального перегрева электрода необходимы способы измерения

температура электрода в наиболее горячем месте, среднеобьемная температура бетонной смеси, 9г найденное с помощью закладного датчика, "Кажущееся" удельное сопротивление, определенное по формулам 2 или 3, 9s умноженное на значение КК, полученное из уравнений баланса при обработке результатов эксперимента на ЭВМ по программе БТУХ-13. Вертикальная линия НК фиксирует начало кипения.

величин возникающих локальных сопротивлений проходящему переменному току в плоском стальном электроде и выделяемой при этом электрической мощности. Это можно сделать на основании закона сохранения, измеряя достаточно детально температурные поля в зоне перегрева и определяя в первые мгновения ско-ость нагрева электрода,т. е. Р

Анализ теоретических положений теории электромагнитного поля и специальной литературы, посвященной теории поверхностного эффекта позволил прояснить картину процесса на качественном уровне. Суть ее состоит в том, что в данном случае на перегрев электрода от вихревых токов накладывается т.н. краевой эффект, вызванный конечными размерами электрода и плюс эффект близости, вызванный близкорасположенными частями металлического корпуса. Расчеты,выполненные по определению мощности источников перегрева внутри электрода на основании положений теории поверхностного эффекта сравнивались с мощностью, определенной из уравнения сохранения и по методу, основанном на численном обращении преобразования Лапласа Как следует из аналитических выражений теории поверхностного эффекта, степень перегрева электрода зависит, помимо всего прочего, от его длины Ь и высоты 11 в первой степени и во второй степени от его толщины с! . На основании этой зависимости были предложены электроды для ЭРУ из металла толщиной не более 1 мм,разделенные (для двухкратного уменьшения

X М1 /■

1/1

80 ■ / 1

/ ;

ее ■ (

^ ! ч

ад ■ V

20 ■ г - / /

н к

2 -

3 -

4 -

5 -

Рис.3

и I г в

350

- 400

300

250

■ 60 -

-

иг«3 в/и^о.зг

О.К.=Чсм и =330 в &ул = 0,8 мм.

12 Тмин.

Рис.4 Параметры ПЭРБС в ЭРУ на базе поворотного бункера БПВ-ХЛ-1,6

и I Г Л

В 220

200

180

350

г

80

Перегрев эяеитродя отсутствуетА;1

4^0.87$ В/и=0.55- 6}А = 1.0мм. *

- 60 -

- иъ-

у го

в %мин.

Рис.5 Параметры ПЭРБС в ЭРУ по предлагаемы« конструктивным решениям

проходящего тока) слоем диэлектрика Экспериментальная проверка производилась вначале в лабораторных условиях,а затем в производственных. На рис. 4 представлен график , , 1Л для ЭРУ на базе бункера БПБХЛ-1,6 с такими электродами. В этом бункере Ар в три раза меньше, чем в ЭРУ с традиционными электродами толщиной 10 мм, приэлектродное кипение как таковое вообще не неблюдается. Электроды предложенной конструкции использовались в практике в СУ-1 и СУ-5 треста "СтройГАЗ" и. КЖБИ-2 в г. Барнауле,разработаны рабские чертежи и техдокументация трестом "Оргтехстрой" ГлавНЬвосибирсстроя и двумя предприятиями г. Новосибирска была выпущена опытная партия бункеров с такими электродами. Шесте с тем, как видно из графика на рис. 4, перегрев хотя и был снижен, но как явление не был устранен до исчезающе малых значений. Углубленная проработка теоретических вопросов с их экспериментальной корректировкой позволила наметить путь дальнейшего повышения качественных параметров ЛЭРБС. Для этого, как выяснилось,необходимо было устранить влияние эффекта близости от нулевого электрода по торцам фазных,убрав его совсем,разомкнув тем самым магнитный поток вокруг фазных электродов. Далее, для устранения эффекта близости мевду двумя половинками фазного электрода возникла необходимость разнести их на расстояние не менее определенного, в зависимости от габаритов электродов (порядка 15-25 см). Полученные результаты позволили предложить новое конструктивное решение порционного ЭРУ. На рис. 5 приведен график параметров разогрева ,ЬдА , 1Л. Приэлектродное кипение полностью отсутствовало,не фиксировалось зрительно и приборами. Это подтверждается непрерывным ростом силы линейных токов и ростом скорости разогрева до самого конца,чего до этого не удавалось получить ни в одном ' производственном ЭРУ. Основной показатель качества процесса разогрева Ар был равен единице, что позволяет считать поставленную в третьем разделе исследования основную задачу решенной.

В четвертой главе рассматривается вопрос эффективности процесса ПЭРБС - к. П; д. процесса Как показано в этом разделе в существующей технологии электроразогрева, то есть при и^согсзи когда процесс разогрева неуправляем, величина г) то-

яве неуправляема и, как выясннено в экспериментах, хаотично осцилирует при ПЭРЕС. ДЛЯ эффективного процесса ПЭРБС важно, чтобы г{=сопз1, или же увеличивалось бы за время разогрева В работе проведен анализ выражния

на экстремум с целью выяснить, каков должен быть режим потребляемой мощности р=г( Т) во времени, чтобы г^сопзЬ. В результате для того, чтобы к. п. д. Был. максимален,потребляемая мощность длжна быть пропорциональна скорости разогрева бетонной смеси. .

Для объяснения явления,осцилляции, был привлечен, волновой вариант теории теплопроводности, основанной на гипотезе существования тепловой инерции нагреваемых тел, согласно которой, при неравномерном во времени изменении температуры часть подводимого тепла расходуется непосредственно на повышение температуры объема, а часть расходуется на преодоление тепловой инерции.

Используемая модель динамики нагрева тела не обладает дисеипативными свойствами и из нее следует два важных конструктивных вывода.Во-первых - это новое объяснение того известного факта, что линейный закон нагрева оптимален с точки зрения тахшит поскольку при этом 1£=сопз1 и1£'=0, то и Г^сопз-Ь. И во-вторых, нами предложено, что и экспоненциальный закон нагрева также оптимален,т.к. 1^>е,1^™е,то^=сопз1.1{а основании этого были предложены аналитические зависимости траекторий Ь,Р, для обоих режимов нагрева

Дня линейного

/4+

X - ^

Г (б)

(7)

Для экспоненциального

О)

Разница этих двух режимов состоит в том, что при линейном законе тепловая инерция не должна проявиться и /$=сопзЪ, а при экспоненциальном проявится,но не будет осциллировать ,т.К. (е* )~кв', ТО ^=сопзЬ. Кроме этого при экспоненциальном режиме учитывается ^, а при линейном нет, т.е. нет возможности управлять величиной 1\. Это возможно только при экспоненциальном режиме. Экспериментально сравнивались результаты различных режимов нагрева: естественный, линейный, экспоненциальный и два управляемых, но произвольных. ^ Нэуправляе-шй режим наихудший, оба управляемых несколько лучше, но хуже управляемых по оптимальным режимам;к. п. д: обоих оптимальных режимов одинаков, а главное это повторяемось й Стабильность этих результатов. " :

В пятой главе обосновывается расширение области применения метода ГОРЮ 'за счет повышения эффективности разогревающих устройств. Показано,что-повышение конечной среднеобъем-ной температуры разогрева до 95"С позволяет расширить область применения метода и, самое главное,результаты исследований позволяют качественно поднять на ноеый уровень долговечность ЭРУ, а это самый важный фактор расширения области применения метода Описывается технология бетонирования монолитных конструкций и изготовления сборных ж/6 изделий с использованием электродов и ЭРУ, разработанных на основе результатов исследований. Изложены технические решения,защио^н-ные а/свидельстваш и патентами. В главе даются рекомендации по расчету, копструировнию и эксплуатации эффективных ЭРУ.

основные выводы

Основные результаты работы состоят в следующем:

1. Впервые проведен качественный анализ существующих методик определения удельного и "контактного".сопротивления, показана их непригодность для технологии ПЭРЕС.

2. Впервые экспериментально и теоретические обоснована методика измерения удельного и "контактного" сопротивления в элекгроразогревающих устройствах с помощью закладных датчиков.

3. Установлено что в качестве адекватного значения расчетного удельного сопротивления бетонной смеси следует брать ее средегармоническое значение, которое строго соответствует количеству выделившегося в объеме смеси тепловой энергии.

4. В результате исследования кинетики приэлектродных процессов утановлено, что фаговая граница "стальной электрод - бетонная смесь" обладает пренибрежимо малым,по сравнению со смесью, сопротивлением.

5. Впервые установлено, что наличие всех отрицательных моментов в процессе злектроразогрева (приэлектродное кипение воды затворения, обрастание электрода цементным камнем и бетоном, быстрое снижение от цикла к циклу скорости нагрева смеси и т. п.) вызвана опережающим локальным перегревом металла электрода, возникающим в результате наличия в нем сочетания поверхностного эффекта, эффекта близости и краевого зффегаа.

6. Установлено, что локальный перегрев плоского стального электрода предопределен его размерами (, И , с/),причем в полном соответствии с теорией поверхностного эффекта степень выраженности перегрева пропорциональна В (длине) и Ь (ширине) в первой степени и квадрату толщины с/. Для уменьшения степени перегрева следует уменьшить толщину электрода до 0,8-1,0 мм и сделать его двухслойным со слоем диэлектрика в центре. '

7. Предложен и обоснован безразмерный критерий количественной оценки качества процесса электроразогрева, представляющий собой отношение скорости нагрева электрода в самом горячем месте к скорости нагрева всего объема смеси между электродами.

8. Предложена классификация ЭРУ по принципу транспозиции электродных групп и индекс транспозиции, просто и однозначно, интерпретирующий конструктивное решение любого ЭРУ.,

В результате целенаправленного интерактивного теоре-

-го-

тического и экспериментального поиска установлено что возможно устранение в электроде эффекта близости путем конструктивного размыкания магнитных потоков нулевых электродов вокруг разделенных фазных электродов к увеличения расстояния до 15 см между плоскостями одного разделенного фазного электрода.. Это позволяет устранить перегрев фазного электрода как феноменологическое явление в целом и обеспечить устойчивую равномерность температурных полей в ЭРУ.

10. Экспериментальными исследованиями установлено, что при одних и тех же*граничных условиях теплообмена величина к. п. д. в процессе разогрева апериодически колеблется в широком диапазоне (0,3-0,99). Это объясняется закономерностями волнового" варианта теории теплопроводности, используемого для быстро' протекающих процессов.

11. Впервые установлена закономерность изменения величины к. п. д. в процессе разогрева, функциональная зависимость его от режима потребляемой мощности. Обоснована необходимость в управлении процессом электроразогрева с целью повышения его к. п. д. до возможного максимума.

12. Установлено что скорость роста температуры для максимизации к. п. д. должна быть -пропорциональна текущей разнице температуры смеси и воздуха, т.е. расти экспоненциально. Напряжение и потребляемая мопщость при этом также растут экспоненциально.

13. Предложены аналитические зависимости для расчета режима подъема ¿}, Р , I/ и программа для их реализации.

14. Экспериментальная проверка показала что эффективность предложенного режима разогрева (величина к. п. д. ) вше чем у любых других.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Титоб М. М. Определение электрофизических парметров бетонной смеси: Информационный листок о НТД N 83-16.-Барнаул; Алтайский ЦНТИ, 1983. - 6 с.

2. Титов М. М. Использование микроЭВМ для определения электрофизических параметров бетонной смеси //Совершенствование тех-

нологии бетонных работ и интенсификация использования техники: Сборник научеьпс трудов /Шд ред. А. С. Арбеньева. Владимирский политехнический институт. - Владимир: рот-нт ВЛИ, 1990. -С. 57-58.

а Титов М. И Мэнолитньй бетон-резерв домостроения Барнаула //Проблемы совершенствования архитектурно-градостроительного комплекса города Барнаула на основе генерального плана до 2005 г.: Тезисы докладов к краевой научно-практической конференции /Барнаул: п/о "Полиграфист",1986..- С. 61-63. 4 Титов М. К Электроды для предварительного электроразогрева бетонной смеси //Резервы производства строительных материалов: Межвузовский сборник/Под ред. а К Козловой. Алтайский политехнический институт.- Барнаул: рот-нт АлтПИ, 1988. -С. 137-140.

5. Титов М. М. Круглогодичная электротермообработка бетона, -- способ интенсификации монолитного домостроения //Основные направления развития инвестиционно-строительного, комплекса и производственной инфраструктуры в 13-ой пятилетке и на период до 2005 года: Материалы конференции / Барнаул,1989.-С. 98-100.

6. Титов М. М. Безразмерный критерий качества процессса эле-ктрораяогрева //Непрерывный электроразогрев бетонной .смеси в строительстве: Тезисы докладов совещания-семинара. - Ленинград: 1991.-С,- 15-17.

7. Зубков В. К ,Титов М. И Термометрический метод определения местных сопротивлений в плоском электроде //Материалы,технология, организация и экономика строительства: Тезисы докладов научно-технической коференции. - Новосибирск: 1993. -с. 59.

8- 1 Зубков В. И., Титов М. М. Теоретические предпосылки повышения качественных параметров процесса электроразогрева //Сборник тезисов докладов 53 научно-технической конференции студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава АлтГТУ им. И. И. Шлзунова /Часть 1. -Барнаул: 1995.-С. 101. 9. Титов М. М. Зависимость к. п. д. . процесса электроразогрева от режима, потребляемой мощности //Пути повышения эффективности строительства: Тезисы докладов научно-технической конференции.- Новосибирск: 1981. -НИСИ. рот-нт Сиборгтехстрсй,

1981.-c.14.

10. Титов М. М. Повышение к. п. д. электроразогревающих устройств //Эффективные конструкции, материалы и методы производства строительных работ в условиях Запаной Сибири: Тезисы докладов областной научно-технической конференции. -Новосибирск: 1982. НИСИ. рот-нт Сиборгтехстрой, -С. 77-88.

11. Титов М. М., Курицкий А. М.> Кинетика к. п. д. процесса электроразогрева бетонной смеси //Совершенствование технологии и организаций стрительного производства: Сборник статей /Под ред. А. И. Гныри. - Томск: Издательство Томского университета. 1985. -С. 76-82.

12. Совершенствование технологии, организации и управления строительным производством в ГлавАлтайстрое:Отчет о НИР /Алт ПИ; 31.08. /83; N Г. Р. 810035535; Инв. N 02830067882 Барнаул. Раздел 7, - С. 95-174.

13. Титов М.М. Повышение эффективности и расширение области применения метода предварительного электроразогрева бетонной смеси в технологии зимнего бетонирования //Основные направления экономмического и социального развития Алтайского края в 12 пятилетке и на период до 2000 года: Тезисы докладов краевой научно-практичекой конференции /Барнаул, 1985. -с. 56.

14. А. с. СССР N 874714. Устройство для непрерывного электроразогрева бетонной смеси. Авторы Арбеньев А. С., Титов М. М., опубл. Бюллетень изобретений, 1981 г. N 39.

15. А. с. СССР N .1426805. Поворотный бункер для электроразогрева бетонной смеси. Авторы Арбеньев А. С. , Титов М. М., Непаев А. М. , Федянин М. В... Тимофеев С. Б. , опубл. Бюллетень изобретений. 1900. N 36.

16. Электрод для электронагрева токовроводящих смесей. Пол. решение о выдаче а. с. по за5шке 4713098/24-07 от 05.89. Авторы Титов М. М. , Ваиаев А. В., ¡Зельман И. С.

17. Устройство для электроразогрова бетонной смеси. Пол. решение о выдаче патента по заявке 5038242/33/000933 от 01. £2. Авторы Титов М.М. .Квашнин А.Г. .Зубков В. И.