автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Совершенствование процесса электроразогрева бетонной смеси в установках цикличного действия наклонными электродами

61: УУ-'3/190о- 3

Московский государственный строительный университет

На правах рукописи

Виштадов Раджаб Исабекович

УДК 898,542.324

Совершенствование процесса электроразогрева бетонной смеси в установках цикличного действия наклонными электродами

05.23.u8 - Технология и организация промышленного

и гражданского строительства

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители:-д.т.н., профессор ДАНИЛОВ.Н. №. к.т.н., профессор-ГАСАНОВ К.А.

Москва -. 1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

В в е д е н и е.....................................................5

Глава I. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОРАВОГРЕВ БЕТОННОЙ СМЕСИ И СПОСОБЫ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПРИ БЕТОНИРОВАНИИ МОНОЛИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ .........................................10

1.1. Развитие технологий разогрева и бетонирования монолитных конструкции о его применением......... 10

1.2. Способы электроразогрева бетонной смеси для построечных условий ................................ 18

1.3. Способы выдерживания монолитных конструкции из электроразогретой смеси.......................... 31

1.4 Цель и задачи исследований.....................................34

Глава II. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ И КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ НАКЛОННЫХ ЭЛЕКТРОДОВ С ВЫРЕЗАМИ ДЛЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОРАЗОГРЕВА БЕТОННОЙ СМЕСИ В УСТАНОВКАХ ЦИКЛИЧНОГО ДЕЙСТВИЯ............ 36

2.1. Физические процессы в приалектродной зоне и их Елияние на процесс электроразогрева бетонной смеси 38

2.2. Экспериментальные исследования процесса электро-

разогрева бетонной смеси о применением наклонных электродов....................................---- 59

2.3. Конструктивные решения установок цикличного действия для злектроразогрева бетонной смеси и расчет их электрических параметров..............----......71

В ы в о д ы....................................... 91

Глава III. КИНЕТИКА ОСТЫВАНИЯ И НАРАСТАНИЯ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА МОНОЛИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ РАЗОГРЕТОЙ СМЕСИ И ПРОГРАММА ЕЕ РАСЧЕТА НА ЭВМ...................... 93

3.1. Исследование температурного режима остывания твердеющего бетона в конструкции ив разогретой смеси 93

3.2. Исследование кинетики нарастания прочности бетона

из разогретой смеси.............................. 103

3.3. Экспериментальная проверка результатов расчета... 108

В ы в о д ы...................................... 111

Глава IV. ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОЧИСТКИ ПЛАСТИНЧАТЫХ

ЭЛЕКТРОДОВ В УСТАНОВКАХ ПОРЦИОННОГО ЗЛЕКТРОРАЗОГ--РЕВА............................................. 113

4.1. Способы очистки электродов., их достоинства и

недостатки.................................................113

4.2. Электротермический способ очистки электродов, его теоретические основы........................................118

4.3. Экспериментальная проверка электротермического

способа............................................................ISO

В ы в о д ы...................................... 128

Глава V. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ АПРОБАЦИЯ I ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭЛЕКТРОРАЗОГРЕВА БЕТОННОЙ СМЕСИ В УСТАНОВКАХ ЦИКЛИЧНОГО ДЕЙСТВИЯ С НАКЛОННЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ 129

5.1. Бетонирование с электроразогревом смеси в зимних

условиях (производственная злрооация)............ 123

и.«.. Эффективность бетонирования с предварительным

з л е кт р о р аз о г р е в ом смеси в зимних условиях........ 137

о ы h о д ы ***** ***»»*»* л*»« »a*»*****.****«*»**,, a l4u

ООНиВНъЬ ВЫВОДЫ* « i « «....................»««*«*«.. 146

ЛИТЕРАТУРА.____....____.......................... 148

ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Масштабы строительства в России вызывают большие потребности в строительных материалах, ведущее место среди которых занимает бетон. При этом дальнейшее освоение районов Западной Сибири, Урала, Дальнего Востока, Севера, отличающихся суровыми климатическими условиями, продолжительным зимним периодом (более 6 месяцев) и низкой температурой наружного воздуха (до -30,-40иС), требует совершенствования технологии производства бетонных работ в зимнее время.

Для обеспечения высоких темпов производства бетонных работ перед строителями и учеными стоит задача по улучшению существующих методов бетонирования и разработке новы?:, которые имели бы более высокие технико-экономические показатели.

Одним из экономичных и универсальных методов является метод бетонирования с предварительным разогревом бетонной смеси [8.30], область применения которого определяется множествам факторов, основными из которых следует считать модуль поверхности конструкций и температуру наружного воздуха. Однако, широкому внедрению технологии бетонирования о предварительным разогревом смеси препятствуют некоторые несовершенства, связанные с существующими конструктивно-техническими, энергетическими параметрами разогревающих устройств и циклом выдерживания уложенного бетона в опалубке. Поэтому, вопросы улучшения технико-экономических показателей и технологии бетонирования с предварит ель ным разогревом смеси остаются актуальными.

Выводы и рекомендации настоящей диссертационной работы базируются на анализе проведенных ранее исследований, а также исс-

б ~

ледований выполненных автором.

Основными задачами исследований были:

- анализ существующих методов бетонирования с предварительным электроразогревом смеси и применяемого при этом технологического оборудования;

- изучение физической и математической модели процесса предварительного злектроразогрева бетонной смеси в устройстве с наклонными электродами;

- разработка, основ методики расчета, конструирования к очистки электродов в устройстве для злектроразогрева бетонной смеси с наклонными электродами;

- исследование кинетики формирования температурных полей и нарастания прочности бетона, уложенного в разогретом состоянии при нерегулируемом остывании забетонированной конструкции с применением различных опалубочных систем.

- техника-экономическая оценка производственной апробации технологии бетонирования конструкций с предварительным электроразогревом смеси в устройстве о наклонными электродами.

Предварительный электроразогрев бетонной смеси в устройстве с наклонными электродами с последующим бетонированием монолитных конструкций получил применение на объектах Объединения г'Дагаг-ропромстрой". Зимой 1991-1996гг. при бетонировании фундаментных блоков и подушек на Махачкалинском сельском строительном комбинате применялся предварительный электроразогрев смеси в устройстве с наклонными электродами. Проведенные испытания показали преимущества метода по сравнению с существующими, что позволило наметить его к внедрению Объединением "Дагагропроистрой". Оценка кинетики остывания бетона, уложенного с электроразогревом смеси.

была осуществлена на строительстве 10-ти этажного сборно-монолитного жилого дома в г. Махачкале при бетонировании стен цокольной части здания. Работы проводились строительным концерном "Имамат".

Основные положения работы были доложены и обсуждены: на XII-научной конференции молодых ученых и специалистов Дагестана "Молодежь и научно-технический прогресс", проходившей в мае 1988 года в городе Махачкале; на Международной научно-технической конференции "Математические модели в геотермомеханике и нефтегазодобыче", проходившей в 1996 году в г. Махачкале; на XVIII, XIX, XX, XXI - научно-технических конференциях преподавателей, сотрудников и студентов института, проходивших в Дагестанском политехническом институте., соответственно в апреле 1992гг, апреле 1993гг, мае 1994гг., апреле 1997гг.

'Научная новизна работы представлена:

- теоретическим обоснованием и экспериментальным подтверждением основных принципов применения наклонных электродов с вырезами для совершенствования процесса электроразогрева бетонной смеси в установках цикличного действия;

- разработкой электротермического метода очистки электродов;

- разработкой программы расчета на ЭВМ параметров выдерживания монолитных конструкций, бетонируемых из злектроразогретых смесей.

Практическая значимость работы заключается:

- в создании новых конструкций электроразогревающих устройств на основе использования наклонных электродов с вырезами, обеспечивающих повышение качества разогрева и снижение потребной

электрической мощности;

- в создании нового, электротермического способа очистки электродов, позволяющего снизить трудоемкость работ и исключить загрязнение окружающей среды;

- в технологических режимах и параметрах бетонирования монолитных конструкций с электроразогревом смеси в установках цикличного действия о наклонными электродами.

На защиту выносятся:

- результаты анализа существующих методов и устройств предварительного разогрева бетонной смеси;

- результаты исследований кинетики приэлектродных физических процессов в период предварительного электроразогрева бетонной смеси наклонными электродами;

- результаты исследований технологических режимов предварительного электроразогрева бетонной смеси с использованием наклонных электродов;

- основы методики расчета, конструирования и очистки разогревающего устройства с наклонными электродами;

- математическая модель кинетики формирования температуры при нерегулируемом остывании твердеющего бетона и нарастания его прочности;

- технике-экономическое обоснование технологии бетонирования конструкций с предварительны},! электроразогревом смеси в устройстве с наклонными электродами.

По теме диссертации опубликованы в открытой печати 5 статей. получено авторское свидетельство N4882229/12. Отдельные ее разделы вошли в отчет по хоздоговорной теме кафедры ''Технология строительного производства" ДПТИ (м гос.регистрации 01.9.20016372).

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Содержит страниц машинописного текста 216, таблиц 22 и 38 рисунка. Библиография содержит 108 наименований.

- iu -

Глава I. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ЗЛЕКТРОРАЗОГРЕВ БЕТОНКОЙ СМЕСИ И СПОСОБЫ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПРИ БЕТОНИРОВАНИИ МОНОЛИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

1.1. Развитие технологий разогрева и бетонирования монолитных конструкций с его применением

Для получения бетона с заданными физико-механическими свойствами в минимальные сроки с наименьшими материальными, энергетическими и трудовыми затратами необходимо разработать комплекс мероприятий по технологии бетонирования. При этом., нужно учитывать физические, физико-химические, физико-механические изменения, происходящие в бетонной смеси и бетоне, особенно в первые 3...7 суток его твердения, в течении которых формируется структура бетона, набирая некоторую прочность и обеспечивая дальнейшее его твердение, при минимальных затратах по уходу. Одним из способов сокращения времени по уходу за бетоном является термообработка, которая способствует повышению скорости протекания физико-химических реакций между водой и цементом и обеспечивает ускоренное твердение бетона.

Эффект ускорения твердения бетона путем термообработки нашел применение в практике зимнего бетонирования. Развитию и реализации методов ускоренного твердения бетона в зимних условиях способствовали исследования ученых: Арбеньева A.C., Абрамова B.C., Баженова Ю.М., Вегенера Р.В., Гендина А.И., Генералова Б.Л., Головнева С.П., Данилова H.H.. Заседателева И.Б., Кириенко И.А., Крылова Б.А., Краоновского Б.М., Копылова В.Д., Ли А.И., Миронова С.А., Михайлова В.В., Москвина В.М., Сизова Б.Н.,

Скрамтаева В.Б., Совалова И.Г., Утевкова В.Ф., Шестоперова В.д.,

а также зарубежных ученых Т.Пауэре, А.Коллинз, П.Макмилан и др.

Из существующих методов зимнего бетонирования наиболее простым и экономичным является метод термоса. Этот метод в своем "чистом" виде является беэобогревным [3,59,14,88,84,69]. Его сущность [693 заключается в том, что бетонную смесь с заданной начальной положительной температурой (обычно 15...30°0) укладывают в утепленную опалубку после чего принимают меры по обеспечению его тепловой аккумуляции. В результате этого бетон набирает заданную прочность за счет начального теплосодержания и тепла, выделенного цементом в процессе гидратации до замерзания. Однако, область применения метода термоса ограничен конструкциями модулем поверхности Мп<5 [9,86] при температурах окружающего воздуха не ниже -3...-5и0.

Метод бетонирования с предварительным электроразогревом смеси позволяет расширить границы применения метода термоса на конструкции с модулем поверхности большим 6 м-1 и температуре наружного воздуха ниже -5и0. Этот метод заключается в кратковременном разогреве бетонной смеси до температуры 6и.,.80и0, укладке и уплотнении ее в горячем состоянии и в выдерживании методом термоса или с дополнительным обогревом С173. Его можно использовать для бетонирования конструкций независимо от количества арматуры и характера ее расположения. Ряд технологических преимуществ метода - экономичность при бетонирований монолитных конструкций, а также интенсивное нарастание прочности бетона из разогретой смеси в начальный период твердения без ущерба для его марочной прочности и долговечности, способствовали значительному распространению на стройках страны и за рубежом

[29,30,7349,53,64,88,106,102, 103].

Сущность метода термоса с добавками-ускорителями заключается в ускорении процесса твердения бетона в начальный период выдерживания с понижением температуры его замерзания (до -3 иС) путем введения химических Ееществ (CaClg, К2СО3 - поташ, MaNOg и др), являющихся одновременно и лротивоморозными добавками. Бетоны с добавками-ускорителями готовят на подогретых заполнителях и горячей воде. Этот метод позволяет применять метод термоса для конструкций с Мп<8. при температуре наружного воздуха до -15...-20°С [693.

Для предотвращения замораживания уложенного бетона возникает необходимость выполнения процесса теплового обогащения бетонной смеси или ее составляющих на одном из технологических переделов цикла бетонирования до укладки и уплотнения смесей (рис.1.1). Таким образом, предварительный разогрев бетонной смеси является тепловым обогащением, которое должно вписываться в данный технологический процесс.

Теория и практика зимнего бетонирования определили привязку различных методов разогрева к технологическому процессу бетонирования. К ним относятся методы, основанные на использовании начального теплосодержания, внесенного в бетонную смесь при ее приготовлении или перед укладкой в конструкцию - на подогреве компонентов, пароразогреве, электроразогреве и кондуктивном разогрева.

При необходимости получения разогретой смеси применяют так называемый метод, основанный на подогреве компонентов бетона, который привязан к технологическому процессу хранения и подачи компонентов бетона. Сущность технологии получения разогретой

побоереб заполнителей

разоереб бетонной смеси 5 процессе приготобления

0)

поооерей бетонной смеси 5 процессе транспортировки за

счет быхлопных газоВ а/транспорта

разогрев 5етонноо смеси переб уклабкоа

Рис, 1.1. Технологические процессы цикла бетонирования бо уклабки смеси

б конструкцию,

1— инертные материалы; 2— бетоннай за&оЭ; З-абтосамосВал; 4- злектройабья; 5- побогре&ающие трубы.

смеси заключается в повышении температуры заполнителя и воды до приготовления бетонной смеси за счет внесенного в них тепла [43. При этом подогрев заполнителей обычно производится паром или горячим воздухом, а подогрев воды может осуществляться ТЭНа-ми, электродами, солнечной энергией, природным газом, углем и др. Заполнители подогревают до бОиС обычно паровыми регистра® во вращающихся барабанах, или на складах путем продувки горячего воздуха (дымовых газов) через слой заполнителя, или горячей водой [691. Воду подогревают в бойлерах или водогрейных .котлах до 90°С. Следует отметить,что нагрев заполнителей требует больших затрат энергии из-за значительной открытой поверхности. Поэтому, разогрев заполнителей до высоких температур связан с большими теплопотерями.

Для снижения теплопотерь бетонную смесь транспортируют в закрытой, утепленной и прогретой перед началом работы таре (бадьях, кузовах автомашин). Транспортное средство имеет двойное днище, в полость которого поступают отработанные газы от двигателя , что способствует снижению теплопотерь. Необходимо отметить, что время транспортировки, укладки и уплотнения смеси, приготовленной с применением разогретых компонентов, не должно превышать времени начала схватываний цемента. Этот фактор регламентирует область применения данного метода приготовления бетонной смеси.

Пароразогрев бетонной смеси в процессе приготовления производится путем подачи острого пара в бетоносмеситель или паре-разогревающее устройство [19,46,28,79,58,101,51]. Сущность технологии предварительного пароразогрева заключается в повышении температуры бетонной смеси в течении короткого промежутка време-

ни за счет тепла, выделяющегося при конденсации пара, а также тепла, содержащегося в конденсате [40],

Б последние годы на строительных площадках Сибири [283 внедряется технология пароразогрева смеси в утепленном автобетс-носмесителе. Установлено, что при 1н,в.= ~30и С и давлении пара 1,0...1,2 атм. /tc=10ö...110°С/ бетонную смес�