автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Совершенствование технологии строительства гидромелиоративных систем в условиях Сирийской Арабской Республики с комплексным использованием солнечной энергии

РГБ ОД

2 2 ^

ШНИСПРСТВО СЕШЖОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИРСДоаБУСЗРОЙСТВА

На правах рукописи

ЯЗБЕК ИБРАГИМ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СТРШШЬСТВА ГИДРО-ШШОРАШБНШ; СИСТЕМ Б УСЛОВИЯ! СИРИЙСКОЙ АРАБСКОЙ -РЕСШГБШКИ С КОШЕКСНЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ

05.23.07 - Гидротехническое и мелиоративное строительство ~

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1995

. Paöoia вкполнена на кафедре Сельскохозяйственного строительства и архитектуры Московского Государственного университета природообусгройства

Научный руководитель - кандидат технических наук, профессор

- В .К .СИНЯК®

Научный консультант - кандидат технических наук

С.А.1ШФРИН

Официальные оппоненты: - доктор технических наук,

старший научный сотрудник ■ . С.С.САВВАТЕЕВ

- кандидат технических наук, доцент

ЕЛ.гвгшоз

Ведущая организация - Щ "Союзводпроект"

Защита состоится 1995 года в /Г часо:

на заседании специализированного Совета К 120.16.01 в Московском Государственном университете природообустройства по адресу: 127550, Москва, К-550, ул.Прянишникова, 19 ауд. И 201. ... ;

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан " fß " НоЯ 1995 года

Ученый секретарь . • специализированного Совета кандидат технических наук

И.М.ЕЩЮКИШВ

общая характеристика работы

•Акгу§Цьность_р8богы. В настоящее время в Сирийской Арабской 'еспублике остро стоит проблема интенсификации земледелия, где создание«инженерных оросительных систем с высоким коэффициентом полезного действия является одним из основных путей повышения продуктивности сельскохозяйственного производства. Учитывая ограничение водных ресурсов засоление земель все большую значимость приобретает надежность противофильтрационных конструкций. Наиболее эффективным решением вопроса является устройство основных элементов гидромелиоративных вооружений из бетона и.железобетона. Перспективность использования железобетона в водохозяйственном строительстве связана также о возмощостью широкой индустриализации и механизации работ.

Качество и долговечность железобетонных элементов ороси- . тельных систем во многом определяется правильным учетом влияния условий сухого жаркого климата Сирии на технологию бетонных.работ и обеспечивается специальными трудоемкими мероприятиями по уходу за бетоном.

Это предопределяет актуальность и своевременность работ, направленных на снижение затрат времени, материалов и органического топлива по нейтрализации негативного действия на бетона сухой жаркой среды и в первую очередь за счет ускорения твердения бетона путем рационального использования климатических факторов и возобновляемых источников энергии.

Ц§2ьи_Зисс§2тациошой_Еаботн является разработка основ организации мобильных экологически чистых полигонов сборного железобетона для гидромелиоративного строительства в условиях Сирии . о комплексным Использованием оолнечной энергии.

- разработаны технологические параметры организации производства сборного железобетона для гидромелиоративного строительства на мобильных полигонах в условиях Сирии с комплексным использованием солнечной энергии для сокращения материальных и энергетических затрат;

,. - с учетом комплексного влияния негативных факторов климата Сирии установлены закономерности испарения влаги с вертикальных поверхностей железобетонных изделий и определены конструктивные параметры устройств для выдерживания изделий, обеспечивающие использование солнечной энергии для ускорения твердения бетона при гарантированном качестве продукции;

- установлены режимы набора прочности бетона, при которых в условиях ограниченных влагопотерь обеспечиваются требуемые конечные физико-механические характеристики сборных изделий.

. П]зактидескоо_аначецие оты:

- определены условия организаций экологически чистого, энергоэффективного производства сборного железобетона для гидромелиоративного строительства на мобильных полигонах, обеспечива щих оптимальные варианты механизации и индустриализации строительства орооительных систем в Сирийской Арабской Республике;

-для угле ВИЙ климата Сирии установлены параметры теплоносителя в разных периодах эксплуатации систем солнечного теплоснабжения и технологические приемы использования систем солнечного теплоснабжения при производстве сборного железобетона;

V разработаны рекомендации по организации мобильного поли гона сборного железобетона для гидромелиоративного строительств в условиях Сирии о комплексным использованием солнечной энергии

- технологические параметры организации энергетически эффективного производства сборного железобетона для гидромелиоративного строительства в условиях Сирии о комплексным использова-шем солнечной анергии для ускорения твердения бетона;

- результаты исследований физико-механических характеристик бетона, твердевшего в условиях ограниченного испарения злаги с вертикальных поверхностей неопалублеклых железобетонных изделий;

- методику и результаты расчета температуры и прочности Затона при тепловой обработке железобетонных изделий гидромелиоративного назначения с комплексным использованием солнечной энер- , гии;

- технологические приемы по обеспечению однотипных температурных режимов твердения бетона независимо от периода изготовления железобетонных изделий на мобильном полигоне.

Содернание_и_объем_работы •

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов а списка литературы. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, иллюстрирована 31 рисунками и 23 таблицами. Список литературы содержит 65 наименований."

содержание работы

При строительстве оросительных систем в малоосвоенных и удаленных от промышленных центров районах Сирии наиболее целесообразна организация производства сборного железобетона на пере-

■■•,■'.•'■ ■■■-"."б'1

двикных (мобильных) полигонах. В этом случав иэ-за условий оух< жаркого климал Сирии изготовление изделий связано с комплексо; мероприятий по уходу за бетоном о делью предотвратить его обезвоживание и пластическую усадку, которые приводят к резкому сн] женш физико-механических показателей конструкций и к их быстр| МУ разрушению.

В последние годы в практике производства бетонных работ з жаркую и сухую погоду находят широкое применение безвлажностщл способы ухода за бетоном, основанные на тепловом ускорении зго твердения за счет солнечной энергии.(гелиотермообработка).

В настоящее время институтами России разработан ряд споо бов геяиотермообработки изделий сборного железобетона в формах со свегопрозрачными теплоизолирующими покрытиями, позволяющих счет-высокой эффективности практически отказаться от использов ния традиционных энергоносителей при одновременном повышении к чества бетона. Однако применительно к изготовлению изделий гид мелиоративного назначения, для которых характерны большая площ неопалубленных поверхностей и малая толщина конструкций эти сп собы пока не нашли широкого применения.

В то же время перепективность использования солнечной эн гии для ускорения твердения бетона связана не только о эконЪми ограниченных запасов минерального топлива, но и с обеспечением экологически чг.с!ого производства изделий за счет исключения вредных выбросов от сжигания топлива в окружающую среду.

Исходя из комплексного анализа состояния вопроса и учиты вая необходимость разработки наиболее простых технологических решений по организации производства сборного железобетона на мобильных полигонах, были определены следующие основные направ пения исследований, на основании которых решались задачи эф$е тивного ухода за бетоном за счет использования оолнечной энер

различными способами:

- исследовать процесс испарения влаги с неопалубленной по- . верхности железобетонных-изделий, изготавливаемых в вертикальных формах с немедленной распалубкой в условиях ограничения свободного пространства свегопрозрачным покрытием;

- исследовать соответствие бетона изделий, подвергавшихся тепловой обработке с использованием солнечной энергии при частичных влагопотерях в ограниченном пространстве, требованиям по прочностным характеристикам и водонепроницаемости;

- экспериментально определить параметры теплоносителя для разных периодов эксплуатации систем солнечного теплоснабжения в условиях Сирии и установить оптимальную схему соединения солнечных водонагревателей;

- для двух климатических зон Сирии установить изменение температуры бетона и рост его прочности при комплексном использовании солнечной энергии для тепловой обработки изделий на мобильных полигонах;

- определить оптимальные параметры и разработать рекомендации по -организации мобильного полигона по производству сборного железобетона для гидромелиоративного строительства с комплексным использованием солнечной энергии в условиях Сирии.

Основные конструктивные параметры светопрозрачных теплоизолирующих элементов, позволяющих организовать тепловую'обработку изделий за счет потока солнечной радиации, определяются как о позиции эффективности нагрева бетона, так и с позиции требуемой степени локализации потерь воды затворения. Последний показатель особенно важен при изготовлении с немедленной распалубкой изделий о вертикальными бетонными стенками, в частности, безнапорных же-яезобетонных труб в вертикальных формах, когда иопаряадаяоя из

бетона влага конденсируется на свегопрозрачном покрытии, под до{ станем сил тяжести стекает вниз и инициирует испарение новой noj ц;:;: влаги. .. ' . ■

- . Исследования по определению конструктивных параметров свегопрозрачного элемента, обеспечивающих допустимые влагопотери Проводились на специально разработанной модельной форме с лимитацией почасового изменения солнечного радиационного потока с помощью горизонтально и вертикально перемещаемых излучателей на базе'-ламп накаливания с зеркальным отражателом. Эксперименты прс водились при расположении покрытия от наружной поверхности вери калькой стенки на расстоянии 50, 100, 150, 200 и 250 мм при сохранении реальных значений соотношения площади испарзния к площади конденсации, характерных для цилиндрических конструкций. Верх няя .часть модельной формы перекрывалась горизонтальным светопрог ■ рачным покрытием, которое изолирует внутреннюю полить трубы от воздействия окружающей среда.

•' Результаты экспериментов показали, что воцопотери с внешне стороны бетонного образца, где идет конденсация влаги на вертикальном светопрозрачном покрытии при однослойном покрытии колеблются от 5 до 20%, а при двухслойном - от 3 до от воды зат-ворения, что в 2,5-10 раз выше водопотерь с внутренней стороны.

Максимальная скорость обезвоживания бетона проявлялась послс 8 4ECOJ ¿¡вдержки образцов в период прекращения интенсивного солнечного излучения. Исследования показали, что общий уровень влагопотерь пропорционален значению соотношения площади • конденсации к площади испарения для внешней полости, заключенной меаду светопрозрачным покрытием и внешней поверхностью желег зобетокной spyбы. : .'.-■;. Комплексное' определение прочности бетона при сжатии и на

растяжение при раскалывании, водонепроницаемости и морозостойкости вы/шило, что в случае, когда влагопотери превшогот 10$ от вода/ затворения наблюдается значительное снижение физико-механических показателей: прочность падает на 12-19$ S^g по сравнению с прочностью образцов, твердевших в нормальных условиях, а водонепроницаемость понижается на 2-4 ступени и также не соответствует проектной. Недопустимые спады прочности и водонепроницаемости зафиксированы при расположении однослойного светопрозрач-ного покрытия от поверхности модельного образца на расстоянии более 100 мм, а при двухслойном - на расстоянии более 200 мм. Исходя из совокупности полученных результатов и требований по исключению повреждения свекеотформсванного изделия при установке свегопрозрачного элемента было принято, что свегопрозрачное покрытие долкно быть двухслойным, а расстояние между свегопрозрачным материалом и поверхностью грубы не должно превышать 200 мм.

Скорость тепловой интенсификации процесса твердения бето-

I

на в рассматриваемых условиях определяется температурным режимом, формирование которого происходит под действием солнечного радиационного потока, внутреннего тепловыделения при гидратации цемента, потерь тепла при испарении влаги и конвективных тепло-потерь или тешгопоступлений при взаимодействии с окружающей средой. Поскольку солнечная радиация представляет источник энергии о дискретными значениями потока как в течение суток, так и по месяцам года потребовалось выполнение специальных расчетов, моделирующих тепловые процессы в железобетонных изделиях.

Температура бетона определялась решением дифференциального

уравнения теплопроводности с вычислением по специальной методике

величин поступления солнечной радиации через свегопрозрачные t

элементы на горизонтальную или различно ориентированный по стра-

: - Ю у -

нам света вергисалькые поверхности изделия. С достаточней для расчетов точностью были усреднены по месяцам года данные многолетних почасовых ектинометрических наблюдений для двух выделенных климатических зон Сирии, условно названных зона Дамаска (Э5°С.Ш.) и зона'Латакии (36°С.Ш.) и для которых отличие в потк радиации, значительно влияющем на температуру бетона, превышает 100-160 Вт/м2.

Расчеты выполнялись для условий изготовления в вертикальных формах безнапорных раструбных труб и элементов колодцев, в горизонтальных формах плит переездов и пакетным способом плит облицовок каналов. Кроме расчета температуры.специальной методикой был предусмотрен расчет роста прочности бетона.»

.. Расчет изменения температуры бетона при гелиотермообработ-ке безнапорных груб1 и стеновых колец колодцев показал, что достигаемая температура зависит от ориентации поверхности изделия относительно стран света, соотношения высоты изделия и его диаметра (Н/Д), временили сезона формования изделия.

Тек, при изготовлении колец колодцев (Н/Д ^ I) в летнее время.в районе Дамаска максимальная температура бетона колеблется от 54°с на кшюй стороне,до 80°С на западной.' При. ; этом если формовка идет в 6-7 часов, го максгг'ум температуры наблюдается па западной стороне и он выше ка 5-7°С, чем при формовке в 14-15 -^асов, когда максимум температуры имел место на восточной стороне кольца.

Расчетами установлено, что в летний период бетон безнапорных труб (Н/Д >1) достигает температуры на 5-7°С ниже, чем бете стенозах кодец колодцев, так как при высоте солнца более 40-45° и Н/Д< I поток солнечной радиации прогревает кольцо как о наруя ной,. тек и о: внутренней отороны. В остальные'периоды года отлич;

в прогреве труб и колец отсутствуют, а максимум температуры снижается от 60...80°С петом до 30т..50°С в холодный период года. ■

Сопротивление результатов расчета температур для выделенных зон предполагаемого расположения мобильных полигонов показало, что для условий Дамаска независимо от сезона года максимальная температура бетона труб и колец на 8...Ю°С выше максимальной температуры при производстве таких же изделий в зоне Яатекии.

Отмеченные различия в прогреве изделий прослеживаются соответственно по результатам расчета прочности бетона (табя.1). В зависимости от ориентации поверхности разница в прочности .бетона составляет Ъ...1% Вдд, а отличия при изменении сезона формовки достигают в суточном возрасте 20...30/4 что требует дифференцированного выбора времени выдержки изделий под светоцрозрачными элементами для обеспечения набора требуемой критической прочности относительно влагопотерь, когда возможно прекращение ухода за бетоном. Так, если изготовление колец колодцев производится на полигоне в зоне Дамаске, то летом время выдержки изделия должно составлять 14 часов, а при изготовлении в районе Яятакии - 19 яа-оов.

Исследование формирования температурного поля при гелио- • термообработке пллт переездов, формуемых в горизонтальных формах со свегопрозрачным и теплоизолирующим покрытием, показало, что в сравнении с нагревом бетона труб и блоков колодцев наблюдается более резкое расхождение в температуре плиты в зависимости 'от оезона ведения работ. Если для условий работы полигона в зоно Дамаска макетам температуры бетона трубы менялся от 60 до 80°С, го при изготовлении плит переездов он колебался в пределах 45...80°С.

» • •

Расчетом роота прочности бетона для телшерауурных режимов

Таблица I

Прочность бетона при гедиотермссбработке колец кслсдцев .и безнапооных тсуб.

Вид Сезон Время изделия формовки ' формовки,

час

Кольца колодцзв

май -август

март, апрель

3

6-7 14 - 15

Зона Дамаска (33°С,£.У-____. • Зона Катании (ЕЗ°С.П.)_____

Прочность бе- Время 'Ыдоожш Прочность бе- Врем выдержит тона через . для набора кри-тона через, . для набора критической* ггооч-ностп относительно влего-_0й2§2Ьх_3§5____

в з а с

24 часа", %

[ %8

тичеекой 1Ш0Ч- 24 часа, ности относи- . Коч " •тельно в.чаго-

6-7 14 - 15

В 3 й 4 5 6

С.

1-у

I

В 3 ~8 9

10 II

В. 3 ¡0 С

65 68 63 33 65 64 63 64

62 60 53 53 60 58 54 54

14 13 14 14 14 14 14 14

18 19 24 24

19 22 24 24

12 13 14 15 16 17 18 13

63 61 60 61 61 64 61 59

53 50 57 53 50 43 52' 50

14 19 19 19 19 14 19 19

24 30 20 24 30 К 26 32

м го-

Трубы

май -август

март, апоель

6-7

14 - 15

6-7 14 - 15

63 64 56 об 62 65 60 59

57 54 50 49 55 55 51 48

14 14 24 24 16 14 19 20

58 56 60 57 55 58 54 53

22 24 30 30 24 24 30 30

53 50 57 53 50 48 52 50

22 23 20 22 24 22 24 24

24 30 20 24 30 Е2 26 32

Продолжение таблицы I

4 5 6 7 8 9 Ю II 12 13 14 15 15 17 18 19

б - 7 48 47 43 42 32 Ж 36 35 47 42 50 45 36 40 32 Ж

кольца, ■. *евпаяь

трубы - 14 - 15 42 43 43 42 36 36 36 36 43 40 45 41 40 44 40 44

ПРИМЕЧАНИЯ: I. Для исследованных составов величина критической прочности относительно влагопотерь составляет 55^ К2з-

2. В, 3, Ю, С - прочность бетона и время выдержки со сторонк

ориентированной соответственно на восток, запад, юг " и север.

со

I

' ...' 14 ' - ■ выдержки плит переездов установлено, что суточный оборот форм для производства данного.типа изделий в районе Дамаска возмокег с марта по октябрь, а в зоне ¿атакии - с мая по август. В осгад кое время года, при использовании только'светопрозрачных покрыта врет выдержи изделий для набора бетоном критической прочности относительно влагопогерь должно составлять 30...120 часов.

При расчете режимов гелиотермообрчботки 6-ти плит облицовок 'каналов в пакете, оборудованном, только свегопрозрачным теш изолирующим покрытием.определено, что наиболее интенсивно прог* вается 1-ая и 2-ая'верхние плиты пакета (до 60...80°С), менее I тенспвко З-ья и 4-эя плита (до 40...60°С) и практически не прогреваются нижние 5-ая к 6-ая плита. Неоднородность по прочное?! при этом характеризуется диапазоном от 42 до 67?$ Р^ летом и < 35 до 55$ . Р2з' весной.

Для обеспечения равномерного прогрева плит в пакете и исключения расслоения по прочности бетона были рассмотрены варка! ты комплексного использования солнечной оперши путем прямого 1 грева изделий сверху потоком радиации через светопрозрачное па рытие и прогрева снизу от 'специального т-еплового отсека, котор! заполняется водой, нагретой в системе солнечного "теплоснабжениа

Как показали расчеты в условиях зоны Даг-ска при двухкра' ном' заполнении теплового отсека водой из системы солнечного те) лоснабжения с температурой 60°С максимальная температуря бетона- в- нижней плите на контакте с отсеком возросла на 16°С ш сравнению с вариантом, когда пакет оборудован только свегопрозрачным покрытием. При этом практически отсутствует расслоение : прочности бетона по высоте пакета, что позволяет провести одно временно, распалубку всех плит. Для условий района Датакии полу-

чен аналогичный эффект, однако как показали расчеты в период о марта по апрель и в- сентябре требуется трехкратное- заполнение ; теплового отсека водой с температурой не ниже 60°С.

Учитывая установленные требования к температуре теплоносителя и порядок заполнения теплового отсека водой были проведены исследования нагрева воды в солнечных коллекторах в условиях зоны Дамаска и зоны Яатакии.

Эксперименты, выполненные по специально разработанной методике показали, что необходимый температурный уровень нагрева воды достигается когда последовательно соединяется 3-5 солнечных коллектора. При этом наибольший нагрев воды происходит в период о 8 до-15 часов и продолжительность этого периода нескотлко сужается в феврале и октябре.

На основании результатов проведенных исследований и расчетов температурных режимов ускоренного твердения бетона были определены технологические параметры полигонного изготовления каждого из рассмотренных типов изделий, установлена рациональная продолжительность сезона производства работ и выполнен расчет потребного количества форм-оснастки для обеспечения годовой производительности мобильного полигона, функционирующего в даух климатических зонах Сирии.

Полученный материал обобщен в рекомендациях по организации мобильного полигона сборного железобетона для гидромелиоративного йтроительства в условиях Сирии с комплексным использованием солнечной энергии. В рекомендации включен материал.о составе оборудования, зданий и сооружений для организации производства на мобильном полигоне и приведены общие и индивидуальные требования к организации технологического процесса при изготовлении безнапорных труб, блоков колодцэв, плит переездов и плит облицовок ка--

налов,'Кроме того, указаны специальные конструктивные требованш 'и материалы для лчготовления свегопрозрачных*элементов.

ВЫВОДЫ

1.'При строительстве ирригационных сооружений в малоосвое! ных районах Сирии целесообразно организовывать производство сбо] ных железобетонных изделий гидромелиоративного назначения на мобильных полигонах, для которых актуально создание материало- и ресурсосберегающих технологий, в том числе с комплексным использованием солнечной энергии для сокращения трудоемкости и продолжительности работ по уходу за бетоном.

2..Прзшенечие-современных способов ускорения твердения бетона за снег использования солнечной энергии сопряжено с необходимостью управления гфоцессом испарения и конденсации влаги на •поверхности.све{опрозрачкого материала, ограничивающего негативное, воздействие сухого жаркого'климата на неопалубяенную поверхность бетона.. •■ , i .....

Экспериментально установлено, что гг^и изготовлении железобетонных труб, в вертикальных формах с немедленной распалубкой и установкой свегопрозрачного покрытия использование двухслойного покрытш обеспечивает снижение вдвое влагопотерь по сравнению с однослойным и гарантирует допустимые потери влаги при расстояние от внешней поверхности изделия до покрытия величиной не превызаг

щей 200 мм.

. i : ■ 3. Температура бетона при разогреве изделий за счет испол!

зования солнечной энергии определяется радиационным режимом мес: ности, ориентацией поверхностей железобетонного элемента относительно .стран света и. временем'.его формования.

Для климатических условий Сирии выделены две зоны: район

5Маска и район Латании,- - различия температурно-радиационных ре-шов которых существенно влияют на ускорение твердения- бетона.

4. Расчетами для разных периодов года определены температур- * ¿е режимы и кинетика набора прочности бетона при изготовлении зэнапорных грубблоков колодцев, плит переездов и плит облицо-

эк каналов.

Установлено, что в результате различий в температурах твер-эющего бетона прочность последнего в суточном возрасте в изделиях, эрмуемых на полигонах в районе Дамаска на 5-8$ 1*28 превышает рочность изделий, отформованных на полигонах в районе Яатакии, го увеличивает на 5-8-часов время выдержки изделий в'районе Латвии по сравнению с районом Дамаска для обеспечения набора крити-еской прочности относительно влагопотерь.

5. При изготовлении на мобильных полигонах в районе Дамаска лит переездов в формах со свегопрозрачным теплоизолирующим пок-ытием время выдержи для набора бетоном критической прочности тносительно влагопотерь в мае-сентябре, марте-апреле и октябре

в феврале, ноябре должно ооставлять соответственно 18, 29 и 44 ча-ов, а в районе Яатакии - в мае-августе, в марте-апреле и сентябре, феврале и октябре соответственно 20, 34 и 50 часов.

6. Для условий формования плит облицовок каналов пакетным пособом определены режимы комплексного использования потока соя-:ечной радиации для нагрева бетона и воды в системе оолнечного •еплоснабжения с последующей подачей теплоносителя в тепловой отек пакета форм.

Определено расчетом, что при формовке б плит в пакете тем-

[ерагура нагрева теплоносителя должна составлять не менее 60°С

[ри периодичности замены теплоносителя в тепловом отсеке 2-3 раза \

I оутки. При этом исключается расслоение по прочности бетона в

в разных плитах пакета.

.7.3 климатических условиях Сирии на мобильных полигона: .по .изготовлению железобетонных изделий гидромелиоративного на: нач'ения наиболее эффективна работа системы солнечного теплоснабжения при последовательном соединении в блоке от 3 до 5 солнечных коллекторов..

3. Проведен расчет потребного технологического оборудования и оборудования системы солнечного теплоснабжения и разработаны рекомендации по организации мобильного полигона сборного железобетона для гидромелиоративного с.роительства в усДазпях Сирии с комплексным использованием солнечной энергии