автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Совершенствование технологии улучшение свойств мелкоразмерных бетонных изделий в термосилов формах

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ

Харківський державний автомобільно-дорожний технічний університет

УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ 'Г/ , Я

ВЛАСТИВОСТЕЙ ДРІБНОРОЗМІРНИХ БЕТОННИХ ВИРОБІВ У ТЕРМОСИЛОВИХ ФОРМАХ

Спеціальність 05.23.05 - Будівельні матеріали і вироби

ДЖАМАЛЬ ГАЗИ НОФАН АЛЬ-АДВАН

УДК 691.32

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Харків 1998

Робота виконана на кафедрі «Технології будівельного виробництва»

Вінницького державного технічного університету Міністерства освіти України

Науковий керівник - кандидат технічних наук, доцент Дудар Ігор Никифорович, доцент кафедри технології будівельного виробництва ВДТУ

Офіційні опоненти - доктор технічних наук, професор

Ушеров-Маршак Олександр Володимирович, професор кафедри фізико-хімічної механіки та технології бетону Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури - кандидат технічних наук,

Толмачев Сергій Миколайович старший науковий співробітник кафедри технології дорожно-будівельних матеріалів Харківського державного автомобільно-дорожного технічного університету

Ведуча організація - Харківська державна академія міського господарства ______________________________

Захист відбудеться «/^» 998 р. о /4 годині на засіданні

спеціалізованої ради К.02.17,01. у Харківському державному автомобільно-дорожному технічному університеті за адресою: 310078, м.Харків-78,Петровського,25.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці ХДАДТУ

Автореферат розіслан «/6 у, 1998 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат

технічних наук, доцент О.В.Космін

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Вступ. Одна з основних задач технології залізобетонних виробів в сучасних умовах — забезпечення заданих властивостей бетону у короткі строки. До теперішнього часу для цих цілей переважно використовувались різні способи теплової обробки. Відомо, що теплова обробка може справити негативний вплив на деякі властивості бетонів - у тому числі, міцність, морозостійкість, водонепроникність, довговічність.

Актуальність роботи. В останній час в Україні, Іорданії та інших країнах з’явилась необхідність зменшити витрати теплової енергії при виготовленні залізобетонних виробів. Тому розробка нових методів прискореного тверднення бетонів без погіршення їх властивостей з економією енергетичних ресурсів - достатньо актуальна задача.

Нами обгрунтовано метод тверднення бетону під компресійним впливом в спеціальній термосиловій форме. Це дозволяє відмовитися від традиційної теплової обробки або в декілька раз скоротити її тривалість з суттєвим зниженням витрат енергоресурсів.

Запропонований спосіб забезпечує можливості покращення

властивостей бетону за рахунок інтенсивних термосилових впливів у початковій стадії процесу формування структури без попередньої витримки і при високій швидкості підйому температур. При цьому збільшується продуктивність технологічних ліній і оборотність оснастки.

Вплив умов, в яких здійснюється нагрівання бетону, на струкпуроутворення і властивості, является основним, але недостатньо вивченим питанням.

Ціллю даної дисертаційної роботи є розробка технології мілкорозмір-них виробів з бетону з покращеними фізико-механічннми характеристиками за рахунок прикладання термосилового впливу на ранніх стадіях тверднення.

Основні задачі роботи заюпочаються в наступному:

1. Теоретично обгрунтувати доцільність прикладання термосилової дії на ранніх стаді х тверднення бетону.

2. Розробити конструкцію термосилової форми для дрібиорозмірн бетонних виробів дорожного призначення.

3. Вивчити вплив термосилової дії на процеси тверднення і властиво< бетону.

4. Визначити раціональні параметри режимів тверднення бетонів термосилових формах.

5. Розробити технологічні схеми виробництва для заводів і поліго/ залізобетонних виробів.

Методи досліджень. Загальноприйняті, стандартні і спеціаль методики з врахуванням специфіки дії підвищених температур і тисків, роботі використані положення теорії тепло- і масообміну, мето; планування експерименту.

Наукова новизна роботи:

- виконано теоретичне обгрунтування ефективності прикладані комплексної термосилової дії на ранніх стадіях тверднення бетону з цілл підвищення міцності і щільності;

- розроблена модель оцінки впливу основних параметр термосилової дії на фізико-механічні властивості бетону;

- обгрунтовано використання спеціальних розширюючих середови в силових елементах форм для передачі тиску на тверднучий бетон.

Практична цінність. Розроблена технологія мілкорозмірних бетонні виробів дорожного призначення в термосилових формах для заводів полігонів ЗБВ, що забезпечує покращення фізико-механічних властивост< бетону при скороченні витрат цементу і енергоресурсів.

Реалізація роботи. Спосіб і режими термосилової технолої виробництва передані для дослідного впровадження підприємствам Вінни і Іорданії для освоєння виробництва дорожних виробів, до яких ставлятьі підвищені вимоги по якості і довговічності бетону.

Апробація роботи. Основні положення роботи доповідались і науково-технічній конференції "Індивідуальний житловий будинок м.Вінниця, 1996 р. і науково-технічних конференціях професорські

з

викладацького складу Вінницького державного технічного університету в 1995, 1996, 1997 p.p.

Публікації. По темі дисертаційної робота опубліковано статей в журналах -5, тезисів докладів конференцій - 1, депоновано статей в УкрШТЕІ - 2.

Обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох глав, загальних висновків, списку літератури і додатків. Загальний обсяг роботи складає 164 стор., у тому числі 124 crop, друкованого тексту, 28 рисунків, 22 таблиць, списку літератури з 98 найменувань та 2 додатків.

Робота виконана в 1994 - 1997 pp. на кафедрі "Технологія будівельного виробництва" Вінницького державного технічного університету.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Обгрунтована актуальність роботи, сформульовані ціль і задачі дослідження, визначена наукова новизна і практична цінність робота, приведені основні положення, що виносяться на захист, а також відомості про структуру роботи і її апробацію.

Виконані дослідження базуються на відомих уявленнях про раннє навантаження бетону (О.В.Саталкін), в яких встановлені загальні закономірності зміцнення тверднучого бетону віком понад 1...3 доби. Однак, процес ущільнення бетонної суміші тиском на більш ранній стадіі в момент коагуляційного структуроутворення не вивчений в повній мірі.

Розглянуті особливості тверднення бетону в умовах підвищених температур і тиску. Проаналізовані відомі способи, в т.ч. метод гідробаротермальной обробки (О.П.Мчедлов-Петросян, В.І.Шеін), для підвищення фізико-механічних властивостей бетону. Широке поширення отримало віброгідропресування у виробництві бетонних і залізобетонних труб. Однак застосування цих технологій вимагає складного обладнання, багатовартісних прес-форм і двух методів ущільнення - вібрування і пресування бетонної суміші під тиском. Крім того, вироби піддаються тепловій обробці.

З позицій керованого структуроутворення інтенсифікація тверднеш; бетону найбільш ефективна при подачі максимальної кількості теплоти и ранніх стадіях нагрівання. Міцність бетону в значній мірі залежить від умо формування і розвитку структури. Так, якщо забезпечити зближення утримання частинок в’яжучого і заповнювачів, а отже, і новоугвореннь, н достатньо малій відстані на стадії формування каркасу, то можна отримат бетон підвищеної щільності і міцності. Спосіб теплової обробки виробів термосилових формах (ТСФ) створює додатковий механічний вплив саме період нагрівання, коли найбільш небезпечна деструкція від температурногі розширення складових компонентів бетону. Інтенсивність силової дії в таки: формах знаходиться в функціональній залежності від температури бетону При цьому, чим вище температура, тим більше зусилля обтисненн: здійснюють силові елементи. Таким чином, забезпечуються оптимальн умови формування структури на ранніх стадіях. Це і визначає якісті бетонних виробів.

В основі запропонованої термосилової дії лежить використаннш спеціальної терморозширюючої рідини - суміші мінерального масла і пластмасових гранул. : .

Для того, щоб здійснити обтиснення бетонної суміші в процесі нагрівання, випереджаюче її розширення, необхідно:

- використовувати в порожнинах силових елементів ТСФ середовище (рідина, тверде тіло, газ) з коефіцієнтом об’ємного розширення, який перевищує його значення для бетону;

- здійснити ранню подачу теплоти від термосилових елементів з ціллю прикладення тиску на бетонну суміш до її можливого розширення.

В загальному випадку, потужність системи і величина тиску залежать від площі передачі навантаження від силових елементів, жорсткості ТСФ, коефіцієнтів розширення бетону і розширюючого середовища.

В ТСФ можна створиш умови раннього навантаження на бетон при виготовленні виробів в нормальних умовах на полігонах і будівельних майданчиках.

У зв’язку з цим, проведений пошук раціональних параметрів термосилової дії для забезпечення максимальної оборотності ТСФ, зниження витрат теплової енергії і забезпечення необхідних показників міцності і щільності бетону.

Вивчені процес пресування, деформативні і пружні характеристики -модулі деформації і пружності бетонної суміші. При вивченні пресування бетонної суміші встановлено, що зовнішні сили викликають зростання пружніх характеристик бетону, а отож, збільшують внутрішню потенційну енергію.

Виконані дослідження фільтрації рідкої фази бетонної суміші під дією тиску, отримана залежність початкового градієнту Іо від радіусу капіляра К. в бетоні. Показано позитивний вплив тиску у бетоні в процесі його нагрівання.

Розроблена конструкція спеціальної лабораторної термосилової форми (рис.1), яка містить в собі основу з розбірними перегородками, силовий елемент у вигляді еластичної камери з терморозширюючою рідиною, що знаходиться між двумя жорсткими пластинами, закріпленими за допомогою анкерних болтів. При конструюванні використана методика розрахунку термосилової форми' різного поперечного перерізу в плані, основана на використанні залежності розподілу тиску по висоті виробу.

Викладені теоретичні основи термосилового методу виготовленій виробів. Проаналізована ефективність використання в якості терморозширяючогося середовища сумішей, що складаються з пластмасових гранул і рідин. Виконано термодинамічний аналіз процесу тверднення бетону в термосилових формах. Показано, що якщо зовнішній тиск силових елементів форми перевищує внутрішній опір стиснення структури суміші, то може зменшуватись об’єм виробу. Отож, може збільшуватись внутрішня енергія.

У випадку рівності значень заданої кількості теплової енергії в термосиловому методі в порівнянні із звичайною технологією, перший закон термодинаміки у випадку тверднення виробу в силовій формі має вигляд:

гід + РйУ = сіи (1)

Рис.1. Термосилова форма 1 - прижимна пластина; 2 - анкерні болти; 3 - еластична камера з рідиною що терморозширюється; 4 - кришка; 5 - пуансони; 6 - перегородки для зразків; 7 - форма; 8 - манометр

ли = (3 + РДУ = <3 + |Рс1У (2)

V,

Встановлено, що величина внутрішньої енергії, що витрачається на тверднення бетону в термосиловій формі Ли^г. буде більше, ніж енергія, яка передається для цих цілей бетону у звичайній формі дио при однаковій кількості підведеного тепла (}:

дитсг>ди0 (3)

<3 4- РДV > <3 (4)

(2+)р<іу>д. (5)

Звідси видііо, що приріст внутрішньої енергії виробу в термосиловій формі

буде рівний | Рсі\/ . у2

Таким чином, для створення енергетично вигідних режимів тверднення бетону необхідно забезпечити ізохорний процес нагрівання виробів у закритих формах і не допустити розширення бетонної суміші при підвищенні температури.

Запропонований спосіб теплової дії, як в ізохорних умовах, так і протікаючий під компресійною дією із зменшенням початкового об’єму бетону в силових формах, являється енергетично найбільш вигідним.

Обгрунтована математична модель теплопровідності багатошарової конструкції термосилової форми і бетону у виробі.

Математична модель дозволяє теоретично визначати значення узагальнених параметрів теплообміну в термосилових формах.

Виконані експериментальні дослідження коефіцієнта теплопровідності бетону, тверднучого в термосиловій формі, в залежності від зміни кількості компонентів.

В роботі проведені дослідження зміни властивостей бетону 1 термосиловій формі під тиском (0,3; 0,6; 0,9)-10 і МПа в залежності вії режиму тверднення.

В табл.1 приведені характеристики режимів тверднення бетону в ТСС тривалістю від 4 до 6 год:

Таблиця 1

Режими тверднення бетону в термосиловій формі

№ п/п Параметри

температура Т, °С тиск Р, МПа

1 90 0,9-10'1

2 75 0,6-Ю'1

3 60 0,3-Ю'1

В табл. 2 приведені результати досліджень властивостей бетону і залежності від способу і режиму тверднення. Бетонна суміш мала скла/ 1:1,67:2,56 (Ц:П:Щ), жорсткість - 18ч-20 с. Цемент використовувався М500 з активністю після прогрівання 28,1 МПа.

Коефіцієнт ефективності тверднення бетону в ТСФ по міцності нг стиск досягає 1,3 , а по щільності - 1,06. На рис. 2 показано вплив виді тверднення бетону на міцність при стиску (а) і розтягу (б) від 6 год до 28 діб.

По даним експериментальних досліджень побудовано змін> параметрів тиску (Р), температури (Т) від тривалості прогріву т в процесі ТВО (рис. 3). Взаємозв’язок параметрів тиску і температури ТСФ при прогріванні показані на рис. 4. Величина тиску ТСФ прямо пропорційні: значенню температури середовища.

З використанням методу математичного плануванння експерименту встановлені ефективні технологічні параметри термосилового способ) виготовлення виробів. В табл. З приведені границі варіювання технологічний параметрів на основі результатів попередніх експериментів

Вплив способу тверднення на властивості бетону

Таблиця 2

Умови тверднення бетону Параметри режимів тверднення Властивості бетону Коефіцієнт ефективності ТСФ при стиску

№ реж йму Характеристика режиму Температура Т, °С Тривалість, т, год-хв. Швидкість нагрівання ДОТшах, °С/ГОД Міцність на стиск І128сЖ, МПа Міцність на АО розтяг,II рост, МПа Щільність, Р, кг/структу ра3

І В термосиловій формі при ТВО (Р=0,9-10'1 МПа) 90 5-30 зо 63,00 6,40 2595 1,26

4-45 60 61,35 6,30 2592 1,23

4-00 90 60,85 6,10 2580 1,22

II В термосиловій формі СР=0,9-10‘! МПа) - 6-00 - 54,00 5,60 2490 1,08

ш В звичайних формах при ТВО 90 5-30 ЗО 45,70 4,92 2440 0,91

4-45 60 46,00 4,85 2450 0,92

4-00 90 47,10 5,01 2480 0,94

IV М'який режим ТВО 80 12-00 20 48,15 5,32 2485 0,96

V Нормальні умови 20 - - 50,00 5,50 2479 1,00

Ыт .г

1ёт ,г

Рис.2. Вплив виду тверднення на міцність бетону при стиску (а) і розтягу (б): І - в умовах ТСФ при ТВО під тиском;

II - в ТСФ під тиском; ПІ - в звичайних формах при ТВО;

IV -м'який режим ТВО; V - нормальні умови

Рис.З. Зміна параметрів тиску (Р), температури (Т) від тривалості прогріву (х) в процесі ТВО

Рис.4. Взаємозв’язок тиску (Р) і температури (Т) в термосилових формах в процесі ТВО

Таблиця 3

Грапиці варіювання параметрів __________________

Характеристики Т,°С Хі т,ч х2 V, °С/ч хз

Основний рівень 75 0 4,75 0 60 0

Інтервал варіювання 15 _ 0,75 . ЗО .

Верхній рівень 90 +1 5,50 +1 90 +1

Нижній рівень 60 -1 4,00 -1 30 -1

За допомогою трьохфакторного ортогонального плану другого порядку отримано рівнянім регресії для вибраного критерія К:

11 = 59,216 + 1,772X1 + 0,273X2- 0,234х3+0,0б25хіх2 + 0,3125хіх3 + +0,028х2х3 +0,577х', - 0,0652х’2 - 0,057х'3 (10)

Розроблена методика розрахунку температурного поля ТСФ в процесі термосилової дії за допомогою ЭВМ. Процес нагрівання тверднучого бетону в ТСФ розглядається як результат сумарної дії двох джерел тепла:

зовнішнього, від енергії, яка використовується, і внутрішньої обумовленого екзотермією цементу. Алгоритм програми розрахун приведений на рис. 5.

Рис. 5. Алгоритм програми визначення температурного поля у виробі при термосиловій дії

Технологічні схеми виробництва дрібнорозмірних ЗБВ у термосилові формах включають всі необхідні технологічні елементи - приготували формування, тверднення і складування.

висновки

1. Розглянуті особливості тверднення бетону в умовах підвищення температур та тисків і можливості усунення або нейтралізації негативного впливу теплового розширення бетонної суміші на властивості бетонів за допомогою термосилової дії.

2. Теоретично обгрунтована технологія дрібнорозмірних виробів з покращеними фізико-механічними характеристиками шляхом прикладання на ранніх стадіях тверднення бетону термосилової дії за рахунок теплового розширення спеціального пристрою, створюючого обтиснення виробу в запропонованій формі.

3. Розроблена конструкція термосилової форми, яка включає силові елемент» з застосуванням терморозширюючих середовищ для обтиснення бетону на стадії нагрівання з фіксацією тиску в процесі тверднення і забезпечує збільшення міцності та щільності виробів.

4. Показано, що термосилова дія на ранніх стадіях тверднення забезпечує зростання міцності на 20-30, морозостійкості на 10-13 і зниження водопоглинання на ,4-6% в порівнянні з контрольними характеристиками бетонів, що твердіють в нормальних умовах і при традиційній тепловій обробці.

5.3 залученням трьохфакторного ортогонального плану другого порядку визначено раціональні параметри режимів термосилового впливу на міцність бетону.

6. Розроблено алгоритм визначення температурних полів у виробі з урахуванням сумарної дії зовнішнього прогрівання в тепловій установці та внутрішнього джерела енергії - екзотермії цементу.

7. Розроблені дві технологічні схеми виробництва з використанням ТСФ для заводів залізобетонних виробів при тепловій обробці і без прогрівання при виготовленні виробів на полігонах.

8. Показана ефективність термосилової технології дрібнорозмірних бетонних виробів, що заключається в забезпеченні покращених фізико-

механічних властивостей бетону, зниження матеріальних та енергетичні витрат, збільшення продуктивності праці.

Основний зміст дисертації викладено в наступних робстах:

1. Дудар І.Н., Аль-Адван Джамаль.Спосіб теплової обробки бетону термосилових формах. // Вісник ВГО. - 1995. - № 3,- с. 16-18.

2. Дудар І.Н., Аль-Адван Джамаль. Вплкі тиску і структуроутворення бетону в процесах його ущільнення і теплової обробки Вісник ВГП. - 1996. - №1. - с. 10-13.

3. Дудар І.Н., Аль-Адван Джамаль, Волосенко Н.І. Основи тео[ фільтрації рідкої фази в бетонній суміші під дією тиску // Вісник ВПІ, - 195

- №3 - С. 19-21.

4. Дудар І.Н. Аль-Адван Джамаль. Деформативні властивості бетони суміші при обробці тиском. II Вісник ВШ. - 1996 - №4 - С. 16-20.

5. Дудар І.Н., Аль-Адван Джамаль, Волосенко 1.1. Досліджені теплопровідності пресованих бетонів і багатошарових конструкцій // Віст ВГП. - 1997 -№1. - С. 18-22.

6. Дударь И.Н., Аль-Адван Джамаль. Основы теории проектирован! термосиловых форм. // Деп. в Укр ИНТЭИ №43 - Уі 97. - 24 о.

7. Дударь И.Н., Аль-Адван Джамаль, Волосенко И.И. Исследовані теплофизических свойств бетонов, твердеющих под давлением. // Деп. ГНТБ Украины №1149 УК 96. - 23 с.

8. Дудар І.Н., Аль-Адван Джамаль. Дослідження процесу пересувані бетонної суміші // Тез.доп. н-т конференції "Індивідуальний житлова будинок" - Вінниця. - 1996. - С. 61.

Особистий внесок автора. Всі основні результати дисертаційної робот отримані автором самостійно. В публикаціях особисто автором виконаї розроблена конструкція термосилової форми [1], проаналізовано вгай тиску на властивості бетону при ущільненні і тепловій обробці [2], вивче, закономірності фільтрації рідини з бетонної суміші [3], викона;

експериментальні дослідження деформативних властивостей бетонної суміші в процесі пресування [4], вивчені особливості тепло- масообміну при нагріванні термосилової форми [5, 7], обгрунтовано використання спеціальних розширюючихся середовищ силових елементів форм [6], виконані експериментальні дослідження пресування бетонної суміші [8].

Джамапь Гази Нофан Аль-Адван. Удосконалення технології і покращення властивостей дрібнорозмірних бетонних виробів у термосилових формах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05 - Будівельні матеріали і вироби. Харківський державний автомобільно-дорожний технічний університет, Харків, 1998.

Дисертація присвячена розробці технології дрібнорозмірних виробів з бетону з покращеними фізико-механічними властивостями. Обгрунтовані два способи виготовлення виробів з використанням спеціальних термосилових форм, що забезпечують передачу тиску на тверднучий бетон при тепловій обробці і в нормальних умовах. Розроблена конструкція термосилової форми. Вивчені особливості тверднення бетону при термосиловій дії. Методами планування експеримеїгга визначені раціональні параметри режимів тверднення з ціллю ресурсозбереження. Доведено, що запропоновані способи збільшують на 20-30% міцність бетону в порівнянні з традиційними.

Ключові слова: термосилова дія, температура, тиск, форма, міцність, щільність бетону.

Джамаль Гази Нофан Аль-Адван. Совершенствование технологи} улучшение свойств мелкоразмерных бетонных изделий в термосилов формах. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата техничеа наук по специальности 05.23.05 - Строительные материалы и издел Харьковский государственный автомобильно-дорожный техничесь университет, Харьков, 1998.

Диссертация посвящена разработке технологии мелкоразмерн изделий из бетона с улучшенными физико-механическими свойства! Обоснованы два способа изготовления изделий с использовани специальных термосиловых форм, обеспечивающих передачу давления твердеющий бетон при тепловой обработке и в нормальных услови Разработана конструкция термосиловой формы. Изучены особенное твердения бетона при термосиловом воздействии. Методами планиров;п эксперимента определены рациональные параметры режимов тверденш целью ресурсосбережения. Доказано, что предложенные спосо увеличивают на 20-30% прочность бетона по сравнению с традиционными

Ключевые слова: термосиловое воздействие, температура, давлен форма, прочность, плотность бетона.

Jamal Ghazi Nofan A1 Adwan. Perfection of technologies and improvement ol properties of small-sized concrete articles in thermo-power forms. - Manuscript.

Ph. D. dissertation in specialty 05.23.05 - Building materials and articles . Kharkov State Automobile-road Technical University.

The present dissertation is devoted to the development of technologies of sm sized concrete articles with improved physical-chemical properties. The scient base has been given to two ways of production of the articles by means of spec thermo-power forms which ensure the transfer of pressure to the harden concrete during it’s thermal processing and under normal conditions, construction of the thermo-power form has been designed. Peculiarities of process of concrete hardening under thermo-power action have been studi Economic parameters of hardening mode have been determined by methods planning of the experiment. It has been proved, the proposed methods increase strength of the concrete by 20 - 30 % if compared to the traditional ones.

Key words: thermo-power action, temperature, pressure, form, strength, concr density.