автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Технология изготовления железобетонных изделий в автоматизированным управлением процесса твердения бетона при комбинированной гелиоэлектротермообработке

МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МИНСТРОЙ РОССИИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАШ2Ш НйУЧНОЛЮСЩОВАТЕЛЬСЮЙ, ПРОШНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ БЕТОНА И ЖШ30БЕТ0НА "Н И И Ж Б"

На правах рукописи

АЙДАРБЕКОЙ ЗАРИПБЕК ШАРИООШ

УДК 666.972.7:697.329

ТЕХНОЛОГИЯ ЙЗГОТОЫЕНВД ЖЁЯЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДШЙ С АРОМАТИЗИРОВАННЫХ УПРАВЛЕНИЕМ ПРОЦЕССА ТВЕРДЕНИЯ БЕТОНА ПРИ КОМБИНИРОВАННОЙ ГЕЛИОЭЛЕКТРОТЕРаЮОБРАБОТКЕ

Специальность 0Ь.23.05 - Огроительныэ материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва- 1995

Работе выполнена в лаборатории методов ускорения твердения бетонов Государственного ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательского, проектно-конструкторского и технологического института бетона и железобетона (НИМБ).

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИШЬ - Заслуженный деятель науки и техники

России, академик РАЛСН и ША, доктор технических наук, профессор КРЫЛОВ Б.А.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ- чя.-корр.Академии транспорта России,

доктор технических наук, профессор ООДОВЬЯНЧИК А.Р.

кандидат технических наук, доцент КОПЫЛОВ В.Д.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ - Завод ЖБИ-20 ШмЛ Киргизской

Республики

Защита состоится ^Зг" аря/^а/Ц? 1995 г. в /У^часов на заседании специализированного совета К 033.03.02 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук в Государственном научно-исследовательском, проектно-конструктор-ском и технологическом институте бетона и железобетона (НИМБ)

по адресу: 109428, Москва, 2-я Институтская ул.,дом 6. С диссертацией можно оанакомиться в библиотеке НИИЖ.

Автореферат разослан "Ян&аАЛ 1995 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

Г.П.КОРОЛЕВА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время, когда органические айда топлива имев? ограниченные запасы, а продолжительность возможного их использования однозначно определяется темпами потребления, дальнейшее развитие капитального строительства тесно связано с последовательным .усилением режима экономии энергоревурсов при обеспечении высокого качества продукции и реализации экологически чистых технологических процессов.

Одним из действенных и реальных путей экономии топливно-энергетических ресурсов при тепловой обработке сборного железобетона в районах с теплым и жарким климатом, где количество солнечных дней в году приближается к 300, а годовое поступление солнечной радиации на горизонтальную поверхность составляет 1700-1900 кйт.ч. на I м площади, является использование солнечной энергии.

Ь последние годы разработаны и внедрены в производство различные способы тепловой обработки железобетонных изделий с использованием солнечной энергии, которые позволили в регионах с жарким климатом в течение 6-7 месяцев в году практически полно-стьо отказаться от традиционного пропаривания.

Как показала практика при широкомасштабном внедрении гелио-технологии в производство огромное значение приобретают вопросы, связанные с расширением ее возможностей с целью круглогодичной эксплуатации гелиополигонов.

Следовательно, становится необходимой разработка технологии комбинированной гелиотермообработки изделий, которая предусматривает совместное использование наряду с солнечной энергией тра-дионных источников энергии, при этом последние восполняют недо-

етаток тепла солнечной радиации. При комбинированной гелиотермо-обработке в качестве дополнительно-дублирующего источника тепла предпочтительно применять электрическую энергию ввиду ее очевидных преимуществ по сравнение с другими традиционными видами энергии.

Вместе с тем, рациональное сочетание солнечной энергии с дополнительно-дублирующими источниками тепла и их совместное воздействие на твердеющий бетон практически не осуществимо без автоматизации процесса тепловой обработки.

Настоящая работа выполнялась в соответствии с заданиями комплексной Киргизской республиканской научно-технической программы 1.9.8.

Ц°5Уо^иссе^тащоннсй работы является разработка энергосберегающей, экологичеоки чистой технологии тепловой обработки железобетонных изделий с автоматизированным управлением процесса твердения бетона в теплоизолированных тецдоаккумулирующих гелио-камерах, позволяющей круглогодично использовать солнечную энергия за счет рационального сочетания с дополнительно-дублирующими ис-течниками тепла и обеспечивающей высокое качество изделий при суточном иикле производства.

Авто£_защищает^

- результаты исследований физических и физико-химических процессов, протекающих в свежеуложенном бетоне при комбинированной гелиоэлектротермообработке в теплоизолированных и теплоакку-мулирующих гелиок&мерах;

- математическую модель динамики прогрева бетона изделий при совместном использовании солнечной энергии и дополнительно-дублирующих устройств;

- основные технологические принципы и критерии аатоматичес-

кого управления процесса ускоренного твердения бетона при изготовлении железобетонных изделий с использованием солнечной энергии и дополнительно-дублирующих устройств;

- результаты практического применения разработанной технологии при производстве изделий и исследований особенностей структуры и основных свойств бетона.

- разработаны основные технологические принципы и определены критерии автоматического управления процессом ускоренного твердения бетона реальных изделий при совместном использовании солнечной и электрической энергий, обеспечивающие получение изделий высокого качества при суточном цикле производства;

- разработана методика расчета динамики прогрева бетона изделий при комбинированной гелиоэлектротермообработке в теплоизолированных геплоаккумулирующих гелиокамерах, позволяющая теоретически определять соотношение солнечного, излучения и дополнительно-дублирующих источников тепла при комбинированной тепловой обработке изделий;

- разработана методика назначения оптимальных режимов комбинированной гелиоэлектротермообработки реальных изделий в зависимости от параметров их обезвоживания и факторов, определяющих степень зрелости бетона.

Практическое_значение_работы:

- разработана энергосберегающая экологически чистая технология круглогодичного изготовления сборного железобетона с автоматизированным управлением процесса ускоренного твердения бетона в теплоизолированных теплоаккумулирующих гелиокамерах, обеспечивающая высокое качество бетона при суточном цикле производства и позволяющая значительно экономить топливно-энергические ресурсы;

- разработаны алгоритмы и программы автоматического управления процессом ускоренного твердения бетона, на основе которых разработана система автоматического управления процессом тепловой обработки сборных железобетонных изделий в условиях сухого жаркого климата;

- разработан способ впределения удельного электрического сопротивления твердеющего бетона реальных изделий, который позволяет определять электропроводность бетона независимо от характера армирования;

- разработана на уровне изобретения конструкция теплоизолированной теплоаккумулирующей гелиокамзры (ТИТАГ) со съемными теп-лоаккумулирующими элементами, сочетающая функция как теплоизолированных, так и теплоаккумулирующих гелиокамер (Заявка на предполагаемое изобретение # 94034238 от 16,09.94 г.).

Ре ал из ация ^а б отыОпыгно-промышленное внедрение разработанной технологии изготовления сборного железобетона с автоматизированным управлением процесса твердения бетвна при совместном использовании солнечной энергии и дополнительно-дублирующих устройств было осуществлено на полигонах завода ЖБИ-20 ¿ШКиЛ Киргизской 5еспублики и завода ДСК объединения "ОшКПДпроектстрой". При этом установлено, что при данной технологии экономятся топливно-энергетические ресурсы летом на 85-95$,а в осенне-зимне-весенний периоды года - на 40-55% без учета реализации экологического чистого технологического процесса.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на ХХП международной научно-технической конференции молодых ученых в области технологии бетона (Иркутск, 1990 г Л, на международной научно-технической конференции по проблеме гелиотехнологии и долговечности бетонов в условиях

сухого жаркого климата (координационное совещание по проблеме "Технология бетонных работ в условиях сухого жаркого климата") (Бухара, 1992г.), а также рассматривались на заседаниях секции по технологии батона научно-технического Совета НИШБ Минстроя РФ и на заседаниях Ученого Совета инженерного факультета Ошского высшего технологического колледжа лЮиН Киргизской Республики.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено в 6 статьях и докладах, по теме диссертации подана заявка на изобретение.

5$ьем_£аботы;_ Диссертация содержит 142 страницы машинописного текста, тон числе В таблиц, и 47 рисунков. Состоит диссертация из введения, 5 глаз, общих выводов, списка литературы из 104 наименований и приложений.

Работа выполнена в 1990-1994гг.а лаборатории методов ускорения твердения бетонов НИИЯБ .Линстроя РЗ и Ошском высшем технологическом колледже МОиН Киргизской Республики под руководством Заслуженного деятеля науки и тэхгшки РФ,академика РААСН и МИА, доктора технических наук, профессора Б.А.Крылова и доктора технических наук М.О.Орозбекова при научной консультации кандидатов технических наук В.И.Загинайлова и Е.Н.Явлинского.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ'

Известно, что районы с сухим жарким климатом характеризуются продолжительным знойкам летом (более 100 дней в году), высокими температурами воздуха (более 28-30°С), низкой относительной влажностью воздуха (менее ЬО-55%) и их значительными перепадами э течение суток. Поэтому при традиционной технологии бетона в условиях сухого жаркого климата основное внимание на производстве уделяется нейтрализации этих факторов и, в первую очередь, защите

свежеуложеиного бетона от солнечной радиации и вредного воздействия ветра.

Однако исследования, проведенные в последнее время, позволяют принципиально по-иному подойти к проблеме воздействия климатических факторов в регионах с сухи жарким климатом и выдвинуть концепцию широкого их использования при производстве железобетонных изделий и конструкций. В соответствии с этим в работе сделана классификация возможного использования этих факторов в производстве сборного железобетона, согласно которой, и солнечную радиацию, и повышенную температуру воздуха можно в полной мере использовать на различных технологических переделах.

Одним из технологических переделов, где наиболее эффективно могут быть использованы солнечней радиация и повышенная температура окружающей среда, является тепловая обработка изделий и конструкций, поскольку это и наиболее энергоемкий процесс в изготовлении сборного железобетона.

Анализ работ, проведенных а СНГ и других странах, позволил обобщить существующие в настоящее время тенденции и выявить следующие основные направления:

- тепловая обработка изделий с применением гелиосистем с промежуточным теплоносителем (вода, масло и т.д.);

- гелиотермообработка железобетонных изделий в металлических формах с применением светопрозрачкых и с о л нце в о спр и нимающих покрытий 5

- тепловая обработка железобетонных изделий в гелиокамерах различных типов.

Тепловая обработка изделий с применением гелиосистем с промежуточным теплоносителем ь настоящее время не нашла широкого применения из-за низкого КПД (не более 0,2-0,3), отсутствия на-

дежного серийно выпускаемого гелиооборудования.а также исследований и рекомендаций по тепловой обработке крупноразмердах изделий.

Наиболее существенным недостатком гелиотермообработки с применением светопрозрачных и солнцевоспринимаюцих покрытий (СВИТАП, СГИТИП и др.) являются значительные теплопотерн разогретого бетона в окружающую среду и связанная с этш необходимость заворшэнил формования изделий к 12-13 часам дня.

Основными недостатками комбинированной гелиотермообработки изделий в формах с покрытиями СВИТАП являются невозможность использования существующих гелиокрышек для изготовления изделий другого типоразмера и потребность в увеличении производственных площадей.

Гелиокамеры парникового типа для одностадийной и двухстадий-ной тепловой обработки бетона, основаны на конструкциях обычных теплиц. Они не капли широкого применения из-за сложности обеспечения в их объеме требуемой влажности среда, наличия значительных градиентов температур в изделиях по высоте, трудности сооружения и эксплуатации этих камер.

Представляет огромный интерес разработанные в последние года технологии тепловой обработки изделий а тегшоаккумулирующих гелио-камерах, параметры которых оптимизированы на основе установленных закономерностей гелиопрогрева и обезвоживания бетона. Однако у этих технологий есть серьезный недостаток - сезонность изготовления изделий (6-7 месяцев е году).

Основываюсь на результатах исследований по использованию солнечной энергии и методов электротэрмообработки,сформулирована рабочая гипотеза о том, что комбинированная гелиоэлектротэрмооб-работка сборного железобетона и теплоизолированных и теплоакку1-мулирующих гелиокаморах может оказаться восьыа эффзктнвной эиэр-

госберегающей технологией. Такая технология позволяет значительно снизить расход электроэнергии за счет высокоэффективного использования солнечной энергии даже невысокой интенсивности и экзотер-мии цемента в сочетании с регулируемым подводом дополнительного тепла благодаря автоматизации процесса тепловой обработки и использованию теплозащитных и теплоаккумулирующих свойств конструкции гелиокамеры.

Основная часть экспериментальных исследований проводилась в лабораторных условиях НШЖБ и в естественных условиях сухого жаркого климата на лабораторном гелиополигоне Ошского высшего технологического колледжа.

В исследованиях применялись: портландцемент Воскресенского и

Кантского заволоа, гранитный и известняковый щебень фракции 5-2Сш,

кварцевый песок о модулем крупности а! =2,74 и 1,92.

кр

Для исследований на лабораторном гелиополигоне были построены четыре камеры, имеющие одинаковые размеры. При этом две из них изготовлены как теплоизолированные гелиокамеры (ТИГ)«имевшие внутри теплоизоляционные сдои толщиной 30 см из керамзитобетона и снаружи ограждающие слои толщиной 10 см из тяжелого бетона. Другие две камеры были изготовлены как теллоаккумулирующие гелиокамеры (ТАГ), которые .имели внутри теплоаккумулирующие слои толщиной 30 см из керамзитобетона. Конструкции гелиокамер позволяли создавать различный обьем паровоздушной среда вокруг бетона "и изменять условия его твердения за счет регулирования расстояния между твердеющим бетоном и гелиокрышкой ( 8 ), а также изменением коэффициента заполнения ( К ). Для подачи дополнительного тепла в несолнечное время суток и пасмурные дни на подвижном поддоне гелиокамер были установлены трубчатые электронагреватели.

При изучении закономерностей протекания физических процессов

учитывали температуру бетона ( £ ,°С), его зрелость (¡А,град.ч.),

ли

величину суточных влагопотерь (-—.максимальную интенсивность

2

обезвоживания ,кг/ы .ч.), удельное электрическое сопротивление ( р ,0м,см),а также прочность его при сжатии (Кск,МПа).

При проведении экспериментов в центре каждого образца( в плане) по высоте устанавливались ХК-терыопары в верхних, центральных и нижних зонах блоков размером 0,4x0,4x0,15 м, показания которых зарисывались с помощью приборов КСП-4 и А-565. Основные физико-механические свойства бетонов: прочность, морозостойкость и водонепроницаемость определялись по стандартным методикам.

Относительная влажность среды гелиокамер определялась по показаниям сухой и мокрой термопар. Б процессе проведения экспериментов путем дозированной подачи электрической энергии к нагревателям обеспечивался усредненный летний режим гелиотермообработки. При этом расход электроэнергии определялся по показанию счетчика электрической энергии 00-12.

Результаты комплексных исследований протекания физических процессов в свежеуложенном бетоне при комбинированной гелиоэлект-ротермообработке как в теплоизолированной, так и в теплоаккумударующей гелиокамерах в осенне-зимне-весенний периоды года,а также результаты определения относительной влажности среды гелиокамер и визуальные наблюдения за процессом конценсатообразования на нижней поверхности гелиокрышки при твердении бетона подтверждают высказывания Б.А.Крылова, Ш.Р.нЫрзаава и А,1А.Борбоева о существовании особой влагонасыщенной зоны между открытой поверхностью бетона и гелиокрышкой камеры. Б этой зоне массообшнныэ процессы твердеющего бетона происходят независимо от температурно-влажно-стных условий остальной среды камеры. Таким образом,создаются наиболее благоприятные условия твердения бетона, т.е.значительно

уменьшается процесс испарения влаги из бетона, уменьшаются тепло-и влагоградиенты по высоте изделия, которые способствуют формированию однородной структуры и получению высокой прочности.

Исследования показали, что прочность на сжатие бетонов,подвергнутых в течение первых суток КГЭТО в ТИГ и ТАГ при <?= 3 см и 0,2 ^ К ^ 0,6, а затем твердевших в камере нормального твердения, в месячном возрасте превышает В-эд, в то же время при твердении с §=5сми0,2 4 К^0,6 эта прочность в зависимости от й/Ц составляла лишь 84-89^ от й^д.

Как и предполагалось, что при КГЭТО в ТАГ расход электроэнергии на восполнение недостатка тепла солнечной радиации оказался вше на 5-7 кБт.ч.Ум? чем при тех же условиях в ТИГ.

Исследования,проведенные в летний период года (в середине августа) при различном времени формования бетонных образцов,показали, что благодаря теплоаккумулирующим свойствам начало гелио-термообработки в ТАГ не ограничивается, в то же время зрелость и прочность бетонов, твердевших в ТИГ при начале гелиотермообработ-ки в первой и во второй половине дня резко отличаются.

Таким образом, можно сделать вызод о том, что в осенне-зим-не-весенний периоды года тепловую обработку изделий наиболее эффективно осуществлять в ТИГ,а в летний период года - в ТАГ.

С целью круглогодичного использования для тепловой обработки единой гелиокамеры, сочетающей в себе функции как теплоизоли-рданной, так и теплоаккумулирующей, разработана конструкция новой комбинированной теплоизолированной теплоаккумулирующей гелиокамеры (ТИТАГ) со съемными теплоаккумулирующими элементами (заявка на предполагаемое изобретение № 94034238 от 16.09.1994г.).конструкция которой предусматривает применение тегшоаккумулирующих элементов летом внутри камеры, а в осенне-зимне-весенний периоды

года - снаружи ее.

Исследования, проведенные с твердеющим бетоном и модельным телом, показали, что вследствие реализации мягкого режима прогрева бетона и двухстороннего подвода к нему веешних тепловых воздействий, при КГЭТО изделий в ТИГАГ 46-5552 тепла, поступающего к нему на стадии разогрева поставляет внутренний источник энергии экзотермия цемента (первые цифры относятся к бетонам класса ¿25, а вторая - ЬЗО).

Исследования кинетики формирования температурного поля изделий и нарастания прочности бетона проводились в климатической камере "Нема", в которой изменением температуры, относительной влажности среды и скорости движения воздуха имитировались различные

условия внешней среды. Плотность солнечной радиации в пределах р

150-1000 ьтУм имитировали с помощью ламп с зеркальными отражателями типа ЗгС мощностью 300 Вт каждая, установленных на потолке камеры.

Как показали исследования, при комбинированной гелиоэлект-ротермообработке в ТИГАГ, прогрев бетонных блоков осуществлялся одновременно под воздействием трех истоиникоз энергии - солнечной, электрической и экзотермии цемента и поэтому в течение 7-8 часов происходит с незначительными перепадами по высоте сечения, максимальный перепад во время условной изотермической выдержки не превышает 4-6°С,что свидетельствует об однородности теплосодержания по высоте блоков. При этом прочность выпиленных образцов-кубов в суточном возрасте была не ниже Ь0% от й^д при п1=1040 град.ч.,а расход дополнительной энергии при температуре "¿н 8 = =+Ю°С составлял ЗЬ кВт.ч.Ум3 вместо 48 кЬт.ч./м3.полученного в аналогичных условиях, но при отсутствии солнечной радиации. В данном случае примерно 14 кВт.ч.Ум3 поставляло мартовское солнце,

чго подтверждает достоверность данных.подученных теоретическим путем.

Таким образом, комбинированная гелиоэлектротермообработка изделий в ТИТАГ обеспечивает не только значительную экономию топливно-энергетических ресурсов, но и высокую однородность прочностных свойств бетона.

Результаты изучения особенностей структуры и основных свойств бетонов,твердевших в различных условиях свидетельствуют о высоком качестве бетона, подвергнутого комбинированной гелио-элекгротермообработке в ТИТАГ. Вследствие реализации в камере мягких температурных режимов твердения бетона,прочность на сжатие составлял в 28 сут.возрасте 104,555 от прочность на растяже-

ние при изгибе в том же возрасте составил 96,1% от Испытания на морозостойкость бетонов, подвергнутых КГЭГО в ТИТАГ, показали, что прочность при сжатии через 200 циклов попеременного замораживания и оттаивания составляет 26,8 Ша, который незначительно отличается от морозостойкости бетонов нормального твердения (29,7 «Ша), что может быть объяснено особенностями структуры бетонов, твердевших в благоприятных условиях. Водонепроницаемость бетонов, мердевших в нормальных условиях и при КГЭТО в ТИТАГ повышается одинаково и к 6 месячному возрасту достигает марки В-8, что также свидетельствует о схожей структуре этих бетонов,способной со временам уплотняться за счет дальнейшего протекания гидратацион-ных процессов.

С целью обеспечения постоянных физико-механических свойств бетона независимо от погодных условий эксплуатации гелиополиго-нов и для расширения географической зоны применения гелиотехно-логии, выявлены, исследованы и предложены критерии и принцип автоматического управления процессом ускоренного твердения бетона.

- 15 -

Анализ работ, проведенных многими учеными и автором, позволяет утверждать, что на формирование структуры и прочности бетона наибольшее влияние оказывает начальный период его твердения, т.е. период подъема температуры, который характеризуется интенсивным испарением влаги из бетона. При этом к концу этого периода формируется определенная структура бетона и дальнейшее испарение влаги уже не вызывает существенных структурных изменений. Поэтому, путем контролирования и управления параметрами обезвоживания бетона, можно обеспечить однородную структуру и высокую прочность.

Проведенные исследования показали, что о характере обезвоживания твердеющего бетона реальных изделий косвенно можно судить по кинетике изменения удельного электрического сопротивления бетона (ьр ) благодаря достаточно четкой чувствительности ^р к его обезвоживанию. При этом скорость возрастания £ изменяется в зависимости от интенсивности обезвоживания и количества испарявшейся влаги из твердеющего бетона. Также установлено, что обезвоживание свежеуложеиного бетона зависит от условия его твердения, т.е. от температурно-влажяостных условий и скорости подъема температуры бетона. Следовательно, на стадии разогрева основным критерием управления могут явиться параметры обезвоживания: интенсивность обезвоживания и количество влагопотерь, которые в значительной степени характеризуются £ .

С целью.практического определения £ реальных изделий на производства проведены экспериментальные исследования на бетонных образцах, отформованных а деревянных формах размером С,ЬсО,1х х0,3 м, При этом один образец размером 0,1x0,1x0,3 м по стандартной методике оснащался двумя пластинчатыми электродами размерами 0,1x0,1 м, а в остальные образца непосредственно в массив бетона

устанавливались пластинчатые электрода размерами 0,04x0,04 м и 0,03x0,03 м, расстояния между которыми составляли соответственно 0,04; 0,08; 0,12 м и 0,03; 0.05; 0,09 м. Все исследуемые образцы помещались в климатическую камеру "Нема", т.е. им обеспечивались одинаковые условия твердения. Результаты исследований показали, что характер изменения ^ у всех образцов, измеренных при помощи электродов различных размеров, не отличаются от характера изменения ^р эталонного образца. Это позволяет сделать вывод о том, что независимо от характера армирования изделий можно определить ^р реальных изделий с помощью пластинчатых электродов различных размеров, которые могут быть установлены в верхнем защитном слое реального изделия.

Известно, что многими исследователями при разработке технологий тепловой обработки изделий с использованием солнечной энергии в качестве основного критерия оптимизации, характеризующего получение бетона высокой прочности, принималась степень зрелости бетона. Исследования, проведенные нами, подтверждают, что нарастание прочности бетона в значительной мере зависит от степени зрелости. Поэтому достижение бетоном определенной прочности на стадии условной изотермической выдержки можно судить по степени его зрелости.

На основании изложенных критериев управления нами разрабо -тан принцип автоматического управления процессом ускоренного твердения бетона, основанный на контроле за обезвоживанием све-жеуложенного бетона на стадии его разогрева, обеспечивающего при соответствующем получении батоном необходимого количества граду-со-чесов высокие прочностные показатели и формирование однородной структуры затвердевшего бетона. Кроме того, этот прицип предусматривает назначать оптимальный режим выдерживания изделий

при комбинированной гелиоэлектротермообработкз в ТШ'АГ.по которому будет осуществлено автоматическое управление процессом тепловой обработки бетона.

с) соответствии с этим принципом разработана система автоматического управления (САУ) процессом ускоренного твердения бетона при комбинированной гелиоэлектротермообработке изделий в ТИГАГ которая в начальный период твердения батона осуществляет управление за его разогревом в соответствии с кинетикой изменения удельного электрического сопротивления бетона в изделии. При этом одновременно фиксируется средняя температура разогреваемого бетона по показаниям термопар, установленных в верхней и нижней поверхностях изделия. При достижении заданного значения температуры условной изотермической выдержки бетона система прекращает управление по кинетике изменения £ и дальнейшее управление будет вести по средней температуре твердеющего бетона. В этот момент производится определение продолжительности периода условной изотермической выдержки по следующей формуле:

сг -оо сг I 2[М1-М»ео6хЛиъ(22-Т„агр))]'

Ь&ыд — ~ 1-нагр---у -—-

где с<Т~наГр- продолжительность периода разогрева бетона, ч;

- количество градусо-часов, которое набрал бетон в период разогрева, град.ч.; ¡^необх" необходимое количество градусо-часов, которое бетон

должен набрать к концу КГЭТО, град.ч.; "¿из- температура условной изотермической выдержки;""" К - темп остывания изделия;°С/ч,

По истечении периода условной изотермической выдержки система полностью прекращает управление и производит только фиксацию

средней теишрагуры багока и количества гродусо-часоа, набранных за весь период тепловой обработки. Кроме того, система ыожэт выдавать данные об изведают температуры окруплющей среды и интенсивности поступления солнечной радиации на гелиополигон, в зависимости от которых сводит коррективы в управление за процессом ускоренного твердения бетона при комбинированной гелиоэлектротермообработка.

Разработана функциональная схема автоматизации тепловой обработки железобетонных изделий при совместном использовании солнечной эшргии и дополнитеяьно-дублкрущих устройств. На основе этой схею! такса разработаны принципиальная, функциональная и структурная схемы САУ процессом ускоренного твердения бетона, с помощью которых составлены алгоритм и программа управления.

На основе дифференцирования кинетики прогрева изделий,а также. применяя современные методы моделирования на ЭШ разработана математическая модель динамики прогрева изделий при комбинированной гелиоэлектротермообработке в ТИТАГ, позволяющая на любом отрезке времени определять соотношение солнечного излучения и дополнительных источников энергии в зависимости от физических, климатических и технологических факторов, а соответствии с которым подается оптимальное количество дополнительного тепла.

Опытно-промыиланное внедрение результатов работы осуществлено на полигонах Ошского завода ЖБИ-20 иШХшЛ Киргизской Республики и ДСК объединения "ОшКЦДпроектстройп.

Результаты производственных исследований показали, что при комбинированной гелиозлекгротермообработке дорожных плит ПД-2-1,2 прогрзв бетона в течение всего периода тепловой обработки осуществлялся по мягкому режиму, т.е. скорость подъема температуры не превышала 5-6°С/ч, & тзмп остывания изделий -2,Ь-3°СУч. При этом

вследствие равномерного прогрева перепад температуры по высоте сечения изделия не превышал 4-6°С. Прочность бетона изделия в суточном возрасте достигла 58,13 от марочной,а а 28-суточноы возрасте - даже превысила его и составила 106,Т%. Расход дополнительной энергии на возмещение недостатка тепла солначной радиации в процессе тепловой обработки изделий (при ~Ь н составил

34,8 кВт.ч./м3. Экономический эффект от внедрения данной технологии в производство составил 4,21 рубУм3 бетона (в ценах 1988 года). Таким образом, за счет учета количества поступающей солнечной радиации и совместного воздействия на твердеющий бетон в сочетании с дополнительными источниками тепла удалось сэкономить топливно-энергетические ресурсы летом на ££-95$,а в осенне-зимне-весенний периоды года - на 45-55$.

ОБЩИЕ вывода

1. Разработана энергосберегающая экологически чистая технология круглогодичного изготовления изделий из тяжелого бетона с автоматизированным управлением процесса ускоренного твердения бетона в теплоизолированных теплоаккумулирующих гелиокамерах,позволяющая за счет управления параметрами обезвоживания на стадии разогрева и достижения требуемой степени врелости бетона обеспечивать получение бетона плотной структуры и высокой прочности,

2. Подтверждено положение о существовании при 8=3 см и

0,2 4 К 0,6 особой влагонасыщенной зона между поверхностью бетона и гелиокрышкой камеры, в которой в основном происходят мас-сообменные процессы между твердеющим бетоном и средой камеры,независимо от параметров среды других зон камеры.

3. Установлено, что протекание физических процессов при КГЭТО

как в теплоизолированных, гак и в теплоаккумулиругацих гелиокаме-рах происходят одинаково. В осенне-зимнэ-весенний периоды года эффективность комбинированной гелиоэлектротермообработки изделий с точки зрения расхода дополнительно-дублирующей энергии в ТИГ выше, чем в ТАГ, Однако летом гелиотермообработка в ТАГ существенно эффективнее, чем г ТИГ за счет дополнительного подвода аккумулированного тепла к твердеющему бетону.

Разработана и предложена на уровне изобретения конструкция комбинированной теплоизолированной теплоаккумулирующей гелио-камеры (ТЙГАГ) со съемными теплоаккумулирующими элементами,которая сочетает в себе функции ТАГ и ТИГ. При этом в летнее время ока выполняет функции ТАГ, а в юенне-зимне-весенний периоды года -функции ТКГ.

5. Показана степень участия экзотермии цемента при КГЭТО изделий в ТИГАГ в зависимости от Так на стадии разогрева за счет экзотермии цемента поступает 46-55% тепла твердеющему бетону, а всего в суточном цикле прогрева оно достигает до

6. Изучена кинетика формирования температурного поля изделий

и нарастания прочности бетона, подвергнутого комбинированной гелио-электротермообработке в ТИГАГ. Максимальный перепад температур по высоте изделия а течение 7-8 часов на стадии разогрева составляет 3-4°С, а во время условной изотермической выдержки - 5-6°С, что свидетельствует об однородности теплосодержания по высоте блоков и к 28-суточному возрасту достигают, а иногда превышают марочную прочность бетона, твердеющего в нормальных условиях.

7. Выявлено,что в весенний период года при наличии и отсутствии солнечной радиации степень участия солнечной энергии в формировании температурного полк изделия в камере для марта месяца сос-

тодила около 30^, а в январе и декабре - 15-20$. Ссз дне годовая экономия энергии при изготовлении изделий из тяжелого бетона класса В22,5 только за счет использования солнечной энергии для условий г.Ощ составляют примерно 55-60$.

8, Вследствие реализации при КГЭТО изделий в ТИГАГ мягких температурных режимов твердения бетона в условиях повышенной влажности, прочность на сжатие и растяжение при изгибе, морозостойкость и водонепроницаемость бетонов, подвергнутых тепловой обработке в ТИГАГ,в основном такие же,как у бетонов нормального твердения, свидетельствующие об идентичности их структуры.

9. На основе исследований в качестве критериев управления при комбинированной гелиоэлектротермообработке изделий а ТИГАГ приняты удельное электрическое сопротивление и степень зрелости бетона. Выбор удельного электрического сопротивления обусловлен тем, что по нему косвенно можно судить о характере обезвоживания твердеющего бетона реальных изделий и контролировать интенсивность обезвоживания. В го же время о достижении распалубочной прочности затвердевшего бетона в суточном возрасте может наиболее достоверно информировать количество градусо-часов, получаем мое твердеющим бетоном.

Ю. Установлено, что удельное электрическое сопротивление твердеющего бзтона реальных изделий можно определять с помощью двух пластинчатых электродов, расположенных в верхнем защитном слое массива реального изделия. При этом размеры электродов и расстояние между ними не влияют на характер изменения удельного электрического сопротивления .

II. Разработана методика назначения оптимальных режимов выдерживания изделий при комбинированной гелиоэлзктротермообра-ботке в ТИГАГ, о зависимости от времени достижения максимальной

температуры условной изотермической выдержки при контролируемой интенсивности обезвоживания бетона, темпа остывания изделий и требуемой степени зрелости бетона, гарантирующей получение рас-палубочной прочности. На уровне изобретений разработана система автоматического управления процессом ускоренного твердения бетона при КГЭТО в ТИТАГ, основанная на том, чт^ в зависимости от исходных данных система автоматически определяет оптимальный режим твердения бетона и контролирует его выдерживание в процессе твердения бетона.

12. Разработана математическая модель динамики прогрева изделий при комбинированной гелиоэлектротермообработке в ТИГАГ,позволяющая определять соотношение солнечного излучения и дополнительно-дублирующих источников тепла в процессе твердения бетона

и тем самым оптимизировать подачу дополнительного тепла.

13. Опытно-промышленное внедрение технологии изготовления сборного железобетона с автоматизированным управлением процесса твердения бетона в ТИТАГ на полигонах завода ЖБИ-20 йВХиМ Киргизской Республики и завода ДСК объединения "ОщКПДпроекгстрой" полностью подтвердили результагн исследований. При разработанной технологии летом экономится до 85-95$,а в осенне-зимне-весенний периоды года - до 40-55% топливно-энергетических ресурсов. Экономический эффект от внедрения данной технологии составил 4,21руб//*3

(в ценах 1988 года).

Основные положения диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

I. Орозбекоэ М.Р., Калчороев A.n., Айдарбеков З.Ш. Гелиотер-мообработка железобетонных изделий.//Латериалы XXII международной конференции молодых ученых в области бетона и железобетона.-Иркутск, 1990.- С.215-217,

- 232. Орозбеков М.О., Айдарбеков З.Ш. Гелиоэлектротермообработ-ка железобетонных изделий.//Материалы республиканской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов Таджикистана. 1енинабад,1990.- G.II7-I2I.

3. Орозбеков М.О., Калчороев А.К., Айдарбеков З.Ш. Комбинированная гелиотериообработка сборных железобетонных изделий./Ла-териалы международной научно-технической конференции по проблеме гелиотехнологии и долговечности бетонов в условиях сухого жаркого климата (У координационное совещание по проблеме "Технология бетонных работ в условиях сухого жаркого климата").-Бухара,1992. - С.212-214.

4. Орозбеков М.О.. Айдарбеков З.Ш., Калчороев А.К. Определение основных критериев автоматизации комбинированной гелиотер-мообработки сборного железобетона с помощью схем-аналогов.//Сб. научн.трудов проф.-препод.состава посвященный 25-летию ФерПИ.-Фергана.- С.112-115.

5. Орозбеков М.О., Калчороев А.К., Айдарбеков З.Ш. Эффективность использования гелиокамер при применении предварительно разогретых бетонных смесей.//Лежвузовский сб.научн.трудов.- Ош-Фер-гана.- 1994.

6. Орозбеков М.О., Айдарбеков З.Ш., Калчороев А.К. Многомерное автоматическое управление процессов гелиоэлэктротермообработ-ки сборного железобетона.// Межвузовский сб.научн.трудов.- Ош-Фер-гана, 1994.

7. Айдарбеков З.Ш., Кадчороев А.К., Козлов А.Д., Крылов Б.А., Лагойда A.B., аДалинский E.H., Орозбеков ivl.O. Гелиокамера.Заявка на предполагаемое изобретение № 94034238 от 16.09.1994г.

Нодп. к печати 20.01.1995 г. Тираж 100 экз. Заказ » 2548 Ornewreno в типографии ГОСЮЯИ