Кандидат технических наук, доцент
Associate Professor, PhD in Engineering
В настоящее время при возведении монолитных бетонных и железобетонных конструкций основные показатели качества зависят от структурообразования и твердения бетона, особенно в зимних условиях. Поэтому режим тепловой обработки влияет на свойства бетона, характеризующие его прочность, пористость, долговечность, морозостойкость и др. В этой связи выбор режимов и их корректировки целесообразно отрабатывать на моделях. Удобство математического моделирования заключается в воспроизведении процесса функционирования во времени. Однако явные математические соотношения получаются только для сравнительно простых систем или ценой определенных предположений и допущений. В связи с этим целесообразно использовать наряду с математическим и физическое моделирование путем изготовления, тепловой обработки и испытания опытных образцов.
Создание эффективной, научно обоснованной технологии тепловой обработки монолитного бетона невозможно без информационного обеспечения и производственных условий. В предлагаемой математической модели тепловой обработки монолитных конструкций определена последовательность выполнения некоторых операций. Определяли формы, геометрические размеры, площадь. Для проведения расчетов режимов тепловой обработки вводили необходимые теплотехнические характеристики опалубочных систем бетонируемых конструкций. Модель учитывала три основных стадии тепловой обработки: подъем температуры, изотермический прогрев и остывание. Приведены формулы их определения, в том числе общий расход теплоты: на подъем температуры бетонной смеси, для прогрева 1 м3 бетонной смеси, в результате экзотермической реакции цемента на 1 м3, для нагрева арматуры на 1 м3, на испарение влаги, для нагрева опалубочной системы. Определены потери теплоты: в окружающую среду, в процессе прохождения через наружную поверхность опалубки, при подъеме температуры одного конструктивного элемента и 1 м3 его бетонной смеси. Показано определение часового расхода теплоты на подъем температуры бетонной конструкции в целом.
Предложенная методика позволяет определить требуемые параметры процесса тепловой обработки бетонных смесей, оптимизировать режимы тепловой обработки, быстро корректировать создавшуюся ситуацию, автоматизировать процесс и, при необходимости, сопоставлять отдельные решения в виде графиков и диаграмм.
Nowadays main qualitative indices depend on concrete structure formation and curing while constructing cast-in-situ concrete and reinforced concrete structures and especially it concerns winter conditions. Therefore the regime of thermal treatment influences on concrete properties characterizing its strength, porosity, durability, frost resistance etc. In this connection selection of regimes and their corrections are reasonable to be tested while using models. Convenience in mathematical modeling is in reproduction of the operational process in time. However explicit mathematics is obtained only for relatively simple systems or at the cost of specific assumptions and suppositions. In this connection it is expedient to use physical simulation along with mathematical one. The physical simulation presupposes manufacturing, thermal treatment and testing of prototype models.
Development of efficient, scientifically-substantiated technology for thermal treatment of cast-in-situ concrete is impossible without information support and working environment. The proposed mathematical model of thermal treatment for castin-situ structures determines sequence of the operations to be executed. Shapes, geometric dimensions, surface area have been determined in the paper. The required thermotechnical characteristics of formwork systems for structures under concre- ting have been used for making calculations of thermal treatment regimes. The model has taken into account three main stages of thermal treatment: temperature rising, isothermal warming and cooling. The paper provides formulae for their determination including total heat expenditure: for temperature rising of the concrete mix, for thermal treatment of 1 м3 concrete mix, for cement exothermic reaction per 1 м3, for reinforcement heating per 1 м3, for moisture evaporation, for heating of formwork system. The following heat losses have been determined: in the environment, in the process of passing through the exte- rior surface of the formwork, in case of temperature rising in one of the constructive element and per 1 м3 of its concrete mix. The paper reveals determination of hourly heat consumption for a concrete structure as a whole.
The proposed methodology makes it possible to determine the required characteristics of heat treatment process for concrete mixes, to optimize regimes of heat treatment, promptly to make corrections in the created situation, to automatize the process and when it is necessary to make comparison of some solutions in the form of graphics and diagrams.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.