Регулювання тверднення цементів у бетоні з урахуванням особливостей клімату В'єтнаму

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти України

Харківський державний автомобільно-дорожній технічний університет

УДК 666.97

Регулювання тверднення цементів у бетоні з урахуванням особливостей клімату В'єтнаму

Спеціальність 05.23.05 - Будівельні матеріали та вироби

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Фунг Бао Ань

Харків 1999

Дисертація є рукописом

Робота виконана в Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури на кафедрі “Фізико-хімічна механіка і технологія будівельних матеріалів і виробів”

Науковий керівник: заслужений діяч науки та техніки України, доктор технічних наук, професор Ушеров-Маршак Олександр Володимирович, кафедра “Фізико-хімічна механіка і технологія будівельних матеріалів і виробів” Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури

Офіційні опоненти: заслужений діяч науки та техніки України, доктор технічних наук, професор Вознесенський Віталій Анатолійович, завідуючий кафедрою “Процеси та апарати в технології будівельних матеріалів” Одеської державної академії будівництва та архітектури; кандидат технічних наук, Толмачов Сергій Миколайович, ведучий науковий співробітник кафедри “Технологія дорожньо-будівельних матеріалів” Харківського державного автомобільно-дорожнього технічного університету

Провідна установа: Придніпровська державна академія будівництва та архітектури (м. Дніпропетровськ)

Захист відбудеться “9” вересня 1999 р. о 1600 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 64.059.01 при Харківському державному автомобільно-дорожньому технічному університеті Міністерства освіти України, за адресою: 310078, м. Харків, вул. Петровського, 25.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського державного автомобільно-дорожнього технічного університету за адресою: 310078, м.Харків, вул. Петровського, 25.

Автореферат розіслано “12” липня 1999 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Космін О.В.

АНОТАЦІЯ

Фунг Бао Ань. Регулювання тверднення цементів у бетоні з урахуванням особливостей клімату В'єтнаму. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05 - будівельні матеріали та вироби. - Харківський державний автомобільно-дорожній технічний університет, Харків, 1999.

У роботі на основі оцінки впливу природно-кліматичних особливостей В'єтнаму на тверднення та властивості бетону методами калориметричного аналізу (термокінетика і термопорометрія) досліджені ранні стадії гідратації та структуроутворення в'єтнамського та українського цементів у присутності індивідуальних та комплексних хімічних добавок пластифікуючого та прискорюючого типів у інтервалі 20…600С.

Встановлено основні показники швидкості та повноти тепловиділення композицій, що твердіють, з метою вибору ефективних технологічних параметрів. Дані щодо тепловиділення покладено за основу розрахунку та прогнозу по розробленій методиці температурних полів у пакетах залізобетонних виробів із застосуванням геліотехнології. Рекомендації щодо вдосконалення технології бетону з використанням хімічних добавок та сонячної енергії передано Ханойському заводу.

Ключові слова: вологість, тепловиділення, структуроутворення, пористість, температурний фактор, температурні поля, геліотехнологія.

SUMMARY

Fung Bao Anh. Regulation of cement hardening in concrete with allowance of climatic features of Vietnam. - Manuscript.

Dissertation for degree of the candidate of technical sciences in speciality 05.23.05 - “building materials and products”. - The Kharkov State Automobile and Highway Technical University, Kharkov, 1999.

The ways of regulation of cement hardening in concrete in the conditions of hot and humid climate of republic are presented. Kinetics of heat evolution during hydration of vietnamic and ukrainian cements in the presence of additives - plastificators and hardening accelerators is investigated. The indexes of intensity and the completeness of reaction under the influence of temperature factor and additives are found, the parameters of pore structure of the basic component of concrete - the cement stone with additives and shaped of water bonding in investigated temperature interval are defined by means of thermoporosimetry.

Methodology is proposed and the calculation is carried out for determination of temperature fields and solar radiation in geliopackage. The proposition as to regulation of cement hardening in concrete with the application of chemical additives and solar energy are worked out and handed over to the Hanoi factory of armored concrete products.

Key words: humidity, heat evolution, structure formation, porosity, temperature factor, temperature fields, gelio-technology.

АННОТАЦИЯ

Фунг Бао Ань. Регулирование твердения цементов в бетоне с учетом особенностей климата Вьетнама. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.05 - строительные материалы и изделия. - Харьковский государственный автомобильно-дорожный технический университет, Харьков, 1999.

Выполнен анализ и определены пути регулирования процессов твердения цементов в бетоне в условиях жаркого и влажного климата республики Вьетнам, характеризующихся значительными колебаниями годовых, среднемесячных и суточных показателей температуры и влажности воздуха, скорости и направления ветра, солнечной радиации. Отмечено, что достигнутый уровень технологии бетона носит качественный характер и недостаточно учитывает возможности регулирования процессов твердения, тепло - и массообмена на основе количественной оценки эффективности применяемых цементов, химических добавок и использования энергии солнечной радиации с применением средств информатики для решения технологических задач.

Исследована кинетика тепловыделения при гидратации вьетнамского и украинского цементов в присутствии добавок - пластификаторов и ускорителей твердения. Установлены показатели интенсивности и полноты протекания реакции под влиянием температурного фактора и вводимых добавок. Методом термопорометрии определены параметры поровой структуры основного компонента бетона - цементного камня, оценены формы связи воды в интервале 20...60С. Показано, что введение добавок и регулирование температуры обеспечивает соблюдение требований снижения водосодержания с целью устранения негативных явлений испарения воды и температурно-влажностных деформаций.

Сформированы информационные (компьютерные) банки нормативно-технологических данных, с каталогами компонентов и термокинетическими характеристиками процессов твердения цементов для подбора составов, определения режимов твердения бетона в условиях Вьетнама. Подтверждены известные положения о роли тепловыделения и необходимости его учета при решении рецептурно-технологических задач для конкретных климатических условий в периоды “лето-зима”.

Обоснован вариант гелиотехнологии железобетонных изделий в пакетах со светопрозрачными покрытиями для интенсификации процессов твердения и защиты твердеющего бетона от увлажнения. Разработана методика и выполнен расчет температурных полей с учетом вклада экзотермии и солнечной радиации в гелиопакете изделий. Определены показатели энергетического потенциала бетона, прочностные характеристики бетона в разных слоях пакета. Показана целесообразность варьирования составов бетонной смеси для достижения однородности свойств бетона с учетом тепловыделения при твердении цементов в присутствии химических добавок.

Разработаны и переданы Ханойскому заводу железобетонных изделий технологические рекомендации по регулированию твердения цементов в бетоне с использованием химических добавок и солнечной энергии.

Ключевые слова: влажность, тепловыделение, структурообразование, пористость, температурный фактор, температурные поля, гелиотехнология.

цемент гідратація залізобетонний

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Природно-кліматичні умови В'єтнаму характеризуються значними коливаннями показників температури та вологості повітря, частоти випадання та інтенсивності атмосферних опадів, сонячної радіації, швидкості та напрямку вітру. Вплив тропічних особливостей кліматичного фактора на відміну від умов сухого та жаркого клімату на технологію і властивості бетону вивченo та описано явно недостатньо. Аналіз виконаних раніше дисертаційних робіт, нормативно-довідкової літератури В'єтнаму по врахуванню впливу вологого та жаркого клімату країни, із погляду бетонознавства, показує, що задачі забезпечення необхідних властивостей бетону вирішувалися без відбиття можливостей регулювання процесів тверднення, тепло- і масообміну з кількісною оцінкою дії хімічних добавок різних типів на кінетику ранніх стадій гідратації і формування структури. Рекомендації щодо використання геліотехнології для інтенсифікації тверднення носили загальний характер і не враховували внеску показників екзотермії цементів та сонячної радіації в енергетичний баланс бетонних виробів, що твердіють.

На даному етапі розвитку технології бетону у В'єтнамі велике значення набуває проблема вирішення виникаючих задач на сучасному комп'ютерному рівні з використанням інформації про кінетику процесів тверднення, формування порової структури, температурно-вологісних змін та ін. Отримання подібної інформації можливе при використанні елементів комп'ютерного підходу до отримання, накопичення та використання термокінетичних даних про швидкість та повноту тепловиділення, а також термопорометричної оцінки структуроутворення та стану води в цементному камені під впливом рецептурно-технологічних і кліматичних факторів.

Актуальність теми підтверджується необхідністю рішення задач удосконалювання технології бетону та залізобетону в умовах економічної та енергетичної кризи у В'єтнамі з забезпеченням раціональних витрат цементу і досягнення необхідної якості виробів.

Мета роботи - регулювання тверднення цементів у бетоні з урахуванням кліматичних умов В'єтнаму на основі інформації про характеристики тепловиділення, стану води та структуроутворення цементного каменю.

Задачі дослідження:

оцінка показників швидкості та повноти тепловиділення при гідратації цементів В'єтнаму та України;

формування комп'ютерних банків нормативно-технологічних даних при виготовленні залізобетонних виробів;

визначення ефективності впливу хімічних добавок типу пластифікаторов та прискорювачів на швидкість ранніх стадій та повноту гідратації цементів;

вивчення параметрів порової структури цементного каменю та стану води під дією мінливих показників - температури і вологості;

розробка методики розрахунку температури в бетоні в умовах геліотехнології з урахуванням екзотермії цементів;

розрахунок температурних полів у геліопакеті залізобетонних виробів;

призначення технологічних параметрів виготовлення виробів із використанням сонячної енергії.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому що:

встановлено закономірності зміни швидкості та повноти тепловиділення на ранніх стадіях гідратації цементів у присутності добавок - регуляторів процесів тверднення;

визначено кількісні характеристики стану води і порової структури цементного каменю під впливом зміни температури та вологості;

розроблена методика розрахунку температурних полів у пакетах бетонних виробів;

оцінено внесок екзотермії цементів та сонячної радіації в енергетичний потенціал бетону, що твердіє;

Практична цінність результатів дослідження полягає в розробці ефективних складів та режимів тверднення бетону. Рекомендації щодо виробництва залізобетонних виробів із використанням геліотехнології передано Ханойському заводу залізобетонних виробів для реалізації.

Особистий внесок здобувача:

виконано аналіз стану та можливостей технології залізобетонних виробів з урахуванням кліматичних особливостей В'єтнаму;

проведено калориметричні експерименти та оброблено їхні результати по визначенню тепловиділення цементів;

обгрунтовано застосування геліопакетів для виготовлення залізобетонних плит облицювання іригаційних каналів;

виконано розрахунки температури в залізобетонних плитах різних шарів пакета для липня та січня місяця.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи повідомлені на науково-технічних конференціях та семінарах: “Строить - значит думать о будущем” (Харків, 1996 р.), “Моделирование и вычислителный эксперимент в материаловедении” (Одеса, 1996 р.), “Компьютерное материаловедение и обеспечение качества” (Одеса, 1997 р.), “Физико-химические проблемы строительного материаловедения” (Харків, 1998 р.).

Публікації. Результати досліджень опубліковані в 9 друкованих працях: 4 статті в науково-технічних збірниках, 5 - у матеріалах науково-технічних конференцій.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку літератури з 108 найменувань і 1 додатка. Містить 110 сторінок основного тексту, 50 рисунків, 15 таблиць.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Республіка В'єтнам є регіоном тропічного клімату зі значною амплітудою коливань показників температури повітря, відносної вологості, швидкості і напрямку вітру, сонячної радіації по території країни з півночі на південь, по періодам року, а також протягом доби, що пов'язано переважно зі зміною дня та ночі. Істотні відміни та багатоваріантність коливань цих показників утруднюють вибір уніфікованих технологічних рішень забезпечення стабільних властивостей бетону.

Основні кліматичні параметри для району м. Ханой характеризуються температурою 20…350С, коливанням вологості протягом доби в інтервалі 25…30% із рясними короткочасними або тривалими зливами. Інтенсивність сонячної радіації може досягати 850 Вт/м2. Настільки високе значення визначає доцільність застосування геліотехнологічних методів у виробництві виробів.

Дослідження, присвячені впливу кліматичних особливостей республіки на технологію і властивості бетону, досить інтенсивно проводилися в 70-80-х роках. У країнах СНД і В'єтнамі було виконано декілька дисертаційних робіт (Нгуен Тхук Тієн, Нгуен Вань Хінь, Нгуен Тієн Дін, Као Т'єн Зуй). У них крім традиційного опису специфіки клімату розглянуто в загальному плані запитання використання хімічних добавок, термообробки, сонячної енергії в технологічних цілях, різноманітні та досить відомі способи і тривалість догляду за бетоном, що твердіє, із метою регулювання вологовтрат та ін. Водночас, рівень розгляду фізико-хімічних аспектів впливу температурно-вологісних коливань на кінетику гідратації та структуроутворення основного компонента бетону - цементного каменю - недостатній. Взагалі, доводяться та обговорюються результати фізико-механічних іспитів. Висувалися емпірично обгрунтовані “ультразвукові” характеристики, “критична щодо вологовтрат міцність” та ін. Не використані, мабуть внаслідок умов того періоду, можливості комп'ютерної техніки.

З метою усунення відзначених недоліків нами проаналізовано сучасні уявлення про структуру цементного каменю, як результату взаємодії твердої, рідкої та повітряної фаз. Обговорено питання формування “транспортних шляхів” із пор, капілярів та дефектів структури, що визначають інтенсивність взаємодії бетону з навколишнім середовищем /Миронов С.О., Пунагін В.Н./. Відзначається роль вологовмісту та зміни стану води в цементному камені та бетоні у взаємозв'язку з такими важливими властивостями, як міцність, щільність, проникність, зсідання та ін. /Лерміт Р., Невілль А./.

З метою кількісної оцінки впливу показників температури повітря та бетону, вологості та швидкості вітру за аналогією з подібними розрахунками для сухого та жаркого клімату побудована номограма інтенсивності збезводнювання бетону для умов В'єтнаму.

У результаті виконаного аналізу виділена значимість інформації про кінетику гідратації та особливості формування структури цементного каменю під впливом кліматичних (температура, вологість) та технологічних (температура, добавки, В/Ц та ін.) факторів.

У зв'язку з цим, прицільно розглянуто деякі аспекти вибору цементів, хімічних добавок, використання сонячної енергії з урахуванням екзотермії цементів, як внутрішнього джерела тепла в загальному енергетичному потенціалі бетону, що твердіє /Заседателев І.Б., Подгорнов Н.І., Шифрін С.А., Мхітарян Н.М./.

В основу методології експериментальної частини роботи покладено методи калориметрії - термокінетичний аналіз швидкості та повноти тепловиділення процесів тверднення і термопорометрія для характеристики пористості і стану води в цементному камені.

Термокінетичний аналіз дозволяє за результатами ізотермічної калориметрії отримувати залежності швидкості - dQ/d=f() та повноти - Q=f() тепловиділення від часу, а за допомогою пакета прикладних програм вирішувати задачі: виділення характерних періодів початкової гідратації - індукційного (і), прискореного (пр) та уповільненого (у), прогнозу тепловиділення для будь-якого по тривалості проміжку часу, кінетичного моделювання термокінетичних залежностей та визначення параметрів тепловиділення в реальних неізотермічних умовах.

Метод термопорометрії за даними скануючої калориметрії про фазові переходи порової рідини при її заморожуванні в порах та капілярах цементного каменю забезпечує отримання інформації про розміри, розподіл по розмірах та формі пор, а також стану води (вільної і зв'язаної).

Ця інформація дозволяє в остаточному підсумку кількісно оцінювати можливості регулювання інтенсивності процесів тверднення цементів при зміні температури та вологості, введенні хімічних добавок та ін. технологічних і кліматичних впливах.

При проведенні дослідження використано портландцементи М400 заводу “Хайфонг” (В'єтнам) та М500 Здолбуновського заводу, хімічні добавки пластифікуючого та прискорюючого типів - суперпластифікатор С-3, комплексна добавка “Релаксол” і сульфат натрію, дрібний і крупний заповнювачі родовищ обох країн. Відомості про властивості компонентів занесені в каталоги “Цемент”, “Заповнювачі”, “Добавки” банків даних комп'ютерної інформаційно-довідкової системи, використаної для добору та коригування складів бетону.

Вплив температурного фактора на процеси тверднення оцінювався за показниками тепловиділення двох різновидів цементу. Температурний інтервал дослідження, виходячи з розумінь можливого підвищення температури у виробах, обраний 20…600С. Зростання температури закономірно інтенсифікує реакції гідратації. Максимальний приріст швидкості та повноти тепловиділення відзначається при підвищенні температури в інтервалі 20…350С, що відповідає максимуму цього показника в літні місяці В'єтнаму. При цьому для цементу заводу “Хайфонг” характерні більш інтенсивні темпи початкової гідратації (рис.1) із тенденцією зниження повноти тепловиділення при зростанні температури за рахунок імовірного блокування гідратації гідроалюмінатами кальцію. Обидва портландцементи характеризуються помірною екзотермією і їх не можна віднести до ефективних в'яжучих для прискореного тверднення.

Тому була проведена оцінка швидкотвердіючого цементу на безгіпсовій основі, у складі якого СaSO4·2H2O може бути замінений цілком або частково прискорювачем тверднення - Na2SO4 /Саницький М.А./. Результати калориметричних експериментів свідчать про зростання показників швидкості та повноти тепловиділення навіть при частковій заміні гіпсу сульфатом натрію. Особливо сильно - у 2,5…3 рази скорочується за рахунок прискореної кристалізації Са(ОН)2 та етрінгіту в складі новоутворень тривалість індукційного періоду гідратації.

Хімічні добавки також значно змінюють термокінетичні характеристики гідратації цементів /Ратінов В.Б., Батраков В.Г./. По ознаці прискорення тверднення три досліджувані добавки можна розташувати в ряд: Na2SO4 > “Релаксол” > С-3. Однак, у цьому випадку не можуть бути враховані можливості підвищення міцності за рахунок зниження водовмісту в результаті пластифікуючої дії ПАР. У випадку тверднення низькоалюмінатного В'єтнамського цементу найбільш ефективний вплив на швидкість тепловиділення, судячи з залежностей dQ/d=f(), добавки “Релаксол”. Цей експеримент підтвердив правильність вибору “Релаксола”, аналогічного по дії В'єтнамській комплексній добавці на основі чорних лугів.

Відомо, що роль температурного фактора визначається не тільки температурним впливом, але і тимчасовими параметрами - моментом, інтенсивністю та тривалістю його застосування /Мчедлов-Петросян О.П./. Визначено, виходячи з даних ізотермічної калориметрії, показники неізотермічного тепловиділення для умов, наближених до добових коливань температури для липня в районі м.Ханой. Підвищення температури бетону може відбуватися через 2…10 год, швидкість її зміни може коливатися від 0,6 до 4,30С/год, а, як відзначено вище, інтервал коливання температурного впливу складає 30…600С.

За цих умов: зростання тривалості витримування з 2 до 10 год сприяє зниженню швидкості тепловиділення з 9 до 5,5 кал/ггод протягом перших 12…17 год тверднення; пропорційно зниженню швидкості нагрівання знижує інтенсивність тепловиділення з 9 до 6,75 кал/ггод, а підвищення температури прогріву закономірно форсує процеси тверднення і показник dQ/d зростає більш ніж у 4 рази. Змінюється повнота реакцій гідратації.

Отримані дані про неізотермічне тепловиділення наповнюють банк даних для наступних розрахунків температурних полів у бетоні виробів, що твердіють у природних умовах або в геліопакетах.

Можливості обмеження масообмінних процесів при дії кліматичних факторів взагалі і зміні вологості зокрема зв'язані з пористістю цементного каменю в бетоні. Методом термопорометрії показано, що зниження вологовмісту при зменшенні В/Ц з 0,7 до 0,5 знижує об'єм пор із 0,385 до 0,153 см3/г. Область розподілу пор по розмірах зміщується при підвищенні температури тверднення з 30 до 700С із діапазону 8,5...21 нм у діапазон 4,5...19 нм з одночасним зрушенням максимуму розподілу з 17 до 13 нм за рахунок прискорення реакцій гідратації і зв'язування води.

При введенні хімічних добавок, наприклад Na2SO4, формується більш дрібнопориста структура. Максимум області розподілу пор у цементному камені з Na2SO4 зміщується з 14 нм до 7,4 нм. Добавка С-3 також сприяє звуженню області розподілу пор і зрушенню максимуму розподілу з 14 до 7,2 нм при зниженні в порівнянні з контрольним зразком об'єму мікропор у 1,4 рази з 0,537 до 0,383 см3/г. Це істотно з погляду підвищення щільності бетону в умовах високої вологості.

Ще більш ефективна спільна дія комплексу “Релаксол”. Найбільш істотне зменшення об'єму мікропор із розмірами 4…12 нм, відповідальних за розвиток зсідання цементного каменю.

Зміна вологості навколишнього середовища - вирішальний фактор протікання взаємозалежних процесів міграції, збезводнювання та конденсації вологи в порах та капілярах за рахунок градієнту тисків. Зростання вологості з 70 до 90% зміщує максимум розподілу пор в зону низьких значень за рахунок її конденсації в пори менших розмірів з одночасним збільшенням сумарного об'єму пор, заповнених водою, з 0,28 до 0,41 см3/г.

У процесі гідратації під впливом підвищених температур та введених добавок змінюється співвідношення кількості вільної та зв'язаної води. Добавка “Релаксол” знижує об'єм адсорбційно-зв'язаної води в порах цементного каменю в порівнянні з контрольним складом із 0,0985 до 0,056 см3/г. Ця обставина, безумовно, буде сприяти зменшенню інтенсивності розвитку зсідних явищ.

Як об'єкт застосування результатів дослідження обраний Ханойський завод бетону і залізобетонних виробів. На заводі не застосовуються енергетичні прийоми інтенсифікації тверднення бетону, наприклад пропарювання. З номенклатури продукції становлять інтерес тонкостінні залізобетонні плити облицювання іригаційних каналів розміром 3000150080 мм та однопустотні плити перекриттів 3250580200 мм.

Для цих виробів за допомогою пакета прикладних програм “Заводська лабораторія” із використанням банку даних виконано добори складів бетону. Добавки С-3 та “Релаксол” забезпечують зниження водовмісту бетонної суміші на 5…18% і, включаючи Na2SO4, необхідні темпи росту міцності в перші 3 доби тверднення. Дані калориметричного аналізу покладено в основу запропонованої для заводських умов геліотехнології плоских залізобетонних плит.

У результаті технологічного аналізу можливостей та потреб заводу запропонований спосіб тверднення виробів у геліопакеті з п'ятьох плит. Пакет складається з металевого силового піддона, комплекту металоформ і геліоковпака з одного горизонтального та чотирьох вертикальних світлопрозорих покриттів типу СВІТАП. Конструктивний розрахунок пакета враховує габаритні розміри плит облицювання.

З урахуванням кліматичних особливостей В'єтнаму можливе використання двох типів покриттів. Для жарких умов - світловідбиваюче, для зимового і помірно жаркого періоду - світлопрозоре і теплоізолююче. Зазори між горизонтальною кришкою геліоковпака та верхом бетону, а також між вертикальними огородженнями та боковими поверхнями складають 2…3 см, що запобігає інтенсивному випару вологи з бетону.

Технологія виготовлення виробів включає всі загальноприйняті операції, що доповнені установкою, закріпленням і зняттям геліоковпака через необхідний час. Його тривалість коливається від 20 до 22 год у залежності від погодних умов і технологічної доцільності - один оборот формооснастки в добу.

Для визначення тривалості перебування форм із виробами в геліопакеті необхідно зробити прогноз або розрахунок температурних полів у виробах. При твердненні пакета відбувається: теплова взаємодія (теплоперенос) бетону виробів між собою за рахунок екзотермії цементу, нагрівання сонячною радіацією, утрати тепла через дно пакета та покриття ковпака. Для коректності здійснення розрахунку прийнятий ряд допущень, що стосуються одномірного характеру розподілу температури по висоті, сталості температури на одному рівні, а також незмінності температури протягом 2 год. Дані про зміну добової температури, інтенсивності сонячної радіації району м. Ханой узяті з довідкової інформації. Використовується рівняння теплопровідності, для рішення якого розроблена спеціальна методика. Пакет виробів по методу стандартних сіток розбивається на ряд шарів. Розподіл температур на кожному наступному тимчасовому шарі враховує розподіл температури на попередньому. Враховуються також об'єми бетону, об'єми та кількість шарів, щільність та теплопровідність бетону, а також тепловиділення та інтенсивність сонячної радіації.

Результати розрахунку температурних полів у верхньому та нижньому виробах для липня приведено на рис. 2.

Аналіз розрахунку доводить істотний вплив спільної дії сонячної радіації та екзотермії цементу. Верхній виріб у пакеті прогрівається зі швидкістю 4,270С/год від 26 до 600С. Швидкість остигання - 1,220С/год до 430С. Енергетичний потенціал - 1100 градгод. Швидкість прогріву нижнього виробу 1,380С/год до 490С, а швидкість остигання усього 0,20С/год до 480С. Значення енергетичного потенціалу - 946 градгод. Без урахування екзотермії значення швидкостей прогріву верхнього і нижнього виробів менше - 3,89 і 0,90С/год відповідно.

Верхній виріб зможе прогрітися до 530С, а нижній до 380С. Нижче і значення енергетичних потенціалів - 950 і 759 градгод. Але, як видно з даних рис. 2, у цьому випадку значення сонячної радіації перевищує внесок екзотермії. Значення енергетичних потенціалів можуть складати в цьому випадку усього 763 та 794 градгод.

Отримані дані свідчать про те, що застосування високоекзотермічних цементів та добавок - інтенсифікаторів тверднення дозволить збільшити значення енергетичного потенціалу бетону в умовах геліотехнології.

За результатами проведеної роботи Ханойському заводу бетону та залізобетонних виробів передано рекомендації щодо удосконалювання технології з використанням хімічних добавок та сонячної радіації.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

Виконано аналіз стану технології бетону з урахуванням особливостей вологого і жаркого клімату В'єтнаму, специфіка якого визначається значними коливаннями характеристик температури (6…80С) та вологості (25…30%) у літній та зимовий періоди протягом доби з високоінтенсивною сонячною радіацією - до 850 Вт/м2. Розглянуто можливості регулювання тверднення цементів у бетоні, що полягають у рішенні задач обмеження внутрішнього і зовнішнього масообміну на ранніх стадіях тверднення за рахунок вибору ефективних цементів та індивідуальних і комплексних хімічних добавок типу прискорювачів гідратації та водознижувачів, а також використання сонячної радіації для інтенсифікації технологічних процесів.

Обгрунтовано доцільність застосування калориметричних методів для отримання, накопичення та використання інформації про швидкість та повноту тепловиділення, а також про параметри порової структури цементного каменю і стану води на ранніх стадіях гідратації цементів у присутності добавок при виборі рецептурно-технологічних рішень. Сформовано банк даних інформаційно-довідкової системи, що містить каталоги нормативно-технологічних вимог і властивостей в'єтнамських та українських цементів, добавок та заповнювачів для розрахунку і коригування складів бетону в залежності від кліматичного фактора.

Визначено термокінетичні характеристики - розміри екзоефектів, тривалість індукційного та прискореного періодів при гідратації в'єтнамського та українського цементів у присутності індивідуальних та комплексних добавок пластифікуючої та прискорюючої дії в ізотермічних та неізотермічних умовах. Показано, що інтенсифікація тверднення, що досягається, дозволяє звести до мінімуму догляд за бетоном.

Проведено кількісну оцінку впливу коливань температури та вологості навколишнього середовища на параметри порової структури цементного каменю. Показано, що збільшення температури та вологості сприяють зменшенню розмірів та зсуву максимуму розподілу пор по розмірах із 17 до 13 нм з одночасним збільшенням сумарного об'єму пор, заповнених водою, з 0,28 до 0,41 см3/г і переважанню процесів конденсації над випаром вологи в бетоні, що дає можливість зменшити кількість води, що випаровується, і тим самим знизити величину зсідання бетону.

Визначено роль хімічних добавок у зміні співвідношення вільної та зв'язаної води в цементному камені. Показано, що добавка “Релаксол” сприяє зниженню об'єму адсорбційно-зв'язаної води в цементному камені в порівнянні з контрольним складом із 0,0985 до 0,056 см3/г і сприяє зменшенню інтенсивності розвитку зсідних явищ.

Розроблено варіант виготовлення плоских залізобетонних виробів у геліопакеті зі світлопрозорим покриттям із використанням сонячної енергії для інтенсифікації тверднення та усунення негативного впливу коливань температури та вологості.

Розроблено методику прогнозу та розрахунку температурних полів у виробах геліопакета під впливом екзотермії та сонячної радіації з використанням рівняння теплопровідності та методу стандартних сіток. Встановлено основні закономірності зміни температурних полів залізобетонних виробів по висоті геліопакету. Показано, що для літнього і зимового періодів розмір енергетичного потенціалу бетону, що твердіє, може коливатися в межах 760…1100 град·год. Внесок екзотермії цементу в енергетичний потенціал змінюється в межах від 25 до 50%.

Розроблено рекомендації щодо удосконалювання технологічних рішень при виготовленні залізобетонних виробів із використанням елементів комп'ютеризації, хімічних добавок та геліотехнології. Рекомендації прийнято Ханойським заводом бетону та залізобетону “Вінь Туї”.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В РОБОТАХ

1. Фунг Бао Ань. Учет особенностей климата Вьетнама в технологии бетона // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 1998. - Вип. 3. - С.175-176.

2. Ушеров-Маршак А.В., Синякин А.Г., Гиль Ю.Б., Фунг Бао Ань. Развитие технологии бетона на основе информационного подхода // Вопросы современного строительного материаловедения и строительства. - Львов: Львовский филиал образовательной компании “НОЗ”. - 1998. - С. 134-140.

3. Фунг Бао Ань. Температурный фактор в твердении бетона // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 1998. - Вип. 4. - С. 172-174.

4. Фунг Бао Ань. Задачи технологии бетона в условиях жаркого влажного климата // Материалы научных чтений “Физико-химические проблемы строительного материаловедения”. - Харьков. - 1998. - С. 47.

5. Ушеров-Маршак А.В., Фунг Бао Ань. Возможности регулирования процессов твердения цементов в условиях жаркого влажного климата // Материалы 36 международного семинара по проблемам моделирования и оптимизации композитов. - Одесса. - 1997. - С. 109.

6. Шихненко И.В., Синякин А.Г., Фунг Бао Ань. Выбор рациональных режимов твердения бетонов на основе анализа имитационных моделей тепловыделения и прочности // Материалы XXXV международного семинара по проблемам моделирования и оптимизации композитов. - Одесса. - 1996. - С. 17.

7. Сопов В.П., Фунг Бао Ань. Характер порообразования в цементном камне // Тезисы докладов 51-й научно-технической конференции. - Харьков: ХГТУСА. - 1996. - С.147-148.

8. Синякин А.Г., Фунг Бао Ань, Першина Л.А. Исследование тепловыделения при гидратации быстротвердеющих цементов с химическими добавками // Тезисы докладов 51-й научно-технической конференции. - Харьков: ХГТУСА. - 1996.- С.145.

9. Фунг Бао Ань, Златковский О.А., Синякин А.Г. Расчет температурных полей при твердении бетонных изделий в пакетах // Науковий вісник будівництва.-Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 1999. - Вип. 6. - С.79-83.

Размещено на Allbest.ru