Ғылыми журнал 1996 жылдың қарашасынан бастап екі айда бір рет шығады
жүктеу/скачать 5,72 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- A.Yesevi UKTÜ Bülteni
- Ж а р а т ы л ы с т а н у ғ ы л ы м д а р с е р и я с ы
- А.Ясауи атындағы Халықаралық қазақ-түрік университетінің 4 Қ ҰРЫЛТАЙШЫ
- Редакцияның мекен-жайы
- А.Я с а у и у н и в е р с и т е т і н і њ х а б а р ш ы с ы, №6, 2010 МЕХАНИКА, МАТЕМАТИКА, МОДЕЛЬДЕУ
- Бұл мақалада түрлі әдістермен бетонды гелиоөңдеу процесіндегі сыртқы масса ауысудың ерекшелектері анықталған.
- The characters of external mass exchange in the course of various ways of helium thermal treatment have been revealed in the article.
- А.Я с а у и у н и в е р с и т е т і н і њ х а б а р ш ы с ы, №6, 2010
| 3
1996 жылдың қарашасынан бастап екі айда бір рет шығады
A.Yesevi UKTÜ Bülteni Вестник МКТУ им. А.Ясави Bulletin of IKTU named A.Yasawi №6 (72) Қараша-желтоқсан
2010
Ж а р а т ы л ы с т а н у ғ ы л ы м д а р с е р и я с ы БАС РЕДАКТОР техника ғылымдарының докторы, профессор ЛЕСБЕК ТӘШІМҰЛЫ ТӘШІМОВ Р Е Д А К Ц И Я Л Ы Қ А Л Қ А ЕРГӨБЕК Құлбек Сәрсенұлы филология ғылымдарының докторы, профессор -Бас редактордың орынбасары ӘБІЛДАЕВА Гүлжан Елібайқызы -аға редактор БАЙҒҰТ Мадина Жүсіпқызы -көркемдеуші редактор А.Ясауи атындағы Халықаралық қазақ-түрік университетінің 4
Ахмет Ясауи атындағы Халықаралық қазақ-түрік университеті А қ ы л д а с т а р а л қ а с ы : Ағдарбеков Т.А., Айменов Ж.Т., Ақбасова А.Ж., Әбілтаин М., Байдәулетов И.О., Байжігітов Қ.Б., Балабеков О., Бахтыбаев А.Н., Бердібай Р., Беркімбаев К., Ділбарханова Р., Жолдасбаев С., Жұмабаев М.Ж., Исламқұлов Қ.М., Кенжетай Д., Құдайқұлов А.Қ., Мұхамеджанов Б., Мырзалиев Б.С., Нұсқабаев О., Оңалбек Ж., Раимбердиев Т.П., Тәукебаева Р.Б., Тұртабаев С.Қ., Шалқарова Ж.Н.
161200, Қазақстан Республикасы, Түркістан қаласы, ХҚТУ қалашығы, Б.Саттархан даңғылы, №29, 131-бөлме (8-725-33) 6-38-01, 6-36-36, 6-36-40, 3-11-15 (133) E-maіl: islam2006-82 @ mail.ru. Журнал Қ.А. Ясауи атындағы Халықаралық қазақ-түрік университетінің «Тұран» баспаханасында көбейтілді. Көлемі 70х100 1/6. Қағазы офсеттік. Офсеттік басылым. Шартты баспа табағы 24,5. Таралымы 300 дана.Тапсырыс 425.
5
МЕХАНИКА, МАТЕМАТИКА, МОДЕЛЬДЕУ Ж.Т.АЙМЕНОВ доктор технических наук, профессор МКТУ им А.Ясави
инженер
Впервые явление термодиффузии влаги (термовлагопроводность) в капиллярно-пористых телах было обнаружено Лыковым А.В. в 1934 г. Им сформулированы основные положения массотеплопереноса, которые впоследствии были развиты рядом ученых применительно к конкретным капиллярнопористым системам. Бетон по своей структуре близко подходит к капиллярнопористым системам и существующие классические уравнения, описывающие закономерности тепло и массопереноса, с достаточной степенью точности можно использовать применительно к нему. Исследуя вопросы внутреннего влагопереноса, А.В.Лыков предложил уравнение массопроводности q m =- α m ∇0, (1) где α m - коэффициент влагопроводности; ∇0 - градиент потенциала переноса влаги. А.В.Лыков, П.Д.Лебедев, Г.А.Максимов и В.В.Перегудов показали, что влага в материале движется за счет градиентов, температур и давлений. Плотность общего потока влаги q m - есть сумма плотностей потоков влаги, движущейся в материале за счет этих градиентов:
q m =- a
m p o ∇U± a m δp 0 ∇t°±a
p ∇p (2) где a m
0 - плотность сухого материала; ∇U - градиент влагосодержания; ∇t° - градиент температур; а р - коэффициен т переноса влаги за счет градиента давлений; ∇p - градиент давлений. Первый член уравнения a m p
∇U = q mu представляет собой плотность потока
влаги, движущейся в материале за счет градиента градиентов U. 6
Айменов Ж.Т., Айменов А.Ж. Тепло и массообмен при различных технологиях гелиотермообработки
Второй - a m δp 0 ∇t 0 = q m t - плотность потока влаги, движущейся в материале за счет градиента температур ∇t. А.В.Лыков установил, что наличие градиента температур по сечению материала приводит к перемещению влаги в материале по направлению теплового потока. Третий член уравнения a p ∇p=q
mp выражает плотность движущегося в материале потока влаги за счет градиента давлений р. Таким образом, выражение (2) является развернутым уравнением внутреннего влагопереноса в материале. Уравнение внешнего влагопереноса (влагоотдача от поверхности материала в окружающую среду) q m
m (Р п.м. ),
(3) где γ
m - коэффициент влагоотдачи, отнесенный к разности выдерживания давлений; Р п.м.
- парциальное давление водяных паров над поверхностью материала; Р в - парциальное давление водяных паров в окружающей среде. Однако по
мере твердения бетона его
теплофизические характеристики довольно существенно изменяются и при расчетах это должно учитываться. Поэтому существующие классические уравнения, описывающие закономерности тепло- и массопереноса в капиллярно-пористых телах, для твердеющих бетонов оказываются приемлемы только в общих чертах. Закономерности тепло- и массопереноса в бетоне при его тепловой обработке можно разделить на две группы - внутренний тепломассоперенос и внешний тепломассообмен. Причем при исследовании твердения бетонов наибольшее внимание уделялось внешнему массообмену со средой, поскольку с ним связаны потери влаги в окружающую среду, особенно при твердении бетонов в условиях сухого жаркого климата, а также при беспаровых методах тепловой обработки изделий (электротермообработка). Если обратиться к электротермообработке, то Б.А.Крылов [1, 2, 3] считает, что в свежем бетоне разогрев со скоростью свыше 20 °С/ч приводит к визуально заметным дефектам в виде специфических трещин, количество которых по мере приближения к неопалубленной поверхности возрастает С увеличением скорости разогрева структурные нарушения проявляются ярче, приводя при скоростях подъема температуры 80 °С/ч и более к вспучиванию бетона на неопалубленной поверхности и возникновению на ней трещин. И.Б.Заседателев утверждает, что применение мягких режимов подъема температуры 2...5°С/ч приводит к резкому снижению градиентов температуры по сечению конструкции, что исключает миграцию влаги и увеличение пористости бетона. Б.А.Крылов считает, что при электротермообработке поднимать температуру более чем на 80°С нецелесообразно, т.к. это может привести в
7
Айменов Ж.Т., Айменов А.Ж. Тепло и массообмен при различных технологиях гелиотермообработки
ряде случаев к недобору прочности в 28-суточном возрасте, а также к излишним потерям влаги. А.И.Ли, Б.А.Крылов, С.А.Миронов [3] полагают, что при температурах 60°С и выше интенсифицируется внутреннее испарение влаги в капиллярнопористой системе, приводящее к значительному увеличению содержания паровоздушной смеси в материале, возрастанию внутреннего давления за счет этого разрыхление бетона и понижение его плотности и прочности.
С.А.Шифрин, И.В.Дудников и другие сотрудники ВНИПИТеплопроекта указывают, что при интенсивном энергетическом воздействии, неравномерность температурного поля в прогреваемых конструкциях специальных высотных сооружениях достигает 80°С. В то же время при малых скоростях подъема температуры, например, в условиях прогрева бетона при воздействии солнечной радиации, температурные перепады не превышают 14-16°С. Еще в 1934 году B.C.Лукьяновым были предложены предельно допустимые значения температурных градиентов, равные 0,15°С/см, которые должны обеспечить трещиностойкость конструкций большой массивности. В работе Б.А.Крылова и А.Ф.Кравченко отмечено, что большие температурные градиенты приводят не только к неравномерному твердению бетона и приобретению им в процессе тепловой обработки разной прочности, но и создают термонапряженное состояние, которое обуславливает появление в материале микротрещин, а в отдельных частях конструкций визуально наблюдаемых трещин. Эксперименты, проведенные авторами, показали, что температурные градиент ы достигают наибольшей величины в период подъема температуры, и приближается к О°С, в период изотермического выдерживания. При контактном обогреве в плите толщиной 50 мм через 1 ч после прогрева температурные градиенты достигли 3,4°С/см, а через 3 ч их величина составила 1,6°С/см. Ю.М.Баженов [4] считает, что при тепловой обработке необходимо стремиться, чтобы градиенты температуры и влажности были минимальными или во всяком случае, ниже предельных, при которых начинается заметная деструкция бетона. Значения предельных градиентов зависят от прочности структуры бетона к моменту начала нагрева и др. факторов и могут определяться опытным путем. Анализ приведенных выше результатов исследований показывает, что мнение специалистов при традиционных видах тепловой обработки бетона сходятся на том, что температурные градиенты не должны быть высокими, что предельно допустимые величины скорости подъема температуры не должны превышать 20°С и температуры изотермического прогрева не должны быть более 60-80°С. Такие температурные режимы
8
Айменов Ж.Т., Айменов А.Ж. Тепло и массообмен при различных технологиях гелиотермообработки
целесообразно применять при термообработке для получения бетонов высокого качества. Один из наиболее простых и эффективных способов ускоренного твердения бетона с использованием солнечной энергии, нашедший довольно широкое практическое применение - тепловая обработка изделий в гелиоформах со
светопрозрачным теплоизолирующим покрытием (гелиотермообработка с применением покрытий СВИТАП). Она предусматривает применение гелиоформ, состоящих из двух основных элементов: собственно металлической, деревянной или железобетонной формы и гелиопокрытия СВИТАП. Оно представляет собой конструкцию из нескольких слоев светопрозрачного материала с организованнымы воздушными прослойками между ними, параметры которого должны обеспечивать, с одной стороны, максимальное использование энергии солнечной радиации для прогрева бетона, с другой - аккумулирование тепла в изделии на несолнечное время суток. Для эффективной реализации такой гелиотермообработки потребовалось создание герметизированной воздушной прослойки определенных размеров между гелиопокрытием и свежеуложенным бетоном, параметры которой определяются как с позиций формирования физической структуры бетона, так и теплофизическими соображениями. При
организации воздушной прослойки над
свежеуложенным бетоном создается замкнутая среда полностью насыщаемая в процессе гелиотермообработки водяными парами и обеспечивающая благоприятные условия твердения бетона, характеризующиеся высокой относительной влажностью. Такая среда создается за счет частичного испарения влаги из бетона (до 4-5% воды затворения). Создание воздушной прослойки над
поверхностью свежеуложенного бетона обеспечивает: сохранение оптических характеристик применяемых светопрозрачных материалов из-за отсутствия контакта с поверхностью свежеуложенного бетона; более полное проявление «парникового эффекта» применяемых светопрозрачных материалов за счет многослойности конструкции; дополнительную тепловую изоляцию покрытия, которая способствует повышению температуры поверхности бетона в период действия солнечной радиации и снижению темпа остывания изделий ночью; значительное повышение долговечности светопрозрачных материалов, удлинение периода их эксплуатации и создание качественной поверхности изготовляемого изделия. При твердении изделий на полигоне поток солнечной радиации в дневное время проходит через несколько слоев светопрозрачного материала гелиопокрытия, поступает к поверхности изделия и разогревает его. При этом необходимо отметить, что незащищенный бетон тоже воспринимает солнечную радиацию, однако постоянный теплосъем с его поверхности и охлаждение 9
Айменов Ж.Т., Айменов А.Ж. Тепло и массообмен при различных технологиях гелиотермообработки
вследствие испарения не позволяют ему эффективно прогреваться. Твердеющее изделие - это одновременно поглощающий и
теплоакумулирующий элемент гелиоприемника. Способствовать аккумуляции тепла в изделии будет тоже гелиопокрытие, которое благодаря воздушным прослойкам суммарному парниковому эффекту всех слоев полимерных материалов уже выполняет роль теплоизоляционного покрытия. Поэтому применение гелиоформ со СВИТАП обеспечивает прежде всего блокирование интенсивных процессов внешнего массообмена и пластической усадки в твердеющем бетоне, служит надежным средством ухода за бетоном не только в условиях солнечной радиации, но и вообще при экстремальных параметрах окружающей среды, характерных для сухого жаркого климата. Показателем полного насыщения влагой воздушного зазора между поверхностью изделия и покрытием СВИТАП является образование на нижней поверхности покрытия капель конденсата, свидетельствующее о достижении близкой к 100 % относительной влажности воздуха в зазоре и нейтрализации негативных физических процессов в прогреваемом бетоне. Наиболее ответственным является выбор размера воздушного зазора между поверхностью бетона и нижним слоем покрытия. Помимо процесса теплообмена, на которые влияет толщина зазора, в этом воздушном объеме покрытия происходит интенсивный массообмен - испарение влаги из твердеющего бетона. Количество испаряемой воды зависит от размера зазора и температуры воздуха. Так, например, при зазоре толщиной 0,5 м в него при 50 °С испаряется из твердеющего бетона примерно 40% воды затворения, что приводит к нарушениям структуры бетона и потере в месячном возрасте примерно 50% прочности. Вследствие этого в зависимости от толщины изделия, вида бетона и конструкции гелиокрышки специально рассчитывают и указывают в проекте оптимальные размеры воздушных зазоров в гелиопокрытиях. Зазор может быть 20-30
мм (увеличение толщины воздушной прослойки приводит к интенсификации протекания физических процессов и может вызвать деструкцию поверхностного слоя бетона, снижающую его прочность). Соприкосновение нижнего слоя гелиокрышки с поверхностью изделия не допускается, так как при этом происходит быстрый выход из строя светопрозрачного материала и значительно снижается интенсивность нарастания прочности бетона. Анализ температурных кривых различных изделий показывает, что прогрев их в гелиоформах, осуществляется по мягким режимам с подъемом температуры в бетоне до 65-70°С 5-7 ч, с условной изотермической выдержкой в течение 5-7 часов и медленным остыванием со скоростью 1,5-2,5°С/ч до 35-50°С. Температурные градиенты по сечению изделий под СВИТАП на стадии условной изотермической выдержки составили 0,5-1,06°С/см. При электрообогреве бетона различными электронагревательными устройствами (ТЭНы, коаксиальные нагреватели) по мягким режимам под СВИТАП на стадии условной изотермической выдержки в зависимости от температуры среды температурные градиенты составляют 0,7-1,1°С/см, в то
10
А.Я с а у и у н и в е р с и т е т і н і њ х а б а р ш ы с ы, №6, 2010 Айменов Ж.Т., Айменов А.Ж. Тепло и массообмен при различных технологиях гелиотермообработки
время как в открытых изделиях 2,4-3,2°С/см. Это происходит в связи с тем, что в начале процесса
доминирующей становится термическая диффузия влаги, по сравнению концентрационной диффузией вследствие более быстрого развития температурног о поля по сравнению с полем влагосодержания. Термическая миграция влаги во внутренние слои бетона способствует возникновению градиента держания, благодаря чему влагопоток меняет направление на противоположное и жидкая фаза начинает двигаться к облучаемой поверхности. При открытой облучаемой поверхности обогреваемого бетона происходит испарение влаги в окружающую среду, которое возрастает с увеличением градиента влагосодержания по мере обезвоживания поверхностного слоя. В связи с изложенным, при электрообогреве большое внимание следует обращать на предохранение бетона от потерь влаги. Поэтому применение вододисперсионных пленкообразующих составов при электрообогреве является не только благоприятным, но и обязательной необходимостью для получения бетонных изделий высокого качества. Рассмотрим некоторые закономерности массопереноса применительно к бетону при комбинированной гелиотермообработке с использованием пленкообразующих составов (греющие шнуры, сетчатые нагреватели) и гелиотермообработке в светопрозрачных камерах с применением пленкообразующих составов. Гелиотермообработка в светопрозрачных камерах в значительной мере предотвращает интенсивное обезвоживание бетона, что не приводит к деструктивным процессам, но влияет на тепловой баланс гелиоформы и требует учета вследствие использования одностороннего потока солнечной радиации естественной концентрации, характеризующегося нестационарностью во времени. Помимо этого, в этих камерах в результате различий в теплоемкости и поглощательной способности бетона и светопрозрачного материала возникает температурная разница между поверхностью более нагреваемого изделия и покрытием. Это приводит к конденсации влаги на обращенном к поверхности изделия светопрозрачном материале, что ухудшает его оптические характеристики. Одна из особенностей в развитии массообменных процессов состоит в том, что на стадии радиационного нагрева изделия процессы испарения и конденсатообразования влаги затухают через 1-2 ч после установления светопрозрачных камер. К этому приводит процесс конденсатообразования, так как пленка воды увеличивает поглощательную способность светопрозрачного материала и его температуру до значений, близких к температуре поверхности изделий. Другой особенностью является возобновление кондесатообразования в вечернее время, после прекращения действия солнца. Скорость водопотерь из бетона и эффект от испарения при охлаждении при этом в 2-2,5 раза выше, чем при нагреве изделия. При гелиопрогреве с использованием пленкообразующих составов испарение влаги при формировании температурного поля изделия особенно влияет на стадию нагрева бетона. Здесь температурные градиенты также
11
жүктеу/скачать 5,72 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|