Raimondirus.ru

RAiMONDI
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Порядок учета тепловыделения цемента в бетоне в процессе тепловой обработки. Влияние тепловыделения на тепловой баланс и температурное поле бетона

Порядок учета тепловыделения цемента в бетоне в процессе тепловой обработки. Влияние тепловыделения на тепловой баланс и температурное поле бетона.

Тепловыделение бетона зависит от тепловыделения цемента ,которое определяется факторами: химический и минералогический состав цемента, тонкость его помола, В/Ц, температура бетона и продолжительность его тепловой обработки.

Тепловыделение цемента –непрерывно развивающийся во времени сложный процесс.
Для данного цемента при постоянном В/Ц тепловыделение можно представить как функцию произведения температуры бетона (цемента) на время, т.е. как фуункцию градусо-часов.

Ѵ=tбτ, где tб-постоянная температура цемента(бетона), τ-продолжительность нагрева

В курсовом рассчитывали так:

Расчет количества теплоты гидратации выделенной 1 кг цемента(недогрели бетон):

М — марка цемента

количество градусо – часов от начала процесса, град/час

В/Ц – водоцементное отношение

а – эмпирический коэффициент, равный

, при Q<290 град·ч

, при Q>290 град·ч

Расчет теплоты гидратации осуществляется в следующем порядке:

-определяем количество градусо-часов за период подъема температуры:

где — средняя температура бетона в конце периода прогрева,°С

-рассчитываем количество градусо-часов за весь период тепловой обработки

Определим удельную теплоту гидратации за цикл тепловой обработки:

кДж/кг,

а в период изотермической выдержки по формуле:

Определяем количество теплоты гидратации, выделяемое цементом находящимся в камере:

Определение часовых и удельных расходов теплоты и теплоносителя в различных установках

Дляустановок непрерывного действия: часовой расход теплоносителя определяется непосредственно из уравнения теплового баланса для каждой из зон по формулам: ,кг/ч; ,кг/ч

где SQ1 , SQ11 – суммарные часовые расходы теплоты с учетом коэффициента неучтенных потерь для зоны подъема температуры и зоны изотермической выдержки

iк – энтальпия конденсата (4,19 ∙ 68 = 284,92), кДж/кг.

Удельный расход теплоносителя gуд = +

Nr часовая производительность

Nп недельная производительность

Для установок периодического действия: часовой расход теплоносителя для периодов подъема температуры и изотермической выдержки определяется по формулам:

, кг/ч;

, кг/ч ,

где t I , t II — продолжительность каждого периода, ч.

и G ii – количество требуемого теплоносителя.

Удельный расход теплоносителя

gуд =

Удельный расход теплоты

Определение расходов теплоты на нагрев ограждающих конструкций,учет этой статьи при расчете УНД

Теплота на разогрев ограждающих (стен, днища) конструкций установки для тепловой обработки рассчитывается по формуле

где — массоваятеплоемкость соответствующего слоя конструкции рассматриваемого ограждения, кДж/(кг ·◦С);

— масса рассматриваемого материала, кг;

— средняя конечная температура материала рассматриваемого слоя конструкции, ◦С;

начальная температура материала рассматриваемого слоя конструкции, ◦С.

где температура окружающего воздуха, ◦С;

температура среды в камере в процессе термообработки, ◦С; в период подъема температуры

-температура изотермической выдержки, ◦С;

R – общее сопротивление теплопередачи ограждающих конструкций, (м 2 ·◦С)/Вт;

— термическое сопротивление слоев от внутренней поверхности до рассматриваемого сечения конструкции ограждения, (м 2 ·◦С)/Вт;

— толщина i – го слоя, м;

— коэффициент теплопроводности i – го слоя материала, (Вт/ м 2 ·◦С),

где К – коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции, Вт/(м 2 ·◦С);

— коэффициент теплоотдачи у внутренней поверхности камеры,

= 60….100 (Вт/ м 2 ·◦С);

— коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции,(Вт/ м 2 ·◦С).

При работе установки непрерывного действия ограждения находятся в стационарных тепловых условиях, следовательно, статью расхода теплоты на нагрев ограждений из уравнения теплового баланса исключают. Однако при остановке конвейера в выходные дни происходит понижение температуры ограждений на Dt°C, требующее определенного количества теплоты на разогрев вхолостую до начала работы смены:

Читайте так же:
Как утеплить полы залиты цементом

,кДж,

где cогр— теплоемкость материала установки, кДж/кг; Gогр— масса ограждающих конструкций, кг.

Интенсификация процесса гидратации при твердении асбестоцементных изделий

Ускорение процесса твердения вяжущих без усиления деструктивных явлений возможно осуществить, применяя предварительно глубокогидратированный цемент. Под этим термином понимается цемент с удельной поверхностью 5500—6500 см2/г и содержанием новообразований 15—10%.

Предварительная гидратация вяжущих позволяет интенсифицировать процесс гидратации, сократить время достижения максимальной прочности, уменьшить расход вяжущего, отказаться от тепловлажностной обработки и улучшить качество изделий. Применение предварительно глубокогидратированного портландцемента позвозяет напучить асбестоцемент прочностью на изгиб 400 кг, что на 100 кг/см2 больше чем три использовании обычного портландцемента. Значительно возрастает скорое твердения асбестоцемент обладает прочностью 60— S0 кг/см2. а через I сут. воздушно-влажного хранения — 250—280 кг/см2.

Как известно, в обычных условиях при соприкосновении цемента с водой вокруг каждом исходной частицы вяжущего создается пленка новообразований. Она блокирует реакционную поверхность частиц, препятствуя взаимодействию новых порций воды с цементом. Скорость гидратации определяется не интенсивностью химической реакции, а скоростью движения воды через образовавшуюся защитную пленку гидрата. По этой причине скорость химического взаимодействия. сама по себе сравнительно высокая, снижается и замедляет процесс твердения.

Важной особенностью предварительной гидратации цемента мокрым является значительное снижение отрицательной роли пленки и при дальнейшей гидратации, что позволяет ускорить химические процессы. обусловливающие твердение. Это подтверждается кинетикой тепловыделения при тверд ни асбестоцемента изготовленного на основе предварительно глубокогидратированого портландцемента.

Интенсивное тепловыделение установлено и прн определении теплоты гидратации по ГОСТ 4798—57 термосном методом (табл. ))

Вторая характерная особенность предварительно глубокогидратированного портландцемента — значительное содержание (около 45%) частиц меньше 3 (около 15% фракции 2—3 30% частиц I мк и меньше).

Особенность фракционного состава предварительно гидратированного цемента, исследования Андерегга и Хэбелла. Рока. Лопмталя и Джемса, а также данные Бутта о скорости и глубине цементных частиц позволяют считать, что прн средней скорости гидратации, равной I мк в сутки, большинство частиц гидратируется через 20 сут. Приведенные в табл. 2 данные о количестве химически связанной воды в 28-суточном возрасте подтверждают сделанные предположения и показывают, что к этому сроку около 97% предварительно гидратированного цемента вступило в реакцию с водой.

Интенсификация процесса твердения предварительно глубокогндратированного портландцемента подтверждается н дифференциально термическим анализом (рис. 2). Слева приведены кривые потерн веса и термограммы затвердевшего портландцемента в трехсуточном возрасте исходного и предварительно глубокогидратированного цемента. Первые низкотемпературные эндотермические эффекты, наблюдающегося до 200 С — результат присутствия гидросульфоалюмннатов кальция (50—120°) и гидроалюминатов кальция (140—150°С). В цементе предварительно гидратированном зти эффекты больше, что подтверждается кривыми изменения веса (потеря веса в интервале 50—120°С в два раза больше и составляет 15%)- Подобное явление следует объяснить большей скоростью реа-шш предварительно гидратированного цемента с водой.

Второй эндотермический эффект, свидетельствующий о разложении гидросикальция и гидросиликатов кальция, на кривой б тоже больше. Увеличение этого эффекта говорит об интенсификации гидратации не только за счет алюминат- нон его составляющей (низкотемпературные эффекты), но и силиката кальция. Потеря веса исходного портландцемента составляет 2,3%, а предварительно гидратированного — 3,5%.

Читайте так же:
Измельченное стекло с цементом

Третий эндотермический суммарный эффект характеризует процесс дегидратации второго и третьего эндотермически эффектов у предварительно показатели и лабораторных асбестоцементов. Интенсификация гидратации та предлагаемым методом прив дат к ускорению твердения асбеотоцементов и получению значительно больших абсолютных прочностных показателей исследованных образцов.

Испытание на морозостойкость абестоцементных образцов на основе предварительно глубокогидратированого портландцемента проводилось по ГОСТ 378—60. Как видно из табл- 5, эти образцы только посте 150 циклов замораживания и оттаивании незначительно терять прочность. Высокая морозостойкость асбестонов очень важна, поскольку это обусловливает его долговечность При условии предварительной гилатании цемента до накопления 15—20% новообразований. удельного давления прессования изделий при 150 кг/см2.

Таким образом предварительная глубокая гидратация портландцемента перед изготовлением асбестоцементных изделий интенсифицирует физико-химические процессы, протекающие прн нх твердении, а это, в свою очередь, способствует получению изделий с высокими прочностными показателями.

1. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

1.1. Калориметр изотермический теплопроводящий «ЦЕМЕНТ ТГЦ 1М» но соответствующей нормативно-технической документации (НТД). Принцип действия и принципиальная схема калориметра приведены в приложении 1.

* На территории Российской Федерации действуют ПР 50.2.009-94

1.2. Весы лабораторные 3-го класса точности по ГОСТ 24104** с наибольшим пределом взвешивания 200 г.

** С 1 июля 2002 г. введен в действие ГОСТ 24104-2001

1.3. Термометр 1-й группы по ГОСТ 27544.

1.5. Допускается применение других весов, термометров и гигрометров, не уступающих по метрологическим характеристикам средствам измерений, указанным в п.п. 1.2-1.4.

1.6. Вода дистиллированная по ГОСТ 6709.

2. ПОДГОТОВКА И ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ

2.1. Пробу цемента отбирают по ГОСТ 30515 и доставляют в лабораторию в плотно закрытой таре, защищающей цемент от увлажнения и загрязнения посторонними примесями. В рабочем журнале записывают вид и состояние тары.

2.2. Испытания следует проводить в помещениях с температурой воздуха (20±5) °С и относительной влажностью не менее 50% и не более 80%.

2.3. Перед испытанием цемент и воду выдерживают до принятия ими температуры помещения.

2.4. Место расположения калориметра не должно подвергаться ударам и вибрации, освещаться прямыми лучами солнца.

1) водоцементное отношение В/Ц = 0,50 ± 0,01;

2) номинальная температура в термостате (20±1)°С;

3) допускаемый предел абсолютной погрешности определения тепловыделения не должен быть более 30 кДж / кг, а его мощности — более 1 × 10 -3 кВт/кг.

2.6. Измерения на изотермическом теплопроводящем калориметре выполняют в соответствии с указаниями эксплуатационной документации калориметра в течение 72 ч (3 сут).

2.7. Тепловыделение цемента в возрасте 7 сут. определяют методом экстраполяции экспериментальных данных, полученных в возрасте 3 сут согласно приложению 2.

3. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

3.1. Удельную мощность тепловыделения ( W t ) в момент времени ( t ) в киловаттах на килограмм определяют по формуле

где Е -цена деления диаграммной ленты, кВт/(кг × дел.);

Lw t — значение отклонения пера самописца, дел.

Удельное тепловыделение ( q t ) ко времени ( t ) в килоджоулях на килограмм определяют по формуле

q t = AN t , (2)

где А — цена одного сброса пера самописца, кДж/кг;

N t — число сбросов на ленте самописца.

3.2. Цену одного деления диаграммной ленты самописца (Е) и цену одного сброса пера самописца (А) устанавливают при наладке калориметра в соответствии с его НТД.

Читайте так же:
Монтажная пена вместо цементного раствора

3.3. Значение отклонения пера самописца ( Lw t ) и число сбросов ( N t ) определяют по диаграммной ленте самописца, вид которой приведен на черт. 1.

Задавшись значением требуемого времени гидратации ( t ) в часах, вычисляют соответствующую длину диаграммной ленты ( l t ) и миллиметрах с момента начала измерения по формуле

l t = v t , (3)

где v — скорость протяжки диаграммной ленты, мм/ч.

1 — кривая отклонения пера самописца; 2 — сброс пера самописца

Делают соответствующую отметку ( t ) и измеряют значение отклонения пера самописца ( Lw t ) в делениях диаграммной ленты у этой отметки.

Подсчитывают число сбросов (N t ) самописца к моменту времени ( t ).

3.4. Примеры расчета и таблицы результатов вычислений приведены в приложении 3.

3.5. Результаты измерений тепловыделения цемента и его мощности оформляют протоколом согласно приложению 4.

4. ПОВЕРКА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

4.1. Поверку изотермического калориметра «ЦЕМЕНТ ТГЦ 1М» производят согласно действующим методическим указаниям при помощи стандартных образцов теплоты гидратации цемента.

Поверку других типов изотермических теплопроводящих калориметров производят согласно действующим на них методическим указаниям в том же порядке.

4.2. Периодичность поверки калориметров один раз в 2 года.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА КАЛОРИМЕТРА «ЦЕМЕНТ ТГЦ 1М»

Действие калориметра основано на возникновении на входящих в его состав тепломерах электронапряжения, обусловленного тепловым потоком, направленным от камеры с ячейками с гидратирующимся цементом через тепломеры к массивному теплоотводу.

Сигнал напряжения от тепломеров через коммутатор, предварительный усилитель и калибратор поступает на вход самописца и одновременно на вход интегратора дискретного типа.

Возникающее на тепломерах напряжение пропорционально мощности тепловыделения цемента при гидратации и характеризуется значением величины отклонения пера самописца от нулевой линии.

Тепловыделение цемента определяют после интегрирования мощности тепловыделения по времени, которое автоматически производится интегратором. После выделения цементом определенного количества теплоты интегратор посылает выходной импульс на вход самописца, который регистрирует его кратковременным сбросом пера.

Схема калориметра приведена на черт. 2.

1-термостат; 2 — калориметрический блок; 3 — камера; 4 — ячейка;

5 — тепломер; 6 — теплоотвод; 7 — соединительные кабель; 8 — коммутатор; 9 — калибратор; 10 — предварительный усилитель; 11 — самописец; 12 — интегратор

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Обязательное

ЭКСТРАПОЛЯЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

Экстраполяцию результатов измерения от 3 до 7 сут (от 72 до 168 ч) выполняют следующим образом.

Определяют значения тепловыделения цемента от 2 до 72 ч и десятичные логарифмы значении времени и тепловыделения до третьего знака после запятой.

Схватывание и твердение бетона или цемента.

Схватывание и твердение бетона

Многие знают, что цемент при взаимодействии с водой твердеет и превращается в так называемый цементный камень. Однако, немногие знают суть этого процесса: как твердеет, почему твердеет, что нам даёт осознание происходящей реакции и каким образом мы можем на неё воздействовать. На сегодняшний момент понимание всех стадий гидратации позволяет учёным изобретать новые добавки в бетон или цемент, так или иначе воздействующие на процессы, происходящие в период схватывания цемента и твердения бетонной или ЖБИ конструкции.

Заводы выпускающие ЖБИ или товарный бетон могут пользоваться этими добавками с огромной пользой для себя. Это и экономия электроэнергии и газа за счёт сокращения сроков пропаривания ЖБИ изделий, и снижение трудозатрат на вибрирование, и скорость оборачивания формоснастки или опалубки, и экономия цемента, и улучшение качественных характеристик товарного бетона и изделий ЖБИ. Всё это возможно за счёт применения специальных добавок для бетона или цемента. Перечень используемых на сегодняшний день добавок довольно велик, поэтому ему посвящён отдельный раздел добавки в бетон.

Читайте так же:
Как замесить цемент для фундамента пропорции

Вообще, в процессе набора прочности бетона присутствуют две основные стадии:

    схватывание бетона довольно короткая стадия, происходящая в первые сутки жизни бетона. Время схватывания бетона или цементного раствора существенно зависит от температуры окружающего воздуха. При классической расчётной температуре 20 градусов начало схватывания цемента происходит примерно через 2 часа после затворения цементного раствора, а конец схватывания наступает примерно через три часа. То есть — процесс схватывания занимает всего 1 час. Однако, при температуре 0 градусов этот период растягивается до 15-20 часов. Чего говорить, если само начало схватывания цемента при 0 градусов начинается лишь спустя 6-10 часов после затворения бетонной смеси. При высоких температурах, например при пропаривании ЖБИ в специальных камерах мы ускоряем период схватывания бетона до 10-20 минут!

В течение периода схватывания бетон или цементный раствор остаются подвижными, на них ещё можно воздействовать. Тут действует механизм тиксотропии. Пока Вы «шевелите» несхватившийся до конца бетон, он не переходит в стадию твердения, и процесс схватывания цемента растягивается. Именно поэтому доставка бетона на бетоносмесителях, сопровождающаяся постоянным перемешиванием бетонной смеси, способна сохранить её основные свойства. При желании прочтите подробности про основные свойства и состав бетона.

Из личного опыта могу вспомнить экстраординарные случаи, когда наши миксера с бетоном стояли и «молотили» на объекте по 10-12 часов, в ожидании разгрузки. Бетон в такой ситуации не твердеет, но происходят некие необратимые процессы, существенно снижающие его качества в дальнейшем. Мы называем это свариванием бетона. Особенно критичны такие мероприятия летом в жару. Вспомните сокращённые сроки схватывания цемента при высокой температуре, о которых мы говорили выше. Менеджеры и диспетчера Компании BESTO стараются избегать подобных казусов, но иногда происходят непредвиденные ситуации, в основном связанные с обрушением некачественной опалубки. Бетон разливается, все бегают, пытаясь его собрать, восстанавливают опалубку, а время идёт, а ещё не разгрузившиеся бетоносмесители с бетоном стоят и молотят. Хорошо, если есть куда переадресовать, а если нет? Одним словом — беда.

Минералогический состав и гидратация цемента

Мы не будем здесь разбирать сами стадии получения портландцемента, для этого есть специальный раздел, описывающий производство цемента более подробно. Нас интересует лишь состав цемента и его основные компоненты, вступающие в реакцию с водой при затворении цементного раствора или бетона. Итак. В качестве основы портландцемента рассматриваются четыре минерала, полученные в результате всех стадий производства цемента:

  • C3S трёхкальциевый силикат
  • C2S двухкальциевый силикат
  • C3A трёхкальциевый алюминат
  • C4AF четырёхкальциевый алюмоферит

Поведение каждого из них на разных стадиях схватывания бетона и его твердения, существенно отличается. Одни минералы вступают в реакцию с водой затворения сразу, другие немного погодя, а третьи — вообще не понятно зачем здесь «ошиваются». Давайте рассмотрим всех по порядку:

C3S трёхкальциевый силикат 3CaO x SiO2 минерал участвующий в процессе нарастания прочности цемента в течение всего времени. Без сомнения, он является главным звеном, хотя, в период первых суток жизни бетона у трёхкальциевого силиката есть серьёзный более шустрый соперник C3A, о котором мы упомянем позже. Процесс гидратации цемента является изотермическим, то есть — химическая реакция сопровождающаяся выделением тепла. Именно C3S «греет» раствор цемента при затворении, прекращает греть в период с начала затворения до момента начала схватывания, затем выброс тепла в течение всего периода схватывания и дальше происходит постепенное снижение температуры.

Читайте так же:
Норма расход марка цемента

Трёхкальциевый силикат и его вклад в набор прочности бетона наиболее значим лишь в первый месяц жизни бетонной или ЖБИ конструкции. Это те самые 28 дней нормального твердения. Далее, его влияние на набор прочности цемента ощутимо уменьшается.

C2S двухкальциевый силикат 2CaO x Si02 начинает активно действовать лишь спустя месяц после затворения цемента в бетонной смеси, как будто принимая смену у своего трехкальциевого брата-силиката. В течение первого месяца жизни бетона или ЖБИ он в общем-то валяет дурака и ждёт своего часа. Это период безделья и расслабухи можно существенно сократить за счёт применения специальных добавок в цемент. Зато, его действие длится годами, в течении всего периода нарастания прочности железобетона, ЖБИ или бетона.

C3A трёхкальциевый алюминат 3CaO x Al2O3 наиболее активный из перечисленных. Он начинает кипучую деятельность с самого начала процесса схватывания. Именно ему мы обязаны за набор прочности, в течение первых дней жизни бетона или железобетона. В дальнейшем его роль в твердении и наборе прочности минимальна, но в скорости ему нет равных. Марафонцем его не назовёшь, а вот спринтером, пожалуй — да.

C4AF четрыёхкальциевый алюмоферит 4CaO x Al2O3 x Fe2O3 это как раз тот самый, который — «непонятно зачем вообще здесь ошивается». Его роль в наборе прочности и твердении минимальна. Незначительное воздействие на набор прочности отмечается лишь на самых поздних сроках твердения.

Все перечисленные компоненты при затворении водой вступают в химическую реакцию, благодаря которой происходит нарастание, сцепление и осаждение кристаллов гидратированных соединений. По сути, гидратацию можно назвать и кристаллизацией. Так наверное понятней.

Благодаря стараниям учёных и научным разработкам многочисленных испытательных лабораторий и НИИ стало возможным прогнозируемое и регулируемое воздействие на процесс гидратации цемента, влияние на начало и конец схватывания, регулируемая подвижность бетона, его прочность, коррозионная стойкость и так далее. В основном это делается за счёт применения специальных добавок в бетон. Спектр доступных методов воздействия на процесс схватывания цемента и дальнейшего набора прочности бетона или ЖБИ довольно широк и более подробно он описан в разделе добавки для бетона.

Компания БЭСТО поставляет товарный бетон и раствор, изготовленные с применением самых современных добавок, позволяющих получать бетонные смеси и цементные растворы с улучшенными показателями по морозостойкости, водонепроницаемости, подвижности и т.д. Современное дозирующее и бетоносмесительное оборудование помогает добиться наилучших результатов по однородности состава бетонной смеси или цементного раствора.

Надеюсь, что не загидратировал Вам мозги своими силикатами и алюминатами. С трёхкальциевым приветом, Эдуард Минаев.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector