Оцінка та урахування екзотермії цементів у технології залізобетонних контейнерів

– технологія виробництва контейнерів освоєна на Запорізькій АЕС.

Особистий внесок здобувача:

– аналіз літератури, вибір і обгрунтування методів досліджень;

– проведення експериментів і обробка їхніх результатів;

– розробка калориметра термосного типу для визначення тепловиділення в бетоні;

– розробка методики розрахунку температурних полів і напружень у бетоні, що твердіє, виробів циліндричного типу.

У публікаціях із співавторами здобувачем виконане наступне: розроблене програмне забезпечення для розрахунку і моделювання термокінетичних даних [1], за даними термокінетичного аналізу зроблений вибір цементів і хімічних добавок для виготовлення залізобетонних контейнерів [2], вивчене тепловиділення бетону в приоб’єктному калориметрі термосного типу в лабораторних і виробничих умовах, отримані дані занесені в базу знань інформаційної технології монолітного бетону [4], для формування бази знань інформаційної технології запропонована одна з характеристик процесу тверднення – величина ступеня перетворення (гідратації) цементу [5], пропонується рішення задачі теплопровідності у виробах циліндричного типу з граничними умовами 3-го роду з урахуванням екзотермії цементу [6], запропонована методика розрахунку температурних полів у бетоні, що твердіє, циліндричних контейнерів з урахуванням екзотермії цементу та обгрунтоване використання функції зміни умовного ступеня перетворення за даними термокінетичного аналізу [7].

Апробація роботи. Основні положення роботи доповідалися на цілому ряді конференцій, в т. ч: щорічних науково-технічних конференціях ХДТУБА (1995-1999), 7 Міжнародній конференції з калориметрії та термічного аналізу (Закопане, Польща, 1997) ; Міжнародній науково-технічній конференції “Сучасні проблеми будівельного матеріалознавства” (Пенза, 1998) ; 38-му Міжнародному семінарі з проблем моделювання й оптимізації композитів (Одеса, 1999).

Публікації. По матеріалах дисертації опубліковано сім робіт.

Обсяг роботи. Робота складається із вступу, чотирьох розділів та загальних висновків. Робота вміщує 102 сторінки машинописного тексту, 45 рисунків, 18 таблиць, перелік літератури із 113 найменувань і 10 додатків.

 

 

Вентильовані бетонні контейнери – порівняно новий тип залізобетонних виробів для захоронення відходів техногенної природи, технологія яких передбачає ряд особливостей і специфічні вимоги до компонентів бетону, властивостей бетонних сумішей, параметрів бетонування і витримування в опалубці.

Контейнер являє собою залізобетонний виріб циліндричного типу. Він складається із бетонної оболонки, арматурного каркасу і внутрішньої металевої обичайки. Габарити виробу, мм: висота – 5810, зовнішній діаметр – 3378, товщина стінки – 682, висота днища – 600, товщина обичайки – 80. Об'єм бетону – 36 м3. Модуль поверхні – 3 м-1.

Для впровадження технології контейнерів потрібно було вирішити декілька задач. В їх числі – оцінка та урахування показників тепловиділення як фактора, що визначає придатність цементів і хімічних добавок поряд з призначенням складів та вибором параметрів технології ВБК.

Аналіз доволі широкої за кількістю джерел і обсягу літератури про роль тепловиділення в технології збірного та монолітного, в т. ч. масивного, бетонів свідчить про позитивні та негативні аспекти впливу теплоти гідратації цементів і значення розробки коректних методів оцінки та урахування його показників (І. Заседателев, В. Петров-Денісов, І. Запорожець, О. Парійський, Ш. Плят) при розрахунках міцнісних та деформаційних характеристик твердіючого бетону (С. Олександровський, О. Гвоздєв, Г. Вишневецький, В. Лук’янов, О. Солов’янчик).

В технології масивних бетонів, до яких можна з певним припущенням віднести ВБК, екзотермія цементів розглядається як внутрішнє джерело тепла, що враховується за допомогою спеціальних методів в розрахунках температурних полів і напружень у виробах, конструкціях і спорудах. Складність вирішення таких задач пов'язана із мінливістю значень – тепловиділення, теплоємності, коефіцієнтів тепло- та температуропровідности, що входять до диференційного рівняння теплообміну, особливо значної на ранніх стадіях тверднення. Теоретичні методи розрахунку показників тепловиділення грунтуються на досить наближених правилах адитивності значень теплоти гідратації цементу теплотам гідратації основних клінкерних мінералів, обчисленні т. зв. температурних функцій та інш. Експериментальне визначення екзотермії у термосних калориметрах пов'язане із значною погрішністю результатів. Тому математичне моделювання тепло- і масообмінних процесів носить достатньо умовний характер і потребує свого подальшого розвитку в методологічному плані.

Потрібно вважати найбільш розробленими на емпіричному рівні технологічні аспекти регулювання – зниження або збільшення тепловиділення шляхом використання різних цементів, хімічних добавок, підігрівом або охолодженням бетонних сумішей і бетону. Будь-які технологічні рішення реалізуються за рахунок штучних (зовнішніх) або природних (екзотермія) теплових впливів на твердіючий бетон і його енергетичний потенціал.

Оцінка ефективності прийнятих варіантів включає експериментальне визначення термокінетичних залежностей типу dQ/d =f ( ) і Q=f ( ) з їх використанням при розрахунках температурних полів і термонапруженого стану виробу або конструкції в будь-який завданий момент часу.

У загальному вигляді можна вважати правомірним положення про необхідність оцінки та урахування дії термокінетичного фактора у технології бетону. Саме його нерівнозначність є основною причиною нерівномірності температурних полів у бетоні, розвитку деформацій і напружень в тілі виробів і конструкцій.

Можливості термокінетичного аналізу реакцій гідратації в ізотермічних і неізотермічних умовах, які були показані раніше для збірного залізобетону, кількісні залежності між параметрами імітаційних моделей кінетики тепловиділення та наростання міцності дозволяють реалізувати елементи інформаційних технологій (ІТ) бетону. Подібні розробки відомі із технічних описів комп'ютерних інтерактивних систем США, Данії та інш. країн, включають як обов'язкові елементи визначення тепловиділення бетону в спеціальних приоб'єктних калориметрах і пакети прикладних програм для одержання та обробки даних про екзотермію та міцність бетону.

В основу розробки технології ВБК