Выбор и обоснование режима тепловой обработки

Для производства изделия назначим следующий тепловой режим согласно ТКП 45-5.03-13-2005 «Иделия бетонные, жлезобетонные сборные. Правила тепловлажностной обработки»:

1.Предварительная выдержка 4 часа

2. Подъем температуры: 3часа;

3. Изотермическая выдержка: 9 часа;

4. Время охлаждения: 5 часов;

Итого: 21 час.

Для расчета температур воспользуемся критериальными зависимостями теплопроводности при нестационарных условиях теплопередачи. Бетон рассматриваем как инертное тело без учета теплоты, выделяющейся при гидратации цемента.

Качественную характеристику скорости изменения температуры тела при неустановившемся режиме учитывают критериальным комплексом Фурье:

, где

t - продолжительность нагрева (охлаждения), ч;

R- определяющий размер изделия, м;

a- коэффициент температуропроводности, м²/ч;

, где

l- коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м ºС), для твердеющего бетона l=2,5 Вт/(м ºС);

ρ- плотность бетона, кг/м³,

с- теплоемкость материала, кДж/(кг ºС),

, кДж/(кг ºС),

с_{ц,п,щ,в,м}- массовые теплоемкости цемента, песка, щебня, воды, металла арматуры соответственно, кДж/(кг ºС),

G_{ц,п,щ,в,м} – масса цемента, песка, щебня, воды, металла арматуры соответственно, кг.

кДж/(кг ºС),

По формуле:

м²/ч

По формуле с учетом R=0,11 м. и τ=1,0 ч. имеем:

Зависимость скорости распространения теплоты в изделии от интенсивности внешнего теплообмена учитываем критериальным комплексом Био:

, где

α- коэффициент теплоотдачи от среды к поверхности обрабатываемого изделия Вт/(м² ºС);

для α₁=80, α₂=75, α₃=70, α₄=60 имеем следующие значения Bi:

; ; ;

При расчете температуры материала в точке х используется критериальная зависимость типа:

, где

Q- безразмерная температура;

t_с- средняя температура среды за соответствующий расчетный период, ºС

t_н- температура изделия в начале расчетного периода, ºС.

Температура на поверхности равна:

Q_п1=0,47; Q_п2=0,5; Q_п3=0,53;

t_п1 = 40 - 0,47*(40 - 20) = 30,6 ^оС

t_п2 = 50 - 0,5*(40,5 - 30,6) = 40,3 ^оС

t_п3 = 60-0,53*(60 - 40,3) = 49,5 ^оС

t_п4 = 60 - 0,53(60 – 49,5) = 54,5 ^оС

Температура в центре изделия:

Q_ц1=0,72; Q_ц2=0,75; Q_ц3=0,76;

t_ц1 = 40 - 0,71*(40 - 20) = 25,6 ^оС

t_ц2 = 50 - 0,75(50– 25,6) = 31,7 ^оС

t_ц3 = 60-0,76(60 – 31,7) = 38,5 ^оС

t_ц4 = 60 - 0,76(60 – 38,5) = 43,7 ^оС

Значения безразмерных температур Q_п и Q_ц определим по графикам исходя из рассчитанных выше величин Fo и Bi.

Средняя температура изделия за расчетный период определим по формуле:

, ºС

t_ср1 = (30,6+2*25,6)/3 = 27,3 ^оС

t_ср2 = (40,3+2*31,7)/3 = 34,7 ^оС

t_ср3 = (49,5+2*38,5)/3 = 42,2 ^оС

t_ср4 = (54,5+2*43,7)/3 = 47,3 ^оС

По формулам рассчитаем температуры в центре, на поверхности, а так же средние температуры бетона на 1, 2 и 3 часу режима подъема температуры и на протяжении 8-ми часов изотермической выдержки и занесем их в таблицу:

№			Qп	Qц
		0,272	0,47	0,72	30,6	25,6	27,3
	5,2	0,272	0,5	0,75	40,3	31,7	34,7
	4,8	0,272	0,53	0,76	49,6	38,5	42,2
	4,8	0,272	0,53	0,76	54,5	43,7	47,3

Для наглядности процесса разогрева бетона и паровоздушной среды построим график изменения температур во времени:

При таком тепловом расчете температур температуру изделий получают без учета теплоты гидратации. В реальных условиях температура бетона к концу изотермической выдержки может быть уменьшена на 5…10 ºС по отношению к заданной по режиму.