Компьютерное моделирование основных технологических переделов в производстве сборного железобетона

Наука о бетоне уже достигла такой стадии развития, когда накопленный экспериментальный материал и полученное соответствующее математическое обеспечение позволяют прогнозировать не только основные свойства бетона в проектном возрасте, но и, что существенно важнее, их развитие во времени. Для этого разработаны достаточно сложные математические модели и программные продукты, без которых оперативная оптимизация технологических процессов невозможна.

дин из наиболее сложных технологических переделов в производстве сборного железобетона – его тепловлажностная обработка. Но, несмотря на достаточно продолжительный срок использования этого приема, режим тепловлажностной обработки либо назначается в соответствии с рекомендациями нормативных документов, либо подбирается путем многочисленных проб.

В Белорусском национальном техническом университете ведутся работы, позволяющие инженерам-технологам не назначать (или подбирать) режимы, а рассчитывать. Для этого разработана математическая модель, описывающая кинетику твердения бетона при повышенных температурах, разработан и соответствующий программный продукт (в частности, вычислительный комплекс «Технолог»). И это несомненный шаг вперед в развитии технологии сборного бетона и железобетона.

Однако если критически рассмотреть проделанную в этом направлении работу, то можно констатировать наличие в ней существенного недостатка: математическая модель не дополняется конкретными характеристиками используемых разнообразных цементов и добавок.

Следовательно, до накопления экспериментальной базы, ее осмысления, получения формул, описывающих вклад различных цементов, добавок и пр. в обобщенную модель, необходима разработка методики оперативной оценки влияния факторов на продолжительность основных периодов режима тепловлажностной обработки бетона.

Нами получена методика, включая и упрощенную установку, позволяющая интегрально, причем оперативно и достаточно точно, оценить кинетику структурообразования цементного теста, приготовленного на различных вяжущих с разнообразными химическими и минеральными добавками. А это открывает возможность включить в уже отработанную математическую модель результаты экспериментов и тем самым существенно повысить точность оптимизации режимов тепловлажностной обработки бетона.

Суть методики заключается в получении кривой изменения температуры цементного теста, твердеющего в течение 24 часов в теплоизолированной кассете. Вначале строят график в системе координат «время – температура цементного теста относительно начальной». Затем разбивают всю продолжительность твердения на равные периоды (примерно по 1 ч) и для каждого периода рассчитывают градусочасы, как произведение средней температуры на продолжительность периода, и, наконец, интегральную температурную характеристику цементного теста. Далее рассчитывают тепловыделение цементного теста. Прочность образцов цементного камня служит основанием для определения степени гидратации цемента. И по комплексу полученных данных рассчитывают основные периоды тепловлажностной обработки бетона.

Дальнейшие вычисления проводят с помощью предлагаемой компьютерной модели.

Необходимо отметить, что и указанные вычисления рекомендуемых величин предварительной выдержки, скорости подъема температуры и удельного тепловыделения цемента производятся автоматически. Инженеру-технологу лишь достаточно ввести результат эксперимента – «время-температура цементного теста».

Затем оператор определяет характеристики теплового агрегата (габариты, конструкцию стенок, крышки, днища и пр.), технологические особенности пропариваемого изделия (размеры, количество, объем бетона и пр.). Далее инженер-технолог вводит температуру и продолжительность изотермического периода и время открытия крышки камеры.

После подачи команды «Рассчитать» в одном из окон компьютерной программы появляется графическая интерпретация процесса твердения бетона в данном тепловом агрегате, включающая следующие характеристики:

• температура внешней среды;

• температура среды в пропарочной камере;

• температура поверхности изделия;

• температура центра изделия; усредненная температура бетона;

• степень гидратации цемента; относительная прочность бетона;

• удельный расход теплоносителя.

Если спроектированный режим тепловлажностной обработки бетона не удовлетворяет инженера-технолога, производящего расчеты, например, по стоимости или продолжительности, то перед ним открываются достаточно широкие возможности для его оперативной корректировки, за счет варьирования теплотехнических или технологических факторов, существенно влияющих на процесс.