INFLUENCE OF CONSTRUCTION OF TRANSPARENT COVERING ON EFFICIENCY OF CONCRETE HEAT TREATMENT IN SHUTTERING FORMS WITH USING SOLAR ENERGY

Full Text

Эффективность тепловой обработки железобетонных изделий с использованием солнечной энергии в опалубочных формах с прозрачным покрытием в значительной степени зависит от конструкции покрытия, в частности, количества слоев и материала, из которого оно изготовлено (рис. 1). Выбор материала покрытия определяется способностью его пропускать солнечное излучение и выдерживать эксплуатационные нагрузки в процессе изготовления изделий. Увеличение количества слоев прозрачного покрытия снижает количество теплоты, поглощенное бетоном, за счет уменьшения коэффициента пропускания солнечного излучения и увеличения площади затеняемой поверхности бетона (1): , (1) где к - коэффициент пропускания солнечной радиации прозрачным ограждением; Кт - коэффициент затенения; Когринт - интегральный коэффициент пропускания прозрачного ограждения (зависит от угла падения прямой солнечной радиации, количества слоев и материала прозрачного ограждения); Кп - коэффициент запыления. Рис. 1. Принципиальная схема опалубочной формы, оснащенной штатной инвентарной рамой с прозрачным покрытием 1 - опалубочная форма; 2 - свежеотформованный бетон; 3 - гибкая уплотняющая прокладка; 4 - зажим-фиксатор; 5 - однослойное или двухслойное прозрачное покрытие штатной инвентарной рамы; 6 - монтажные петли В то же время, увеличение слоев прозрачного ограждения снижает потери в окружающую среду (2): , (2) где Uпот - коэффициент тепловых потерь через прозрачное ограждение, Вт/(град·м2); Рис. 2. Температура бетона, твердеющего в опалубочной форме с однослойным и двухслойным прозрачным покрытием в климатических условиях 44° с.ш., июль 1 - температура бетона под однослойным покрытием (эксперимент); 2 - расчетная температура бетона под однослойным покрытием; 3 - температура бетона под двухслойным покрытием (эксперимент); 4 - расчетная температура бетона под двухслойным покрытием; 5 - фактическая температура наружного воздуха во время проведения эксперимента; 6 - расчетная температура наружного воздуха hkn-o- конвективный коэффициент теплообмена между прозрачным ограждением и окружающей средой, Вт/(град·м2); hлn-o - радиационный коэффициент теплообмена между прозрачным ограждением и окружающей средой, Вт/(град·м2); hkб-n - конвективный коэффициент теплообмена между бетоном и прозрачным ограждением, Вт/(град·м2); hлб-n - радиационный коэффициент теплообмена между бетоном и прозрачным ограждением, Вт/(град·м2); hkn1-n2 - конвективный коэффициент теплообмена между слоями прозрачного ограждения, Вт/(град·м2); hлn1-n2 - радиационный коэффициент теплообмена между слоями прозрачного ограждения, Вт/(град·м2); Отечественные и зарубежные исследователи в области гелиотехники [1-6] установили нецелесообразность применения более двух слоев прозрачного покрытия в конструкции гелиотехнических устройств. Для энергетической оценки изменения конструкции прозрачного покрытия с однослойного на двухслойное проведены теоретические и экспериментальные исследования, результаты которых представлены в табл. 1 и 2, а также на рис. 2. Исследования проведены в температурно-влажностных условиях субтропического (44° с.ш., июль) и умеренно-континентального (56° с.ш., июль) климата. Подробное описание исходных данных и методики проведения теоретических и экспериментальных исследований изложено в работах [7, 8]. Таблица 1 Твердение бетона в опалубочной форме с однослойным и двухслойным прозрачным покрытием в климатических условиях 44° с.ш., июль Однослойное ограждение, ?в.п.=15 мм Двухслойное ограждение, ?в.п.=15+20 мм Время, ч Qпогл, кДж Uпот, Вт/(°С·м2) Qпот, кДж tб, °C Время, ч Qпогл, кДж Uпот, Вт/(°С·м2) Qпот, кДж tб, °C 10-11 52,6 0,94 -16 12 10-11 41,1 0,38 -13,3 12 11-12 63 0,97 -16 15,7 11-12 54,4 0,39 -13,7 15 12-13 70,6 1 -15 20,7 12-13 65,5 0,4 -13,1 18,9 13-14 75,5 1,02 -12 25,3 13-14 74,4 0,41 -11,1 23,6 14-15 70,8 1,03 -8 31,7 14-15 65,4 0,43 -8 29,9 15-16 63,4 1 -3 38 15-16 54,3 0,44 -4,2 35,8 16-17 51,7 1,38 3 44,9 16-17 40,9 0,43 0,2 42,3 17-18 41,8 6,68 36,3 49,8 17-18 26 2,86 17,1 46,7 18-19 27,1 5,95 37,1 54,2 18-19 9,4 3,03 15,2 51,1 19-20 11 5,78 37,3 56,6 19-20 1,5 3,08 17,5 53,7 20-21 - 5,72 39,2 57,4 20-21 - 3,13 23 55,4 21-22 - 5,69 44,7 58,3 21-22 - 3,17 27,7 56,4 22-23 - 5,68 48,5 58,5 22-23 - 3,2 31,3 57 23-24 - 5,67 51,1 57,6 23-24 - 3,21 34 57,2 24-1 - 5,66 52,5 57 24-1 - 3,23 35,9 57,4 1-2 - 5,65 52,7 56,2 1-2 - 3,23 36,9 57,4 2-3 - 5,66 51,3 55 2-3 - 3,19 35,2 57,1 3-4 - 5,67 48,5 53,6 3-4 - 3,23 35,7 56,4 4-5 - 5,69 44,8 52,1 4-5 - 3,22 33,8 55,5 5-6 - 5,73 40,3 50,6 5-6 - 3,2 31,3 54,6 6-7 - 5,79 35,2 49,5 6-7 - 3,18 28,2 54 7-8 11 5,87 35,1 48,4 7-8 1,5 3,15 24,9 53,2 8-9 27,1 5,98 38,4 47,8 8-9 9,2 3,12 25,2 52,8 9-10 42 6,12 41,8 48,1 9-10 25,1 3,09 30,1 52,6 Зрелость бетона, градусо-часы 1097 Зрелость бетона, градусо-часы 1106 Относительный возраст бетона, сут 5,7 Относительный возраст бетона, сут 5,9 Прогнозируемая прочность бетона, % R28 72,4 Прогнозируемая прочность бетона, % R28 73,2 Размеры бетонного образца 20х20х20(h) см; Температура (tб) в середине бетонного образца; Бетон класса В25, прочность при сжатии в 28-суточном возрасте (эталон) 29,8 МПа. Материал покрытия - пленка полиэтилентерефталатная прозрачная. Анализ результатов исследований свидетельствует, что под однослойным прозрачным покрытием нагрев бетона в период солнечного сияния происходит интенсивнее, максимальные значения его температуры на 1,5-2° С превышают аналогичные значения под двухслойным. После захода солнца бетон под однослойным прозрачным покрытием начинает остывать, в то время как под двухслойным покрытием его температура продолжает расти. Значения коэффициента тепловых потерь (Uпот) двухслойного покрытия снижается почти в 2 раза по сравнению с однослойным. В ночные часы бетон под двухслойным прозрачным покрытием остывает медленнее, максимальное превышение значений его температуры, по сравнению с однослойным покрытием, составляет от 3-5° С (табл. 1) до 8-10° С (табл. 2). Несмотря на повышение эффективности двухслойного покрытия с понижением среднесуточных температур воздуха, разница в значениях прочности бетона не превышает 4 % R28 (табл. 2). Таблица 2 Твердение бетона в опалубочной форме с однослойным и двухслойным прозрачным покрытием в климатических условиях 56° с.ш., июль Однослойное ограждение, ?в.п.=10мм Двухслойное ограждение, ?в.п.=10+20мм Время, ч Qпогл, кДж Uпот, Вт/(°С·м2) Qпот, кДж tб, °C Время, ч Qпогл, кДж Uпот, Вт/(°С·м2) Qпот, кДж tб, °C 10-11 36,7 1,13 7,5 21 10-11 28,6 0,42 5,8 21 11-12 44,1 1,15 8,2 23,9 11-12 40,1 0,42 6 22,8 12-13 53,6 15,2 20,5 27,1 12-13 43,4 2,62 27,6 25,3 13-14 60,2 11,2 49,9 30,2 13-14 51,1 3,38 33,2 27,3 14-15 57,9 10,5 51,2 32,3 14-15 42,8 3,61 31,5 29,4 15-16 52,7 10,1 52,9 34,2 15-16 32,9 3,74 29,1 31,4 16-17 44,8 9,93 53,7 36,1 16-17 21,9 3,84 26,6 33,2 17-18 33,7 9,83 52,9 37,4 17-18 7,4 3,94 22,7 35,3 18-19 20,4 9,77 50,7 38,3 18-19 4,8 4,03 21,7 37 19-20 7,2 9,74 48,1 38,8 19-20 3,5 4,11 25,3 38,2 20-21 2,6 9,72 49,6 38,9 20-21 2,1 4,18 28,7 38,9 21-22 0,7 9,7 52,1 38,3 21-22 0,6 4,23 31,6 39,6 22-23 - 9,68 52,9 37,5 22-23 - 4,26 33,7 40,6 23-24 - 9,68 52,5 35,8 23-24 - 4,29 35,2 40,3 24-1 - 9,68 51,5 34,3 24-1 - 4,3 36,2 39,9 1-2 - 9,68 49,6 32,6 1-2 - 4,31 36,6 39,4 2-3 - 9,69 47 31,2 2-3 - 4,3 36,1 39 3-4 - 9,72 43,8 29,7 3-4 - 4,28 35 38,5 4-5 - 9,77 39,9 28,5 4-5 - 4,26 33,7 38,2 5-6 0,7 9,85 35,5 27,3 5-6 0,6 4,24 32 37,9 6-7 2,4 9,99 31 26,4 6-7 2,1 4,21 29,9 37,5 7-8 6,9 10,21 28,2 25,8 7-8 3,6 4,17 27,7 37,3 8-9 19,7 10,57 30,8 25,8 8-9 5 4,13 25,4 37,1 9-10 32,5 11,06 34,7 26,3 9-10 11,9 4,08 27,8 37,1 Зрелость бетона, градусо-часы 757,7 Зрелость бетона, градусо-часы 842 Относительный возраст бетона, сут 2,2 Относительный возраст бетона, сут 2,7 Прогнозируемая прочность бетона, % R28 49 Прогнозируемая прочность бетона, % R28 53 Размеры бетонного образца 20х20х20(h) см; Температура (tб) в середине бетонного образца; Бетон класса В25, прочность при сжатии в 28-суточном возрасте (эталон) 29,8 МПа. Материал покрытия - пленка полиэтиленовая нестабилизированная неокрашенная Увеличение стоимости прозрачного покрытия и трудоемкости его устройства, связанное с креплением дополнительного слоя, а также сходные значения прочности и зрелости бетона под однослойным и двухслойным покрытием, полученные в разных климатических условиях, позволяют сделать вывод о неэффективности применения двухслойного прозрачного покрытия при термообработке железобетонных изделий в опалубочных формах с использованием солнечной энергии.

About the authors

DMITRY D KOROTEEV

Peoples' Friendship University of Russia (RUDN University), Moscow, Russian Federation

Author for correspondence.
Email: koroteev_dd@rudn.university

Candidate of Technical Science, Associate Professor of department of architecture and civil engineering, Peoples' Friendship University of Russia (RUDN University). Scientific interests: technology of concrete works, heat treatment of concrete and reinforced concrete elements.

6 Miklukho-Maklaya Street, Moscow, 117198, Russian Federation

MAKHMUD KHARUN

Peoples' Friendship University of Russia (RUDN University), Moscow, Russian Federation

Email: kharun_m@rudn.university

Candidate of Technical Science, Associate Professor, of department of architecture and civil engineering, Peoples' Friendship University of Russia (RUDN University). Scientific interests: modified concretes on composite binders

6 Miklukho-Maklaya Street, Moscow, 117198, Russian Federation

References

Supplementary files