Введение к работе
Актуальность работы. Одним из современных и перспективных видов отделки изделий из бетона и железобетона является получение на их поверхности стекловидных покрытий оплавленных высокотемпературными источниками. При этом на поверхности изделия образуется декорирующий слой, отвечающий современным требованиям дизайна, защищающий железобетонные конструкции от агрессивного атмосферного воздействия, от действия газов, солей, кислот или щелочей.
Высокотемпературная обработка с успехом применяется для отделки бетона. Однако, несмотря на многочисленные положительные результаты, такая отделка не получила широкого внедрения в промышленное производство. Это объясняется сложностью определения режимных параметров оплавления стеклянного покрытия на бетоне, при которых сводятся к минимуму изменения структуры и свойств декорирующего и декорируемого материала.
Поэтому вопросы всестороннего исследования возможности применения высокотемпературных источников для нанесения защитно-декоративного покрытия на поверхность бетонных конструкций, изучение механизма влияния температуры на структуру бетона, рассмотрение процессов плавления и кристаллизации в стекловидном покрытии, а также разработка рациональных технологических параметров нанесения покрытия представляют несомненный интерес и являются актуальными.
Настоящая работа является продолжением исследований, проводимых на кафедре «Строительное материаловедение и специальные технологии» ИГАСУ в рамках Гранта Министерства Образования РФ по фундаментальным исследованиям в области технических наук «Теоретические основы производства и отделки бетона с применением высоких энергий для улучшения его эксплуатационных и декоративных характеристик» Т02-12.2-726, РК 01.2003 11898.
Цель диссертационной работы - теоретические и экспериментальные исследования процесса термодекорирования бетона с учетом фазовых превращений в декорирующем слое и разработка рекомендаций по выбору рациональных режимных параметров ведения этого процесса, обеспечивающих получение качественных стекловидных покрытий при минимальных изменениях структуры бетона. Основными задачами диссертационной работы являлись:
исследование процессов высокотемпературной отделки бетона с учетом фазовых превращений в декорирующем слое;
разработка математической модели, позволяющей проводить оценку влияния высоких температур на свойства бетона;
Научный консультант: д.т.н., профессор Щепочкина Юлия Алексеевна
разработка математической модели теплообмена, позволяющей рассчитывать кинетику нагрева и остывания декорирующего слоя с учетом фазовых переходов (плавления и кристаллизации);
исследование физических и физико-химических процессов, происходящих в бетоне при термическом воздействии на его поверхность;
разработка состава декорирующего слоя, обеспечивающего получение качественного стекловидного покрытия на поверхности бетона;
определение технологических параметров ведения процесса высокотемпературной отделки бетона.
Научная новизна:
Разработана математическая модель процесса теплопереноса для системы двух тел при сопряженных граничных условиях третьего рода на границе раздела «высокотемпературная среда - декоративное стекловидное покрытие», четвертого рода в месте контакта «тонкослойного» тела (декорирующего слоя) и «массивного» (бетонного изделия) и второго рода (условия теплоизоляции) на границе раздела «бетон - окружающая среда» с учетом фазовых переходов (плавление - кристаллизация).
Разработана математическая модель радиационно-конвективного теплообмена, позволяющая учитывать скорость нагрева и остывания декорирующего слоя.
Проведены экспериментальные исследования процесса высокотемпературной отделки бетона, на основании которых определены режимные параметры термообработки, влияющие на физико-химические и прочностные характеристики изучаемой системы.
Определены основные технологические параметры рационального ведения процесса высокотемпературной отделки с учетом фазовых превращений в декорирующем слое.
Практическая значимость:
Разработана математическая модель теплопереноса в системе «высокотемпературный источник - декорирующий слой - бетон», позволяющая сократить объем экспериментальных исследований по подбору режимных параметров отделки.
На основе решения задач теплопереноса разработана компьютерная программа, позволяющая определять рациональные режимные параметры ведения процесса высокотемпературной обработки бетона не приводящие к потере прочности бетона, принятая к использованию ОАО «Ивановская домостроительная компания».
Разработано техническое решение рычажного прибора для определения прочности сцепления покрытия с поверхностью изделия, несложного в изготовлении и эксплуатации, отличающегося компактностью. Защищено патентом РФ.
На защиту выносятся: 1. Математическая модель процесса теплопереноса в системе «декоративное покрытие - бетон», учитывающая фазовые переходы (плавление и кристаллизация) в слое декорирующего материала.
Инженерная методика расчета процесса термообработки бетонов для целей защиты от коррозии и декорирования.
Результаты экспериментальных исследований образцов, полученных при высокотемпературной отделке бетона.
4.Рекомендации по ведению технологического процесса отделки бетона с применением высокотемпературных источников.
Реализация результатов исследования: Ивановским предприятием ОАО «Ивановская домостроительная компания» принят к использованию инженерный метод расчета процессов термодекорирования бетона, заключающийся в исследовании динамики скорости нагрева, выдержки и остывания получаемого покрытия.
Результаты исследований автора внедрены в учебный процесс ГОУВПО «Ивановский государственный архитектурно-строительный университет» использованы при чтении лекций, проведении практических занятий, в дипломных научных работах.
Апробация результатов работы:
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийских и международных конференциях и семинарах: VI академических чтениях РААСН «Современные проблемы строительного материаловедения» (Иваново, 2000); VIII и XI международных научно-технических конференциях «Информационная среда вуза» (Иваново, 2001, 2004, 2008); XI Российско-Польском семинаре «Теоретические основы строительства» (Варшава-Москва, 2002); III международном симпозиуме по теоретической и прикладной плазмохимии (Иваново, 2002); 55 международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки в АПК» (Кострома, 2004)
Публикации.
По материалам выполненных исследований опубликовано 20 работ, в том числе 2 статьи в изданиях по перечню ВАК РФ.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованной литературы. Диссертация содержит 140 страниц машинописного текста, 25 рисунков и фотографий, 8 таблиц и библиографический список, включающий 175 наименований.
