danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2019-63-4-496-505dan-637Research ArticleТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИTECHNICAL SCIENCESНестационарная модель процесса гидратации железобетонного изделия, находящегося в программно-нагреваемой средеUnsteady model of the hydration process of a reinforced concrete product at software-controlled heatingНияковскийА. М.NiyakovskiAlexander M.

Нияковский Александр Мечиславович – ст. преподаватель

ул. Блохина, 29, 211440, Новополоцк, Витебская обл.

Niyakovski Alexander Mechislavovich – Senior lecturer

29, Blokhin Str., 211440, Novopolotsk, Vitebsk region

a.m.niyakovski@pdu.byРоманюкВ. Н.RamaniukUladzimir N.

Романюк Владимир Никанорович – д-р техн. наук, профессор

пр. Независимости, 65, 220013, Минск

Ramaniuk Uladzimir Nikanorovich – D. Sc. (Engineering), Professor

65, Nezavisimosti Ave., 220013, Minsk

rvn_bntu@mail.ruЧичкоА. Н.ChychkoАleksandr N.

Чичко Александр Николаевич – д-р физ.-мат. наук, профессор, научный сотрудник

ул. П. Бровки, 15, 220072, Минск

Chychko Аleksandr Nikolaevich – D. Sc. (Physics and Mathematics), Professor, Researcher

15, P. Brovka Str., 220072, Minsk

chichko_a_n@mail.ruЯцкевичЮ. В.YatskevichYury V.

Яцкевич Юрий Вячеславович – канд. техн. наук, ведущий инженер-программист

ул. П. Бровки, 6, 220013, Минск

Yatskevich Yury Viacheslavovich – Ph. D. (Engineering), Principal engineer-programmer

6, P. Brovka Str., 220013, Minsk

iskatel37@mail.ruПолоцкий государственный университетPolotsk State UniversityБелорусский национальный технический университетBelarusian National Technical UniversityИнститут тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова Национальной академии наук БеларусиA. V. Luikov Heat and Mass Transfer Institute of the National Academy of Sciences of BelarusБелорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиBelarusian State University of Informatics and Radioelectronics201913092019634496505Copyright © Нияковский А.М., Романюк В.Н., Чичко А.Н., Яцкевич Ю.В., 20192019Нияковский А.М., Романюк В.Н., Чичко А.Н., Яцкевич Ю.В.Niyakovski A.M., Ramaniuk U.N., Chychko А.N., Yatskevich Y.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/637

Разработка математических моделей, призванных обеспечить расчет и проектирование энерготехнологического оборудования, предназначенного для осуществления ускоренной гидратации бетонных изделий, является актуальной задачей промышленной теплоэнергетики. Внедрение методов математического моделирования позволяет сократить затраты времени и ресурсов на разработку технологических режимов, обеспечивающих снижение энергопотребления при производстве строительных конструкций и возведении зданий и сооружений различного назначения. Несмотря на значительное число опубликованных результатов исследований, посвященных данной проблеме, не существует общепринятой математической модели теплотехнических процессов, протекающих в теплоэнергетических установках при ускоренном твердении трехмерного бетонного изделия. Цель настоящей работы состоит в разработке нестационарной модели процесса гидратации бетона применительно к симметричному трехмерному изделию, помещенному в программно-управляемую среду обогрева, параметры которой задаются выбранным режимом работы теплоэнергетической установки для ускоренной гидратации. численным методом конечных объемов на примере куба размером 0,3 × 0,3 × 0,3 м выполнены расчеты эволюции трехмерного поля гидратации в бетонном теле при режиме работы нагревателя вида «нагрев–изотермическая выдержка–охлаждение» и получены зависимости разности температур армированного и неармированного кубического изделия от времени твердения в соответственных точках пространства по направлению от поверхности к центру изделия. На примере результатов моделирования показано, что эволюция степени гидратации в указанных точках различается при твердении бетона с арматурой и без арматуры. Представлены скорости изменения температуры и коэффициента гидратации от времени в выделенных точках изделия и проведен анализ полученных результатов.

The development of mathematical models for design of the thermal technology equipment intended for accelerated hydration of concrete products is an urgent task of industrial heat power engineering. The introduction of mathematical modeling methods can reduce the time and the resources spent for the development of technological regimes that reduce energy consumption in the production of building structures and, ultimately, in the construction of buildings and structures for various purposes. There is not yet a generally accepted mathematical model of thermal processes occurring in thermal technological installations in the case of accelerated hardening of a three-dimensional concrete object. The purpose of this work is to develop an unsteady model of the concrete hydration process applied to a symmetrical three-dimensional reinforced concrete product at software-controlled heating. By using the numerical finite-volume method in the case of a 0.3 × 0.3 ×0.3 mcube, a three-dimensional feld of hydration in a concrete object at a given operation mode of a heater is calculated. The following heating mode was used: “heating–maintaining at a constant temperature–cooling”. The dependences of a temperature difference between reinforced and non-reinforced cubic products on the hardening time at the corresponding space points in the direction from the surface to the center of the product have been obtained. By the example of the numerical simulation results, it is shown that the evolution of the hydration degree at these points during the hardening of non-reinforced concrete differs from the hardening of reinforced concrete. The time dependences of heat treatment of a rate of temperature change and the hydration coefficient at the selected points of a product are presented. The obtained results are analyzed.

математическое моделированиеэнергосбережениетеплотехнологические установкикинетика гидратации цементатемпературное поленестационарное уравнение теплопроводностиmathematical modelingenergy savingthermal technological installationscement hydration kineticstemperature feldunsteady heat conduction equationReferencesМиронов, С. А. Ускорение твердения бетона / С. А. Миронов, Л. А. Малинина. – М., 1964. – 348 с.Mironov S. A., Malinina L. A. Acceleration of hardening of concrete. Moscow, 1964. 348 p. (in Russian).Бабицкий, В. В. Прогнозирование характеристик твердеющего тяжёлого бетона / В. В. Бабицкий, С. Д. Семенюк, М. С. Бибик // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. – Рiвне, 2009. – Вип. 18. – С. 3–12.BabickiiV. V., Semenyuk S. D., Bibik M. S. Forecasting of characteristics of the hardening heavy concrete. Resursoekonomnі materіali, konstruktsії, budіvlі ta sporudi [Resource Saving of Materials, Structures, Buildings and Structures]. Rovno, 2009, pp. 3–12 (in Russian).Ушеров-Маршак, А. В. Информационная технология бетона ускоренного твердения / А. В. Ушеров-Маршак, А. Г. Синякин // Бетон и железобетон. – 1994. – № 6. – С. 2–4.Usherov-Marshak A. V., Sinyakin A. G. Information technology of concrete accelerated curing. Beton i Zhelezobeton [Concrete and Reinforced Concrete], 1994, no. 6, pp. 2–4 (in Russian).Аксенчик, К. В. Совершенствование тепловой работы пропарочных камер для тепловлажностной обработки железобетонных изделий / К. В. Аксенчик. – Иваново, 2014. – 20 с.Aksenchik k. V. Improvement of the thermal operation of curing chambers for curing of concrete products. Ivanovo, 2014. 20 p. (in Russian).Федосов, С. В. Применение методов математической физики для моделирования массо- и энергопереноса в технологических процессах строительной индустрии / С. В. Федосов, A. M. Ибрагимов, А. В. Гущин // Строительные материалы. – 2008. – № 4. – С. 65–67.Fedosov S. V., Ibragimov A. M., Guschin A. V. Application of methods of mathematical physics for the simulation of mass- and energy transfer in technological processes of the construction industry. Stroitel’nye materialy = Construction Materials, 2008, no. 4, pp. 65–67 (in Russian).Ge, Z. Predicting temperature and strength development of the feld concrete: Retrospective Theses and Dissertations / Z. Ge. Iowa State University, 2005. https://doi.org/10.31274/rtd-180813-15373Ge Zhi. Predicting temperature and strength development of the feld concrete: Retrospective Theses and Dissertations, 2005. https://doi.org/10.31274/rtd-180813-15373Zakoutsky, J. Effect of temperature on the early-stage hydration characteristics of Portland cement: A large-volume calorimetric study / J. Zakoutsky, V. Tydlitat, R. Cherny // Construction and Building Materials. – 2012. – N 36. – P. 969–976. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2012.06.025Zakoutsky J., Tydlitat V., Cherny R. Effect of temperature on the early-stage hydration characteristics of Portland cement: A large-volume calorimetric study. Construction and Building Materials, 2012, no. 36, pp. 969–976. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2012.06.025Моделирование набора прочности бетоном при гидратации цемента / С. В. Федосов [и др.] // Строительные материалы. – 2011. – № 11. – С. 38–41.Fedosov S. V., Bobylev V. I., Ibragimov A. M., kozlov V. k., Sokolov A. M. Modeling of a set of strength at hydration of cement. Stroitel’nye materialy = Construction Materials, 2011, no. 11, pp. 38–41 (in Russian).Modelling of heat of hydration for thick concrete constructions – a note / B. kuriakose [et al.] // Journal of Structural Engineering. – 2015. – Vol. 42, N 4. – P. 348–357.kuriakose B., Rao B. N., Dodagoudar G. R. Modelling of heat of hydration for thick concrete constructions – a note. Journal of Structural Engineering, 2015, vol. 42, no. 4, pp. 348–357.Гончаров, Э. И. Двухстадийная тепловлажностная обработка тяжёлого бетона / Э. И. Гончаров, А. М. Нияковский, О. Д. Шавлюго // Тезисы докладов 47 Междунар. науч.-техн. конф. преподавателей и студентов. – Витебск, 2014. – С. 172–173.Goncharov E. I., Niyakovski A. M., Shavlyugo O. D. Two-stage heat and moisture treatment of heavy concrete. Tezisy dokladov 47 Mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii prepodavatelei i studentov [Abstracts of 47 International Scientifc and Technical Conference of Teachers and Students]. Vitebsk, 2014, pp. 172–173 (in Russian).Гончаров, Э. И. Температурные поля в твердеющем бетоне / Э. И. Гончаров, А. М. Нияковский // Тезисы докладов 48 Междунар. науч.-техн. конф. преподавателей и студентов, посвященной 50-летию университета. – Витебск, 2015. – С. 103–104.Goncharov E. I., Niyakovski А. М. The temperature felds in hardening concrete. Tezisy dokladov 48 Mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii prepodavatelei i studentov, posvyashchennoi 50-letiyu universiteta [Abstracts of 48 International Scientifc and Technical Conference of Teachers and Students, dedicated to the 50th Anniversary of the University]. Vitebsk, 2015, pp. 103–104 (in Russian).Нияковский, А. М. Оптимальные условия термообработки как фактор формирования рациональной теплоэнергетической системы предприятий железобетонных изделий / А. М. Нияковский // Наука – образованию, производству, экономике: материалы 16-й Междунар. науч.-техн. конф. – Минск, 2018. – Т. 1. – С. 93.Niyakovski А. М. Optimal conditions of heat treatment as a factor in the formation of a rational heat power system of enterprises of reinforced concrete products. Nauka – obrazovaniyu, proizvodstvu, ekonomike: materialy 16-i Mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii. T. 1 [Science – Education, Production, Economics: Proceedings of the 16th International Scientifc and Technical Conference. Vol. 1]. Minsk, 2018, pp. 93 (in Russian).Марьямов, Н. Б. Тепловая обработка изделий на заводах сборного железобетона (процессы и установки) / Н. Б. Марьямов. – М., 1970. – 272 с.Maryamov N. B. Heat treatment of products at the plant of precast concrete (processes and installations). Мoscow, 1970. 272 p. (in Russian).Красулина, Л. В. Структурные и теплофизические свойства твердеющего бетона / Л. В. Красулина // Наука и техника. – 2012. – № 2. – С. 29–34.krasulina L. V. Structural and thermophysical properties of hardening concrete. Nauka i tekhnika = Science and Technique, 2012, no. 2, pp. 29–34 (in Russian).Александровский, С. В. Расчет бетонных и железобетонных конструкций на изменения температуры и влажности с учетом ползучести бетона / С. В. Александровский. – М., 2004. – 712 с.Aleksandrovskii S. V. Calculation of concrete and reinforced concrete structures for changes in temperature and humidity, taking into account the creep of concrete. Мoscow, 2004, p. 712 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.