СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ РАСЧЕТОВ РЕЖИМОВ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ БЕТОНА

УДК 666.97.035.51.001.24-52

И.В. Шишкин
Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова

Тепловая обработка (ТО) бетона является одним из важнейших этапов при производстве бетонных и железобетонных изделий, поэтому правильное назначение режима тепловой обработки имеет существенное влияние на качество строительных изделий.

Правильный подбор режима тепловой обработки, заключающийся в назначении периодов нагрева изделия, изотермической выдержки и охлаждения, определяет эффективность ТО.

На практике режимы тепловой обработки назначаются исходя из нормативных документов СНиП 3.09.01-85 и ОНТП 7-85. В то же время, используя электрофизические методы исследования процессов структурообразования при твердении вяжущих веществ, в частности — акваметрический датчик[1,2], можно автоматизировать процесс назначения режима тепловой обработки[1].

Использование существующей схемы и способа измерения позволяет фиксировать постоянную составляющую электрического сигнала, возникающего в вяжущей системе при помощи самопишущего регистрирующего устройства КСП-4.

Результатом измерений является токовая кривая, данные которой обрабатываются вручную и вносятся в компьютер для дальнейшей работы.

Правильность подбора режимов ТО можно характеризовать равномерностью распределения температур по сечению изделия, что проверяют путем расчета температурных полей и определения расчетных значений температур в различных точках тела. В упрощенном виде достаточно знать температуру в точке, наиболее удаленной от поверхности изделия. К концу периода нагрева температура в этой точке должна достигнуть заданной температуры периода изотермической выдержки.

Для автоматизации процесса назначения режима тепловой обработки была создана «Система автоматизации расчетов режимов тепловой обработки (САРРТО)» на основе существующей схемы измерения сигнала от акваметрического датчика,[1] путем добавления в существующую схему частотного преобразователя, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и удаления из системы самопишущего регистрирующего прибора КСП-4. Полученная обобщенная схема системы приведена на рис. 1.

Система автоматизации расчетов режимов тепловой обработки (САРРТО)

В качестве преобразователя аналогового сигнала в его цифровое представление в системе автоматизации расчетов режимов тепловой обработки используется звуковая карта.

Использование звуковой карты в качестве аналого-цифрового преобразователя обосновано следующими причинами:

  • аналого-цифровые преобразователи имеют высокую цену, что зачастую является основным препятствием для их использования. Так, самый дешевый вариант АЦП, производимый предприятием «Сигнал» г.Москва стоит 160$. Зачастую АЦП изготавливаются под конкретный заказ, что еще повышает их цену. В то же время, стоимость звуковой карты составляет примерно 15-25$, что делает их общедоступными;
  • точности замера частоты сигнала при помощи звуковой карты достаточно для проведения необходимых измерений с использованием системы автоматизации расчетов режимов тепловой обработки.
  • Как показали предварительные исследования, погрешность измерения составляет не более 5% и может быть сведена практически к 0 путем увеличения времени единичного считывания сигнала с последующим вычислением частоты;
  • звуковая карта, как уже было сказано выше, является общедоступным оборудованием для компьютера, поэтому это будет способствовать лучшей реализации САРРТО возможным потребителям.

Для обеспечения назначения режимов ТО бетонных изделий с использованием системы САРРТО автором была разработана одноименная программа, работающая под управлением операционной среды Windows 95/98, которая работает в режиме реального времени при проведении эксперимента и обеспечивает:

  • регистрацию сигнала, поступающего от акваметрического датчика путем преобразования аналогового сигнала в цифровой при помощи звуковой карты;
  • возможность назначения режима тепловой обработки бетона по полученной экспериментальной зависимости процесса структурообразования от времени твердения цемента или бетона;
  • расчет температуры поверхности и центра изделия в процессе нагрева и изотермической выдержке изделия в камерах тепловой обработки для контроля правильности назначенного режима ТО;
  • хранение полученной в результате эксперимента и расчетов информации;
  • передачу данных по эксперименту, режиму тепловой обработки и расчету температурных полей для использования их другими программами.

Концептуально программа делится на три части:

  • блок  выполнения замеров при проведении эксперимента;
  • блок назначения режима тепловой обработки;
    блок расчета температуры поверхности и центра изделия.
  • Функциональная схема программы приведена на рис. 2.

Система автоматизации расчетов режимов тепловой обработки - САРРТО)

В процессе работы программы при проведении эксперимента считывается поступающий экспериментальный сигнал со звуковой карты и вычисляется его частота. При помощи введенной ранее тарировочной таблицы вычисляется истинное значение экспериментальной величины. Данные эксперимента заносятся в файл.

После окончания эксперимента производится назначение режима тепловой обработки при помощи полученного ранее графика зависимости экспериментальной величины от времени. Результатом данного этапа являются периоды тепловой обработки и соответствующий график (рис. 3.).

СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ РАСЧЕТОВ РЕЖИМОВ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ БЕТОНА

Далее с использованием назначенного режима ТО производится расчет температуры поверхности и центра бетонного или железобетонного изделия с введением пользователем с клавиатуры дополнительных данных, необходимых для расчета.

При несоответствии результатов расчета условию достижения центром изделия к концу изотермической выдержки температуры среды камеры тепловой обработки производится необходимая корректировка режима ТО с последующим повторением расчета температур по времени.

При выполнении вышеприведенного условия режим ТО считается назначенным и работа программы может быть завершена. Результаты эксперимента, назначения режима ТО и расчета температурных полей сохраняются в файле и при необходимости могут быть повторно считаны из программы.

Таким образом, применение электрофизических методов исследования совместно с использованием ПЭВМ позволяет максимально автоматизировать процесс назначения режимов тепловой обработки.

Использование звуковой карты в качестве аналого-цифрового преобразователя позволяет значительно снизить затраты на создание системы назначения режимов ТО;

Расчет температурных полей, возникающих в изделии в процессе тепловой обработки, позволяет оценить правильность назначения режимов ТО.

Библиографический список

1. Гаркави М.С. Управление структурными превращениями твердеющих вяжущих систем: Дисс. д-ра техн. наук.- М., 1998.
2. Устройство для измерения потенциала массопереноса: Патент РФ № 1742702. / Гаркави М.С., Захаров А.Я., Долженков  А. В., Жихарев К.Е. — 1992.