ПРИЛОЖЕНИЕ ТЕРМОДИНАМИКИ К ПРОГНОЗУ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ЛЕГКОГО БЕТОНА

Авторы
Резюме
Файлы

Грызлов В.С. Основным механизмом теплообмена для капиллярно-пористых физических систем (типа легкого бетона) является контактная теплопроводность, которая осуществляется благодаря связанным между собой процессам: переходом тепла от частицы к частице через непосредственные контакты между ними и переходом тепла через разделяющую промежуточную среду. С термодинамической точки зрения теплообмен в легких бетонах представляет собой теплоперенос (поток тепла Q), а точнее перенос энтропии (S), под действием градиента температуры (Т), осуществляемый, в соответствии со вторым законом термодинамики, от мест с более высокой к местам с меньшей температурой. Термодинамическая идентичность коэффициента теплопроводности () и S позволила, на базе второго закона термодинамики, вывести общее уравнение для прогноза теплопроводности легкого бетона в условиях его эксплуатации. Установлено, что релаксация теплопроводности (τ) пропорциональна затуханию объемных деформаций бетона (Θ), вызванных температурным градиентом и уровнем напряжения (η). Экспериментальные исследования теплопроводности легкого бетона подтвердили затухающий хаpaктер изменения Δλ как функции времени (t) и деформативности. Статья в формате PDF 174 KB Второй закон термодинамики содержит сведения относительно возможности протекания того или иного процесса и его направленности, и для элементарного количества тепла, выражается как:

dQ = ÑТdS, или dS = dQ/ÑT. (1)

Этим определяется методологическое значение его применения в бетоноведении. Кроме того, скорость роста энтропии может сама по себе рассматриваться как важнейшая хаpaктеристика для прогнозирования процессов в физической системе. На основе этой хаpaктеристики можно анализировать стационарные состояния систем и изменение их свойств.

Согласно второму закону термодинамики, у всякой неизолированной бетонной системы энтропия состоит из двух слагаемых:

dS = d_tS + d_eS, (2)

обусловленных изменением энтропии за счет внутренних d_tS и внешних d_eS взаимодействий, причем d_tS всегда ³ 0, тогда как 0 ³ d_eS ³ 0. Поэтому возрастание или убывание энтропии бетонной системы определяется в конечном итоге соотношением слагаемых в (2).

Если зафиксировать положение внешних тел, окружающих систему, то с течением времени любая физическая система придет в такое положение, когда её внутреннее состояние будет определяться только внешними параметрами и, не будет зависеть от начальных значений внутренних параметров. Это положение называется положением термодинамического равновесия, а время его установления - временем релаксации. В положении термодинамического равновесия все внутренние параметры системы одинаковы для всей системы, т.е. не зависят от координат и времени. С этой точки зрения процесс установления термодинамического равновесия можно рассматривать как процесс выравнивания внутренних параметров, который сопровождается соответствующими процессами переноса. Простейшим видом описания подобной связи является известный закон теплопроводности Фурье, устанавливающий зависимость между потоком теплоты и градиентом температур:

q = - l ÑT, (3)

где - q - удельный тепловой поток; l -коэффициент теплопроводности.

Термодинамическая идентичность l и S в уравнениях (1 и 3) позволяют провести анализ теплопроводности бетона по аналогии с уравнением (2). Следуя этой аналогии теплопроводность бетона в эксплуатационных условиях может быть выражена:

l(t) = l₀ - Dl₀(t) (4)

где l₀ - теплопроводность бетона при завершении, в основном, процессов структурообразования; Dl₀ - приращение, которое возникает в результате эксплуатационных воздействий за время t. Знак «минус» указывает, что релаксация теплопроводности связана с уравновешиванием конструктивных и деструктивных процессов, происходящих в бетоне, которые в целом приводят к уменьшению внутреннего напряжения и развитию необратимых деформаций.

В термодинамическом аспекте можно предположить, что скорость изменения теплопроводности пропорциональна её отклонению от равновесного значения (l^{^}). В этом случае:

d(l-l^{^})/dt = -(l-l^{^})/t , (5)

где t - время релаксации.

Интегрируя и преобразуя, получаем:

l(t)=l₀ - Dl₀ е^-(^t^)/^t, (6)

Уравнение (6) можно считать общим уравнением теплопроводности бетона. Графическая интерпретация этого уравнения представлена на рис. 1.

Решение уравнения (6) сводится к минимизации l₀ и t. Очевидно, что l₀ представляет собой структурно - технологический, внутренний, аспект теплопроводности и должно прогнозироваться на стадии проектирования состава бетона. Время релаксации t зависит не только от природы внутреннего параметра l₀, но и от хаpaктера нарушения его равновесного значения, в первую очередь за счет деструкции.

Учитывая, что теплопроводность бетона связана с энергетическим состоянием его структуры ΔU и энтропией ΔS, можно предположить, что постоянная времени релаксации определяется соотношением (DU/DS). Анализируя (DU/DS) в рамках основных уравнений термодинамики для процесса деформирования тел, получаем выражение:

DU/DS = Т + Θ grad T (7)

где Θ - объемные относительные деформации; Т- температура.

Рисунок 1. Графическая интерпретация общего уравнения теплопроводности бетона

Следовательно, релаксация теплопроводности, пропорциональна температуре эксплуатации и затуханию объёмных деформаций бетона, вызванных уровнем напряжения.

Экспериментальные исследования теплопроводности бетона (рис.2,3) подтвердили затухающий хаpaктер изменения Dl₀ как функции времени и деформативности. Анализ этих результатов позволил получить уравнение изменения теплопроводности бетона во времени при фиксированном уровне напряжения:

l(t,h)=l₀{1+Аt(Вt-1)+mh(1+0,93h) (1 -2 m)[1-mh(1+0,93h)(1-2m)]} (8)

где m - коэффициент Пуассона; h - уровни напряжения; t - время; А,В, - эмпирические коэффициенты, отражающие вид и качественные хаpaктеристики бетона.

Рисунок 2. Изменение относительных приращений теплопроводности шлакобетонов во времени.

Рисунок 3. Влияние объёмных деформаций на приращения теплопроводности шлакобетонов.

С позиции термокинетической теории деформирования бетона и баланса энтропии, процесс релаксации теплопроводности также связан с увеличением энтропии.

Рисунок 4. Схема роста энтропии бетона во времени при его деформировании

(S* - энтропийный критерий разрушения, t₁ и t₂ - границы инкубационной стадии).

Однако, в случае эксплуатации ограждающих конструкций из легкого бетона, кинетика этого процесса в основном заканчивается на «инкубационной» стадии (рис.4), когда в деформируемом бетоне зарождаются и накапливаются различного рода дефекты и повреждения. Этот процесс носит статистический хаpaктер и в каждый момент времени деформирования, заданным условиям напряжения, соответствует определенная степень повреждаемости структуры данного бетона. Приращение энтропии за счет внешнего взаимодействия затухает и в целом оно не достигает уровня «энтропийного критерия разрушения», что соответствует нижнему уровню границ микротрещинообразования легкого бетона.

НЕКОТОРЫЕ ЭКОЛОГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ НЕФТЕДОБЫЧИ В РОССИИ

Статья в формате PDF 176 KB...

26 04 2024 15:52:48

ОБ ОДНОМ МЕХАНИЗМЕ ВЛИЯНИЯ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ НА ПРОЦЕСС ОСАДКООБРАЗОВАНИЯ

Статья в формате PDF 137 KB...

25 04 2024 23:11:31

ДИДАКТИЧЕСКИЕ ИГРЫ КАК СРЕДСТВО УМСТВЕННОГО ВОСПИТАНИЯ МЛАДШИХ ШКОЛЬНИКОВ – БИЛИНГВОВ НА УРОКАХ РУССКОГО ЯЗЫКА

Статья в формате PDF 126 KB...

24 04 2024 11:31:36

РАБОТА РАДИАЛЬНОГО НАГНЕТАТЕЛЯ НА ТРУБОПРОВОДНУЮ СЕТЬ (учебное пособие)

Статья в формате PDF 97 KB...

23 04 2024 0:33:21

ВЛИЯНИЕ МЕКСИКОРА И ПИКАМИЛОНА НА ОСТРУЮ И ПОДОСТРУЮ ТОКСИЧНОСТЬ КВАТЕРНИДИНА В УСЛОВИЯХ АДРЕНАЛИН-ОКСИТОЦИНОВОГО ПОВРЕЖДЕНИЯ МИОКАРДА

Статья в формате PDF 115 KB...

22 04 2024 17:34:45

Возделывание в агроценозе ценных нетрадиционных растений в Северном Зауралье

Статья в формате PDF 128 KB...

21 04 2024 7:44:14

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ МЕДИЦИНСКОЙ ПОМОЩИ НА ОПЫТЕ РАБОТЫ ГОРОДСКОГО ЭНДОКРИНОЛОГИЧЕСКОГО ЦЕНТРА МУЗ ГКБ № 10 «ЭЛЕКТРОНИКА»

Статья в формате PDF 124 KB...

20 04 2024 11:34:58

К ВОПРОСУ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СТАТИЧЕСКИ НЕОПРЕДЕЛИМЫХ СТЕРЖНЕВЫХ ПОКРЫТИЙ С БОЛТОВЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ ЭЛЕМЕНТОВ

Статья в формате PDF 170 KB...

19 04 2024 8:34:43

Тучные клетки десны при генерализованном катаральном гингивите

Статья в формате PDF 115 KB...

18 04 2024 3:14:15

ЖЕНА ПРЕЗИДЕНТА: ОЖИДАНИЯ ИЗБИРАТЕЛЕЙ

Статья в формате PDF 264 KB...

17 04 2024 3:57:31

АЛЬГОБАКТЕРИАЛЬНЫЕ СООБЩЕСТВА ПЛАВАЮЩИХ МАТОВ ПАРАТУНСКОЙ ГИДРОТЕРМАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ КАМЧАТКИ

Статья в формате PDF 111 KB...

16 04 2024 0:51:59

О НЕКОТОРЫХ НАПРАВЛЕНИЯХ ПОВЫШЕНИЯ УРОВНЯ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ВУЗОВСКОЙ НАУКИ

Статья в формате PDF 141 KB...

15 04 2024 12:40:29

СВОЙСТВА БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНОЙ ДОБАВКИ К ПИЩЕ – АНТИОКСИДАНТА

Статья в формате PDF 119 KB...

14 04 2024 10:48:26

АУТОИММУННЫЕ ПРОЦЕССЫ У БОЛЬНЫХ С РАЗЛИЧНЫМИ ФОРМАМИ ХРОНИЧЕСКОГО БРУЦЕЛЛЕЗА

Статья в формате PDF 105 KB...

13 04 2024 3:49:36

КВАЛИМЕТРИЧЕСКИЙ ПОДХОД К МОДЕЛИРОВАНИЮ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА АКАДЕМИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ СТУДЕНТОВ

Статья в формате PDF 194 KB...

12 04 2024 0:28:37

К ВОПРОСУ ОБ ОТРАЖЕНИИ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ, ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ И СОЦИАЛЬНОЙ РЕЗУЛЬТАТИВНОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ В ПУБЛИЧНОЙ ОТЧЁТНОСТИ

Статья в формате PDF 115 KB...

11 04 2024 1:20:59

СТРУКТУРА ПОДЧЕЛЮСТНОЙ ЖЕЛЕЗЫ ЧЕЛОВЕКА И ЕЕ ПОЛОВЫЕ ОСОБЕННОСТИ В ПЕРВЫЙ ПЕРИОД ЗРЕЛОГО ВОЗРАСТА

Статья в формате PDF 190 KB...

10 04 2024 7:42:57

ПОЛУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ИЗ АТМОСФЕРЫ С ПОМОЩЬЮ АНТЕННЫ И ПРИЁМНИКА

Экспериментально показано, что получать электроэнергию из атмосферы можно, используя параметрические процессы, возникающие в атмосфере при электрической поляризации молекул воздуха. Вертикальный градиент электрического поля Земли при этом не играет роли, поэтому антенну можно располагать вблизи поверхности Земли, что существенно упрощает приёмник электроэнергии. ...

09 04 2024 3:32:50

ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРОЕНИИ ДОЮРСКОГО ФУНДАМЕНТА ФРОЛОВСКОЙ МЕГАВПАДИНЫ ШИРОТНОГО ПРИОБЬЯ В СВЕТЕ ПРОБЛЕМ НЕФТЕГАЗОНОСНОСТИ

Статья в формате PDF 136 KB...

08 04 2024 11:36:51

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ИСТИННЫХ УЧИТЕЛЕЙ

Статья в формате PDF 104 KB...

07 04 2024 21:41:16

РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ НАРУШЕНИЯ СОСТАВА ТЕЛА ДЕТЕЙ г. ЧЕБОКСАРЫ

За 2011 год в Республиканском Центре здоровья для детей г. Чебоксары проведено обследование условно здоровых детей и подростков в возрасте 5–17 лет с помощью биоимпедансного анализатора состава тела АВС-01 «МЕДАСС» (n = 2419). Целью исследования работы явились оценка хаpaктера направленности питания, уровня физической подготовленности, физического развития. Были проанализированы следующие показатели: жировая масса (ЖМ), активно-клеточная масса (АКМ), доля активно-клеточной массы (доля АКМ), скелетно-мышечная масса (СММ). Выявленные нарушения в виде избытка ЖМ у 39,0 % обследованных свидетельствуют о риске развития ожирения, снижение белкового компонента питания у 28,5 % и уровня двигательной активности у 21,0 % обследованных свидетельствуют о нерациональности питания и риске развития хронических неинфекционных заболеваний, снижения репродуктивной функции. ...

06 04 2024 23:55:53

КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПЕДАГОГА

Статья в формате PDF 105 KB...

05 04 2024 16:46:10

ПРОФИЛЬНОЕ ОБУЧЕНИЕ КАК СРЕДСТВО ПОВЫШЕНИЯ МОТИВАЦИИ НА ПУТИ К УГЛУБЛЁННОМУ ИЗУЧЕНИЮ ИНОСТРАННОГО ЯЗЫКА

Статья в формате PDF 263 KB...

04 04 2024 20:39:17

ОЦЕНКА ПРОТИВОГИПОКСИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ НОВОГО ПРОИЗВОДНОГО ГЛУТАМИНОВОЙ КИСЛОТЫ – СОЕДИНЕНИЯ РГПУ-146

Статья в формате PDF 93 KB...

03 04 2024 9:50:36

ИЗУЧЕНИЕ КИНЕТИКИ РАЗЛОЖЕНИЯ ПЕРОКСОДИСУЛЬФАТА АММОНИЯ В АММИАЧНОМ РАСТВОРЕ В ПРИСУТСТВИИ ДРЕВЕСИНЫ

Статья в формате PDF 306 KB...

02 04 2024 9:32:50

ВЛИЯНИЕ ТРАДИЦИОННОЙ ТЕРАПИИ НА ПЕРЕКИСНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЛИПИДОВ У БОЛЬНЫХ ПСОРИАЗОМ

Статья в формате PDF 240 KB...

01 04 2024 23:59:17

Фармакоэкономическая эффективность гиполипидемической терапии в пpaктике кардиолога

Статья в формате PDF 105 KB...

31 03 2024 6:45:58

ИЗМЕНЕНИЯ ГЛЮКО- И МИНЕРАЛОКОРТИКОИДНОЙ ФУНКЦИИ НАДПОЧЕЧНИКОВ У КРЫС В ДИНАМИКЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИНФАРКТА МИОКАРДА

Статья в формате PDF 110 KB...

30 03 2024 1:56:22

ОЦЕНКА ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ В РЕЗУЛЬТАТЕ ШТАТНЫХ ВЫБРОСОВ ТЕПЛОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Статья в формате PDF 127 KB...

29 03 2024 13:49:37

О ЕСТЕСТВЕННОМ ЗАРАСТАНИИ И РЕКУЛЬТИВАЦИИ НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ СЕВЕРА

Естественное восстановление растительности на нарушенных землях Севера протекает с различной скоростью и зависит от литологического состава грунтов, рельефа, условий увлажнения, специфики нарушений и других факторов. Проведенные исследования, анализ и обобщение опыта восстановления нарушенных территорий Севера свидетельствует о значительной сложности и специфичности рекультивационных работ. К объектам Севера в большинстве случаев не применимы основные положения и приемы в области рекультивации земель, разработанные в целом для России. Разнообразие природных комплексов – от таёжных ландшафтов до лесотундры и арктической тундры, специфика нарушений, обусловленных геологоразведочными, изыскательскими, строительными и добычными работами обусловливает необходимость дифференцированного подхода к каждому объекту рекультивации при решении вопросов восстановления нарушенных земель. ...