ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební
MANUÁL K PROGRAMU POPÍLEK
Manuál k programu “Popílek” A.1 O programu Program “Popílek” vznikl v rámci diplomové práce na katedře Betonových a zděných konstrukcí. Program se zaměřuje na výpočet vývoje hydratačního tepla směsného betonu s obsahem popílku a lze použít pro předběžné stanovení teploty v jádře a na okraji konstrukčního prvku. Měl by být pomůckou při rozhodování o použitelnosti dané směsi s obsahem popílku v souvislosti s množstvím uvolněného hydratačního tepla. Při betonáži masivních konstrukcí se objevuje mnoho problémů. Jedním z nich je právě nadměrný vývoj hydratačního tepla, který způsobuje vnitřní pnutí v betonu a následný vznik nežádoucích trhlin. Proto se zrodila myšlenka omezit množství hydratačního tepla nahrazením cementu za popílek. To nám umožňuje zásadní snížení hydratačního tepla ovšem na úkor ztráty pevnosti. Program “Popílek” počítá pouze s vývojem hydratačního tepla a neuvažuje ztrátu pevnosti betonové směsi s obsahem popílku.
Obr. A.1 Zadávací prostředí programu “Popílek” A.2 Instalace
Program “Popílek” byl naprogramován v programu MATLAB verze 2009b. Jeho funkčnost je ověřena na operačních systémech Windows XP, Vista a 7. Spuštění programu by tedy mělo být možné na běžně dostupném počítači. Pro spuštění a další užívání je nutné mít nainstalován program Matlab verze 2009b nebo verze novější. V případě, že uživatel nemá k dispozici program Matlab verzi 2009b nebo novější, je nutné do počítače nainstalovat výpočetní jádro Matlabu MCR MATLAB Compiler Runtime 7.11). Výpočetní jádro MCR je k dispozici spolu s programem “Popílek” na CD, které je přílohou této diplomové práce. Instalační soubor MCR nese označení MCRInstaller.exe, jeho velikost je 170 MB. Instalace probíhá standardním způsobem přes instalační prostředí. Postup je zřejmý dle pokynů na obrazovce. Program “Popílek” žádnou instalaci nevyžaduje a spouští se přes soubor “popilek.exe”.
Obr. A.2 Příkazový řádek při spuštění souboru “popílek.exe” A.3 První spuštění – začínáme Aplikace bude spuštěna otevřením souboru “popilek.exe”, kdy se zobrazí příkazový řádek (Obr. A.2) a hned po té se zobrazí zadávací prostředí programu “Popílek” (Obr. A.1). V tomto prostředí se zavádí veškeré parametry výpočtu, které musí být řádně a beze zbytku vyplněny. Pro přehledost jsou v tabulce (Tab. A.1) uvedeny rozsahy zadávaných hodnot. Zda-li budou některé z hodnot chybně vyplněny, program zobrazí, po stisknutí tlačítka “Vypočítat”, chybové hlášení (Obr. A.3). Současně je v příkazovém řádku chyba zobrazena, uživatel může ihned chybu napravit a pokračovat dál ve výpočtu. Vyskytne-li se chyba závažnějšího charakteru, která nelze
opravit nebo nedojde k chybovému hlášení a program se zavře, prosím kontaktujte programátora e-mailem, který naleznete po stisknutí tlačítka “O Programu”. Obr. A.3 Chybové hlášení V levé horní části okna programu jsou zadávány “Vstupní parametry” (Obr. A.4). Prvními zadávanými parametry jsou “výška a šířka průřezu”. Tyto parametry jsou zadávány v metrech (m) a v rozsahu od 0,3 m do 15 m. Lze tedy zadat čtvercový nebo obdélníkový průřez betonového prvku. Další zadávanou položkou je “Obsah cementu”. Množství cementu je možné volit v rozmezí od 250 kg do 500 kg v 1 m3 a je to množství běžně používané. Políčko “Čas určení teploty” stanovuje časové období po kterém bude v prvku odečtena dosažená teplota. Tento parametr rovněž ovlivňuje délku výpočtu. Posledním vstupním parametrem je parametr , který zajišťuje stabilitu a přesnost výpočtu nestacionárního vedení tepla. Detailní popis parametru a hodnoty kterých může nabývat jsou v kapitole 5 (Metoda výpočtu). Parametry, jejich rozsahy a jednotky jsou uvedeny v tabulce (Tab. 5.1).
Obr. A.4 Vstupní parametry výpočtu
Tab. A.1 Rozsahy zadávaných hodnot Vstupní parametry Parametr Rozsah hodnot Jednotka Výška průřezu <0,3 - 15> [m] Šířka průřezu <0,3 - 15> [m] 3 [kg.m ] Obsah cementu <250 - 500> Čas určení teploty <2 - 500> [h] Parametr tau <0 - 1> [-]
Program “Popílek” stanovuje vývin hydratačního tepla v betonovém prvku pomocí metody nestacionárního vedení tepla. Pro výpočet touto metodou je nutné zadat parametry vedení tepla. Ty se zadávají v pravé horní části zadávacího prostředí programu (Obr. A.5). Zde se zadává “Objemová hmotnost”, “Součinitel tepelné vodivosti”, “Koeficient přestupu tepla” betonu. Dále pak “Teplota okolního prostředí” a “Časový krok výpočtu”, kterým lze značně zrychlit výpočet. Zároveň musím zmínit fakt, že tento parametr sice zkrátí čas potřebný pro výpočet, ale zároveň sníží přesnost výpočtu, jak znázorňuje graf (Obr. A.6). Parametry, jejich rozsahy a jednotky jsou uvedeny v tabulce (Tab. A.2).
Obr. A.5 Parametry výpočtu nestacionárního vedení tepla
Tab. A.2 Rozsahy zadávaných hodnot pro výpočet nestacionárního vedení tepla Parametr
Parametry vedení tepla Rozsah hodnot
Objemová hmotnost Součinitel tepelné vodivosti Koeficient přestupu tepla Teplota okolního prostředí Časový krok výpočtu
<250 - 3000> <1 - 20> <1 - 20> <5 - 40> <1 - 10>
Jednotka 3
[kg.m ] -1 [J.(s.m.C) ] 2 -1 [J.(s.m .C) ] [C] [h]
Obr. A.6 Vliv časového kroku na přesnost výpočtu Spodní polovina zadávacího prostředí náleží pro volbu pojiva (Obr. A.7). Na záložce “Typ popílku” je možná volba dvou typů popílků, která udává norma ČSN EN 197-1. Je možno zvolit křemičitý popílek V s pucolánovými vlastnostmi nebo vápenatý popílek W s pucolánovými a hydraulickými vlastnostmi. Více o jednotlivých typech popílků v kapitole 4 (Směsný cement s popílkem). Druhá záložka “Typ cementu” umožňuje zvolit použitelný typ cementu, kerý udává norma ČSN EN 197-1. Je možné volit mezi cementy typu: CEM II/A, CEM II/B, CEM IV/A a CEM IV/B. Rozdíl mezi jednotlivými typy cementů je popsán v normě ČSN EN 197-1. Položka “Obsah popílku” stanovuje procentuální nahrazení cementu v betonové směsi popílkem. Rozsah náhrady je stanoven v tabulce (Tab. A.3). Pro jednotlivé typy cementů je však možné zvolit pouze určité procento náhrady popílkem. Přesné rozsahy náhrad cementu vztažené k danému typu cementu jsou stanoveny normou ČSN EN 197-1. Záložka “Typ grafu” umožňuje přiřadit danému zadání barvu a typ čáry grafu, kterými budou vykresleny výsledky pro zadaný příklad.
Tab. A.3 Rozsah náhrady cementu popílkem Parametr Obsah popílku
Parametry pojiva Rozsah hodnot <0 - 70>
Jednotka [%]
Při spodním okraji zadávacího okna se nacházejí tři tlačítka. Levé tlačítko “O Programu”, které po kliknutí zobrazí základní informace o programu “Popílek”. Druhé tlačítko “Vypočítat” slouží k zahájení výpočtu. Pravé tlačítko “Exit” ukončí a zavře aplikaci bez uložení zadaných dat.
Obr. A.7 Parametry pojiva a náhrady popílkem A.4 Výpočet Po zadání všech parametrů výpočtu a stisknutí tlačítka “Vypočítat” je spuštěno prostředí výpočtu. Postupně se opakuje výpočet řešení diferenciální rovnice nestacionárního vedení tepla dle časového kroku výpočtu. Výpočet je v průběhu animován. Spočtené hodnoty v daných krocích jsou okamžitě zobrazovány v grafu teploty prvku v čase. V grafu jsou zobrazeny dvě křivky. Křivka zobrazená zelenými kružnicemi ukazuje aktuální teplotu v aktuálním čase na okraji průřezu betonového prvku a modrými kružnicemi je zobrazena křivka aktuální teploty v aktuálním čase v jádře průřezu betonového prvku. Pro lepší názornost, animace dokládá postupné ohřívání a ochlazování průřezu betonového prvku v čase (Obr. A.8). Výpočet je ukončen v čase, který byl zadán v části “Vstupní parametry”.
Obr. A.8 Průběh teploty v konstrukci
A.5 Výsledky Po zdárném zpracování dat se automaticky objeví dvě nová okna, která zobrazují výsledky. Prvním oknem nalevo je “Výsledky: Graf” (Obr. A.9), které ukazuje křivky průběhu teplot v konstrukci pro spodní okraj a jádro průřezu betonového prvku. Tento graf je možné uložit kliknutím na tlačítka “Uložit Graf” (Obr. A.10), program obrázek grafu uloží do stejného adresáře, kde je uložen celý program Popílek. Soubor je uložen ve formátu .jpg pod názvem popilek_graf_teploty. Druhé okno napravo “Výsledky: Hodnoty” ukazuje maximální dosažené teploty na spodním okraji a v jádře průřezu betonového prvku, spolu s nimi se objevuje čas, ve kterém byly tyto maxima dosaženy. Ve spodní části okna jsou umístěny dvě tlačítka. “Uložit Animaci” uloží animaci průběhu ohřátí a chladnutí průřezu včetně křivek. Animace se uloží do stejného adresáře jako obrázek ve formátu .avi. Druhé tlačítko “Exit” ukončí celý program bez uložení a bez dalšího upozornění.
Obr. A.9 Okno s výsledky – vykreslení grafu
Obr. A.10 Okno s výsledky – hodnoty maximálních teplot a čas jejich dosažení
