Десятые академические чтения раасн, 2006 г

Вид материала

Содержание

СПИСОК литературЫ
Использование силикатсодержащего сырья диатомитовых месторождений свердловской области для технического эмалирования внутренних
Теплоусвоение пола на основе монолитного пенобетона

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6 7 8 9

СПИСОК литературЫ

Круглицкий Н.Н. Основы физико-химической механики. Ч. 3 – Киев: Вища школа, 1977. – 136 с.
Лотов В.А., Кривенкова Е.В. Кинетика процесса формирования пористой структуры пеностекла // Стекло и керамика.- 2002.- №3.- С. 14-17.
Лотов В.А. Контроль процесса формирования структуры пористых материалов // Строительные материалы.- 2000.- №9.- С.26-28.

УДК 666.1:666.3:553.623.54(476)

Лазуткина О.Р., канд. техн. наук, доцент

Уральский государственный технический университет – УПИ

Казак А.К., инженер

Уральский институт металлов

Темерева А.А., Недополз С.О., студенты

Уральский государственный технический университет – УПИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СИЛИКАТСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ ДИАТОМИТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ ДЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ЭМАЛИРОВАНИЯ ВНУТРЕННИХ

ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРУБОПРОВОДОВ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ, ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ

Развитие многих производств в химии, металлургии, энергетике, нефтяной, газовой отрасли, ЖКХ и других связано с использованием трубопроводного транспорта. Использование стальных труб обусловлено их высокой прочностью и хорошей сопротивляемостью динамическим нагрузкам и прогибающим усилиям. Существенным недостатком стальных труб является их подверженность коррозии, которая ведет к огромной бесполезной трате металла, сокращению срока службы трубопроводов, увеличивает шероховатость и зарастание внутренней поверхности, существенно снижая пропускную способность труб, что сопряжено с дополнительными затратами энергии на передачу транспортируемой среды. Довольно широкое применение получили полимерные трубы, прежде всего из термопластичных материалов (полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид). Однако термопласты значительно уступают стали в прочности и жесткости, непригодны к работе при высокой температуре, и не применимы при прокладке на опорах [1]. При эксплуатации систем из полимерных трубопроводов возникли проблемы, которых не было у стальных труб. Из-за макромолекулярного строения искусственные материалы являются диффузионно проницаемыми [2], т. е. газы (в особенности кислород), через стенки трубы могут в бесконечном порядке проникать внутрь и насыщать протекающую в трубе воду. Трубы из ПВХ и ПЭВП выходят из строя под воздействием растягивающего напряжения в течение периода времени, обратно пропорционального интенсивности напряжения. Уязвимость полиэтиленовых трубопроводов также в склонности к ломкоподобному растрескиванию, что в сочетании с интенсификацией напряжений от внешних воздействий (осадка грунта, чрезмерный изгиб трубы, перепады давления, гидравлические удары, повышение температуры эксплуатации и т.п.) приводит к аварийным разрушениям. По мере старения и разрушения структуры полимера, продукты распада взаимодействуют с транспортируемой жидкостью и частично уносятся ею к потребителю, а частично откладываются на стенках трубы, приводя к ее «зарастанию».

Из существующих видов покрытий металлических изделий с целью защиты от коррозии наиболее надежными и универсальными являются силикатно-эмалевые покрытия, сочетающие прочностные свойства металла с высокой химической устойчивостью силикатных эмалей.

Силикатно-эмалевое покрытие отличается высокой химической, термической, коррозионной и абразивной стойкостью, не допускает отложений на стенках труб, надежно работает при температурах от –50 до +350 °С, обеспечивая защиту трубопроводов от внутренней коррозии при транспортировке агрессивных продуктов (включая кислоту и щелочь при соответствующем составе эмали), а также уменьшает гидравлическое сопротивление трубопроводов, увеличивая их пропускную способность.

Защитные силикатно-эмалевые покрытия отнесены к усиленному типу и обеспечивают противокоррозионную защиту трубопроводов не менее 50 лет.

Трубы, покрытые силикатными эмалями, позволяют уменьшить потери давления и энергетические затраты в 1,55 раза ниже соответствующей величины для новых стальных труб, а с учетом «зарастания» стальных труб по мере эксплуатации это соотношение возрастает. Эмалированные трубы высоко гигиеничны, т.к. практически не взаимодействуют с транспортируемой жидкостью и не растворяются в ней. Пропускная способность эмалированного трубопровода возрастает в 1,29 раза, что эквивалентно снижению диаметра трубопровода на 10-12%. Применение труб с силикатно-эмалевыми покрытиями позволит снизить суммарную стоимость сети не менее чем на 58% (с учетом разных сроков эксплуатации этих труб) [1].

В настоящее время, когда конкурентоспособность продукции является определяющим фактором производства, снижение себестоимости и энергозатрат на производство продукции приобретает всё большее значение. Исходя из этого, применение природного сырья для технического эмалирования, где важно качество покрытия, а не его эстетический эффект, становится особенно актуальной задачей, поскольку минеральное сырье местных месторождений значительно дешевле.

К одной из перспективных разновидностей минерального сырья для варки технических эмалей относятся диатомитовые породы карьеров Ирбитского и Камышловского заводов Свердловской области. Усредненный состав исследованных пород по результатам химического анализа (табл.1) свидетельствует, что данные породы могут использоваться в качестве алюмосиликатного сырья при варке стеклоэмалей. Прове-

денный рентгенофазовый анализ показал высокую степень аморфизации основных составляющих диатомитовых пород.

Таблица 1

Cодержание оксида % по массе	SiO₂	CaO	MgO	Al₂O₃	K₂O + Na₂O	Fe₂O₃	TiO₂	ВТ+ п.п.п.
Ирбитский диатомит	72,0	0,95	1,36	8,2	2,1	3,92	0,4	13,07
Камышловский диатомит	75,4	1,90	0,80	9,0	2,2	4,10	-	6.60

В данной работе ставилась цель исследовать возможности применения минерала диатомита вместо кварцевого песка при производстве грунтовых эмалей для эмалирования стальных труб. Для исследования были взяты три состава (табл.2), из которых в качестве образца сравнения была взята эмаль марки Ф-1, в составе №1 SiO₂ введен в шихту Ирбитским диатомитом, в составе №2 – Камышловским.

Таблица 2

Состав фритт	SiO₂	B₂O₃	Al₂O₃	CaO	Na₂O	K₂O	Co₂O₃
Ф-1	39,51	22,06	5,64	6,82	22,27	-	0,62
№ 1	38,65	21,08	4,40	6,77	21,78	0,68	0,61
№ 2	41,43	21,90	5,00	1,05	22,54	0,62	0,62
Состав фритт	NiO	MnO	MgO	Fe₂O₃	TiO₂	F сверх 100%
Ф-1	1,54	1,74	-	-	-	4,38
№ 1	1,51	1,70	0,73	1,79	1,79	4,38
№ 2	1,53	1,73	0,45	2,28	-	4,38

Для этих составов эмалевых фритт были измерены физические и технологические характеристики, а также определены температурно-временные режимы обжига шликера из сваренных эмалей (табл.3).

Таблица 3

Состав фритт	α*10^-7 К^-1в интервале 40-400°С	t_t °С	t_w°С	η10^-10 Пас при 455°С	σ*10³ мН/м	W_а мН/м²	Растека- емость, мм
Ф-1	89,29	439	502	11,0	213,0	214,7	48
№ 1	114,7	387,5	429	10,5	191,9	193,5	49
№ 2	103,5	353	425	11,0	192,2	193,8	40

Температурный коэффициент линейного расширения эмалей (α) исследовали на кварцевом дилатометре. ТКЛР полученных фритт входят в интервал, предусмотренный ГОСТом 24405-80 для грунтовых эмалей. Как видно из табл.3, для эмалей, полученных с использованием диатомита он несколько выше, чем у эталонной эмали Ф-1, что можно объяснить несколько большим содержанием в них оксидов железа, калия и магния, которых нет в составе эталонной эмали. Из результатов изучения термического расширения фритт видно, что температура трансформации (t_t) и дилатометрическая температура размягчения (t_w) для составов с диатомитом почти на 70°С ниже, чем для эталонного. Это позволяет сделать вывод о значительном влиянии структуры силикатного сырья на легкоплавкость эмали.

Как показали авторы [3], частичная или полная замена кварцевого песка аморфными разновидностями кремнезема позволяет при варке стекла сократить продолжительность стадии силикато- и стеклообразования в 8-10 раз, а общую продолжительность варки снизить в 3-4 раза, что значительно интенсифицирует процесс стекловарения и снижает энергозатраты. Полученные нами результаты позволяют утверждать, что наличие в диатомите аморфной формы кремнезема не только интенсифицирует процесс плавки эмалевой фритты из-за высокой химической активности диатомита, обусловленной адсорбцией гидратных образований карбонатов щелочных и щелочноземельных металлов на развитой аморфизированной поверхности минеральных фаз диатомита, но и снижает температуру размягчения готовой эмалевой фритты.

Для изучения температурно-временного режима обжига полученных эмалевых фритт шликер состава: (%по массе) 100- фритты; 20 кварцевого песка; 5,0 часовярской глины; 0,1 буры; 0,1 поташа; 50,0 воды - размалывали в фарфоровых барабанах с уралитовыми шарами в течение 30-40 минут до тонкости помола по сосуду Лисенко 10-15 единиц. После старения в течение двух суток, эмалевый шликер наносили на стальные образцы методом окунания, излишки удаляли кистью, шликер 10-15 минут сушили при температуре 200-250°С. Обжиг проводили при температурах 750-800°С в течение 2-4 минут. Шликер всех исследованных составов дал ровное, гладкое эмалевое покрытие с достаточной прочностью сцепления за 4 минуты при 750°С и за 2 минуты при 800 °С.

Проведенные исследования позволяют утверждать, что использование ирбитского и камышловского диатомита в качестве силикатного сырья при варке эмалевых фритт для технического эмалирования является перспективным направлением в технологии эмалирования. Свойства фритт, полученных на основе диатомитового сырья, сходны со свойствами эталонной легкоплавкой фритты Ф-1, имеют несколько более низ

кие температуры варки и размягчения, а их технологические характеристики находятся в пределах, регламентированных ГОСТом 24405-80 для грунтовых эмалей на стали.

СПИСОК литературЫ

Казак К.В., Казак А.К., Диденко В.В. Силикатно-эмалевые покрытия труб// Энергетика региона. – 2004. – Т.67. – №2. – С.31-33.
Казак К.В. Преимущества силикатно-эмалевого покрытия // Жилищно-коммунальный комплекс Урала. – 2004. – №2.– С.21.
Синевич И.С. Использование синтетического аморфного кремнезема для варки силикатных стекол // Стекло и керамика. – 1981. – №10. – С.27-28.

УДК 692.533.15

Лесовик В.С., д-р техн. наук, профессор, Коротаева А.А., Тарасов А.С., аспиранты

Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

ТЕПЛОУСВОЕНИЕ ПОЛА НА ОСНОВЕ МОНОЛИТНОГО ПЕНОБЕТОНА

Одно из перспективных направлений применения монолитного теплоизоляционного пенобетона – устройство пола.

Пол, как архитектурный элемент является частью интерьера и выполняет не только декоративные функции, но и воспринимает эксплуатационные воздействия от ходьбы людей, перемещения мебели или грузов, агрессивных сред и других нагрузок. По определению это строительная конструкция, на которой осуществляется весь производственный процесс и жизнедеятельность людей и от состояния которой зависит качество производимой продукции или здоровье людей.

Поэтому немало важной задачей является правильный подбор конструктивных слоев пола, которые обеспечивали бы все необходимые его свойства в процессе эксплуатации.

На основании рекомендаций по проектированию полов приняты следующие наименования слоев пола:

- покрытие,

- прослойка,

- гидроизоляция,

- стяжка,

- тепло - звукоизоляция,

- подстилающий слой и

- грунтовое основание

Назначением теплоизоляционного слоя является обеспечение низкой теплопроводности пола.

Одним из эффективных теплоизоляционных материалов является пенобетон.

Преимуществом использования пенобетона, в частности монолитного пенобетона, является совмещение в нем тех положительных качеств, которые не могут быть совмещены ни в одном другом материале одновременно.

Монолитный пенобетон плотностью 300 – 500 кг\м3 при устройстве пола является одновременно тепло- и звукоизоляционным материалом, который по сравнению с другими аналогичными материалами обладает также:

достаточной жесткостью, позволяющей по истечении короткого времени свободно передвигаться по теплоизоляционному слою, не нарушая технологичности производственного процесса,
быстротой укладки, что позволяет увеличить производительность работ, а это в свою очередь позволяет снизить себестоимость пола,
возможностью получения материала непосредственно на строительной площадке, что в свою очередь позволяет сократить транспортные расходы, это опять же позволяет снизить себестоимость пола.

Для того чтобы удостоверится в преимуществе использования монолитного пенобетона с традиционными материалами при устройстве полов необходимо провести их сравнение.

Промышленность строительных материалов производит несколько десятков, разновидностей теплоизоляционных и звукоизоляционных материалов.

Проведем сравнение традиционных теплоизоляционных материалов с монолитным пенобетоном по показателю теплоусвоения.

В литературных источниках понятие показателя теплоусвоения конструкций рассматривается довольно редко, хотя это не маловажная характеристика, к которой предъявляются определенные требования, изложенные в СНиП 23-02-2003.

По теплоощущению полы могут быть холодными, теплыми и средними. Теплотехнические качества пола определяются способностью поверхности пола поглощать тепло человеческого тела при контакте с покрытием.

Для сравнения традиционных теплоизоляционных материалов с монолитным пенобетоном проведем расчет показателя теплоусвоения пола в соответствии со СП 23-101-2000 «Проектирование тепловой защиты зданий».

Для расчета возьмем следующие теплоизоляционные материалы:

Монолитный пенобетон
Керамзитовый гравий
Керамзитобетон

Исходные данные:

Расчет показателя теплоусвоения пола при применении в качестве теплоизоляции монолитного пенобетона:

Данные представлены в таблице 1

Таблица 1

Номер слоя	Материал	Толщина слоя δ,м	Плотность материала в сухом состоянии ρ₀, кг/м³	Коэффициент при условиях эксплуатации А	Термическое сопротивление R,м²·ºС/Вт
теплопроводности λ, Вт/(м·ºС)	теплоусвоение s, Вт/(м²·ºС)
1	Лицевой слой из линолеума	0,0015	1600	0,33	7,52	0,0045
2	Стяжка цементно-песчаная М150	0,020	1800	0,76	9,6	0,026
3	Монолитный пенобетон D300	0,065	300	0,085	1,48	0,76
4	Плита перекрытия	0,20	2400	1,74	16,77	0,11

В результате расчета проведенного в соответствии со СНиП II-3 значение показателя теплоусвоения поверхности пола для жилых зданий по таблице 11* СНиП II – 3 не должно превышать Yn = 12 Вт/(м2·ºС), и расчетное значение показателя теплоусвоения данной конструкции 11,16 Вт/(м2·ºС). Следовательно, рассматриваемая конструкция пола в отношении теплоусвоения удовлетворяет требованиям СНиП.

Определим показатель теплоусвоения поверхности данной конструкции пола при замене цементно-песчаной стяжки марки 150 толщиной 20 мм на наливную цементно-песчаную марки 75 толщиной 15 мм.

Данные представлены в таблице 2

Таблица 2

Номер слоя	Материал	Толщина слоя δ,м	Плотность материала в сухом состоянии ρ₀, кг/м³	Коэффициент при условиях эксплуатации А	Термическое сопротивление R,м²·ºС/Вт
теплопроводности λ, Вт/(м·ºС)	теплоусвоение s, Вт/(м²·ºС)
1	Лицевой слой из линолеума	0,0015	1600	0,33	7,52	0,0045
2	Наливная цементно-песчаная стяжка М75	0,015	1400	0,51	7,00	0,029
3	Монолитный пенобетон D300	0,065	300	0,085	1,48	0,76
4	Плита перекрытия	0,20	2400	1,74	16,77	0,11

Данная конструкция пола в отношении теплоусвоения удовлетворяет нормативным требованиям, так как значение показателя теплоусвоения поверхности 7,68 Вт/(м2·ºС) не превышает 12 Вт/(м2·ºС) нормируемого показателя теплоусвоения пола для жилых зданий.

Проведем расчет показателя теплоусвоения пола при применении в качестве теплоизоляции керамзитового гравия D600:

Данные представлены в таблице 3

Таблица3

Номер слоя	Материал	Толщина слоя δ,м	Плотность материала в сухом состоянии ρ₀, кг/м³	Коэффициент при условиях эксплуатации А	Термическое сопротивление R,м²·ºС/Вт
теплопроводности λ, Вт/(м·ºС)	теплоусвоение s, Вт/(м²·ºС)
1	Лицевой слой из линолеума	0,0015	1600	0,33	7,52	0,0045
2	Стяжка цементно-песчаная М150	0,040	1800	0,76	9,6	0,053
3	Керамзитовый гравий D600	0,040	600	0,17	2,62	0,235
4	Плита перекрытия	0,20	2400	1,74	16,77	0,11

Номер слоя	Материал	Толщина слоя δ,м	Плотность материала в сухом состоянии ρ₀, кг/м³	Коэффициент при условиях эксплуатации А	Термическое сопротивление R,м²·ºС/Вт
теплопроводности λ, Вт/(м·ºС)	теплоусвоение s, Вт/(м²·ºС)
1	Лицевой слой из линолеума	0,0015	1600	0,33	7,52	0,0045
2	Стяжка цементно-песчаная М150	0,030	1800	0,76	9,6	0,039
3	Керамзитобетон D1200	0,050	1200	0,52	6,77	0,096
4	Плита перекрытия	0,20	2400	1,74	16,77	0,11

Значение показателя теплоусвоения поверхности пола для жилых зданий по таблице 11* СНиП II – 3 не должно превышать Yn = 12 Вт/(м2·ºС), а расчетное значение показателя теплоусвоения данной конструкции 17,58 Вт/(м2·ºС). Следовательно, данная конструкция пола в отношении теплоусвоения не удовлетворяет требованиям СНиП.

Эффективность показателя теплоусвоения из пенобетона марки D300 в сравнении с традиционными материалами составляет:

1,4 – при замене керамзитового гравия марки D600 на монолитный пенобетон;

1,6 – при замене керамзитобетона D 1200 на монолитный пенобетон/

В конструкциях пола эффективность показателя теплоусвоения при применении монолитного пенобетона D300 и наливных цементно-песчаных стяжек составляет:

2,0 – при замене конструкции на основе керамзитового гравия на конструкцию на основе пенобетона и монолитной стяжки;

2,3 – при замене конструкции пола на основе керамзитобетона на конструкцию из пенобетона и монолитной стяжки.

Выбор конструктивного решения пола следует осуществлять исходя из технико-экономической целесообразности принятого решения в конкретных условиях строительства с учетом обеспечения:

надежности и долговечности принятой конструкции;

экономного расходования строительных материалов;

наиболее полного использования физико-механических свойств примененных материалов;

минимума трудозатрат на устройство и эксплуатацию;

максимальной механизации процесса устройства;

отсутствия влияния вредных факторов примененных в конструкции полов материалов.

Можно сделать вывод, что монолитный пенобетон, применяемый в качестве тепло – звукоизолирующего слоя в конструкции пола обеспечивает нормативные показатели теплоусвоения пола в отличие от традиционных теплоизоляционных материалов.

Также данный расчет позволяет опровергнуть ранее ошибочное мнение, что показатель теплоусвоение всей конструкции пола, равен показателю теплоусвоения первого слоя.

Blog

Десятые академические чтения раасн, 2006 г

Содержание