Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Методическое пособие 767

.pdf
Скачиваний:
11
Добавлен:
30.04.2022
Размер:
8.33 Mб
Скачать

Научный журнал строительства и архитектуры

тановлено, что в большей степени аварийной ситуации подвержены помещения меньшего объема относительно остальных, обслуживаемых одной системой кондиционирования воздуха [15, 19, 20]. Схематически движение холодильного агента при разгерметизации, а также его накопление в объеме критического (расчетного) помещения за расчетное время утечки представлено на рис. 2.

Рис. 1. График распределения рабочего давления всасывания и нагнетания холодильного агента R410A при адиабатическом сжатии паров в компрессоре

Рис. 2. Схема движения холодильного агента при аварийной утечке в объем помещения

В ходе аналитических исследований [4, 8, 15] влияния на организм человека применяемых в настоящее время холодильных агентов в системах кондиционирования воздуха общественных зданий установлено, что в случае попадания в зону дыхания критическое время для эвакуации людей из помещений составляет 0,16 ч.

70

71

Выпуск № 2 (54), 2019

ISSN 2541-7592

2. Определение параметров для осуществления контроля возникновения утечки холодильного агента. При проверке на аварийную концентрацию холодильного агента в обслуживаемых помещениях следует определить время τ, ч, в течение которого произойдет его накопление в рабочей зоне до концентрации, равной предельно допустимому значению, величина которого определяется исходя из баланса вредного вещества в объеме обслуживаемой зоны помещения:

V

рз

L С

ха

d G

ха

d L Сув d ,

(1)

 

ха

 

 

ха

 

где Vрз — объем обслуживаемой зоны помещения, м3; Сха — концентрация холодильного агента в обслуживаемой зоне помещения, мг/м3; L — объемный расход вентилируемого воздуха, м3/ч; Схаув — концентрация вредных веществ в уходящем воздухе, мг/м3; Gха — количе-

ство холодильного агента, поступившего в помещение за время τ, мг/ч.

Количество холодильного агента в системе кондиционирования воздуха, кг, определяется в зависимости от холодопроизводительности наружного блока и от длины фреоновых магистралей по формуле

Мха 0,083 G Jн Jк 1 0,01 lтр ,

(2)

где 0,083 — эмпирический коэффициент [5—7, 20]; G — массовый расход вентилируемого воздуха, кг/ч; Jн, Jк — начальная и конечная энтальпия воздуха, проходящего через внутренний блок, кДж/кг; lтр — длина фреоновой магистрали, м (в теоретических исследованиях принята 100 м).

Vрз ха L Сха d Gха d L

 

Мха

d ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vрз

L

 

 

(3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мха

 

 

 

 

 

 

 

 

Мха

 

 

Vрз ха L Сха d

d L

 

 

 

d ;

 

 

 

 

 

Vрз

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ха

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

(4)

 

 

 

V

рз

L Сха

Мха

 

 

L

 

М

ха

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vрз L

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М

ха

 

 

 

 

 

 

 

 

М

ха

 

 

 

 

(5)

 

 

 

 

 

 

ln L С

ха

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

 

lnC;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vрз

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vрз L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0,

 

С

ха

 

СПДК;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ха

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

М

ха

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(6)

 

 

 

 

lnC

 

 

 

ln L

 

 

 

 

 

 

L С

ПДК .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

Vрз

 

 

 

ха

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решаем последовательность функций, за первое приближение принято τn = τ1. Учитывая критическое время пребывания людей в обслуживаемом помещении, время утечки холодильного агента, ч, определяется по аналитической зависимости

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vрз

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сха L n 1 Vрз L n 1 Мха Vрз L n 1

L n 1 Мха

(7)

n

 

 

ln

 

 

 

 

 

 

 

.

L

 

 

 

Мха

 

 

 

 

 

 

n 1 Vрз

L n 1

L

СхаПДК

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рз

 

 

 

Научный журнал строительства и архитектуры

Результаты теоретических исследований определения времени утечки в помещении холодильных агентов, применяемых в настоящее время в системах кондиционирования воздуха, представлены на рис. 3.

Критическоевремя пребываниялюдей

Рис. 3. Изменение количества холодильного агента и времени его истечения до достижения в рабочей зоне помещении предельно допустимой концентрации в зависимости от холодопроизводительности системы кондиционирования воздуха

Таким образом, учитывая критическое время пребывания людей в рабочей зоне помещения, возможно определить максимальную холодопроизводительность многозональной системы кондиционирования воздуха в зависимости от марки холодильного агента и его расчетной массы, при которой в случае утечки его в помещении и фиксации газоанализаторами имеется достаточное количество времени для выполнения мероприятий по исключению причинения вреда здоровью человеку.

Однако ограничивать область применения многозональных систем кондиционирования воздуха с переменным расходом холодильного агента по исследуемому признаку является нерациональным решением. Целесообразно максимально быстро фиксировать утечку вещества и осуществлять мероприятия до наступления критического времени.

То есть необходимо определить место установки газоанализатора и величину фиксируемой им концентрации холодильного агента в помещении. Концентрация газообразного вредного вещества на оси х, мг/м3, определяется по формуле

Сха

 

Мха

 

 

СхаПДК ,

(8)

 

 

 

 

 

ха

0,33

r

 

 

 

 

 

 

 

3,2

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

где ρха — плотность паров холодильного агента при расчетной температуре и давлении, кг/м3; r — расстояние от места утечки холодильного агента до газоанализатора, м; τd — время фиксации газоанализатором превышения концентрации выше нормативной величины, ч.

Исходя из изложенного, принимая Мха Мхакр для холодильного агента согласно рис. 3

и Сха СхаПДК , время срабатывания датчика-газоанализатора на расстоянии r от источника можно найти по формуле

72

Выпуск № 2 (54), 2019

ISSN 2541-7592

2

 

 

 

 

r

 

 

(9)

d

 

 

 

 

 

.

 

 

0,33

 

 

 

 

Мхакр

 

 

 

 

 

3,2

 

 

 

 

 

 

ха

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом, определяется целесообразное место установки в помещении газоанализатора для фиксации аварийной утечки холодильного агента с уточнением концентрации, на обнаружение которой он настраивается. Также возможно спрогнозировать время утечки холодильного агента и время, через которое будут приняты мероприятий по ликвидации последствий разгерметизации элементов системы кондиционирования воздуха.

Сравнительный анализ времени достижения предельно допустимого значения концентрации холодильного агента в объеме рабочей зоне помещения и обнаружения утечки путем срабатывания датчика-газоанализатора, установленного на расстоянии, представлен на рис. 4.

Критическая холодопроизодительность

время заполнения объема рабочей зоны помещения холодильным агентом

время срабатывания датчика

Холодопроизодительность,кВт

Критическая холодопроизодительность

Критическая холодопроизодительность

время заполнения объема рабочей зоны помещения холодильным агентом

время срабатывания датчика

время заполнения объема рабочей зоны помещения холодильным агентом

время срабатывания датчика

Рис. 4. Сравнительный анализ продолжительности заполнения объема рабочей зоны помещения

холодильным агентом и времени определения утечки датчиков-газоанализатором

В связи с этим время обнаружения утечки при разгерметизации тем больше, чем меньше холодопроизводительность системы.

Выводы. Полученные результаты теоретических исследований помогают систематизировать информацию по контролю параметров работы климатического оборудования и могут быть использованы при осуществлении мониторинга отклонения от расчетных значений в компрессорно-конденсаторных блоках.

73

Научный журнал строительства и архитектуры

1.Предложена аналитическая зависимость по определению количества холодильного агента в многозональной системе кондиционирования воздуха, что дополняет существующие практики, использующие укрупненные методы расчета для конкретного холодильного агента.

2.Разработана методика оценки времени, в течение которого в объеме рабочей зоны помещения произойдет накопление холодильного агента до предельно допустимой концентрации, в зависимости от холодопроизводительности системы кондиционирования воздуха.

Врезультате возможно прогнозировать время, необходимое для эвакуации людей и принятия мероприятий по ее снижению до нормативных величин. Также на этапе проектирования объектов строительства с большим количеством помещений малого объема можно принимать решения по количеству холодильных контуров.

3.Установлено, что при оптимизации параметров контроля возможно с достаточно высокой точностью учитывать концентрацию вредных веществ в воздухе помещения и не допускать их накопления в рабочей зоне для холодильного контура, предназначенного для большого числа помещений. Предложено решение, включающее определение величины концентрации вредного вещества в месте установки газоанализатора. В результате может быть изменено фактическое местоположение датчика с уточнением времени его срабатывания меньше критического значения.

4.Представленные решения позволят проектировать многозональные системы кондиционирования воздуха с переменным расходом холодильного агента, характеризуемые большой величиной холодопроизводительности, при этом обеспечивая безопасность для самочувствия человека в случае разгерметизации элементов холодоснабжения и утечке холодильного агента в объем помещения.

Библиографический список

1.Бахмиди, Л. Тепловой микроклимат помещений: расчет комфортных параметров по теплоощущениям человека / Л. Бахмиди. — М.: Стройиздат, 1984. — 248 с.

2.Гичев, Ю. П. Здоровье человека как индикатор экологического риска индустриальных регионов / Ю. П. Гичев // Вестник РАМН. — 1995. — № 8. — С. 52—54.

3.Гримитлин, М. И. Распределение воздуха в помещениях / М. И. Гримитлин. — СПб: ABOK Севе- ро-Запад, 2004. — 320 с.

4.Джувеликян, Х. А. Экология, город, человек / Х. А. Джувеликян. — Воронеж: ВГУ, 1996. — 104 с.

5.Жерлыкина, М. Н. Энергосбережение при кондиционировании воздуха общественных зданий / М. Н. Жерлыкина // Устойчивое развитие городов и территорий: проблемы, пути решения, инновации: сб. ст. по материалам Междунар. науч.-практ. конф. — Воронеж: ВГАСУ, 2011. — С. 103—109.

6.Жерлыкина, М. Н. К вопросу о холодоснабжении зданий гостинично-ресторанных комплексов / М. Н. Жерлыкина, Н. В. Кашенцева // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Сер.: Высокие технологии. Экология. — 2014. — № 1. — С. 103—106.

7.Жерлыкина, М. Н. Повышение эффективности аварийной вентиляции производственного помещения для обеспечения взрывобезопасности при выбросах химических веществ: дис. … канд. техн. наук / М. Н. Жерлыкина. — Воронеж, 2006. — 166 с.

8.Измеров, Н. Ф. Физические факторы производственной и природной среды. Гигиеническая оценка

иконтроль / Н. Ф. Измеров, Г. А. Суворов. — М.: Медицина, 2003. — 526 с.

9.

Капко, Д. В. Персональная вентиляция. Время

перейти от

теории к практике

/ Д. В. Капко,

Р. В. Афанасьев // АВОК. — 2016. — № 5. — С. 21—27.

 

 

 

 

10.

Коммунальная гигиена / под ред. проф. В. Т. Мазаева. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2005. — С. 129—144.

11.

Кувшинов, Ю. Я. Теоретические основы обеспечения

микроклимата в

помещениях

/

Ю. Я. Кувшинов. — М.: АСВ, 2004. — 104 с.

 

 

 

 

12.

Ловцов, В. В. Системы кондиционирования

динамического микроклимата

помещений

/

В. В. Ловцов, Ю. Н. Хомутский. — 2-е изд., перераб. и доп. — Л: Стройиздат, 1991. — 150 с.

 

 

13.Наумов, А. Л. СО2: Критерий эффективности систем вентиляции / А. Л. Наумов, Д. В. Капко // АВОК. — 2015. — № 1. — С. 12—20.

14.Уардн, Р. А. Загрязнение воздуха в жилых и общественных зданиях / Р. А. Уардн. — М.: Стройиздат, 1987. — 159 с.

15.Успенская, Л. Б. Математическая статистика в вентиляционной технике / Л. Б. Успенская. — М.: Стройиздат, 1980. — 108 с.

74

Выпуск № 2 (54), 2019

ISSN 2541-7592

16. Чуйкин, С. В. Сравнительная оценка энергетических затрат на системы кондиционирования воздуха ледовой арены при различных способах организации воздухораспределения / С. В. Чуйкин, М. Н. Жерлыкина, Д. С. Агишевский, И. А. Карпова // Инженерные системы и сооружения. — 2013. —

1 (10). — С. 72—79.

17.Шепелев, И. А. Аэродинамика воздушных потоков в помещении / И. А. Шепелев. — М.: Стройиздат, 1978. — 154 с.

18.Эльтерман, В. М. Вентиляция химических производств / В. М. Эльтерман. — 3-е изд., перераб. — М.: Химия, 1980. — 288 с.

19.Vorob'eva, Y. A. Theoretical studies of the influence of crack development on the change in air permeability of building structures / Y. A. Vorob'eva, M. N. Zherlykina, E. E. Burak // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. — 2018. — Vol. 463, Part 1. — URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/463/ 2/022036/pdf.

20. Zherlykina, M. N. Investigation of changing air temperatures in cross-tilt inclined cracks / M. N. Zherlykina, Y. A. Vorob'eva, E. E. Burak // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. — 2017. — Vol. 262, conference 1. — URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/262/1/012042/pdf.

 

 

References

 

1.

Bakhmidi, L. Teplovoi

mikroklimat

pomeshchenii: raschet

komfortnykh parametrov po

teplooshchushcheniyam cheloveka / L. Bakhmidi. — M.: Stroiizdat, 1984. — 248 s.

 

2.

Gichev, Yu. P. Zdorov'e

cheloveka kak

indikator ekologicheskogo

riska industrial'nykh regionov /

Yu. P. Gichev // Vestnik RAMN. — 1995. — № 8. — S. 52—54.

 

3.Grimitlin, M. I. Raspredelenie vozdukha v pomeshcheniyakh / M. I. Grimitlin. — SPb: ABOK SeveroZapad, 2004. — 320 s.

4.Dzhuvelikyan, Kh. A. Ekologiya, gorod, chelovek / Kh. A. Dzhuvelikyan. — Voronezh: VGU, 1996. —

104 s.

5. Zherlykina, M. N. Energosberezhenie pri konditsionirovanii vozdukha obshchestvennykh zdanii / M. N. Zherlykina // Ustoichivoe razvitie gorodov i territorii: problemy, puti resheniya, innovatsii: sb. st. po materialam Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. — Voronezh: VGASU, 2011. — S. 103—109.

6. Zherlykina, M. N. K voprosu o kholodosnabzhenii zdanii gostinichno-restorannykh kompleksov /

M.N. Zherlykina, N. V. Kashentseva // Nauchnyi vestnik Voronezhskogo GASU. Ser.: Vysokie tekhnologii. Ekologiya. — 2014. — № 1. — S. 103—106.

7.Zherlykina, M. N. Povyshenie effektivnosti avariinoi ventilyatsii proizvodstvennogo pomeshcheniya dlya obespecheniya vzryvobezopasnosti pri vybrosakh khimicheskikh veshchestv: dis. … kand. tekhn. nauk / M. N. Zherlykina. — Voronezh, 2006. — 166 s.

8.Izmerov, N. F. Fizicheskie faktory proizvodstvennoi i prirodnoi sredy. Gigienicheskaya otsenka i kontrol' /

N.F. Izmerov, G. A. Suvorov. — M.: Meditsina, 2003. — 526 s.

9. Kapko, D. V. Personal'naya ventilyatsiya. Vremya pereiti ot teorii k praktike / D. V. Kapko,

R.V. Afanas'ev // AVOK. — 2016. — № 5. — S. 21—27.

10.Kommunal'naya gigiena / pod red. prof. V. T. Mazaeva. — M.: GEOTAR-Media, 2005. — S. 129—144.

11.Kuvshinov, Yu. Ya. Teoreticheskie osnovy obespecheniya mikroklimata v pomeshcheniyakh / Yu. Ya. Kuvshinov. — M.: ASV, 2004. — 104 s.

12.Lovtsov, V. V. Sistemy konditsionirovaniya dinamicheskogo mikroklimata pomeshchenii / V. V. Lovtsov, Yu. N. Khomutskii. — 2-e izd., pererab. i dop. — L: Stroiizdat, 1991. — 150 s.

13.Naumov, A. L. SO2: Kriterii effektivnosti sistem ventilyatsii / A. L. Naumov, D. V. Kapko // AVOK. — 2015. — № 1. — S. 12—20.

14.Uardn, R. A. Zagryaznenie vozdukha v zhilykh i obshchestvennykh zdaniyakh / R. A. Uardn. — M.: Stroiizdat, 1987. — 159 s.

15.Uspenskaya, L. B. Matematicheskaya statistika v ventilyatsionnoi tekhnike / L. B. Uspenskaya. — M.: Stroiizdat, 1980. — 108 s.

16.Chuikin, S. V. Sravnitel'naya otsenka energeticheskikh zatrat na sistemy konditsionirovaniya vozdukha

ledovoi areny pri razlichnykh sposobakh organizatsii vozdukhoraspredeleniya / S. V. Chuikin, M. N. Zherlykina,

D.S. Agishevskii, I. A. Karpova // Inzhenernye sistemyi sooruzheniya. — 2013. — № 1 (10). — S. 72—79.

17.Shepelev, I. A. Aerodinamika vozdushnykh potokov v pomeshchenii / I. A. Shepelev. — M.: Stroiizdat, 1978. — 154 s.

18.El'terman, V. M. Ventilyatsiya khimicheskikh proizvodstv / V. M. El'terman. — 3-e izd., pererab. — M.: Khimiya, 1980. — 288 s.

19.Vorob'eva, Y. A. Theoretical studies of the influence of crack development on the change in air permeability of building structures / Y. A. Vorob'eva, M. N. Zherlykina, E. E. Burak // IOP Conference Series: Materials Science

75

Научный журнал строительства и архитектуры

and Engineering. — 2018. — Vol. 463, Part 1. — URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757899X/463/2/022036/pdf.

20. Zherlykina, M. N. Investigation of changing air temperatures in cross-tilt inclined cracks / M. N. Zherlykina, Y. A. Vorob'eva, E. E. Burak // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. — 2017. — Vol. 262, conference 1. — URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/262/1/012042/pdf.

MODELING THE CONCENTRATION OF A REFRIGERANT

IN THE PREMISES DURING THE DEPRESSURIZATION

OF THE AIR-CONDITIONING SYSTEM

M. N. Zherlykina 1, A. I. Kolosov 2, S. N. Kuznetsov 3, S. V. Chuikin 4

Voronezh State Technical University 1, 2, 3, 4

Russia, Voronezh

1PhD in Engineering, Assoc. Prof. of the Dept. of Housing and Communal Services, tel.: (473)271-28-92, e-mail: zherlykina@yandex.ru

2PhD in Engineering, Assoc. Prof. of the Dept. of Heat and Gas Supply and Oil and Gas Business,

tel.: (473)271-53-21, e-mail: u00622@vgasu.vrn.ru

3D. Sc. in Engineering, Assoc. Prof., Prof. of the Dept. of Heat and Gas Supply and Oil and Gas Business, tel.: (473)271-53-21; e-mail: teplosnab_kaf@vgasu.vrn.ru

4PhD in Engineering, Assoc. Prof. of the Dept. of Heat and Gas Supply and Oil and Gas Business,

tel.: (473)271-53-21, e-mail: ser.shu@vgasu.vrn.ru

Statement of the problem. For multi-zonal air-conditioning systems with varying consumption of the refrigerant direct evaporation of the refrigerant in the indoor unit, i. e. local air conditioning, is typical. Therefore in case of depressurization of the elements of the refrigerating circuit some of the refrigerant might penetrate the respiratorysystem of those in the serviced area. It is thus necessaryto examine the issue of control of content of harmful substances in the premises and to seek out the optimal solution to exclude adverse health influences of the refrigerant.

Results and conclusions. The range of values of the refrigerant pressure in the adiabatic compression of vapors in the compressor within which the cycle of operation of the refrigeration machine is carried out is graphically presented. The distribution of the concentrations of harmful substances, i. e. the refrigerant, in the premises in case of depressurization of the air conditioning system was studied and the most dangerous area for human health was determined. The amount of the refrigerating agent in the system is identified depending on the cooling capacity of the outdoor unit and the length of the freon lines taking into account the parameters of the outdoor air. The analytical dependence for determining the time of the refrigerant leakage into the premises depending on the configuration of the air conditioning system and its cooling capacity is developed. The recommendations on the optimization of the parameters of control of the content of harmful substance in the air depending on the characteristics of the system are presented.

Keywords: refrigerant, concentration, air conditioning, cooling capacity, leakage, depressurization, time, working area.

РФФИОБЪЯВЛЕН КОНКУРС

на лучшие проекты фундаментальных научных исследований

Заявки принимаются до: 04.09.2019 23:59

Задача конкурса поддержка научных проектов, направленных на получение новых знаний о природе, человеке и обществе, выполняемых коллективами физических лиц, самостоятельно определяющих направления, тематику и методы проведения исследований; создание условий для реализации фундаментальных научных исследований в новых областях знаний, зарождающихся в науке.

Подробнее см. на официальном сайте РФФИ: https://www.rfbr.ru.

76

Выпуск № 2 (54), 2019

ISSN 2541-7592

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

DOI 10.25987/VSTU.2019.54.2.007

УДК691.327

ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ ПОСЛЕ ГИДРОМЕХАНОХИМИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ ЦЕМЕНТА

С. И. Пименов 1

Казанский государственный архитектурно-строительный университет 1 Россия, г. Казань

1 Канд. техн. наук, ассистент кафедры технологии строительного производства, тел.: +7-843-510-47-31, e-mail: 3.14manon@mail.ru

Постановка задачи. До настоящего времени остается актуальной проблема повышения качества строительных материалов при снижении энерго- и ресурсозатрат. С разработкой роторнопульсационных аппаратов появилась возможность активировать цементную суспензию непосредственно в нем. До настоящего времени технология, предусматривающая активацию цементноводной суспензии в роторно-пульсационном аппарате, не получила широкого распространения в связи с нерешенностью ряда научно-технических вопросов.

Результаты. Рассмотрены результаты влияния гидромеханохимической активации цементной суспензии на физико-технические свойства тяжелого бетона. Представлен дисперсный состав цементного порошка, полученного после гидромеханохимической активации. Получены показатели поровой структуры тяжелого бетона, определены морозостойкость, коэффициент сульфатной устойчивости исследуемых цементных композитов. Высокий темп роста цементных композитов обоснован повышенной интенсивностью тепловыделения цементного теста в раннем периоде структурообразования. Рентгенофазовый анализ показал, что фазовый состав цементного камня, полученного после гидромеханохимической активации цемента, характеризуется образованием повышенного количества гидратных новообразований.

Выводы. Производство быстротвердеющего цементного бетона позволит сократить время выдержки его в опалубке, уменьшить или полностью отказаться от термической обработки, что имеет большое значение с точки зрения эффективного использования энергии и ресурсов.

Ключевые слова: гидромеханохимическая активация, суперпластификатор Реламикс Т-2, цементная суспензия, морозостойкость.

Введение. Возможности портландцемента в плане увеличения химической активности исчерпаны, и запасы можно найти лишь в области активации минералов, меняющих процессы гидратации [2, 5, 7, 11, 16, 17]. Наиболее известными способами активации цемента являются: турбулентная [20, 25, 35], кавитационная [1, 36], механохимическая и гидромеханохимическая (ГМХА) [6, 16, 24, 26, 27, 30, 32, 33, 38], ультразвуковая [23, 31], вибрационная [3, 15] и т. д. Все упомянутые выше способы активации направлены на увеличение дисперсности и повышение удельной поверхности частиц цементного клинкера и гидратных новообразований. Однако при достижении одинаковой дисперсности гидратных новообразований в различных измельчительных аппаратах физико-технические свойства цементных композитов могут отличаться [40]. При помоле портландцемента с использованием различного оборудования происходит отличительное воздействие на его компоненты: меняется характер разрушения решетки и степень агрегации частиц.

© Пименов С. И., 2019

77

Научный журнал строительства и архитектуры

Также потребление энергии для диспергирования вяжущего с использованием различного оборудования для достижения одинакового эффекта различно. Доказано, что потребление энергии для тонкого измельчения цемента в водной среде ниже, чем в сухом виде, при условии достижения одинаковой дисперсности [10, 14]. В связи с этим целесообразным становится использование оборудования для диспергирования цементно-водной суспензии, имеющего высокую энергонапряженность и интенсивность с высокой удельной мощностью

истепенью гидродинамического сопротивления, особенно при использовании эффективных модифицирующих добавок.

Гидромеханоактивация цемента. Сегодня активно развиваются различные технологические приемы диспергирования и активации цементных композиций. С разработкой ротор- но-пульсационных аппаратов (РПА) появилась возможность активировать цементную суспензию непосредственно в РПА [7]. До настоящего времени технология, предусматривающая активацию цементно-водной суспензии в РПА, не получила широкого распространения в связи с нерешенностью ряда научно-технических вопросов.

Авторы трудов [12, 20] отмечают, что механоактивация цементно-водной суспензии в начальный период гидратации и твердения способствует увеличению объема химически активной коагуляционной среды и ее уплотнению, что приводит к увеличению прочности до 30 %. В [37, 39] отмечается, что за счет активации цементной суспензии в РПА прочность цементно-песчаного раствора повышается на 70 %.

Установлено, что дисперсность вяжущих при обработке в планетарной мельнице в течение 25 мин достигает 650 м2/кг, в шаровой мельнице такая же дисперсность получается лишь в течение 120 мин [28]. Увеличение удельной поверхности вяжущего приводит к уве-

личению физико-технических свойств цементных композиций, но только до значения 500— 600 м2/кг. Повышение удельной поверхности частиц цемента приводит и к более резкой потери его активности [16, 34]. С целью устранения снижения активности цемента при его хранении целесообразным является активация вяжущего в водной среде.

Известно, что при увеличении количества воды затворения вяжущего снижается прочность цементных композиций, что связано с повышением поровой структуры цементного камня [24, 30, 32]. Для устранения этих недостатков необходимо использовать эффективные суперпластификаторы, а механическую обработку вяжущего производить в присутствии модифицирующих добавок [4, 12, 20, 28, 37, 39].

Гидромеханохимическая активация модифицированного вяжущего. Процесс дисперга-

ции вяжущего в водной среде можно интенсифицировать за счет дополнительного введения поверхностно-активных веществ, к которым относятся и суперпластификаторы.

Учеными давно выявлено интенсифицирующее действие поверхностно-активных веществ на помол цемента. Введение некоторых добавок в процесс тонкого измельчения способствует как повышению эффективности помола, так улучшению физико-механических свойств получаемых цементных композитов.

Внастоящее время номенклатура суперпластифицирующих добавок неуклонно растет,

ивыбор эффективного поверхностно-активного вещества для диспергации вяжущего в различных аппаратах представляет собою непростую задачу.

Влитературе отсутствуют данные по влиянию ГМХА цементной суспензии в РПА на кинетику тепловыделения цементного теста, гранулометрический состав цементного порошка после активации, структуру тяжелого бетона на гидромеханохимически активированном цементе.

Впроведенном ранее исследовании [8] установлено, что при производстве сборных железобетонных изделий предварительная гидромеханохимическая активация цементной суспензии позволяет уменьшить энергозатраты на термическую обработку, и при полном отказе от нее снизить себестоимость 1 куб. м готового изделия до 24 %.

78

Выпуск № 2 (54), 2019

ISSN 2541-7592

Таким образом, целью данной работы является анализ результатов влияния гидромеханохимической активации цементной суспензии на кинетику твердения и физикотехнические свойства тяжелого бетона, процессы гидратации цемента методом рентгенофазового анализа.

1. Материалы и оборудование. Для приготовления бетонной смеси использовались следующие исходные материалы:

в качестве вяжущего использовали портландцемент со шлаком ЦЕМ II/A-Ш 32,5H Ульяновского завода, отвечающий требованиям ГОСТ 31108-2016. В состав портландцемен-

та входят основные минералы: C3S — 54 %, C2S — 20 %, C3A — 11 %, C4AF — 12 %, мине-

ральная добавка гранулированный доменный шлак — 9,2 %, примеси SO3 — 2,8 %. Выбор портландцемента средней марки обусловлен его высокой эффективностью при механохимической активации в водной среде, а применение в качестве минеральной добавки гранулированного доменного шлака обеспечивает экономию клинкера и природоохранную безопасность, а также его положительное влияние на структурообразование цементного камня после активации и взаимодействия с гидрооксидом кальция с образованием преимущественно прочных низкоосновных гидросиликатов кальция;

в качестве мелкого заполнителя использовался песок Камско-Устьинского месторождения с модулем крупности 2,7, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 8736-2014;

в качестве крупного заполнителя применялся гранитный щебень Уральского месторождения с размером фракций 5—20 мм, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 8267-93;

в качестве суперпластифицирующей добавки применялся нафталинформальдегидный суперпластификатор «Реламикс Т-2», производимый по ТУ 5870-002-14153664-04, в количестве 1 % от массы цемента. Применение суперпластифицирующих добавок для повышения ранней прочности и физико-механических свойств тяжелого бетона не вызывает сомнений, поскольку обеспечивает существенное (до 30—40 %) снижение водопотребности, необходимое для производства бетонов повышенной прочности.

Приготавливался и подвергался испытаниям тяжелый бетон производственного состава класса В25, с соотношением компонентов в следующих пропорциях: «цемент : песок : ще-

бень» = 490:555:1315.

Водоцементное отношение (В/Ц) исследуемых составов подбиралось из условия

достижения одинаковой подвижности марки П2 (осадка конуса составила 6—8 см по ГОСТ 10181-2014). Выбор данной подвижности бетонной смеси произведен в соответствии с требованиями к производству различных бетонных и железобетонных изделий (плит перекрытий, балок, ферм, колонн, перемычек и др.) согласно СНиП 3.09.01-85 «Производство сборных железобетонных конструкций и изделий».

Цемент подвергали гидромеханохимической активации в роторно-пульсационном аппарате, выпускаемом ООО «Промсервис» по ТУ 5132-001-70447062.

Удельная поверхность определялась методом воздухопроницаемости на приборе ПСХ-9. Дисперсный состав определялся на лазерном анализаторе крупности частиц Horiba

La-950V2.

Рентгенофазовый анализ проводился на дифрактометре D2 Phaser (Брукер, Германия) для измерений порошковых препаратов в геометрии Брега-Брентано c использованием монохроматизированного CuK -излучения (λ = 1,54178 Ǻ), в режиме шагового сканирования.

Режимы измерений и регистрации: напряжение рентгеновской трубки составляло 30 кВ, ток 30 мА, шаг и скорость сканирования — 0,02° и 1 град./мин соответственно. Диапазон углов сканирования в геометрии Брега-Брентано — 3—60°.

2. Методы. Обезвоживание активного в водной среде цемента и клинкерных минералов, полученных после обработки в РПА, проводили с помощью воронки Бюхнера, которая соединяется с водоструйным насосом. При отделении жидкой фазы сразу проба на фильтре заливалась чистым спиртом, а затем подвергалась консервации в ацетоне. Количество ацето-

79