Методическое пособие 826

Научный журнал строительства и архитектуры

лабораторный автотрансформатор (ЛАТР) со следующими характеристиками: диапазон напряжений — 0…250 В, максимальная сила тока — 9 А;

медная емкость для испытуемого образца аэродромного герметика (рабочая ячейка);

устройство для нагревания образца аэродромного герметика горячим воздухом в диапазоне температур от +20 до +200 °С;

выпрямительный мост на 10 А и сглаживающий конденсатор;

теплоизоляция сердечника, изготовленная из стекловолокна и тефлона.

Принцип работы установки заключается в следующем. Емкость с обрабатываемым материалом помещается в рабочий зазор сердечника и нагревается с помощью нагревательного устройства до перехода в жидкую фазу. На катушки индуктивности подается постоянный ток заданной величины. Герметизирующий материал выдерживается в магнитном поле необходимое время. Напряженность магнитного поля регулируется величиной подаваемого тока. Установка позволяет создавать магнитное поле напряженностью до 34·104 А/м. Для создания необходимого теплового режима в зоне рабочей ячейки применяется нагревательное устройство с подачей горячего воздуха. Информация о тепловом режиме в рабочей ячейке фиксируется на индикаторе нагревательного устройства.

Для определения рациональных режимов обработки герметизирующих материалов авторами работы была проведена тарировка электромагнитной установки датчиком Холла (рис. 2).

Рис. 2. Тарировка электромагнитной установки:

1 — датчик Холла; 2 — электромагнитный модуль; 3 — тарировочная сетка

Также работа установки была исследована на однородность магнитного поля. Для удовлетворительной однородности поля установки было поставлено условие:

где k — коэффициентом однородности; Вср — среднее значение магнитной индукции между полюсами установки, мТл; Вmax — максимальное значение магнитной индукции, мТл.

Измерение магнитной индукции между полюсами установки осуществлялось по точкам тарировочной сетки с шагом 0,5 см по осям магнитных полюсов в продольном и поперечном направлениях. Результаты численных расчетов средних значений индукции магнитного поля установки Вср для силы тока от 1 до 6 А представлены на рис. 3.

80

а)

б)

в)

Рис. 3 (начало). Графики численных расчетов тарировки электромагнитной установки: а) магнитная индукция Вср = 60,88 мТл, k = 0,87 в продольном направлении для 1 А; б) в поперечном направлении Вср = 55,82 мТл, k = 0,85;

в) Вср = 80,5 мТл, k = 0,67 в продольном направлении для 2 А

81

Научный журнал строительства и архитектуры

г)

д)

е)

Рис. 3 (продолжение). Графики численных расчетов тарировки электромагнитной установки: г) в поперечном направлении Вср = 94,35 мТл, k = 0,86;

д) Вср = 125,63 мТл, k = 0,7 в продольном направлении для 3 А; е) в поперечном направлении Вср = 132,7мТл, k = 0,79

82

ж)

з)

и)

Рис. 3 (продолжение). Графики численных расчетов тарировки электромагнитной установки: ж) Вср = 209,5 мТл, k = 0,91 в продольном направлении для 4 А;

з) в поперечном направлении Вср = 170,5мТл, k = 0,85; и) Вср = 249,1мТл, k = 0,92 в продольном направлении для 5 А

83

Научный журнал строительства и архитектуры

к)

л)

м)

Рис. 3 (окончание). Графики численных расчетов тарировки электромагнитной установки: к) в поперечном направлении Вср = 204,9 мТл, k = 0,85;

л) Вср = 264,9 мТл, k = 0,83 в продольном направлении для 6 А; м) в поперечном направлении Вср = 251,7мТл, k = 0,84

84

Тарировка электромагнитной установки проводилась по следующей методике:

построение графиков магнитной индукции для продольной и поперечной осей по-

люсов электромагнитной установки (полиномиальные зависимости шестого и пятого порядков с значением величины достоверности аппроксимации, R2 > 0,95);

нахождение площадей плоских фигур, ограниченных кривыми магнитной индукции установки (расчет значений площадей производился с помощью оператора квадратурного интегрирования NIntegrate в пакете прикладных программ Wolfram Mathematica);

нахождение средних значений магнитной индукции установки для силы тока от 1

до 6 А с шагом в 1 А (расчет средних значений индукции Bсрi производился по формуле:

где Bi(yi) — магнитная индукция установки, мТл; l1l2 — пределы интегрирования, см; li — линейные размеры полюсов установки в продольном и поперечном направлениях, см);построение графика зависимости магнитной индукции установкиот силы токапоказано на рис. 4.

Рис. 4. График зависимости магнитной индукции установки от силы тока

Установка позволяет создавать магнитное поле со средней индукцией магнитного поля напряженностью до 430 мТл или 34×104 А/м при максимальной силе тока 10 А. Условие однородности магнитного поля между полюсами установки выполняется, так как k = 0,67…0,91 > 0,67. В ходе механических испытаний образцов герметиков, обработанных на различных режимах, выявлено, что оптимальное время обработки материала составляет 2—3 минуты при напряженности поля 8,5×104 А/м. Скорость ползучести и релаксации материала при этом увеличилась на 35—40 % по сравнению с необработанным материалом, в том числе и при отрицательном пороге эксплуатации герметика.

3. Разработка принципиальной схемы плавильно-заливочной установки, оборудованной электромагнитным модулем для модифицирования битумно-полимерных гер-

метиков. Для безопасного разогрева, перемешивания и подачи герметика в деформацион-

85

Научный журнал строительства и архитектуры

ный шов используют правильно-заливочные установки типа ПЗУ-ПЭТ (плавильнозаливочная установка прицепная электрическая) [16], которые обеспечивают разогрев БПГ за 60 минут при температуре окружающей среды +20 °С и не более 90 минут при температуре не ниже +5 °С (рис. 5).

Рис. 5. Плавильно-заливочная установка, прицепная, электрическая, с теплоносителем: 1 — разогревочный котел; 2 — варочная ванна; 3 — рубашка теплоносителя;

4 — крышка котла; 5 — масляный насос теплоносителя с приводом; 6 — сливной патрубок котла с задвижкой; 7 — горелка;

8— дымогарная труба; 9 — система перемешивания разогретого герметика; 10 — цифровой измеритель-регулятор температуры герметика ТРМ-1А

ПЗУ-ПЭТ [16] состоит из следующих основных конструкционных элементов (рис. 5):

разогревочного котла (1), состоящего из варочной ванны (2), рубашки теплоносителя (3), крышки котла (4), масляного насоса теплоносителя с приводом (5), сливного патрубка котла с задвижкой (6), горелки (7), дымогарной трубы (8);

системы перемешивания разогретого герметика (9), состоящей из вертикального вала с наваренными лопастями, которые приводятся во вращение электродвигателем через червячный редуктор;

регулирующей аппаратуры — цифровой измеритель-регулятор ТРМ-1А (10), который показывает и регулирует температуру теплоносителя.

Горелка (7) представляет собой форсунку с блоком автоматики, включением горелки управляет терморегулятор ТРМ-1А (10).

Питание электрооборудования ПЗУ-ПЭТ осуществляется от трехфазной сети переменного тока с глухозаземленной нетралью напряжением 380 В и частотой 50 Гц. Электрическая схема котла обеспечивает автоматическую работу горелочного блока в непрерывном режиме.

Электрооборудование обеспечивает: розжиг факела; контроль наличия факела; аварийное отключение при превышении максимальной заданной температуры; управление мешалкой и масляным насосом; блокировки, обеспечивающие работу механизмов в заданной последовательности; защиту от коротких замыканий и перегрузок в цепях; сигнализацию нормальной работы и аварийных режимов.

Для повышения физико-механических и эксплуатационных характеристик битумнополимерных герметизирующих материалов авторами предложено техническое решение по оборудованию ПЗУ-ПЭТ электромагнитным модулем, позволяющими модифицировать ра-

86

зогретый герметик в магнитном поле перед герметизацией деформационных швов жестких аэродромных покрытий.

Конструкция, схема работы электромагнитного модуля, а также общий вид плавильнозаливочной установки, оборудованной электромагнитным модулем для модифицирования битумно-полимерных герметиков, представлены на рис. 6.

Рис. 6. Электромагнитный модуль для модифицирования битумно-полимерных герметиков: а) принципиальная схема работы электромагнитного модуля; б) конструкционные элементы электромагнитного модуля;

в) общий вид плавильно-заливочной установки, оборудованной электромагнитным модулем; 1 — электромагнитный индуктор; 2 — катушки индуктивности; 3 — регулятор мощности силы тока;

4 — расходный бак трубопровода подачи герметика; 5 — выпрямительный мост; 6 — теплоизоляция магнитных полюсов сердечника; 7— амперметр

Принцип работы электромагнитного модуля состоит в следующем (рис. 6а, б).

Между полюсами (6) электромагнитного индуктора (1) модуля помещается расходный бак трубопровода подачи герметика (4) плавильно-заливочной установки. На обмотку катушек индуктивности (2) подается ток постоянного напряжения до 10 А, что создает магнитное

87

Научный журнал строительства и архитектуры

поле напряженностью до 34×104 А/м. Разогретый в котле плавильно-заливочной установки до рабочей температуры герметизирующий материал по трубопроводу подается в межполюсное пространство электромагнитного индуктора, где подвергается воздействию магнитного поля. Под действием магнитного поля происходит полюсное ориентирование макромолекул полимера, что увеличивает способность герметизирующего материала к высокоэластичному деформированию. Это существенно повышает его физико-механические и эксплуатационные характеристики.

Выводы

1.Разработана электромагнитная установка для модифицирования аэродромных би- тумно-полимерных композитов в постоянном магнитном поле. Получена тарированная зависимость индукции магнитного поля установки от силы тока. Проведена проверка установки

на однородность магнитного поля. Установка позволяет создавать магнитное поле со средней индукцией магнитного поля напряженностью до 430 мТл или 34×104 А/м при максимальной силе тока 10 А.

2.В ходе механических испытаний образцов аэродромных герметиков, обработанных постоянным магнитным полем различной напряженности, установлено, что оптимальное

время обработки аэродромных герметизирующих материалов составляет 2—3 минуты при напряженности поля 8,5×104 А/м. Скорость ползучести и релаксации герметизирующего материала при этом увеличилась на 35—40 % по сравнению с необработанным герметиком, в том числе и при отрицательном пороге эксплуатации.

3.Предложено оригинальное техническое решение по оборудованию плавильнозаливочных установок электромагнитным модулем, позволяющим повысить физикомеханические и эксплуатационные характеристики аэродрмных битумно-полимерных герметиков. Разработаны схема размещения и принцип работы электромагнитного модуля.

Библиографический список

1.Быков, A. B. Герметизирующие материалы для аэродромных покрытий / A. B. Быков, А. Н. Шкарупин // Аэропорты. Прогрессивные технологии. — 2000. — № 1. — С. 15—16.

2.Виноградов, А. П. Оценка эксплуатационно-технического состояния цементобетонных покрытий аэродромов / А. П. Виноградов // Труды ГосРГИИГА. — 1984. — Вып. 237. — С. 11—13.

3.Вторушин, В. Н. Как обеспечить долговечность покрытий / В. Н. Вторушин, В. П. Попов // Аэропорты. Прогрессивные технологии. — 1999. — № 4. — С. 17—21.

4.Гулимов, А. Г. Герметичность швов цементобетонных покрытий / А. Г. Гулимов, A. M. Шейнин, П. Т. Петербургский // Автомобильные дороги. — 1988. — № 7. — С. 11—15.

5.Давлятова, Д. Ю. Прогноз показателей. Методы нормирования реологических характеристик вязких дорожных битумов / Д. Ю. Давлятова, Э. В. Котлярский // Автомобильные дороги. — 2013. — № 1. — С. 75—78.

6.Платонов, А. П. Полимерные материалы в дорожном и аэродромном строительстве / А. П. Платонов. — М.: Транспорт, 1994. — 156 с.

7.Полякова, С. В. Применение модифицированных битумов в дорожном строительстве / С. В. Полякова // Применение полимерно-битумных вяжущих на основе блоксополимеров типа СБС: сб. ст. — М.: МАДИ, 2001. — С. 87—88.

8.Попов, В. М. Влияние магнитной обработки полимерных клеев на прочность клеевых соединений на их основе / В. М. Попов, А. П. Новиков, А. В. Иванов // Механика композиционных материалов и конструкций. — 2012. —Т. 18, № 3. — С. 414—421.

9. Руденский, А. В. Структура битумов, их реологические свойства и способы модификации / А. В. Руденский, И. М. Руденская // Труды РосдорНИИ. — 1993. — № 6.

10.Смирнов, B. C. Диагностика повреждений аэродромных покрытий / B. C. Смирнов, Г. Я. Ключников. — М.: Транспорт, 1984. — 121 с.

11.Смыслова, P. A. Герметики на основе полимерного вяжущего / P. A. Смыслова. — М.: Изд-во ЦНИИТЭНефтехим, 1974. — 82 с.

12.Чевычалов, Ю. Д. Совершенствование состава битумно-полимерного вяжущего для герметизации швов аэродромных цементобетонных покрытий / Ю. Д. Чевычалов, С. Ф. Носов, В. И. Шубин // Отчет о науч- но-исследовательской работе. — Воронеж: ВВВАИУ, 1997. — 66 с.

88

13.Швидко, Я И. Аэродромные покрытия с применением полимерных материалов (ремонт и содержание) / Я И. Швидко, Э. Л. Марьямов. — М.: Транспорт, 1982. — 85 с.

14.Ярцев, В. П. Битумные композиты / В. П. Ярцев, А. В. Ерофеев. — Тамбов: Изд-во: ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2014. — 80 с.

15.Рынок ПБВ в России растет быстрее прогнозов [Электронный ресурс] // RUPEC: информац.-аналит. центр. — http://www.rupec.ru/analytics/29093.

16.Руководство по эксплуатации. Заливщик швов ПЗУ-ПЭТ. — СПб: ООО «НПФ БАСТИОН».

17.Budija, M. The Developmentsof High Performance Polymer Modofoed Binders for Asphalt Use with Improved Fuming Characteristics / M. Budija, Ph. Cornelius, Sh. Johnson, M. Parry, Ch. Webb [Электронный ресурс]. — http://www.bp.com/liveassets/bp_internet/bitumen/bp_bitumen_australia/STAGING/local_assets/downloads_pdfs/r/ low_fuming_pmbs.pdf.

18.Hussein, I. A. InfluenceofMwofLDPE andVinyl AcetateContent ofEVA on theRheologyofPolymer ModifiedAsphalt/I. A.Hussein, M.H. Iqbal, H. I. Al-Abdul Whhab// Rheologica Acta. —2005.—Vol. 45.—P.92—104.

19.Isacsson, U. Properties of Bitumens Modified with Elastomers and Plastomers / U. Isacsson, X. Lu. // Proc. 2nd Eurasphalt and Eurobitume Congress Barcelona. — 2000. — Book II. — P. 342—349.

20.Mahrez, A. Rheological Evaluation of Agein Properties of Rubber Crumb Modofied Bitumen / A. Mahrez, M. R. Karim // Journal of the Eastern Asia Society for Transportation Studies. — 2003. — Vol. 5. — P.820—833.

21.FEHRL (Forum of European National Highway Research Laboratories). BiTVal-Analysis of Available Data for Validation of Bitumen Tests // Report of Phase 1 of the BiTVal Project / Ed. C. Nicholls. — 213 p.

References

1.Bykov, A. B. Germetiziruyushchie materialydlya aerodromnykh pokrytii / A. B. Bykov, A. N. Shkarupin // Aeroporty. Progressivnye tekhnologii. — 2000. — № 1. —S. 15—16.

2.Vinogradov, A. P. Otsenka ekspluatatsionno-tekhnicheskogo sostoyaniya tsementobetonnykh pokrytii aerodromov / A. P. Vinogradov // TrudyGosRGIIGA. — 1984. — Vyp. 237. — S. 11—13.

3.Vtorushin, V. N. Kak obespechit' dolgovechnost' pokrytii / V. N. Vtorushin, V. P. Popov // Aeroporty. Progressivnye tekhnologii. — 1999. — № 4. — S. 17—21.

4.Gulimov, A. G. Germetichnost' shvov tsementobetonnykh pokrytii / A. G. Gulimov, A. M. Sheinin, P. T. Peterburgskii // Avtomobil'nye dorogi. — 1988. — №7. — S. 11—15.

5.Davlyatova, D. Yu. Prognoz pokazatelei. Metody normirovaniya reologicheskikh kharakteristik vyazkikh dorozhnykh bitumov / D. Yu. Davlyatova, E. V. Kotlyarskii // Avtomobil'nye dorogi. — 2013. — № 1. — S. 75—78.

6.Platonov, A. P. Polimernye materialy v dorozhnom i aerodromnom stroitel'stve / A. P. Platonov. — M.: Transport, 1994. — 156 s.

7.Polyakova, S. V. Primenenie modifitsirovannykh bitumov v dorozhnom stroitel'stve / S. V. Polyakova // Primenenie polimerno-bitumnykh vyazhushchikh na osnove bloksopolimerov tipa SBS: sb. st. — M.: MADI, 2001. — S. 87—88.

8.Popov, V. M. Vliyanie magnitnoi obrabotki polimernykh kleev na prochnost' kleevykh soedinenii na ikh osnove / V. M. Popov, A. P. Novikov, A. V. Ivanov// Mekhanika kompozitsionnykhmaterialovi konstruktsii. —2012. — T. 18, № 3. — S. 414—421.

9.Rudenskii, A. V. Struktura bitumov, ikh reologicheskie svoistva i sposoby modifikatsii / A. V. Rudenskii, I. M. Rudenskaya // TrudyRosdorNII. — 1993. — № 6.

10.Smirnov, B. C. Diagnostika povrezhdenii aerodromnykh pokrytii / B. C. Smirnov, G. Ya. Klyuchnikov. — M.: Transport, 1984. — 121 s.

11.Smyslova, P. A. Germetiki na osnove polimernogo vyazhushchego / P. A. Smyslova. — M.: Izd-vo TsNIITENeftekhim, 1974. — 82 s.

12.Chevychalov, Yu. D. Sovershenstvovanie sostava bitumno-polimernogo vyazhushchego dlya germetizatsii shvov aerodromnykh tsementobetonnykh pokrytii / Yu. D. Chevychalov, S. F. Nosov, V. I. Shubin // Otchet o nauchnoissledovatel'skoi rabote. — Voronezh: VVVAIU, 1997. — 66 s.

13.Shvidko, Ya I. Aerodromnye pokrytiya s primeneniem polimernykh materialov (remont i soderzhanie) / Ya I. Shvidko, E. L. Mar'yamov. — M.: Transport, 1982. — 85 s.

14.Yartsev, V. P. Bitumnye kompozity / V. P. Yartsev, A. V. Erofeev. — Tambov: Izd-vo: FGBOU VPO «TGTU», 2014. — 80 s.

15.Rynok PBV v Rossii rastet bystree prognozov [Elektronnyi resurs] // RUPEC: informats.-analit. tsentr. — http://www.rupec.ru/analytics/29093.

16.Rukovodstvo po ekspluatatsii. Zalivshchik shvov PZU-PET. — SPb: OOO «NPF BASTION».

17.Budija, M. The Developmentsof High Performance Polymer Modofoed Binders for Asphalt Use with Improved Fuming Characteristics / M. Budija, Ph. Cornelius, Sh. Johnson, M. Parry, Ch. Webb [Электронный ресурс]. — http://www.bp.com/liveassets/bp_internet/bitumen/bp_bitumen_australia/STAGING/local_assets/downloads_pdfs/r/ low_fuming_pmbs.pdf.

89