Комплексный битумополистирольный материал: Технология и свойства тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.05, кандидат технических наук Сиденов, Сергей Александрович

• Сиденов, Сергей Александрович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сиденов, Сергей Александрович

СОДЕРЖАНИЕ

Введение '

Елава I. Состояние вопроса

1.1. Способ самоуплотняющихся масс

1.1.1. Способ самоуплотняющихся масс в технологии легких бетонов, гипсобетонов и легковесных огнеупоров

1.1.2. Технологические решения при изготовлении строительных материалов по способу самоуплотняющихся масс

1.2. Анализ свойств и способов изготовления битумсодержащих теплоизоляционных материалов

1.3. Обзор способов эмульгирования и видов битумных эмульсий 22 Выводы по главе I

Елава II. Еипотеза, задачи исследований и методология их проведения

2.1. Научная гипотеза и задачи исследований

2.2. Общая методология проведения исследований

2.2.1. Еребования, предъявляемые к сырью и материалам

2.2.2. Методика постановки и проведения экспериментов

2.3. Описание экспериментальных установок и методик проведения исследований

2.3.1. Описание установки и методик изучения электропрогрева

2.3.2. Методика изучения реологических характеристик битумопо-листирольных смесей 3

Елава III. Теоретические и практические закономерности самоуплотнения

битумополистирольных систем в электрическом поле 3

3.1. Коллоидные свойства битумополистирольных систем

3.1.1. Поверхностные явления на границах раздела фаз битумополи-стирольных систем.

3.1.2. Адсорбция на поверхностях раздела фаз битумополистироль-

ных систем

3.1.3. Двойной электрический слой на границах раздела фаз битумо-полистирольных систем и его влияние на механизм самоуплотнения '

3.2. Закономерности структурных изменений битумополистирольных

систем при самоуплотнении

3.2.1. Анализ влияния внешнего переменного электрического поля на изменение электрокинетических характеристик битумополистирольных систем

3.2.2. Закономерности массопереноса битумополистирольных систем в условиях интенсивного роста давлений и температур

3.2.3. Реологические свойства битумополистирольных систем и закономерности формирования структуры материала

Выводы по главе III

Глава IV. Системный анализ технологии битумополистирольных материалов

и изделий

4.1. Основные положения системного анализа

4.2. Формирование структурной модели технологии и изучение функционирования её отдельных блоков

4.2.1. Подвспенивание бисерного полистирола

4.2.2. Приготовление битумной эмульсии

%

4.2.3. Приготовление формовочной смеси

4.2.4. Электропрогрев

4.3. Построение алгоритма математической модели технологии

4.4. Производственная проверка исследований и практические рекомендации по организации технологического процесса

4.5. Частные случаи реализации технологии: получение изделий "сэндвич" и материала для комплексной изоляции трубопроводов

4.6. Оценка эффективности производства и применения битумополи-стирольных материалов и изделий

Выводы по главе IV

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

ЛИТЕРАТУРА 109 ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1. Технологический регламент по изготовлению битумополи-

стирольных изделий

Приложение 2. Предложения по аппаратурному оформлению технологии

Приложение 3. Теплотехнический расчет установки для электропрогрева

Приложение 4. Экономический расчет

Приложение 5. Имитационное моделирование технологии

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

С - теплоёмкость, кДж/кг °С

Б - диаметр, м

в - масса материала, кг

т-

г - площадь, м

Р - давление, н/м (Па)

II - прочностная характеристика, Па

Ыу - электрическое сопротивление, Ом

8ад2 - дисперсия адекватности

82{У} - дисперсия параллельных опытов

И - влагосодержание материала, %

1]у - электрическое напряжение, В

V - объём, м3

\^дж - работа, кДж/кг

W - масса связанной влаги, кг

Х[ - обозначение варьируемого фактора в кодированной форме

X, - среднее значение фактора

X) - натуральное значение фактора

ДХЬ - интервал варьирования фактора

У - результат эксперимента

У - расчетное значение результата эксперимента

с1 - влагосо держание воздуха (теплоносителя), г/кг

1,) - индексы изменяемых величин ( факторов)

1 - длина, м

п - частота вращения рабочего органа, мин

г - теплота парообразования, кДж/кг

I - температура,°С

т - время, ч

у - скорость, м/с

р - плотность, кг/м°

X - теплопроводность, Вт/м°С

ф - влажность воздуха (теплоносителя), %

С,, \|/ - электрический потенциал, В

б - поверхностное натяжение, н/м2

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Комплексный битумополистирольный материал: Технология и свойства»

ВВЕДЕНИЕ

Одним из путей увеличения эффективности строительных конструкций, повышения их конкурентоспособности является использование строительных материалов многофункционального назначения. Немаловажную роль при этом должна играть интенсификация технологических процессов.

Существующие способы и приёмы создания эффективных строительных материалов, интенсифицирующие процессы изготовления материалов и улучшающие их свойства (механоактивация компонентов, экструзия, прессование и другие) требуют специального оборудования, которое в последствии усложняет технологию и снижает её надежность.

Технологическая направленность предлагаемого подхода к созданию нового эффективного материала основана на гипотезе комплексного воздействия температуры, давления и электрического тока на формуемые системы.

В технологии предусмотрено использование литых систем, позволяющих обходиться без таких приёмов как вибрация, внешнее давление и т.п.; смеси позволяют использовать формы любой конфигурации. Причем, определяющим при изготовлении масс является не начальное водосодержание, а конечное, так как предлагаемый метод позволяет удалять избыточную влагу на этапе формования.

Для удаления физически связанной влаги при одновременном формировании структуры и свойств материала возможны различные приёмы, в том числе и создание избыточного давления в замкнутых объёмах. Из всего многообразия методов создания избыточного давления нами взято за основу введение в формуемую смесь актив-

ных добавок, которые в процессе тепловой обработки формируют регулируемую пористость и, таким образом, свойства материала.

Целью диссертации является разработка научно обоснованных параметров энергосберегающей технологии битумополистирольных тепло - гидро- и пароизоля-ционных материалов различного функционального назначения средней плотностью 100-300 кг/м" с улучшенными физико-техническими свойствами.

Научная новизна работы. Выдвинута концепция возможности получения битумополистирольных материалов улучшенной структуры по комплексной энергосберегающей технологии.

Согласно этой концепции сформулирована гипотеза о создании плотной структуры битумной матрицы, возникновении прочных адгезионных контактов на поверхности раздела - битум / полистирол и, как следствие, формирование комбинированного пространственного каркаса в результате комплексного воздействия на уплотняемый объём повышенных давлений, температур и электрического поля.

Изучены физико-химические явления, протекающие при самоуплотнении битумополистирольных смесей (БИС) в замкнутом перфорированном объёме. Выявлены закономерности формирования структуры битумной матрицы в изучаемых условиях.

Обоснованы закономерности приготовления битумных эмульсий и влияния эмульгаторов различной физической природы на свойства БИС, обуславливающие их поведение при самоуплотнении.

Дан анализ изменения реологических характеристик как БИС в целом, так и битумной матрицы, в процессе комплексного воздействия температур, давлений и электрического поля.

Осуществлен системный анализ технологии, изучен характер функционирования её блоков, характеризующих отдельные технологические переделы. Построена математическая модель технологии.

Достоверность полученных результатов обеспечена испытанием достаточного количества образцов-близнецов, комплексным характером проведенных исследований с применением математического планирования эксперимента и обработки его результатов, проверкой результатов лабораторных исследований в производственных условиях.

Практическое значение работы. Разработана технология эффективных тепло-гидро- пароизоляционных материалов на основе интенсификации физико-химических процессов.

Разработана методика проектирования состава БПС и выбора основных технологических параметров изготовления битумополистирольных материалов многофункционального назначения. При этом критериями эффективности процесса являются как конечные свойства материала, так и интенсивные факторы, характеризующие данный технологический передел.

Обоснованы закономерности формирования структуры битумополистирольных материалов в условиях одновременного воздействия давления, температуры и электрического поля.

Разработаны предложения по аппаратурному оформлению технологических переделов и организации производства.

Подготовлены нормативные документы, регламентирующие свойства битумополистирольных материалов многофункционального назначения и условия их изготовления.

Выпуск опытной партии изделий показал, что битумополистирольные изделия многофункционального назначения, по своим свойствам превосходят аналоги.

Основные положения диссертационной работы изложены в статьях. Результаты работы докладывались на научно-технических конференциях Восточно-Сибирского государственного технологического университета и на научных сессиях Бурятского Научного Центра СО РАН (Улан-Удэ, 1990-1996 гг.)

Объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, изложена на _ страницах машинописного текста, включает 20 таблиц, 25 рисунков, список литературы из 102 наименований, приложения.

Автор защищает:

- теоретические предпосылки и результаты экспериментального анализа параметров комплексной энергосберегающей технологии битумополистирольных материалов многофункционального назначения с улучшенной структурой и повышенными физико-техническими свойствами;

- результаты экспериментального изучения влияния состава БПС и параметров одновременного воздействия повышенных температур и давлений в условиях электропрогрева на формирование структуры битумной матрицы;

- обоснование закономерностей возникновения когезионных контактов в битумной матрице и адгезии на поверхности раздела "битум / полистирол", формирования объединенного пространственного каркаса;

- математическую модель технологии, решения оптимизационных задач, методики подбора состава БПС и выбора основных параметров технологии;

- практические рекомендации по организации производства, аппаратурному оформлению технологических переделов, режимов тепловой обработки;

- экономическую оценку эффективности производства битумополистирольных изделий.

Содержание работы. Анализ отечественных и зарубежных источников, проведенный в первой главе свидетельствует о назревшей необходимости создания строительных материалов, сочетающих различные свойства (комплексных материалов). Как правило, технология подобных материалов громоздка, требует сложного оборудования и продолжительна во времени.

Подобных недостатков лишен способ самоуплотняющихся масс, основным преимуществом которого является совмещение технологических операций формования, сушки и оплавления битума в одном переделе. Этот сцособ позволяет формировать плотную структуру матрицы материала за счет одновременного воздействия на уплотняемый объём повышенных давлений и температур. Одновременно осуществляется отжатие из системы излишков формовочной влаги (вводимой при приготовлении смеси из условия её удобоукладываемости). Отжатие влаги через жидкую фазу (в отличии от традиционного испарения) позволяет во много раз снизить расходы на тепловую обработку улучшить структуру матрицы.

Способ самоуплотняющихся масс опробован в технологии теплоизоляционно-конструкционнных материалов на основе минеральных вяжущих, легковесных огнеупоров. Результаты показывают, что применение этого способа позволяет направленно регулировать свойства изготавливаемого материала, значительно снизить энергозатраты и многодельность технологии.

В изученных системах, гранулы подвспененного полистирола, выполнив на стадии формования (совмещенного с тепловой обработкой) функции уплотняющего компонента, становятся либо сферической выгорающей добавкой низкой зольности (в

легковесных огнеупорах), либо легким заполнителем (в материалах на основе минерального вяжущего). Различная физическая природа минеральной матрицы и органического заполнителя не позволяет полностью использовать преимущества подвспе-ненного полистирола, к которым можно отнести высокую замкнутую пористость и прочность при растяжении, низкую теплопроводность, паропроницаемость и водопо-глощение. Существенными недостатками пенополистирола является его слабая сопротивляемость открытому пламени и низкая прочность при сжатии.

Битумное связующее (битум) представляет собой вещества, состоящие из смеси высокомолекулярных углеводородов и их кислотных и сернистых производных. Огнестойкость битума выше чем у полистирола и может быть модифицирована путем введения дисперсных минеральных добавок. В состав молекулы мономеров полистирола входит бензольное кольцо, обладающее значительной подвижностью, и короткая углеродная цепочка, что позволяет предположить возможность собственной поляризации этих молекул. Учитывая изложенное и то, что оба компонента являются веществами единой природы, можно предположить возможность возникновения плотных адгезионных связей между их молекулами, при условии достаточной поляризации агрегатов битума и в частности его мицелл.

По результатам анализа различных литературных источников установлена слабая изученность влияния собственно электрического поля на процессы, протекающие при самоуплотнении. Например, подробно исследованы закономерности влияния повышенных температур на гидратацию минерального вяжущего, изменение интегрально удельного сопротивления в уплотняемом объёме и интегральных тепловыделений. Вне области интереса оставлены такие важнейшие закономерности, как влияние электрического поля на процессы, происходящие на уровне элементарных объё-

мов вещества, в том числе и на поверхностях раздела фаз. Несомненно, эти процессы оказывают немаловажное влияние на формирование макрохарактеристик БПС при самоуплотнении и на формирование свойств битумополистирольных изделий.

Для доказательств достоверности выдвинутых в рабочей гипотезе положений и достижения поставленных целей и разработке принципов технологии битумополистирольных изделий, предполагалось решение следующих частных задач:

изучить физико-химическую сущность процессов, протекающих в битумной матрице при одновременном воздействии повышенных давлений и температур в условиях переменного электрического поля, в том числе и на поверхностях раздела фаз, изучить реологические характеристики битумного вяжущего; провести системное исследование технологии, с целью выявления особенностей функционирования отдельных блоков, связей между ними и технологии в целом; на основе структурного анализа построить математическую модель технологии, разработать методику подбора состава БПС, прогнозирования свойств битумополистирольных изделий и выбора технологических параметров, решить задачи оптимизации основных технологических переделов;

по результатам системного анализа и выпуска опытной партии разработать технологическую схему производства битумополистирольных материалов многофункционального назначения, исследовать их физико-технические свойства; выполнить технико-экономическое обоснование технологии.

Заключение диссертации по теме «Строительные материалы и изделия», Сиденов, Сергей Александрович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ:

1. Разработаны теоретические основы технологии битумополистирольных изделий по методу самоуплотнения масс, позволяющие получать полифункциональный материал с улучшенной структурой за счет комплексного воздействиях повышенных температур и давлений в условиях переменного электрического поля.

2. Проведен системный анализ технологии и построена её математическая модель. Определены критерии эффективности отдельных технологических переделов и технологии в целом.

3. На основе исследования математической модели осуществлена оптимизация параметров технологии, установлены их области изменения, обеспечивающие получение материала с оптимальными свойствами, разработана методика подбора состава битумополистирольной смеси (БПС), выбора основных технологических параметров и прогнозирования свойств изделий.

4. Изучены закономерности формирования структуры БПС, и их эволюции при воздействии повышенных давлений и температур в/условиях переменного электрического поля. При этом установлено: равновесие битумополистирольных смесей определяется их дисперсионными свойствами, описание которых правомерно с использованием аппарата химии коллоидов; при самоуплотнении характер изменения интегральных интенсивных величин (давления, температуры, потоков массы и электричества) зависит от взаимодействия фаз на микроуровне. Эта зависимость проявляется в тем большей степени, чем выше дисперсность БПС и чем выше динами4 ка процесса; битумополистирольная смесь сохраняет массопроводность до тех пор, пока существует система сообщающихся капилляров, этот эффект обуславливается снижением поверхностного натяжения на границах раздела фаз; частичная поляризация при наложении внешнего электрического поля дисперсных частиц несущих ДЭС создает благоприятные условия для возникновения адсорбционных контактов как собственно между мицеллами битума, так и на границе раздела битум/полистирол; на втором этапе электропрогрева, в условиях прекращения активного массопереноса, всё большую роль начинают играть реологические характеристики битума, в том числе процессы адгезии и когезии агрегатов битума.

5. Опытно-промышленная апробация технологии дала возможность проверить результаты проведенных исследований и внести необходимые коррективы. Изучена возможность изготовления фасонных изделий и панелей типа "сен-двич". Разработаны рекомендации и дан анализ различных технологических решений. Подготовлен технологический регламент на изготовление битумо-полистирольных изделий.

6. Проведено ТЭО изготовления битумополистирольных изделий, их эффективности, разработаны рекомендации по аппаратурному оформлению и организации технологического процесса. Рассчитанный экономический эффект в ценах 1998 года составляет 39,02 рубля на 1 м изоляции по сравнению с перлитобитумом и 16,54 рубля на 1 м2 по сравнению с минераловатными плитами.

7. Перспективой дальнейших исследований является расширение номенклатуры вяжущих веществ, слагающих матрицу смесей и использование способов формирования поля давлений за счет расширения паро- газо- воздушной смеси, например, в ячеистой структуре.

4.4. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ПРОВЕРКА ИССЛЕДОВАНИЙ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА.

Опытно-промышленная проверка принципов разработанной технологии осуществлена в ходе выпуска опытной партии битумополистирольных изделий на ОАО «Подольские огнеупоры» (Приложение 1.)

Целью производственной проверки являлось получение паро- тепло- гидроизоляционных изделий на основе битумополистирола как плитных, так и фасонных. При этом ставился ряд частных задач:

- изучение возможности применения разработанной математической модели технологии для выбора технологических параметров и прогнозирования свойств материала;

- анализ адекватности проведенных оптимизационных решений реальному технологическому процессу;

- подбор технологического оборудования, обеспечивающего реализацию непрерывного технологического процесса;

- изучение возможности использования битумополистирольных изделий для тепло- гидроизоляции холодильных установок (плиты), для изоляции трубопроводов, в том числе и при их бесканальной прокладке (полуцилиндры), для тепло- гидро- и пароизоляции кровель (конструкции типа "сэндвич").

Рис. 4.10. Технологическая схема изготовления битумополистирольных изделий.

4.11. способы тепловой обработки битумополистирольных изделий: а) электропрогрев при торцевом расположении электродов (панели типа «сендвич»); б) электропрогрев при ложвовом расположении электродов (плиты); в) электропрогрев фасонных изделий (полуцилиндры); г) электропрогрев массива; д,е) контактный прогрев массива: 1- бортос-настка, 2- битумополистирольная смесь, 3- электроды, 4- электропроводка, 5- изолируемая труба, 6- перфорация бортоснастки, 7- направление потока веществ

Опытная апробация технологии полностью подтвердила положения рабочей гипотезы, результаты лабораторных экспериментов и позволила разработать технологическую схему производства, систему контроля технологических параметров и прогнозирования свойств битумополистирольных изделий.

Технологическая линия производства битумополистирольных изделий (рис. 4.10) включает отделения складирования сырья, подготовки глины, приготовления битумной эмульсии (или её стабилизации известью), нодвспенивания полистирола, приготовления битумополистирольной смеси, формования сырца и его тепловой обработки, складирования готовой продукции.

Подготовка глины заключается в следующем. Пластичную глину, поступающую из бункера по конвейеру, измельчают на ножевой глинорезке (стругаче) с помощью которой из глины получают стружку шириной до 50 мм и толщиной 1-1,5 мм. Измельченную глину замачивают водой в мешалке для получения шликера относительной влажностью 74-78 %. Далее шликер поступает к узлу приготовления эмульсии.

Битумную эмульсию готовят следующим образом. Битум подогревают в биту-мохранилище до жидкотекучего состояния и с помощью шестеренчатых насосов перекачивают в бак, снабженный паровым обогревом, где битум нагревается до температуры 140 °С. Затем, битум через дозатор подают в диспергатор, куда одновременно поступает и глиняный шликер температурой 90-95 °С. При непрерывном перемешивании в диспергаторе образуется битумно-глинянная эмульсия, которую в баке-смесителе разбавляют водой до рабочей концентрации.

Подвспенивание бисерного полистирола производится в установках непрерывного действия острым паром при температурах 95-110 °С или в водяной бане. При вспенивании в воде, ее нагревание осуществляют либо непосредственным введением острого пара, либо его пропусканием через змеевик или трубчатые нагреватели.

После подвспенивания выдержка полистирола не обязательна. Степень активности полистирола оценивают по коэффициенту подвспенивания, равному отношению плотности вспененного полистирола к начальной плотности бисерного полистирола.

Битумную эмульсию смешивают с подвспененным полистиролом в горизонтальной мешалке, куда подвспененный полистирол подается из бункера дозатором, а битумная эмульсия из бака-смесителя. Для снижения смятия гранул полистирола в процессе перемешивания вместо лопастей в мешалке рекомендуется натягивать проволочные струны. Относительная влажность смеси, в зависимости от способа формования, составляет 40-45 %.

Формование совмещенное с тепловой обработкой является определяющим технологическим переделом. Этот процесс может осуществляться, в зависимости от вида изделий на конвейере (плиты), в одиночных формах (плиты и конструкции типа "сэндвич"), или на револьверном (карусельном) формовочном агрегате, используемом в технологии плит из полистирольного пенопласта [55]. Принципиальные схемы способов тепловой обработки представлены на рис 4.11.

Карусельный формовочный агрегат (карусельная машина) состоит из круглого стола, на котором размещены в гнездах 9 форм. Стол поворачивается вокруг неподвижной колонны с шагом в 40°, т.е. интервал между поворотами стола равен 4 мин.

На первой позиции из расходного бункера дозатором загружается битумополи-стирольная смесь, далее форма проходит следующие две позиции, где осуществляется электропрогрев смеси и ее самоуплотнение. Отжимаемая при этом вода удаляется через перфорированные поддоны форм и систему вакуумирования. На следующих трех позициях самоуплотнение заканчивается и происходит постепенное остывание изделий с полной релаксацией напряжений. На следующей позиции происходит остывание плит до температуры окружающей среды, объемная усадка изделия при этом не превышает 2 %. При передвижении формы на следующую позицию дно формы поднимают столом с гидроцилиндром, а механизм выталкивателя перемещает готовое изделие на реверсивный конвейер и далее на роликовый конвейер. На последней позиции предусматривается чистка и смазка форм.

Режим электропрогрева (подводимое напряжение, продолжительность его действия) и производные от него электрофизические параметры (рис. 4.12, 4.13) зависят от геометрического размера изделий (расстояния между образующими поверхностями - электродами и их кривизны); требуемой средней плотности изделий, содержания извести в битумной эмульсии.

Промышленная апробация технологии позволила осуществить подбор основного технологического оборудования (приложение ). При выборе оборудования исходили из установленной мощности цеха - 10000 мЗ битумополистирольных изделий в год. Работа цеха предполагалась двухсменной, оборудование обслуживают в каждую смену рабочих.

4.5. ЧАСТНЫЕ СЛУЧАИ РЕАЛИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ: ПОЛУЧЕНИЕ ИЗДЕЛИЙ ТИПА "СЭНДВИЧ" И МАТЕРИАЛА ДЛЯ КОМПЛЕКСНОЙ ИЗОЛЯЦИИ ТРУБОПРОВОДОВ.

Объединение в одном изделии свойств тепло- и гидроизоляционного материала в сочетании со сравнительно высокими эксплуатационными показателями позволяет использовать битумополистирольные изделия при изоляции холодильных установок, тепло- и гидроизоляции трубопроводов, в том числе, и при их бесканальной прокладке. В этих областях применение материалов не ограничивает их невысокая огнестойкость, так как отсутствует непосредственный контакт между изоляцией и средой её окружающей.

Комплексная изоляция наружных стен, перекрытий жилых и промышленных зданий предъявляет определенные (и достаточно жесткие) требования к огнестойкоI сти используемых строительных элементов, их соответствие стандарту DIN 4102. В связи с этим на основе битумополистирола и метода самоуплотняющихся масс разработана конструкция типа "сэндвич". Для наружных слоев (обкладок) используют асбоцементные листы (или другой огнестойкий листовой материал), которые либо наклеивают с помощью битума на ранее отформованные битумополистирольные изделия, либо "приштамповывают" в процессе формования битумополистирольных смесей.

Технология панелей "сэндвич" не имеет принципиальных отличий от технологии битумополистирольных плит или других штучных изделий. В процессе тепловой обработки панелей "сэндвич" электроды размещены на боковых поверхностях (рис.4.12.а), расстояние между которыми превышает в 5 раз расстояние между электродами при традиционном электропрогреве, площадь же, занимаемая электродами в два-три раза меньше. Эти отличия (обуславливающие в том числе и более высокое электрическое сопротивление уплотняемого объема) предполагают использование более жестких режимов электропрогрева (рис. 4.12.6).

Ш № ою- т 1

150 $ 100 50ч о

I I Ш) 1 I 1

30 ч о к 1

1 д ь-^ I

-А

1) 4 8 2

16

2/7 ремя, а///// т

75-i

I,

25[1

200 I

О. & * I

50 200

150

100

30 О

1 / ^ у

1 / 1 1.| . \

1 1 / 1 / Ф \ 1 ^^

4 £ л/////

6)

12

1&

Рис. 4.12. Режимы электропроеграва битумополистирольных изделий (плит)

-1 - электрическое напряжение, В.

-А— - избыточное давление, кПа.

•-• - температура, °С

В результате воздействия на уплотняемый объем повышенных давлений формируются потоки массы, направленные из центральных районов к периферийным зонам. За счет означенного направленного (и вместе с этим регулируемого) массопереноса агрегаты битума, содержащиеся в жидкой фазе, частично выносятся с влагой к наружным образующим поверхностям уплотняемого объема. Эффект формирования переходного слоя обеспечивает хорошую адгезию между битумополистиролом и листами обкладочного материала (переходный слой играет роль клея).

Для беспрепятственного удаления влаги (её отжатия из битумополистирольной смеси) одна из асбоцементных поверхностей выполняется с щелевой перфорацией, что так же способствует лучшему сцеплению между асбоцементными листами и битумополистирольной изоляцией.

Технология изоляции для трубопроводов так же имеет ряд особенностей обусловленных толщинами прогреваемых объемов и условиями тепловой обработки.

Изготовление фасонных изделий (полуцилиндров, скорлуп) может осуществляться на стендах, конвейерным способом или на формовочных машинах. Технология их изготовления основана на тех же принципах, что и технология плит из битумопер-лита. Отличия заключаются в конфигурации применяемых электродов (рис. 4.11.в), конструкции бортоснастки, условиях массопереноса и режимах электропрогрева (рис.4.12.), что при научно обоснованной организации процесса, в том числе, и позволяет получать вариотропные изделия.

Конфигурация электродов, которые являются так же образующими поверхностями уплотняемого объема, должна обеспечивать требуемую форму изделия (полуцилиндра или скорлупы). Площадь внутреннего электрода (определяемого диаметром трубопровода) значительно меньше площади наружного электрода, что предполагает пропорционально большую плотность носителей электрического тока в объемах прилегающих к внутреннему электроду.

Напряженность электрического поля пропорционально количеству носителей электрического заряда (закон Фарадея) [3], а тепловыделение (согласно закону Джоуля-Ленца) [13] пропорционально квадрату напряженности электрического поля. Большие тепловыделения у внутреннего электрода обуславливают быстрейший разогрев объемов, примыкающих к нему, и направление потоков тепла и массы радиально к наружным областям уплотняемого объема.

В соответствии с изложенными принципами возможен электропрогрев битумо-полистирольной смеси, уложенной непосредственно в кожух трубопровода (рис. 4.13). Электрическая фаза подается на стержневые электроды, укладываемые в углах кожуха, нулевой фазой является собственно трубопровод. Опережающий разогрев объемов, примыкающих к внутреннему электроду, и, обусловленные этим, радиальные потоки вещества способствуют, в том числе, и формированию разноплотной структуры материала в радиальном направлении: менее плотная (за счет более полного расширения гранул пенополистирола) во внутренних областях, более плотная и прочная (за счет переноса части агрегатов битума) в областях у наружной поверхности.

Изучение параметров режима электропрогрева панелей типа "сэндвич", фасонной тепло- и гидроизоляции и изоляции укладываемой непосредственно в кожух трубопровода поставило вопрос о разработке методики выбора оптимального для электропрогрева электрического напряжения. Время, необходимое для тепловой обработки при двухстадийном электропрогреве (I 1 и I 2) устанавливалось исходя из подоб-раннных режимов электропрогрева плитных изделий (п.п. 4.3, 4.4). л

I £ у к I

О/, / Г Си

1 —/ 7 щ/ У л о-У

Г- Г пн о: / ,>£- . < кп Л /Г А'7

РАССГОЯМЦ? аЯМ'АУ ¿УУУГРОЛУМ/ А//У су) л

I ! й I I

60

320 т О

7 си / к i НУ У / У V

1 / ш у

1 / -- У ^---^

Рис. 4.13. Выбор электрического напряжения в зависимости от средней плотности битумоплистирольной смеси и расстояния между электродами. а) - первый этап электропрогрева, б) - второй этап электропрогрева.

Как было показано в разделе 3.2.2., требуемое электрическое напряжение является функцией электрического сопротивления смеси и определяет интенсивность тепловыделений в уплотняемом объеме. В свою очередь, электрическое сопротивление (в первом приближении) является функцией токопроводности смеси (в том числе её влажности и концентрации носителей электрических зарядов), расстояния между электродами и средней плотности смеси.

В целях обеспечения условий эффективного тепловыделения в уплотняемом объеме, формирования оптимального поля давлений и эффективного уплотнения структуры были изучены различные режимы прогрева. В результате был рекомендован ступенчатый режим подачи электрического напряжения. Для определения конкретных величин подаваемого электрического напряжения поставлен эксперимент, условия которого представлены в табл.4.6.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Сиденов, Сергей Александрович, 1999 год

ЛИТЕРАТУРА.

1. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановскй Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М."Наука", 1976. 280с.

2. Алексеев М.В. Технология и оборудование для получения изделий из пенопо-листирола. Киев. Укр НИИНТИ, 1968. 41с.

3. Адам Н.К. Физика и химия поверхностей. M-JI. "Иностранная литература", 1974. 352с.

4. Аронов В.А., Стефурак Б.И. Теплоизоляционный материал для комплектно-блочного строительства.// Строительство трубопроводов, 1986, № 10. 32с.

5. Абрамзон A.A. Поверхностно-активные вещества; свойства и применение. JT. "Химия", 1975.248с.

6. Бараховский Б.С. Решение технологических задач в производстве декоративно-акустических материалов методами математического моделирования. Автореф. дисс. канд. техн. наук. М. Изд-во МИСИ, 1984. 21с.

7. Базаров И.П. Термодинамика. М. ГОСФИЗМАТИЗДАТ. 1962. 292с. 8. Бауман В.А., Клушанцев Б.В., Мартынов В.Д. Механическое оборудование предприятий строительных материалов. М. Стройиздат. 1981. 314 с.

9. Бикбау М.Я., Коташевская Г.В., Коршун O.A. Технология изделий из экологически чистых супернаполненных пластмасс (СНП) на основе минеральных наполнителей и термопластов.//Строительные материалы.№ 5. 1997. с. 12_.

10. Бикерт П., Порт К., Роберте В. Иодификация битума высоковязкими полимерами.// Строительные материалы. № 12. 1997. с.22.

11. Вайсман А.Ф., Товкес И.Н., Маркова И.И. Устойчивость битумнополимер-иых композиций к старению под воздействием повышенной температуры и кислорода воздуха.//Строительные материалы. № 12. 1997. с.26.

12. Васильев И.М. Экологические аспекты применения пенополистирольных тепло- и шумоизолирующих плит в строительстве.//Строительные материалы. № 6. 1997. с.20.

13. Вегенер Р.В. Электропрогрев бетонных и железобетонных конструкций. МЛ. ГОССТРОЙИЗДАТ, 1953. 143с.

14. Веденеев Б.В., Михайлов Н.В. Трубопроводный транспорт горячего битума. М. ГОССТРОЙИЗДАТ, 1962. 215с.

15. Вознесенский В.А. Статистические решения в задачах анализа и оптимизации качества строительных материалов. Автореф. дисс. докт. техн. наук. Кишинев. 1970. 44с.

16. Воларович М.П. Исследование реологических свойств дисперсных сис-тем.//"Коллоидный журнал". № 16,3. 1954. 7с.

17. Воробьев В.А., Анлдрианов P.A. Технология полимеров. М. Стройиздат. 1980.247 с.

18. Вялов С.С. Реологические основы механики грунтов. М. "Недра". 1978. 327 с.

19. Галактионов A.B. Ячеистые полимерные материалы (производство и применение в строительстве). Л. Изд-во Дома научно-технической пропаганды. 1965. 384 с.

20. Гейданс И.У. Основные направления оптимизации строительства на севе-ре.//Сб.трудов ЦНИИЭПСельстроя, № 6, Апрелевка 1973. 12с.

21. Гончарик В.Н., Давыдко В.М. Мини- производство полистирольного пено-пласта.//Строительные материалы. № 6. 1997.С.11.

22. Горшков B.C., Тимашев B.B. Методы физико-химического анализа вяжущих веществ. М. Высшая школа. 1963. 286с.

23. Григоров О.Н. Электрокинетические явления. JI. Изд-во ЛГУ, 1973. 196с.

24. Дамаскин Б.Б., Петрий O.A. Введение в электрохимическую кинетику. М. Высшая школа., 1976. 416с.

25. Де Бур Я. Динамический характер адсорбции. М. Иностранная литература, 1955. 290с.

26. Долгополов H.H. Электрофизические методы в технологии строительных материалов. М. ГОССТРОЙИЗДАТ, 1971. 240с.

27. Дьяконов Г.К. Вопросы теории подобия в области физикб-химических процессов. М.-Л. ГОССТРОЙИЗДАТ. 1956. 246 с.

28. Егоров Ю.Л., Масаев В.Ю., Попов В.В. Опыт гидрозащиты и восстановления строительных конструкций.//Строительные материалы. № 12. 1997. с.16.

29. Еремин Н.Ф. Процессы и аппараты технологии строительных материалов. М. Высшая школа. 1986. 280с.

30. Жуков Д.В. Основы теории и техника сушки теплоизоляционных изделий. М. Стройиздат, 1974. 246с.

31. Жуков И.И. Коллоидная химия. Л. Изд-во ЛГУ, 1949. 324с.

32. Жуков А.Д. Технология легкого пенополистиролбетона методом самоуплотняющихся масс. Автореф. дисс. канд. техн. наук. М. Изд-во МИСИ, 1986. 18с.

33. Жуков А.Д., Соков В.В. Теплоизоляционные материалы, полученные методом самоуплотнения масс.//Сб.трудов кафедры ТЭЗ. М. Изд-во МГСУ, 1997. 6с.

34. Кандауров И.И. Механика зернистых сред и её применение в строительстве. М-Л. Стройиздат, 1966. 319с.

35. Кардовский В.М., МИхеев A.A., Аврух Л.Э., Драч О.И. Промышленность полимерных, мягких кровельных и теплоизоляционных материалов. Техническая информация, вып.З. М. ВНИИЭСМ. 1972. 49с.

36. Кисина A.M., Куценко В.И. Полимербитумные кровельные и гидроизоляционные материалы. Л. Высшая школа. 1983. 152 с.

37. Кисина A.M., Ладыженский Л.Л., Попченко С.М. Новые гидроизоляционные и кровельные материалы и их долговечность. Л. Высшая школа. 1983. 142 с.

38. Крашенинников О.Н., Пак A.A., Сухорукова Р.Н. Комплексное использование отходов обогащения железнорудного сырья.// Строительные материалы. № 12. 1997. с.28.

39. Комар А.Г., Римшин В.И., Степанова В.Ф., Савин В.И., Комар A.A. Об эффективности использования твердых и жидких отходов промышленности в строительстве.// Строительные материалы. № 1. 1997. с. 5.

40. Кузменко Н.Е., Чуранов С.С. Общая и неорганическая химия. М. Из-во МГУ, 1977. 474 с.

41. Лейбензон Л.С. Руководство по нефтепромысловой механике. М. ГОС-НТИЗДАТ, 1934. 351с.

42. Лыков A.B., Михайлов Ю.А. Теория переноса энергии и вещества. Минск. ГОСЭНЕРГОИЗДАТ. 1959. 330с.

43. Максимов Ю.В., Капусткин A.A., Козлов В.В. Фадеев В.И., Соловьев Г.К. Технологические аспекты пропиточной гидроизоляции железобетонных конструк-ций.//Строительные материалы. № 8. 1997. с.21.

44. Мазалов А.Н., Михайлик Ю.Н. Техническая оценка и выбор изоляционных материалов для строительства и ремонта.// Строительные материалы. № 12, 1997. с.4.

45. Масаев В.Ю., Полякова Т.Л. Новые материалы для гидроизоляционных работ, усиления фундаментов и реконструкции сооружений.// Строительные материалы. №3. 1997. с.19.

46. Мееревич К.Н. Крупнейший производитель мягких кровельных материалов в современных условиях.// Строительные материалы. № 12, 1997. с.2.

47. Меркин А.П.,Тейданс И.У. Поризованные материалы для строительства наземных сооружений газовой и нефтяной промышленности. Обзор ВНИИГазпром. М. 1973.46с.

48. Михайлов Н.В. Новые строительные характеристики битумов и цементов по структурно-механическим свойствам. Автореф. дисс. докт. техн. наук. М. 1956. 28с.

49. Михайлов Н.В., Лихтгейм A.M. Исследование полных реологических кривых и формулы для расчета эффективной вязкости структурированных жидкостей с моле-кулярно-кинетической интерпретацией входящих в них членов.// Коллоидный журнал. № 5,17. 1955. 12с.

50. Мишина Г.В. Технология гипсополистирольных изделий из самоуплотняющихся масс методом электропрогрева. Автореф. дисс. канд. техн. наук. М. Из-во МИ-СИ. 1984. 18с.

51. Москалев Ю.Г. Полимеры - будущее мягких кровельных материалов. //Строительные материалы. № 12. 1997. с.8.

52. Налимов В.В., Чернова H.A. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. М. "Наука". 1965. 340 с.

53. Нехорошев A.B. Теоретические основы технологии тепловой обработки неорганических строительных материалов. М. Стройиздат. 1978. 232 с.

54. Нечаев Г.А., Титов А.Г. Комплексные тепло-гидро-изоляционные материалы и их применение в строительстве. Л. Стройиздат. 1972. 253 с.

55. Перегудов В.В., Роговой М.И. Тепловые процессы и установки в технологии строительных изделий и деталей. М. Стройиздат. 1983. 416 с.

56. Павлов В.А. Пенополистирол. М. "Химия" 1973. 123с.

57. Плеханов В.В. Изоляционная битумная лента (ЛИБ) для покрытия магистрального нефтепровода.// Строительные материалы. № 8. 1997. с.8.

58. Полак А.Ф., Бабков В.В. К теории прочности пористых тел.// Физико-химическая механика дисперсных структур. М."Наука" 1966. с.39.

«

59. Попенко С.М. Гидроизоляция сооружений и зданий. Л. Стройиздат. 1981.

212с.

60. Ребиндер П.А. Избранные труды. М. "Наука", 1978-79. Т 1 и 2.

61. Ребиндер П.А. Процессы структурообразования в дисперсных систе-мах.//Физико-химическая механика почв, грунтов, глин и строительных материалов. М. Стройиздат. 1966. 324 с.

62. Рейнер М. Десять лекций по теоретической реологии. М. ГОСТЕХИЗДАТ. 1947, 143 с.

63. Ричардсон М. Промышленные полимерные композиционные материалы. М. "Наука". 1980. 3220 с.

64. Романков П.Г., Рашковская Н.Б., Фролов В.Ф. Массообменные процессы химической технологии. Л. "Химия". 1975. 352 с.

65. Рохваргер А.Е.,' Шевяков А.Ю. Математическое планирование научно-технических исследований. М. "Наука". 1975. 440с.

66. Руководство по приготовлению кровельных мастик и эмульсий. ЦНИИ про-мзданий. М. 1970. 34 с.

67. Румянцев Б.М., Журба В.П. Тепловые установки в производстве строительных материалов и изделий. М. Высшая школа. 1991.160 с.

68. Румянцев В.А. Современные строительные технологии - пятилетний опыт применения.// Строительные материалы. № 12. 1997.с.11.

69. Соков В.Н., Лабзина Ю.В., Федосеев Г.П. Лабораторный практикум по технологии отделочных, теплоизоляционных и гидроизоляционных материалов. М. Высшая школа. 1991. 112 с.

70. Соков В.Н., Жуков А.Д. Технология комплексного паро-, тепло- и гидроизоляционного материала из самоуплотняющихся масс.//Строительные материалы. № 12.1997. с.24

71. Соков В.Н., Жуков А.Д. Теоретические основы создания теплоизоляционных материалов в условиях гидротеплосилового воз действия.//Известия вузов. № 9. 1998. с.47.

72. Соков В.Н., Жуков А.Д. Подкорытова Г.О. Технология изоляционного материала многофункционального назначения. Тезисы докладов российско-польского семинара. "Теоретические основы строительства". Варшава. 1997.

73. Соков В.Н., Мишина Г.В., Жуков А.Д., Джандарбеков Б.А. Использование отсева полистирола в производстве строительных изделий и легковесных огнеупо-ров.//Сб.трудов МИСИ. М.Изд-во МИСИ. 1989.

74. Справочник по производству теплозвукоизоляционных материалов. Под ред. Спирина Ю.Л. М. Стройиздат. 1975. 431 с.

75. Степухович А.Д., Улицкий В.А. Лекции по статистической физике. М. Высшая школа. 1978. 150с.

76. Тенешева О.Б., Логачев С.Ю. Бесфенольный пенопласт "БП-17/ Строительные материалы. № 1. 1997. с.21.

77. Шалыт С.Я., Михайлов Н.В., Ребиндер П.А. Влияние активного наполнителя и растворителя на структурно-механические свойства битумов.//- Коллоидный журнал. № 19,20. 1957. 17с.

78. Фейман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Феймановские лекции по физике. М. "Мир". 1977. Т 5,6,7.

79. Федоров В.Н., Сенченко Л.П. Электрообогрев.// Результаты научно-исследовательских работ и внедрения их в производство. М. 1984.

80. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. Л."Химия. 1984. 368с.

81. Хартман К., Лецкий Э. Шефер В. Планирование эксперимента в исследованиях технологических процессов. М."Мир". 1977. 462 с.

82. Химмельюлау Д. Анализ процессов статистическими методами. М. "Мир". 1973. 958 с.

83. Экспресс-информация. Серия 6. Технология и производство тепло-звукоизоляционных материалов на основе полимеров. Вып.П. 1984. 12с.

84. Ярмоленко Н.Г., Искра Л.И. Справочник по гидроизоляционным материалам для строительства. Киев. Будивельник. 1984. 418 с.

85. Яхонтова Н.Е., Голубова Г.А. Гончаров В.И. Смирнов А.Г. Свойства композиционных пенопластов, наполненных гранулами пеностекла.//Строительные материалы. №12. 1985. с.19.

86. Autenrith В. Baumbauteile aus Stiropor-Beton. Baupraxis. 1974. № 1, s.23.

87. Kirk R.E., Otmer D.F. Encyclopedia of chemical technology. V.G. The Interscience Encyclopedia Inc. N.Y. 1952. s.584.

88. Kloker W., Niesei H., Will M. Polisterbeton und Kunststein, Teil 2. "Betonwerk -Fergtigteil - Technik". 1975. № 4. s.157.

89. Metzner A.B. Recent Developments in the Engineering Aspects of Reology. Ne-warcA Delawer (USA). 1958. 247s.

90. Sossman V. Zightweig Plastic - aggregat concrete. T. Amer. Concret Inst. 1975. № 7.S.321.

91. Ulmans Encyclopedie der Tecnischen Chemie. Urban - Schwarzenberg, MünchenBerlin, 1960. s. 612.

92. A.C. 531792 (СССР). Способ изготовления теплоизоляционных изделий. Ти-мофеенко Л.П. Опубл. Б.И. № 38 1976.

93. A.C. 586144 (СССР). Способ изготовления строительных изделий. Горлов Ю..П.,Соков В.Н. и др. Опубл. Б.И. № 48 1977.

94. A.C. 808458 (СССР). Способ изготовления теплоизоляционных изделий. Перегудов В.В., Сокова С.Д. Опубл. Б.И. № 8 1981.

95. A.C. 833905 (СССР). Способ изготовления теплоизоляционных изделий. Устьянов В.Б., Иващенко В.В. Опубл. Б.И. № 20 1981.

96. A.C. 870387 (СССР). Способ изготовления теплоизоляционных изделий. Горлов Ю.П., Соков В.Н., Мишина Г.В.и др. Опубл. Б.И. № 37 1981.

97. A.C. 876621 (СССР). Композиция для изготовления теплоизоляционного материала. Горлов Ю.П., Соков В.Н., Мишина Г.В.и др. Опубл. Б.И. № 40 1981.

98. A.C. 885202 (СССР). Композиция для изготовления теплоизоляционного материала. Горлов Ю.П., Соков В.Н., Мишина Г.В.и др. Опубл. Б.И. № 44 1981.

99. A.C. 1247373 (СССР). Способ изготовления теплоизоляционных изделий. Соков В.Н., Жуков А.Д., Мишина Г.В. и др. Опубл. Б.И. № 28 1986.

100. A.C. 1551704 (СССР). Способ изготовления легкобетонных изделий. Соков В.Н., Жуков А.Д., Мишина Г.В. и др. Опубл. Б.И. № 28 1986.

101. Патент РФ 2016868. Способ изготовления теплоизоляционного материала. Соков В.Н., Гранев В.В., Жуков А.Д. и др. Опубл. Б.И. № 14 1994.

102. Патент РФ 2016869. Композиция для теплоизоляционного материала. Соков В.Н., Гранев В.В., Жуков А.Д. и др. Опубл. Б.И. № 14 1994.