CC BY
2Ox*Y*Z* необходимо выполнить линейное преобразование рассмотренных выше уравнений с матрицей направляющих косинусов.
Условие равновесия каждого у'-го узла рамы (у = 1.2.3...., п ), который является началом шн и концом mR стержней в матричной форме в единой системе координат, имеет вид:
шн шн
Е |^*н| + Е |^1*к| = |Р/|,
где * - символ матрицы элементов относительно единой системы координат;
| Р/ | - матрица-столбец внешних нагрузок, приложенных в' -ом узле.
Если стержневая система имеет п узлов, то условия равновесия, указанные выше, образуют систему 6п линейных уравнений относительно 6п неизвестных. Решением этой системы определяются внутренние усилия, перемещения и углы поворота
всех узлов конструкции в единой системе координат. Далее легко перейти к местной системе координат.
Таким образом, получен обобщенный алгоритм, позволяющий проводить анализ напряженно -деформированного состояния и частот собственных колебаний плоских и пространственных стержневых систем. Данный алгоритм апробирован при решении задач прочности различных конструкций приборов и систем машиностроительного профиля. Однако он может быть эффективно использован при исследовании биомеханических систем и в частности при анализе биомеханики остеосинтеза переломов стержневыми аппаратами внешней фиксации и пластинами ТХР.
Список литературы
1. Кормилицын О.П., Санкин Ю.Н., Малышев Ю.Н. Алгоритмы и программы анализа плоских и пространственных стержневых систем. М: ЦНТИ «Поиск», 1981.
Шаманов В.А.
кандидат технических наук, доцент, Пермский национальный исследовательский политехнический
университет Курзанов А.Д.
аспирант, ассистент, Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Леонтьев С.В.
старший преподаватель, Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Анферов Е.П.
студент, Пермский национальный исследовательский политехнический университет АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИЙ ИЗ НЕАВТОКЛАВНОГО ГАЗОБЕТОНА
ANALYSIS OF THE NON-AUTOCLAVED AERATED CONCRETE PRODUCTION PROCESS
Shamanov V.A.,
Perm National Research Polytechnic University, associate professor, candidate of technical sciences
Kurzanov A.D.,
Perm National Research Polytechnic University, assistant, postgraduate student
Leont'ev S.V.,
Perm National Research Polytechnic University, senior lecturer
Anferov E.P.,
Perm National Research Polytechnic, student
АННОТАЦИЯ
В статье приведен анализ технологического процесса производства изделий из неавтоклавного газобетона по литьевой технологии. Выделены основные процессы и операции. Раскрыто понятие оптимальной структуры газобетона, а также выражены условия ее получения. Отмечена проблема оперативного управления технологическим процессом на разных производственных переделах. ABSTRACT
The analysis of technological process of aerated concrete production by molding technology was given in this article. The basic processes and operations were allocated. The definition of the aerated concrete optimal structure was solved, and also the conditions of its reception were identified. The problem of the production process operational management the at different production stages was noted.
Ключевые слова: неавтоклавный газобетон, технологический процесс производства, факторы, качество, структура
Keywords: non-autoclaved aerated concrete, the manufacturing process, factors, quality, structure
Газобетон - искусственный пористый строи- экологичен, прост в применении, позволяет возво-тельный материал, обладающий уникальными дить однослойные ограждающие конструкции без свойствами. Этот материал надежен, долговечен, использования дополнительных утеплителей при
условии соблюдения требований по теплопередаче [1, 2].
Производство неавтоклавного газобетона (НГБ), как и любого другого строительного материала, должно обеспечивать создание готового продукта высокого качества при минимальных затратах. Технологический процесс производства (ТИП) является сложным, имеющим иерархическую структуру, состоящую из множества элементарных операций и постов [5, 6]. Выпуск качественной продукции подразумевает четкое понимание процессов, протекающих на каждой стадии производства, а также умение управлять этими процессами.
Схема технологического процесса производства изделий из неавтоклавного газобетона представлена на рисунке 1. ТИП НГБ начинается с подготовки сырьевых материалов. Песок по системе ленточных транспортеров подается из расходного бункера в весовой дозатор, при этом он просеивается через сито для удаления крупных посторонних включений. Готовится необходимое количество алюминиевой суспензии - смеси алюминиевой пасты с водой, как правило, на несколько замесов вперед. Вода в промежуточном бункере разогревается до заранее заданной температуры.
Рис. 1. Схема ТПП изделий из неавтоклавного газобетона
Следующим этапом производства является дозирование исходных компонентов в соответствии с утвержденной рецептурой и их подача в газобетоносмеситель (ГБС) в определенной последовательности.
Первым компонентом, поступающим в смеситель, является вода, дозированная с помощью массового расходомера. Одновременно с небольшим
запаздыванием дозируются и подаются в ГБС химические добавки - №ОН и ускорители твердения, если они входят в состав рецептуры. Далее наступает очередь твердых компонентов - песка и портландцемента, причем последовательность их загрузки (песок-вяжущее или вяжущее-песок) может быть различна и определяется экспериментальным путем. По данным авторов настоящей работы эта
последовательность не оказывает существенного влияния на качество готового продукта.
В последнюю очередь в ГБС подается газооб-разователь в виде суспензии. Равномерное распределение частичек алюминия в растворе за минимальный промежуток времени - сложная производственная задача. Поэтому важно найти оптимальное время перемешивания, при котором газообразователь максимально полно распределится в смеси, при недопущении начала процесса газообразования в смесителе.
В некоторых случаях вместо каустической соды (№ОН) в технологии неавтоклавного газобетона применяется воздушная известь (СаО). Преимущества использования извести заключаются, во-первых, в дополнительном разогреве смеси за счет тепла, выделяемого при ее гашении. Во-вторых, использование СаО положительно сказыва-
ется на прочностных показателях готового продукта. С другой стороны, существенные колебания численных значений свойств данного компонента усложняют технологию производства НГБ: возникает необходимость оперативной корректировки состава смеси в зависимости от качества извести, что не всегда осуществимо на производстве. При использовании извести она подается в смеситель перед газообразователем.
Результаты определения оптимального режима перемешивания представлены в таблице 1.
После приготовления смеси она выгружается в подготовленную (почищенную, собранную и смазанную) форму. Далее форма со смесью по рельсовому пути перемещается в камеру тепловой обработки, в которой созданы благоприятные условия для протекания процессов структурообразования будущего материала.
Таблица 1
Порядок загрузки и время перемешивания компонентов
№ п/п Материал Время перемешивания Общее время Прим.
При использовании каустической соды
1 Вода
2.1 Каустическая сода 1 - 1,5 мин 1 - 1,5 мин
2.2 Прочие хим. добавки при наличии
3 Портландцемент 1 мин 2 - 2,5 мин
4 Песок 2 мин 4 - 4,5 мин
5 Газообразователь 0,5-1,5 мин 5-6 мин
При использовании воздушной извести
1 Вода
2 Прочие хим. добавки 1 - 1,5 мин 1 - 1,5 мин при наличии
3 Портландцемент 1 мин 2 - 2,5 мин
4 Песок 1 мин 3 - 3,5 мин
5 Воздушная известь 2 мин 5 - 5,5 мин
6 Газообразователь 0,5-1,5 мин 6-7 мин
Процессы структурообразования включают в себя вспучивание массива и последующее закрепление межпоровой матрицы за счет гидратации минералов портландцемента. Вспучивание, т.е. пори-зация растворной смеси, протекает за счет водорода, который образуется в результате реакции газообразования. Визуально этот процесс представляется в виде увеличения уровня массива (рисунок 2, кривая Н=Н(т)).
Продолжительность поризации растворной смеси (Твспуч2) составляет в среднем 15-30 минут, однако в некоторых случаях вспучивание протекает гораздо быстрее (5-7 мин). Скорость газообразования влияет на характер макропористости материала: интенсивное газовыделение влечет за собой отклонение структуры от оптимальной.
Рис. 2. Формирования макропористости газобетона
Оптимальной является та структура ГБ, для которой верны следующие утверждения:
1. Поры сферичны и не соединены между собой, т.е. значения закрытой пористости для материала должно стремиться к значению общей пористости.
2. Распределение пор по размеру - многомодальное, т.е. средний диаметр пор колеблется в диапазоне 0,5 - 2 мм.
3. Межпоровая перегородка максимально плотная, граница раздела твердой и газовой фазы представляет собой глянцевую поверхность.
При интенсивном вспучивании газовые поры сливаются друг с другом с образованием крупных пустот и раковин (рисунок 3). Также наблюдается чрезмерное газовыделение с поверхности массива, что свидетельствует о появлении вертикально
направленных капилляров, через которые избыточный газ покидает толщу массива. Все это негативно сказывается на структуре, снижая, в конечном итоге, качество материала. Авторами работы экспериментально доказан тот факт, что равномерное и растянутое во времени вспучивание благоприятно влияет на свойствах готового продукта.
Параллельно с процессом вспучивания протекает процесс упрочнения массива. Минералы портландцемента, взаимодействуя с водой, образуют гидросиликаты кальция различного состава, являющиеся носителем прочности ГБ. По истечению определенного времени газобетонная смесь набирает такую пластическую прочность, при которой вспучивание под действием выделяющегося газа становится невозможным (т. А с координатами (Тпласт0, Rпласт1) на диаграмме R=R(т), рисунок 2).
Рис. 3. Оптимальная (А) и неоптимальная (Б) структура газобетона
Критически важно при производстве изделий из ГБ обеспечить согласованность процессов вспучивания и упрочнения массива [3, 4, 7]. Математическое выражение согласованности по графику на рисунке 2 выглядит следующим образом:
Т0 _ т2 _^ п
1 пласт 1вспуч 0
Т° > Т2
пласт вспуч
Несоблюдение этого условия приводит к появлению брака, т.е. продукции неудовлетворительного качества.
После стабилизации массива пластическая прочность сырца продолжает увеличиваться, через
некоторое время она достигает такого значения (тпластрасп), когда борта могут быть сняты, а массив отправлен на пост резки и калибровки.
Продолжительность набора распалубочной прочности различна и зависит от следующих факторов: В/Т отношение, температура смеси во время заливки, температура в камере тепловой обработки, сроки схватывания вяжущего. Кроме того, использование добавок-ускорителей сокращает этот этап. Средние значения продолжительности этого этапа представлены в таблице 2.
Таблица 2
Зависимость времени набора распалубочной прочности от различных факторов
№ п/п Технология В/Т Температура в камере, °С Добавки Продолжительность, мин
1 Ударная 0,32 40-45 - 80-100
2 Ударная 0,32 40-45 CaCl2 45-60
3 Литьевая 0,38 40-45 - 150-180
4 Литьевая 0,38 40-45 CaCl2 120-140
5 Литьевая 0,42 40-45 - 180-210
6 Литьевая 0,44 40-45 - 220-240
7 Литьевая 0,44 40-45 CaCl2 160-180
8 Литьевая 0,44 55-60 - 200-220
Резка осуществляется витыми струнами, ленточными или дисковыми пилами в зависимости от выбранной технологической линии. Данная технологическая операция на большинстве заводов НГБ осуществляется в автоматическом режиме, при этом заранее задаются необходимые данные по геометрическим размерам блоков. После резки распиленные массивы на поддонах поступают на пост ТВО.
Тепловлажностная обработка осуществляется в специальных теплоизолированных камерах чаще всего проходной конструкции. Необходимые условия создаются за счет применения парогенераторов. Оптимальная температура в камере - 70-80 °С. Продолжительность этой операции в зависимости от цикличности линии составляет 6-12 часов.
Заключительным этапом производства изделий является их упаковка и транспортировка на склад готовой продукции.
В настоящий момент технология производства НГБ такова, что уровень реализации оперативного управления минимален. Как правило, технология в определенной степени отлажена, и от цикла к циклу параметры ТП остаются неизменными. Необходимость изменения параметров (чаще всего, состава либо температуры смеси) возникает в случае отклонения режима от оптимального, что проявляется, например, при недовспучивании массива, либо при увеличении времени достижения распалубочной пластической прочности. Подобные отклонения компенсируют изменениями состава (добавлением газообразователя либо увеличением расхода ускорителя схватывания), однако длительность переходных процессов, т.е. времени до вхождения процесса производства в оптимальный режим, может составить несколько циклов. Продукция, выпущенная в этот период, будет характеризоваться пониженным качеством.
Для повышения качества технологического процесса необходимо внедрять системы оперативного управления процессом, что на сегодняшний день на предприятиях не реализовано.
В заключение необходимо отметить, что ТПП изделий из неавтоклавного газобетона чрезвычайно сложен и энергоемок. Кроме того, оперативное управление отдельными процессами (например, макроструктурообразованием при литьевой технологии) на всех за небольшим исключением заводах отсутствует, что негативно сказывается на качестве готовых изделий. Таким образом, выпуск изделий высокого качества - трудная задача, решаемая опытными технологами в условиях определенного уровня автоматизации и механизации производства.
Список литературы
1. Волженский, А.В. Изготовление изделий из неавтоклавного газобетона / А.В. Волженский, Ю.Д. Чистов // Строительные материалы. - 1993. -№ 8. - С. 12.
2. Голованов, В.Т. Новые перспективы применения газобетона / В.Т. Голованов // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века.-2013. - №4. - С.16.
3. Кривицкий, М.Я., Левин, Н.И., Макарычев, В.В. Ячеистые бетоны (технология, свойства и конструкции) / М.Я. Кривицкий, Н.И. Левин, В.В. Макарычев. - М.: Стройиздат, 1972. - 136 с.
4. Куннос, Г.Я. Элементы технологической механики ячеистых бетонов / Г.Я. Куннос, В.Х. Лапса, Б.Я. Линденберг [и др.]; под редакцией Г.Я. Кун-носа. - Рига: Зинатие, 1976. - 96 с.
5. Мартыненко, В.А. Справочник специалиста лаборатории завода по производству газобетонных изделий / В.А. Мартыненко, Н.В. Морозова. - Днепропетровск: ПГАСА, 2009. - 308 с.
6. Сажнев, Н.П. Производство ячеистобетон-ных изделий: теория и практика / Н.П. Сажнев, Н.Н. Сажнев, Н.Н. Сажнева, Н.М. Голубев. - 3-е изд., пе-рераб. и доп. - Минск: Стринко, 2010. - 464 с.
7. Федин, А.А. Исследование процессов формирования макроструктуры силикатного ячеистого бетона / А.А. Федин, Е.И. Шмитько // Тр. Проблемной лаб. силикатных материалов и конструкций. ВИСИ. - Воронеж: ВГУ, 1970, вып. 2, - С. 116.
Кусова И.В.
ФГБОУ ВО Уфимский государственный авиационный технический университет, к.т.н., доцент кафедры безопасности производства и промышленной экологии
Гайсина А.И.
ФГБОУ ВО Уфимский государственный нефтяной технический университет, студент РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ ВЫБРОСОВ УСТАНОВКИ ЭЛОУ-АВТ
THE DEVELOPMENT OF EMISSION CLEANING TECHNOLOGY INSTALLATION CDU-AVT
Kusova I. V.,
FGBOU IN « Ufa State Aviation Technical University», associate professor at the Department of Production Safety and Industrial Ecology Gaysina A.I.,
FGBOU IN «Ufa State Petroleum Technological University», student
АННОТАЦИЯ
Проведен анализ негативного воздействия установки ЭЛОУ-АВТ на атмосферу. Показано, что одним из источников поступления загрязняющих веществ в атмосферу являются трубчатые печи ЭЛОУ-АВТ.
