CC BY
11
Криштапович В.И., Мокрицкая О.В. Исследование тепломассопере-носа в процессе сушки древесины как многофазной структуры
Приведена математическая модель реологического поведения древесины как трехфазной среды, состоящей из твердой (древесного вещества), жидкой и паровоздушной фаз, с учетом анизотропии тепломеханических характеристик. На основе разработанных математических моделей и прикладных программных средств исследована динамика изменения температуры, влагосодержания, концентрации жидкости, пара и паровоздушной смеси и вязкоупругого деформирования древесины в процессе сушки. Установлены закономерности влияния технологических факторов конвективного процесса сушки на процессы тепломассопереноса древесины различных фаз.
Ключевые слова: математическая модель, вязкоупругое деформирование, тепло-массоперенос, многофазная система, древесина, сушка древесины.
Kryshtapovich V.I., Mokrytska O. V. The Study of Heat and Mass Transfer in the Drying of Wood as Multiphase Structure
A mathematical model of rheological behaviour of wood as a three-phase medium consisting of solid (woody matter), liquid and vapour phases taking into account the thermal ani-sotropy of mechanical properties, is presented. Based on the developed mathematical models and software applications dynamics of changes in temperature, moisture content, concentration of liquid, steam and vapour-air mixture and viscoelastic deformation of wood in the drying process. The regularities of technological factors of convective drying process for heat and mass transfer processes of wood of different phases are defined.
Keywords: mathematical model, viscoelastic deformation, heat and mass transfer, multiphase systems, wood timber.
УДК614.841 Доц. О.В. Лазаренко, канд. техн. наук; курсант Т.Я. Боднарук;
доц. В.Б. Лож, канд. техн. наук; слухач С.В. Гарник -Львiвський ДУ безпеки життeдiяльностi
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛ1ДЖЕННЯ ПЩВИЩЕННЯ ВОГНЕЗАХИСТУ МЕТАЛЕВИХ КОНСТРУКЦ1Й ВЕРМИКУЛ1ТО-СИЛ1КАТНИМИ ПЛИТАМИ
Запропоновано використання вермикулгго-силжатних плит для тдвищення вог-незахисту металевих бущвельних конструкций. На осж^ проведеного експерименту виявлено, що вермнкул^о-силшатш плити е негорючими. Оцшено вогнезахисний ефект вермикул^о-силшатних плит завдяки хiмiчним процесам, яю вщбуваються у вер-микулiтi. Проаналiзовано вогнезахисний ефект з визначенням вогнестшкост внаслiдок впливу стандартного температурного режиму пожеж^ Експериментально визначено вогнестiйкiсть плити за втратою теплоiзоляцiйноï здатностi, а також процеси та фазовi перетворення, якi вiдбуваються у вермикулiто-силiкатнiй плит пiд час нагршання.
Ключовi слова: вермнкулто-сплжатш плити, вогнестiйкiсть, вогнезахисний ефект, фазовi перетворення, металевi будiвельнi конструкцп, група горючостi.
Вступ. У будiвництвi icHye тенденция у зведення будiвель i споруд, якi потребують застосування нових технологiй для економiï будiвельних матерiалiв (цегли, дерева, залiзобетону), та зменшення навантаження на фундаменти i конструкцп каркасш i впровадження технологш пiдвищення вогнестiйкостi бу-дшельних конструкцш. Тому виникае потреба у створенш нових видш конструкцiйно-оздоблювальних виробiв, здатних забезпечити стабiльнiсть експлуатацiйних властивостей у широкому штерв^ температур, високу есте-
Наукрвий вкник НЛТУ Украши. - 2G15. - Вип. 25.9
тичнкть та еколопчну безпекy. Одним i3 способiв пiдвищення вогнестiйкостi е зaxист вогнестшкими веpмикyлiто-силiкaтними плитами.
До нaйпошиpенiшиx мaтеpiaлiв, що викоpистовyють y бyдiвництвi, на-лежить метал, що мае високу мiцнiсть, стiйкiсть до меxaнiчниx нaпpyжень, теx-нологiчнiсть, але i мае певш недолiки, а особливо, високу теило^ов^^ст Це пpизводить до того, що в yмовax пожежi швидко пpогpiвaeться до темпеpaтypи, що пеpевищye 400-500 °С, внaслiдок навантаження в металевж констpyкцiяx pозвивaються темпеpaтypнi дефоpмaцiï [1, 2]. Межа вогнестiйкостi незaxище-ниx метaлевиx констpyкцiй становить REI 10-15.
Постановка проблеми. Для шдвищення вогнестшкосп метaлевиx нес-ниx констpyкцiй викоpистовyють вогнезaxиснi екpaни. Основною вимогою до циx екpaнiв е здатнкть витpимyвaти високi темпеpaтypи та забезпечити не^о-xiднiсть теплово!' дй' негативна фaктоpiв на повеpxню мaтеpiaлy, який 3axn-щаеться для пiдвищення межi вогнестiйкостi.
Одним i3 ефективниx способiв пiдвищення вогнестiйкостi метaлевиx констpyкцiй е нанесення вогнезaxисниx покpиттiв та облицювань, якi подшя-ють на пасивш та pеaктивнi вогнезaxиснi покpиття [3]. На сьогодш е дyже ши-pокий aсоpтимент вогнезaxисниx покpиттiв, що впливае на вибip оптимального вогнезaxисного покpиття.
Мета роботи - пpоведення експеpиментaльниx дослiджень i3 визначен-ня гpyпи гоpючостi та вогнезaxисного ефектy ВСП для метaлевиx бyдiвельниx констpyкцiй, як обфунтування пiдвищення ïx вогнестшкосп.
Методики проведення дослщжень. Згiдно з [4], суть методy ви^обу-вань експеpиментaльного визначення негоpючиx твеpдиx pечовин i мaтеpiaлiв полягае у впливi на зpaзок, pозтaшовaний у печ^ iз заданими пapaметpaми (тем-пеpaтypa становить 750±50С).
Для пpоведення ви^обування пiдготовлено два фpaгменти веpмикyлiто-силшатно1 плити тaкиx pозмipiв: висота 50 мм, дiaметp 45 мм. П1д час ^ове-дення експеpиментaльниx дослщжень pеeстpyвaли темпеpaтypy в печi, у ^rnpi i на повеpxнi зpaзкa до досягнення темпеpaтypного балансу тpьоx теpмопap, фiксyвaли його тpивaлiсть та втpaтy маси зpaзкa.
Згiдно з [5], ви^обування полягае у на^Ы за стaндapтним темпеpaтyp-ним pежимом дослiдниx фpaгментiв, до настання ноpмовaниx стaнiв для цieï констpyкцiï з вогнестшкосп. Для пpоведення випpобyвaння виготовлено два фpaгментa дослiдного зpaзкa констpyкцiï. Зpaзок, який потpiбно зaxистити -листова сталь Ст-5 товщиною 5 мм, як вогнезaxисний шap викоpистaно ВСП товщиною 20 мм зi загальними pозмipaми констpyкцiï 220x160x24 мм фис. 1).
Пеpед пpоведенням ви^обування фpaгменти кондищонують у теpмо-шаф^ яка вентилюеться за темпеpaтypи 60±5 °С пpотягом 24 год. Вогневе ви^о-бування фpaгментiв здiйснено в електpопечi СНОЛ-1,6.2,0.0,8/9-М1 УХЛ4,2 [6]. Для фшсування темпеpaтypи пiд час експеpиментaльниx дослiджень пiдiбpaно комплект ТХА довжиною 1-1,5 м з iзоляцieю iз кеpaмiчного намиста. Теpмопa-pи в печi та теpмопapи у дослдаому зpaзкy пiд'eднaли до pегyлятоpa-вимipювa-ча РТ 0102-8-К [6], якi шд'еднали до пеpсонaльного комп'ютеpa.
Рис. 1. Загальт розмiри доЫдного зразка та схема розташування термопар:
а) габаритт розмiри; б) розрiз: 1 - вермикулто-силжатна плита;
2 - листова сталь Ст-5; Тп - термопара в печi; 1 - на обiгрiвальнiй поверхш;
2 - мiж шарами конструкци; 3 - на не обiгрiвальнiй поверхт
Зпдно з ДСТУ Б В.2.7-19-95 "Матерiали будiвельнi. Методи випробу-вань на горючють", визначено групу горючосп речовин i матерiалiв. Суть методу випробувань експериментального визначення негорючих твердих речовин та матерiалiв полягае у впливi на зразок, розташований у печ^ iз заданими параметрами (температура становить 750±5 °С). Пiд час експериментальних досль джень реестрували температуру в печ^ у центрi i на поверхнi зразка до досяг-нення температурного балансу трьох термопар, фшсували його тривалiсть та втрату маси зразка. За результатами випробувань проведено класифжацш ма-терiалiв.
Експериментальш дослщження. Для проведення випробування тдго-товлено два фрагменти вермикулiто-силiкатноí плити таких розмiрiв: висо-та 50 мм, дiаметр 45 мм. Випробування тривало протягом 30 хв. Результати по-казникiв термопар зображено на рис. 2. Шд час вогневого випробування фраг-ментiв № 1 та 2 встановлено, що температура ззовш цього фрагмента не пере-вищувала температуру печi i не виникало горiння.
Рис. 2. Змта температури фрагмента № 1 вермикулЫо-силЫатног плити:
Тп - температура у печi; Т1 - показник термопари ззовш плити; Т2 - показник термопари всередин плити
Шсля проведення випробувань виконано демонтаж дослщних фрагмен-пв для ощнювання стану (рис. 3).
Науковий вкник НЛТУ Украши. - 2015. - Вип. 25.9
Шд час вогневого випробування для визначення вогнезахисно' ефектив-ностi ВСП фрагмента № 1 встановлено, що втрата вогнестшкосп за ознакою теплоiзоляцiйноí здатностi настала на 39-й хв, зовшшня необiгрiваюча повер-хня плити прогртася стрибкоподiбно на 183 °C, тобто температура на зов-нiшнiй перевищила критичну температуру 180 °C (рис. 4). Шд час випробу-вань було максимальне вiдхилення вiд стандартного температурного режиму пожежi до 2,5 %, що е допустимо.
Рис. 3. Випробування вермикулШо-силЫатног плити:
а) фрагмент № 1 до випробування; б) фрагмент № 1 тсля випробування
Рис. 4. Змта температури фрагмента вермикулШо-силжатног плити № 1 вермикулШо-силтатног плити: Tst - стандартна температурна крива; Тп - температура в neni; Т1,2 - показники термопар
Шсля проведення випробувань здшснено демонтаж дослщних фрагмен-TiB для ощнювання стану (рис. 5
Рис. 5. Випробування вермикулто-силЫатног плити:
а) фрагмент до випробування; б) фрагмент № 1 тсля випробування
Висновки:
1. Встановлено, що вермикулгго-силжатна плита е негорючою;
2. Вогнестшюсть плити за втратою теплоiзоляцiйноï здатностi становить 38 хв;
3. З'ясовано, що 3i збiльшенням температури у ne4i процес зростання темпе-ратури на не обiгрiвальнiй поверхнi плавно зростае протягом 8-10 хв до температури 90-105 °C, потiм залишаеться сталим до 10-15 хв. Щд час цього перiоду видно, як випаровуеться хiмiчно-зв'язана вода з вермикулгто-вого концентрату, пiсля чого стрибкоподiбно зростае. Таким чином, можна стверджувати, що в перюд стало!' температури - це вогнезахисний час, шд час якого вщбуваеться фазовi перетворювання, у вермикулiто-силiкатнiй плитi вигорае в'яжуче, наповнювач та випаровуеться вода. Вермикулгт не зазнае руйнувань, оск1льки температура плавлення вермикулiту становить 1350 °C.
Лiтература
1. Ройтман М.Я. Пожарная профилактика в строительном деле / М.Я. Ройтман. - Изд. 2-ое, [перераб. и доп.]. - М. : Изд-во министерства коммунального хозяйства РСФСР, 1961. - 368 с.
2. Ройтман В.М. Инженерные решения по оценке огнестойкости проектируемых и реконструируемых зданий / В.М. Ройтман // Ассоциация "Пожарная безопасность и наука", 2001. - 382 с.
3. ДСТУ Б В.1.1-17:2007 "Вогнезахисш покриття для будшельних несучих металевих конструкцш. Методи визначення вогнезахисно! здатностГ (ENV 13381 4:2002, NEQ).
4. ДСТУ Б В.1.1-4-98* "Будшельш конструкцл. Методи випробувань на вогнестшгасть. Загальнi положення".
5. Муфельна електропiч СН0Л-1,6.2,0.0,8/9-М1 УХЛ4,2. Настанова з експлуатацц.
6. Перетворювач вимрювальний штелектуальний РТ 0102-8-К. Настанова з експлуатацй.
Лазаренко О.В., Боднарук Т.Я., Лоик В.Б., Гарнык С.В. Экспериментальное исследование повышения огнезащиты металлических конструкций вермикулито-силикатными плитами
Предложено использование вермикулито-силикатных плит для повышения огнезащиты металлических строительных конструкций. На основе проведенного эксперимента выявлено, что вермикулито-силикатные плиты являются негорючими. Проведена оценка огнезащитного эффекта вермикулито-силикатных плит за счет химических процессов, происходящих в вермикулите. Проанализирован огнезащитный эффект с определением огнестойкости вследствие воздействия стандартного температурного режима пожара. Экспериментально определена огнестойкость плиты с потерей теплоизоляционной способности, а также процессы и фазовые превращения, которые проходят в вер-микулито-силикатной плите при нагревании.
Ключевые слова: вермикулито-силикатные плиты, огнестойкость, огнезащитный эффект, фазовые превращения, металлические строительные конструкции, группа горючести.
Lazarenko O. V., Bodnaruk T. Ya., Loik V.B., Harnyk S. V. Experimental Investigation of Increasing Fire Protection of Metal Structures Using Vermiculi-te-silicate Plates
The use of vermiculite-silicate plates to improve fire protection metal constructions is offered. Based on the experiment, the vermiculite-silicate plates are revealed to be non-combustible. The evaluation of the effect of fireproof vermiculite-silicate plates by chemical processes that occur in vermiculite is made. Fireproof effect of the definition of fire due to the impact of the standard fire temperature conditions is analysed. Fire insulation slabs due to the loss of capacity and also processes and phase transformations taking place in vermiculite-sili-cate plate during heating are experimentally determined.
Keywords: vermiculite-silicate plates, fire resistance, fireproof effect, phase transformations, metal constructions, flammability group.
