CC BY
7Солнечные города Solar cities
ГЕЛИОТЕПЛОХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЗОЛОЦЕМЕНТНЫХ КОМПОЗИЦИОНЫХ МАТЕРИАЛОВ
А. X. Алиназаров
Наманганский инженерно-педагогический институт пр. Дустлик 12, г. Наманган, 716003, Республика Узбекистан Тел: (8-3692) 224-48-17; факс (8-3692) 224-52-93; е-mail:nmpiа@uzpak.uz
Необходимым требованием проектирования экологически чистой тепловой электростанции не твёрдом топливе является утилизация золош-лаковых отходов.
В этом аспекте разработка энерго - и ресурсосберегающей технологии получения высоко-наполненных золоцементных композиционных материалов (ЗЦК) и получение на их основе различных изделий с последующей их термовлаж-ностной обработкой с использованием солнечной энергии представляет большой научный и практический интерес.
Анализы показывают, что ЗЦК представляют собой многокомпонентную систему со сложной организацией по типу «структура в структуре». Подобная организация структур ЗЦК является объединяющим началом управления их свойствами. Другими словами, при проектировании оптимальных структур необходимо учитывать геометрические параметры ЗЦК, влияющие на процессы структурообразования на макроуровне, вид и свойства внутренних поверхностей раздела, характер физико-химических и теплофизи-ческих процессов взаимодействия компонентов, а также условия гелиотеплохимического воздействия на эти процессы.
Можно заключить, что все это в совокупности позволяет в достаточной степени четко прогнозировать свойства ЗЦК по свойствам исходных компонентов. При этом становится также возможным получать ряд положительных эффектов, связанных со снижением температуры при гелио-теплохимическом воздействии, значение которого установлено в диапазоне 30-38%; сокращением расхода вяжущего на 10-15% при сохранении заданной прочности изделия; улучшением однородности, связности и образованием условно-замкнутых пор, существенно влияющих на такие тепло-физические свойства, как теплопроводность (X, 0,28-0,32 Вт/м К), теплоемкость (С, 830-870 Вт/кгК) и объемные тепловыделения (рис. 1).
Анализ результатов эксплуатируемых образцов свидетельствует о том, что после гелиотеп-лохимического воздействия их свойства улучшаются. Также важно, что для композиционных изделий характерна кольмотация пористой структуры. В работе была установлена прямо пропорциональная зависимость между коэффициентом морозостойкости, расходом и видом це-
q, КВт/м3
6 i
5 -4 -3 -
2 -1 -
0
\
1 V\
/ VV \\
/
—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i 2 4 6 8 t, чао
Рис. 1. Объемные тепловыделения при ходе изотермических кривых в золоцементных композициях: 1, 2, 3 — тепловыделение при температурах t2, t3, соответственно
мента, а также кинетикой деформации высоко-наполненных образцов. Последняя оказывает существенное влияние на увеличение адгезии в контактных зонах «зола-цемент». Это хорошо согласуется и с данными по увеличению прочности на сжатие и изгиб и результатами физико-химических исследований.
В работе описаны результаты исследований по научному обоснованию выбора и эксплуатации гелиотеплохимической технологии высоко-наполненных золоцементных композиционных строительных материалов. На основе сделанных выводов объясняется сокращение продолжительности структурообразования и получение экономического эффекта по ресурсам.
Использование модифицировано-пластифи-цируюшей добавки и естественно нагретой бетонной смеси при гелиотеплохимическом воздействии позволяет существенно сократить продолжительность тепловой обработки изделия. Составлен восходящий ряд х1<х2<х3, соответственно указывающий сокращение расхода энергии на 30, 34 и 38%.
На основе проведенных опытно-производственных испытаний новой энергоэффективной технологии (рис.2) была установлена адекватность расчетно-теоретических и экспериментальных результатов с вероятностью — 93...95%.
Солнечные города
Рис. 2. Технологическая схема производства композиционных материалов: 1 — мерник, 2 — гелиоколлектор, 3 — ороситель для теплообмена, 4 — дозатор для модифицировано-пластифицируюшей добавки, 5 — ёмкость для жидких целевых добавок, 6 — турбулентная растворомешалка, 7 — ёмкость для золы, 8 — дозатор, 9 — шнек, 10 — сито, 11 — дозатор для золы, 12 — шнек для цемента, 13 — ёмкость для цемента, 14 — ёмкость для дисперсных целевых добавок, 15 — шнек для извести, 16 — растворонасос, 17 — сплошная опалубка для стен, 18 — формы для готовых изделий, 19 — комбинированная гелиоустановка.
SOLAR THERMOCHEMICAL TREATMENT OF ASH-CEMENT COMPOSITIONS
A. Kh. Alinazarov
Namangan Engineering-Pedagogical Institute 12, Dustlik Avenue, Namangan, 716003, Uzbekistan Tel.: (+998-692) 224-48-17; fax: (998-692) 224-52-93 E-mail: [email protected], [email protected]
Disposal of ash-slag waste is the necessary requirement of designing ecologically clean solid-fuel heat power plants.
In this context, the development of energy and resource saving processes for making highly filled ash-cement composites and various products on their basis with their subsequent treatment with heat and moisture using solar energy represents a task of high scientific and practical interest.
The analyses show that ash-cement composites represent a multicomponent system with a complex structural organization of the type "structure in structure". Such a structural organization of ash-cement composites underlies the management of their properties. In other words, while designing optimum structures it is necessary to take into account the geometrical parameters of ash-cement
composites, which influence macroscopic structure forming processes, the type and properties of inner interfaces, the type of physico-chemical and thermo-physical interaction processes between components, and conditions of solar thermochemical treatment of these processes.
It is possible to conclude that all this taken together allows us to precisely predict the properties of ash-cement composites based on the properties of initial components. At that, it also becomes possible to produce a number of positive effects associated with reduced temperature of solar ther-mochemical treatment (estimated reduction ranges between 30-38 %); saving of binding agents by 10-15 %, whereas the given strength of the product is preserved; higher homogeneity, connectivity and formation of conditionally closed pores which
Солнечная энергетика
q, KW/m3
6
5 H
4
3 H
2 1 0
/"\
У V'L
/ VV\\
/
—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I
2 4 6 8 t, hour
Fig. 1. Massive heat extraction at a course of isothermal curve in ash-cement compositions: 1, 2, 3 — heat extraction at temperatures t1, t2, t3, accordingly
are essential to thermophysical properties, such as heat conductivity (X, 0,28-0,32 W/mK), heat capacity (830-870 W/kgK) and volumetric heat generation (Fig. 1).
The analysis of test samples shows that their properties improve after solar thermochemical treatment. Another important characteristic property
of composite products is the mudding of their porous structure. The study has established a directly proportional relationship between the frost resistance factor, the consumption, the type of cement, and deformation kinetics of highly filled samples. The latter has a significant effect on the growth of adhesion in "ash - cement" contact zones. This is in good agreement with compression and bend test data that testify to higher strength and with results of physico-chemical studies.
The paper discusses the results of scientific substantiation of the choice and use of solar ther-mochemical processes for making highly filled ash-cement composite materials. The conclusions made explain the reduced time of structure forming and saving of resources.
The use of the modified plasticizing additive and naturally heated concrete mix during solar thermochemical treatment essentially reduces the time of heat treatment. An ascending row,
Tj < T2 < T3, was generated to illustrate the correspondingly reduced energy consumption (by 30; 34 and 38%).
During the production tests of the new energy-efficient process (Fig. 2), computational and theoretical predictions were found to agree with experimental data with a probability of 93...95 %.
17
18 Ш-Щ
шш
Fig. 2. Technological figure of production of composite materials: 1 — measuring container, 2 — solar collector, 3 — channel for heat exchange, 4 — dose identifier for modified plasticizing additives, 5 — container for the liquid target additives, 6 — turbulent solution mixer, 7 — container for ashes, 8 — dose identifier, 9 - spinning reel, 10 — sieve, 11 — dose identifier for ashes, 12 — for cement, 13 — container for cement, 14 — container for disperse target additives, 15 — spinning reel for lime, 16 - solution pump, 17 — flat cement-box for walls, 18 — forms for ready products, 19 — combined solar installation
