Научная статья на тему 'О нагревании изоляционных взрывоустойчивых перемычек'

О нагревании изоляционных взрывоустойчивых перемычек Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
256
127
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЦЕМЕНТНЫЕ СМЕСИ / КЛИНКЕРНЫЕ МИНЕРАЛЫ / ГИДРАТАЦИИ / ЭКЗОТЕРМИЧЕСКАЯ РЕАКЦИЯ / БЕТОН / ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЕ / КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛОТЫ / ТЕПЛОЕМКОСТЬ / ТЕПЛООТДАЧА / ТЕПЛОПЕРЕДАЧА / ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ / ТЕМПЕРАТУРА НАГРЕВАНИЯ

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Ледяйкин Е.С., Трошков Н.Ю., Ярош А.С.

В статье показано, что при сооружении изоляционных взрывоустойчивых перемычек, изготовленных из бетонов на основе цементных смесей, происходит их нагревание. Это естественный процесс, так как вследствие гомогенной экзотермической химической реакции между водой и компонентами цементной смеси продолжительное время происходит тепловыделение. Повышение температуры вследствие тепловыделения зависит от химического состава цементов смеси, отношения массы сооружения к поверхности теплосъема, оптимального отношения цементной смеси и воды. Сделаны выводы, что выделение тепла при сооружении перемычек из цементных смесей естественный процесс, обусловленный гомогенной экзотермической химической реакцией компонентов цементной смеси вследствие гидратации при затворении цемента водой. По величине тепловыделения возможно определять степень гидратации цементной смеси и прогнозировать предел прочности цементного камня с течением времени.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Ледяйкин Е.С., Трошков Н.Ю., Ярош А.С.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «О нагревании изоляционных взрывоустойчивых перемычек»

Промышленная безопасность и геомеханика

И

Е. С. Ледяикин

Р

Н. Ю. Трошков troshkoff1973@ mail.ru

А. С. Ярош 89235205720@ mail.ru

II. ПОЖАРНАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ FIRE AND INDUSTRIAL SAFETY

УДК 622.822.2

О НАГРЕВАНИИ ИЗОЛЯЦИОННЫХ ВЗРЫВОУСТОЙЧИВЫХ ПЕРЕМЫЧЕК ON HEATING OF EXPLOSION-PROOF INSULATING STOPPINGS

Е. С. Ледяйкин - канд. техн. наук, заместитель генерального директора АО «НИИГД»

Н. Ю. Трошков - технический директор АО «НИИГД»

А. С. Ярош - канд. техн. наук, генеральный директор АО «НИИГД»

Ye. S. Lediaikin - candidate of technical sciences, AO "NIIGD" deputy general director, Kemerovo, Russia

N. Yu. Troshkov - AO "NIIGD" technical director, Kemerovo, Russia

A. S. Yarosh - candidate of technical sciences, AO "NIIGD" general director, Kemerovo, Russia

В статье показано, что при сооружении изоляционных взрывоустойчивых перемычек, изготовленных из бетонов на основе цементных смесей, происходит их нагревание. Это естественный процесс, так как вследствие гомогенной экзотермической химической реакции между водой и компонентами цементной смеси продолжительное время происходит тепловыделение. Повышение температуры вследствие тепловыделения зависит от химического состава цементов смеси, отношения массы сооружения к поверхности теплосъема, оптимального отношения цементной смеси и воды. Сделаны выводы, что выделение тепла при сооружении перемычек из цементных смесей - естественный процесс, обусловленный гомогенной экзотермической химической реакцией компонентов цементной смеси вследствие гидратации при затворении цемента водой. По величине тепловыделения возможно определять степень гидратации цементной смеси и прогнозировать предел прочности цементного камня с течением времени.

In the article it is shown that in the process of concrete made based on cement mixtures insulating explosion-proof stoppings construction they get heated. This is a natural process due to exothermic homogeneous chemical reaction between water and the cement mixture components heat generation occurs for a long time. The temperature rise due to heat generation depends on the cement mixture chemical composition, on the ratio of heat removal surface to the structures mass, and on the optimum ratio of water and cement mixture. It is concluded that the heat during the cement mixture stopping construction is a natural process due to cement mixture components homogeneous exothermic chemical reaction as a result of hydration when cement is mixed with water. By the magnitude of heat generation it is possible to determine the degree of hydration of the cement mixture and to predict the limit of cement stone strength over time.

Ключевые слова: ЦЕМЕНТНЫЕ СМЕСИ, КЛИНКЕРНЫЕ МИНЕРАЛЫ, ГИДРАТАЦИИ, ЭКЗОТЕРМИЧЕСКАЯ РЕАКЦИЯ, БЕТОН, ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЕ, КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛОТЫ, ТЕПЛОЕМКОСТЬ, ТЕПЛООТДАЧА, ТЕПЛОПЕРЕДАЧА, ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ, ТЕМПЕРАТУРА НАГРЕВАНИЯ

Key words: CEMENT MIXTURES, CLINKER MINERALS, HYDRATION, EXOTHERMIC REACTION, CONCRETE, HEAT GENERATION, AMMOUNT OF HEAT, HEAT CAPACITY, HEAT EMISSION, HEAT TRANSFER, THERMAL CONDUCTIVITY, HEATING TEMPERATURE

И

звестно, что твердение различных видов цементов является экзотермической химической реакцией между водой затво-рения и цементными минералами. При

идет процесс противоположный обжигу, который сопровождается выделением тепла [4], [5].

При твердении цемента происходят реакции гидратации, гидролиза и обменно-

твердении происходит гидратация, то есть го взаимодействия, протекающие при за-

56

творении цемента водой в жидкой фазе или на поверхности твердых частиц цемента. Продукты реакции (твердые либо квазитвердые вещества) образуются в условиях постоянного уменьшения массы воды в процессе твердения 4]. Как и множество химических реакций, реакция гидратации клинкерных минералов имеет экзотермический характер, при этом выделяется до 120 кал/г (502 Дж/г) [3].

Так как теплопроводность бетона сравнительно низкая, то внутри массивных бетонных конструкций гидратация приводит к значительному подъему температуры. Возведение массивных конструкций из бетонов на цементах с сопутствующим тепловыделением приводит к их нагреванию до 50 °С и более [3]. В то же время наружная часть бетонного массива теряет некоторое количество тепла, так что устанавливается резкий градиент температуры 3].

Суммарное тепловыделение складывается из тепловыделения химической реакции и тепловыделения в результате сорбции воды поверхностью геля, образуемого в процессе гидратации. Теплота сорбции составляет четвертую часть общего тепловыделения.

Тепловыделение зависит от химического состава цемента и представляет собой сумму теплоты гидратации всех составляющих цемента. Из этого следует, что, если известен состав цемента, его тепловыделение может быть определено с высокой степенью точности.

Гидратация как химический процесс.

Безводные минералы клинкера при реакции с водой превращаются в гидросиликаты и гидроаллюминаты кальция [3], [4]. 3СаО*8Ю2 + Н20 — 3Са^0*Н20+Са(0Н)2 + 502 Дж/г; 3Са0*А1203+ 6Н20 — 3Са0*А120*6Н20 + 867Дж/г; Са£04+Н30 — Са^0 *Н20 +206Дж/г (1)

Образовавшийся Са(0Н)2 под действием С02 воздуха постепенно превращается в СаС03. При получении бетона образовавшийся Са(0Н)2 с С02 воздуха и 802 превращается в очень прочную массу, состоящую из карбонатов и силикатов кальция.

Опыты многих исследователей показали, что тепло в смеси портландцемента с водой на протяжении первых суток твердения выделяется ступенчато. На основании этих данных, а также данных исследований В. Лерча, Т. Пауэрса и др. по интенсивности тепловыделения время начального твердения цементного теста можно разделить на четыре периода [3].

К первому периоду взаимодействия цемента с водой можно отнести промежуток в 30-

40 мин, когда наблюдается сильное выделение тепла в тесте с последующим его уменьшением.

Второй период - период малого тепловыделения, называемый иногда индукционным, протекает в течение второго - четвертого часа. Его продолжительность зависит от свойств цемента и содержания гипса.

Третий период, начинающийся через 3-5 ч от момента затворения цемента водой, характеризуется началом схватывания и постепенным увеличением тепловыделения, достигающим максимума через 6-10 ч [3].

Четвертый период наступает после перехода показателя тепловыделения через максимум и характеризуется снижением к суточному сроку.

В это время наблюдается интенсивный рост прочности системы, а тепловыделение у обычных цементов через сутки твердения достигает 15-20 % от общего числа 3].

Результаты исследований показали, что обычные портландцементы выделяют около половины общего количества теплоты за 1-3 суток, около 3/4 за 7 суток и 83-91 % за 6 месяцев [3].

Повышение температуры тела перемычки происходит вследствие гомогенной экзотермической химической реакции компонентов цементной смеси. Наиболее вероятной причиной является отклонение от оптимального отношения цементной смеси и воды и малой величины теплоудаления [2].

В качестве примера рассмотрено тепловыделение в изоляционной перемычке, изготовленной из цементной смеси «Текбленд». Сухая смесь «Текбленд» представляет собой быстросхватывающееся, однокомпонентное, гидравлическое минерально-цементное вяжущее, которое после смешивания с соответствующим количеством воды (от 1:1 до 2,5:1) по месту использования схватывается до образования прочного минерального материала. После смешивания с водой на месте образует так называемый лёгкий бетон 1].

Подача водоцементной смеси к месту возведения перемычек производятся при помощи насосных агрегатов.

Рентгенофазовым и комплексным термическим анализом был определен состав «Тек-бленда». Доля основных компонентов в смеси указывается в следующих пределах: портландцемент - до 65%; глиноземистый цемент - 15...25 %; гипс - 10.15 % с присутствием в смеси доменного или топливного шлака, природного ангидрида [2]. В состав данного материала входит и добавка - замедлитель схватывания и твердения.

57

«Текбленд» относят к быстросхватывающимся материалам, чем и объясняется введение добавки [2]. Так как основную массу компонентов смеси «Текбленд» составляет портландцемент, его влияние на общее тепловыделение является доминирующим. При экотермической реакции портландцемент выделяет до 120 кал/г [3] или 502 Дж/г.

При образовании легкого бетона из цементной смеси «Текбленд», имеющей состав компонентов: портландцемент - 65 %; глиноземистый цемент (3СаЮ*А12Ю) - 20 %; гипс (Са2БЮ) - 10 % с учетом данных о теплвыделени отдельных компонентов, суммарное выделение тепла может составить:

^ =0.65*502+0.20*867+0.10*203) = 520Дж/г. (1)

В легком бетоне на основе смеси «Тек-бленд» твердение и соответственно тепловыделение протекают за более короткий срок. Величина тепловыделения зависит от многих факторов, наиболее важным из них является величина соотношения порошка и воды. Таким образом, количественные характеристики тепловыделения зависят от количества подаваемой цементной смеси «Текбленд» и количества поступающей воды [2]. При низкой теплопроводности (теплоотдачи) происходит нагревание массива перемычки.

Температура нагревания тела перемычки вследствие экзотермической химической реакции компонентов цементной смеси «Текбленд».

Величины, принятые для определения температуры нагревания.

1. Объем сооружения (взрывоустойчивой перемычки), м3:

V = БН, (2)

где Б = 20м2, сечение перемычки; толщина перемычки Н = 2 м (приняты согласно определения толщины взрывоустойчивой перемычки в зависимости от сечения выработки). Отсюда V = БН = 202 = 40 м3.

2. Масса перемычки: тпр = V- р,

где р = 1,2-1,6 г/см3 (принимается средняя величина), р = 1,4 г/см3. Отсюда тр = 401400 = 50 600

3. Масса сухой смеси «Текбленд», затраченная на сооружение взрывоустойчивой перемычки, составит: т = V-600; т = 40 600= 24

' с.см ' с.см.

000 кг, где 600 кг - расход сухой смеси на 1 м3 бетона.

4. Показатель тепловыделения обычных цементов после истечения суток составляет примерно до 15-20 % от общего тепловыделения [3]. Принимается 20 %.

Общее тепловыделение цементов, составляющих смесь «Текбленд», равно 520 Дж/г. При этом тепловыделение составит: рсТб = 0,20520 = 104 Дж/г, или 104 кДж/кг.

Доля цементных смесей в общей массе сухой смеси «Текбленд»: 0,95 Q = 104 0,95т

^вт. с.см

Количество тепла, выделяющееся за счет экзотермической химической реакции при использовании сухой смеси «Текбленд» для сооружения взрывоустойчивой перемычки, составит:

двт = 104 0,95 24000 = 2371200 кДж/кг.

Количество теплоты 0, необходимое для нагревания какого-либо тела, пропорционально его массе и изменению температуры [6]:

Q = с'тщ,'Аг, (3)

где с - удельная теплоемкость вещества Дж/ (кгК), для бетона с = 0,92 кДж/(кгК) ([6, таблица 1 ); тпр - масса перемычки; At = (г2-г) - изменение температуры, происходящее в результате подвода количества теплоты 0. В данном случае Q = Qem, = 15о- начальная температура, принята равной температуре воды затворения смеси «Текбленд». Тогда = (273 + 15 оС) оК, температура перемычки в результате нагревания выделяющемся теплом г2 = (273 + г2 оС) оК ;

А1 = Q /ст ; (4)

^в.пр пр ' у '

Аг = (2371200/0,92 50600) = 49,3 оС, так как (273 + г2 оС) - (273 + 15 оС) = 49,3; г2 = 49,3 + 15 = 64,3 оС.

При выделении 15 % тепла от общего тепловыделения 520Дж/г, показатель тепловыделения составит: рсТб = 0,15520095 = 74,1 Дж/г, или 74,1 кДж/кг.

Количество выделившегося тепла: Q = 74,1 24000 =1778400 кДж/кг.

Температура в теле перемычки: Аг = (1778400/0,92 50600) = 38,2; г2 = 38,2 +1 5 = 53,2 оС.

Температура нагревания в теле взрывоустойчивой перемычки вследствие экзотермической химической реакции компонентов цементной смеси «Текбленд» с водой при затвердевании может достигать 53,2-64,3 оС.

Пример нагревания массива перемычки вследствие экзотермической химической реакции компонентов цементной смеси «Эльбленд».

В процессе мониторинга температуры в лаве 26-25 ООО «Шахта «Есаульская» был выявлен факт повышения температуры поверхности перемычки №1305 в сбойке №1. При этом перемычка № 1306 в заезде с МПШ на вентиляционный штрек 26-25, который расположен вблизи от сбойки №1, не имела повышенной температуры. Динамика изменения температур перемычек за период с 10.11.2014г по 01.12.2014г приведена

58

в таблице 1.

Средняя температура поверхности перемычки №1305 с 10 по 24 ноября 2014 года составляла 27,4 оС.

Средняя температура перемычки №1305 за этот период составляет 21,3 оС. Разность средних температур перемычек АТ = 6,1 оС.

Согласно п. 5.2.7.1 «Руководства по применению сухой цементной смеси Эльбленд» (ТУ 5745-009-95378020-2009), соотношение воды и цементной смеси (для взрывоустойчивых перемычек должно быть не ниже, чем 1,15:1 и не выше, чем 1,25:1. При соотношении 3 : 1 массив перемычки остается «мягким», прочность массив перемычки практически не набирает.

Температура воды при возведении перемычки не должна быть ниже 15 оС.

Плотность бетона из цементной смеси при соотношении воды и цементной смеси приведена в таблице 2.

Согласно «Акту приемки перемычки № 1305» перемычка № 1305 сборная, состоит из бетонной части и «прилива» из цементной смеси «Эльбленд» толщиной 0,8 м. Объем «прилива» из цементной смеси Эльбленд V ~ 120 - 130 м3. Масса при соотношении воды и ц/с (1,5:1), составит m = 162-175 тонн. Насыпная плотность цементной смеси 1100 кг/м3. Удельная теплоемкость бетона с = 0,9 - 1 кДж/(кгК) [6].

При повышении температуры (нагревании) какого-либо тела изменяется его теплоемкость и теплосодержание. Теплоемкость зависит от массы, химического состава и термодинамического состояния тела, вида процесса сообщения теплоты. Процесс нагревания массива перемычки можно рассматривать как изохорический, т.е. при постоянном объеме V = const [7].

Для данного процесса количество теплоты Q = c ■(t2-t1), изменение энтропии As = (s2 - s) = &ln(t/t), где удельная теплоемкость с = Q/m At); Q - количество теплоты, Дж; m - масса, кг; At = t2 - tj - разность температур; t1 - начальная температура, t2 - температура нагретой массы, s = Q/t - энтропия системы.

Теплосодержание, количество теплоты, которым обладает тело, Дж: Qmc = cmt.

Начальное теплосодержание тела прилива из смеси «Эльбленд» при температуре воды 12 - 15 оС составляло Q1 =0,9162t~ 146t. Температура целика угля согласно условию расчета инкубационного периода самовозгорания принимается 12 оС, температуру воды можно принять 12 -15 оС, получим Q1 = 14612. В процессе нагревания теплосодержание тела прилива из смеси изменится до величины Q2 = 1162 t2 ~ 146 t2.

AQ = c162(t2-1); при изменении отнесенной к массе AQ = 1-(t2-t), тогда изменение состояния термодинамической системы (изменение энтропии) AS = AQ/At = 1(t- t)/At = 1.

Из формулы As = c-ln(t2/t1); 1 = 1-ln(t/t), ln(t/t) = 1,1: (t/t) = е1; (t/12) = 2,718,0 при t1 =12; t== 32,6 оС при t2 = 15; t2 = 40,8оС.

Ориентировочно с некоторыми допущениями можно считать, что потенциально температура массы тела прилива к перемычке может составить 32 - 41 оС. Естественно, что температура поверхности будет несколько меньше.

С точки зрения термодинамики, с некоторым приближением перемычку № 1305, в которой происходит экзотермическая реакция, до снятия опалубки можно рассматривать как замкнутую систему, состоящую из двух подсистем: 1 и 2. Бетонная перемычка - 1, прилив из цементной смеси «Эльбленд» - 2. Некоторое (малое) количество тепла AQ переходит от подсистемы 2 к подсистеме 1, при этом температура системы практически не меняется. Тогда S2= -AQ/t2; = +AQ/tr Так как энтропия обладает свойством аддитивности, энтропия системы есть сумма ее подсистем AS = AS1+AS2 = AQ(1/t1 - 1/t); AS = AQ(t2 - t)%t).

Из формул количество теплоты Q = c-(t2 -t) и изменение энтропии, AS = (S2 - S) = c-ln(t/t)\ с = Q/(t2 -1).

Применив эти условия к энтропии системы, получим: с = AQ/(t2 -1); AS = (AQ-ln(t,/tJ))-/(t2-tJ).

Таким образом, AQ(t2 - t1)/(t2-t1) = (AQ-ln(t/ t))V(t2 - t); (t2 - t)2%t) = ^(t/t/

Решение данного равенства в целых значениях температуры выполняется при: tj = 12 оС и t2 ~ 31 оС (31 -12)2/(12-31) = 0,97; ln(31/12) ~ 0,95. При t1 = 15 оС и t2 ~ 40 оС (40 - 15)2/(15-40) = 1,0; ln(40/15) ~ 0,98.

Если сохраняются условия, то установившаяся в замкнутой системе температура («тепловое равновесие») может сохраняться длительное время, так как по определению вынос тепла не происходит. При изменении состояния, в котором находится массив (тело) прилива к перемычке, «тепловое равновесие» может нарушиться, при этом температура будет изменяться.

При изменении условий меняется состояние системы, система перестает быть замкнутой. При снятии опалубки, ввиду разности температур, происходит вынос влаги (сушка массива «прилива»), изменяется соотношение воды и цементной смеси, соответственно увеличивается плотность бетона и теплосодержание. Относительная масса цементной смеси в масси-

59

Таблица 1 - Динамика изменения температуры поверхности перемычек №1305 и №1306

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Ноябрь 2014 г. Декабрь

10 11 12 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 01

Температура перемычки №1305 32 29 28 29 29 29 27 26 26 26 25 26 28 25 26 27 24

Температура перемычки №1306 22 22 24 23 22 21 19 21 19 18 22 21 22 21 22 22 20

Таблица 2 - Плотность бетона Ц/С при соотношении Вода:Ц/С

Соотношение воды и цементной смеси Плотность, т/м3 Расход цементной смеси, кг/м3

1,2:1 1,43 650

1,35:1 1,39 595

1,5:1 1,35 540

ве при изменении соотношения воды и цементной смеси с 1,5:1 до 1,2:1 может увеличиться в 1,25 раза.

Установлено, что при избытке цементной смеси наблюдается повышенное тепловыделение. Увеличение тепловыделения 1,25 раза приведет к изменению теплосодержания 0тс = стг и, соответственно, температуры поверхности с начальной 26 оС до температуры поверхности 261,25 = 32,5 оС. С течением времени в силу затвердевания бетона мощность генерации теплоты становится меньше мощности рассеивания, что приводит к охлаждению массива. Процесс рассеивания теплоты в изолированном выработанном пространстве ввиду низкого конвективного выноса тепла происходит медленно.

Температура нагревания воды вытекающей из-за перемычки.

Теплоотдача определяется по формуле

[6]:

0 = а-А-т-АТ, (5)

от.

где; 0от - количество теплоты, проходящее через поверхность соприкосновения, Дж, т - продолжительность процесса теплоотдачи, с; АТ - разность температур поверхностей тел, оК, а -коэффициент теплоотдачи, Вт/м2 К; А - площадь поверхности, через которую происходит теплоотдача, м2. Для металлической стенки и текущей воды а2 = 350 +2100-^. Размерность кВт с = 1 кДж 3].

Теплопередача определяется по формуле

[6]:

0пр = к-А-т-АТ, (6)

где К - коэффициент теплопередачи, Вт/м2К.

Теплопередача от перемычки к вытекающей воде происходит через металлическую (стальную трубу) диаметром d = 100мм и длиной

Н = 2м, А = Н-ж^/2; А = 2-3,14-0,1/2 = 0,628 м2; Объем трубы V = Н-ж^2/4; V = 2-3,14-0,12/4 = 0,0157м3. Водоприток составляет 0,01 м3/мин или 0,000167

м3/с.

Время нахождения воды в трубе (т.е. продолжительность процесса теплоотдачи).

Полный обмен объема воды в трубе происходит за время т =0,0157/0,000167 = 94,0 с, скорость течения V = 2/94,0 = 0,021 м/с. Температура воды, притекающая к перемычке 13 оС.

Так как сталь относится к хорошим проводникам тепла (теплопроводность А = 47 Вт/м К, толщина стенки 0,004 м), потеря тепла при передаче от перемычки к протекающей по трубе воде будет незначительна.

0 = 47-0,628-94-41,2-0,004 =457,2 Вт/с.

пр

1/к = 1/а: + 1/а2 + 1/А; 1/к = 1/а2 + 1/а2 + 1/45; 1/45 = 0,22 1-0,2 = 0,98.

Объем жидкости, протекающей по трубе за время т, по формуле Пуазейля [6]: V = (ж-Ар-тЯ4)/(8-ц-1), тогда т = (8У-п-1)/(п-Ар-Я4),(7) где V = 0,00157 - объем жидкости, м3; R = 0,05 - радиус трубы, м; Ар - разность давления на концах трубы, мм. вод. ст; т - продолжительность протекания жидкости, с; 1 = 2 - длина трубы в теле перемычки, м; п - динамическая вязкость, жидкости, мПас. Размерность Па = Н/м2. Подставив в формулу (7) значение V, получим:

т = (8-жЯ2-1-п-1)/(п-АрЯ4) = (8-ц-12)/(Ар-Е2). (8) Так как происходит свободное истечение воды из трубы, то для обеспечения воздухонепроницаемости достаточно, чтобы край колена гидрозатвора был превышен высотой изливающегося водяного столба Ah. Принимаем Ар = 14 мм. вод. ст.; 14 мм = 1410-3м. Так как 1 мм. вод. ст. = 9,81 Па, то 14-10г3м = 9,81141а3Па; для воды ц = 1,002 мПас или 1,002 10-3 Па с.

Подставив в формулу т = (8-ц-12)/(/\р^2) принятые значения параметров, получим

т = (81,002 10'3-22)/(1410'3-9,81 0,052) = 93,4 с.

Скорость течения V = Н/т: у= 2/93,4= 0,021 м/с. Тогда а =350+2100^0,021 = 350+304 =654 Вт/ м2 К.

Теплоотдача от перемычки к воде с учетом потерь тепла при теплопередаче согласно формуле (5) составит:

Q. = а-А-т-ЛТ; Q = 654 0,628 94 (64,3 - 12) = 2019142,4 ВтсЮ - Q = Q , 2019142,4 - 580,4 =

пр ^ отд.

2018562 Втс. 2018562 кВтс;. дотд = 2018,56 кДж.

Температура вытекающей воды согласно формуле (4) составит:

Лt = Q , / ст ,

^ото в в '

где се = 4,19 удельная теплоемкость воды кДж/ (кг оК); ше - масса воды, кг; ше = V■р. р ~ 1, плотность воды при 12 оС, кг/дм3 6], ш= 0,01571 1000 = 15,7 кг.

Лt = 2018,56/(4,19-15,7) ~ 30,68 оС;

(273 + ^ оС) - (273 + 12 оС); ^ =30,7 +12 = 42,7 оС.

При выделении 15 % тепла от общего тепловыделения 520дДж/г теплоотдача от перемычки к воде с учетом потерь тепла при теплопередаче составит: Q = а-А-т-ЛТ; дотд = 654 0,65-94 (53 -12) = 1638335,4 Втс ; 1638335,4-457,2 = 1637878,2

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Вт с; дотд =1637,88 кВтс или 1637,88 кДж.

Температура вытекающей воды Лt = 1637,9/ (4,19-15,7) = 24,9; ^ = 24,9 + 12 = 36,9 оС.

Температура вытекающей воды может составить от 36,9 оС до 42,7 оС.

Выводы:

1. Выделение тепла при сооружении перемычек из цементных смесей - естественный процесс, обусловленный гомогенной экзотермической химической реакцией компонентов цементной смеси вследствие гидратации при за-творении цемента водой.

2. Величина тепловыделения зависит от многих факторов. Наиболее важным из них является величина соотношения порошка и воды в цементной смеси.

3. Тепловыделение при твердении цементов имеет большое практическое значение. В частности, в процессе бетонирования обычных конструкций при пониженных температурах повышенное тепловыделение играет положительную роль.

4. По величине тепловыделения возможно определять степень гидратации цементной смеси и прогнозировать предел прочности цементного камня с течением времени.

1. «ТЕКБЛЕНД» - цементная смесь. Описание, Общая характеристика. Область применения. ТОО SP «MINOVA» Kzahstan Adodt Acrobat document.

2. Каледин Н.В., Чайковская Э.Г. Современные материалы для возведения гидромеханическим способом изолирующих сооружений в шахте. Донецк: НИИГД «Респиратор», 2009.

3. Невилль А.М. Свойства бетона / сокращенный перевод с английского к.т.н. В. Д. Парфенова. М., 1972.

4. Шмитко Е. И., Крылова А.В., Шаталова В.В. Химия цемента и вяжущих веществ : учебное пособие. Воронеж, 2005.

5. Несветаев ГВ., Та Ван Фан. Тепловыделение при гидратации и предел прочности цементного камня // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ». 2013. № 3.

6. Кухлинг Х. Справочник по физике / перевод с немецкого Е.М. Лейкина. М.: Мир, 1982.

7. Григорьев В.А., Зорин В.М. Теоретические основы теплотехники. Кн. 2. М.: Энергоатомиздат, 1988.

8. «Руководство по применению сухой цементной смеси ЭЛБЛЕНД» (ТУ 5745-009-95378020-2009).

REFERENCES

1. "Tekblend" - cement mixture. Description, general characteristics. Application area. [PDF]. (n.d.). I^al^an: ТОО SP «MINOVA»

2. Kaledin, N.V., & Chaikovskaia, E.G. (2009). Sovremennyie materialy dlia vozvedeniia gidromekhanicheskim sposobom izoliruiushchikh sooruzhenii v shakhte [Modern materials for mounting insulating constructions in the mine by hydro-mechanical method]. Donetsk: NlIGD "Respirator" [in Russian].

3. Nevill, A.M. (1972). Svoistva betona [Concrete properties]. Short translation from English by Parfenov V.D. [in Russian].

4. Shmitko, Ye.I., Krylova, A.V., & Shatalova, V.V. (2005). Khimiia tsementa i viazhushchikh veshchestv[Chemistry of cement and binding materials: manual]. Voronezh [in Russian].

5. Nesvetarv, G.V., & Ta Van Fan (2013). Teplovydeleniie pri gidratatsii I predel prochnosti tsementnogo kamnia [Heat emission at hydration and the cement stone strength limit] Internet-magazine "Naukovedeniie", 3 [in Russian].

6. Kuchling, H. (1982). Spravochnik po fizike. [Handbook of physics]. Translated from German by Ye.M. Leikin. Moscow, Mir

7. Grigoriev, V.A., & Zorin V.M. (1988). Teoreticheskiie osnovy teplotekhniki [Theoretical basics of heat engineering].Book 2. Moscow: Energoatomizdat [in Russian].

8. Guidelines on dry cement mixture ELBLEND application. (TU 5745-009-95378020-2009).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.