CC BY
21
досліджуваної гетероструктури. Спостерігається хороше узгодження отриманих результатів в межах
відносної похибки 0,6%.
Література
1. Гольдберг Ю.А. К вопросу об определении контактной разности потенциалов структуры с потенциальным барьером / Ю.А.
Гольдберг, О.В. Иванова, Т.В. Львова, Б.В. Царенков // ФТП. — 1984. —Т. 18.— С. 1472—1476.
2. Barsoukov E. Impedance Spectroscopy Theory, Experiment and Application / E. Barsoukov, J. R. Macdonald, New Jersey: Wiley-
Interscience, 2005. — 595 p.
-------------□ □----------------
Представлено результати науково-дослідних робіт з реалізації низькоенергоємної технологій виробницт-
ва ніздрюватих бетонів, що твердіють у нормальних умовах
Ключові слова: ніздрюватий бетон, зола, доменний гранульований шлак
□-----------------------□
Представлены результаты научно-исследовательских работ по реализации низкоэнергоемкой технологии производства ячеистых бетонов естественного твердения
Ключевые слова: ячеистый бетон, зола, доменный гранулированный шлак
□-----------------------□
The results of scientific research in realization of energy-intensity cellular concrete production technology of normal condition hardening are shown Keywords: cellular concrete, ash, granulated blast furnace slag
-------------□ □----------------
УДК 666.973.6
ЗНИЖЕННЯ ЕНЕРГОЄМНОСТІ КОМПОЗИЦІЙ НА ОСНОВІ НЕОРГАНІЧНИХ В’ЯЖУЧИХ
Т.С.Дашкова
Асистент*
Контактний телефон: (044) 454-91-62 e-mail: [email protected]
В.В.Глуховський
кандидат технічних наук, доцент* Контактний телефон: (044) 454-91-62 e-mail: [email protected]
І.В.Глуховський
кандидат технічних наук, доцент* Контактний телефон: (044) 454-91-62 e-mail: [email protected]
В.А.Свідерський
доктор технічних наук, професор. Кафедра хімічної технології композиційних матеріалів Національний технічний університет України „Київський
політехнічний інститут” пр. Перемоги 37, м. Київ, Україна, 03057. Контактний телефон: (044) 406-86-05 e-mail: [email protected]
Енергоємність галузі будівельних матеріалів є визначаючим показником ефективності готового продукту та обумовлює її кінцеву собівартість. Цей показник включає, як енергетичні витрати технології виробництва, так і енергоємність сировинних компонентів. Енергетичні витрати технологічного процесу істотно залежать від наявності в процесі виробництва таких технологічних операцій як сушка або теплово-лога обробка виробів. Енергоємність виробництв, які в якості в’яжучого використовують портландцемент, визначається енергоємністю цього продукту.
За даними Української асоціації „Укрцемент”, середні по галузі витрати палива та електричної енергії на виробництво портландцементу складають: паливо - 123,5 кг ум. пал. на тонну клінкеру (при сухому
способі) та 226,2 кг ум. пал. (при мокрому способі); електроенергія - 121,6 кВт-год на тонну цементу (при сухому способі) та 105,9 кВт-год (при мокрому способі). У відповідності до вказаних показників загальна енергоємність виробництва портландцементу по галузі складає при сухому способі - 4900 МДж/т. цементу, при мокрому способі - 8200 МДж/т. цементу.
Високі енергетичні витрати цементного виробництва обумовлюють сучасні тенденції, що направлені на зниження клінкерної складової цементів, які відображені в національних нормативних документах та дозволяють вводити до складу цементів до 80 мас. % техногенних відходів інших виробництв. Але підприємствам виробникам портландцементу не завж-
Е
ди вигідно виробництво таких видів в’яжучих у зв’язку з неритмічністю роботи галузі.
В той же час, на ринку вже присутні тонкомелені техногенні багатотоннажні відходи, які можуть бути використані у технологіях виробництва будівельних виробів і використання яких дозволяє суттєво скоротити енергоємність готового продукту. До таких продуктів відносяться мелений гранульований шлак, зола виносу теплових електростанцій та мелена кам’яновугільна зола.
Метою науково-дослідних робіт, результати яких наведені у даній публікації, було розробка складів і технологій виробництва ніздрюватих бетонів, що твердіють в нормальних умовах на основі портландцементу та низькоенергоємних в’яжучих систем до складу яких включалися техногенні відходи, присутні на ринку
Введення до складу твердіючого цементного каменя наповнювачів або заповнювачів, що здійснюється з метою зниження витрати цементу, обумовлює необхідність врахування, при проектуванні складів таких композицій, процесів, які відбуваються в зоні контакту в’яжучого та наповнювача або заповнювача.
Відомо, що експлуатаційні характеристики композитів на основі неорганічних в’яжучих визначаються не тільки властивостями основних компонентів композиції, але і процесами міжфазної взаємодії в зоні їх контакту. За видом міжфазної взаємодії композиції можуть бути розділені на три класи. Це композиції, в яких міжфазна взаємодія відсутня, а міцність зони контакту визначається силами механічного зчеплення, композиції, в яких наповнювач і матриця утво рюють тверді розчини без утворення хімічних сполук та композиції, в контактних зонах яких відбувається утворення нових хімічних сполук [1].
При цьому основні експлуатаційні властивості готового продукту визначаються не тільки міцністю зони контакту, але і залежать від товщини реакційної зони, яка у свою чергу визначається інтенсивністю процесів хімічної взаємодії основних компонентів композиції в зоні контакту.
Дослідження [2] залежності фізико-механічних характери-
стик композицій від реакційної здатності матеріалу матриці і наповнювача показали, що їх кінцевий рівень міцності істотно залежить як від умов формування структури так і від реакційної здатності новоутворень твердіючої матриці і хімічної активності наповнювача, що використовується. При однакових фізико-механічних характеристиках наповнювача і матриці міцність композиції за відсутності хімічної взаємодії в зоні контакту не перевищувала 12 МПа. Використання в якості матриці в’яжучого, новоутворення якого здатні до утворення в зоні контакту нових хімічних сполук, дозволяє отримати композиції з рівнем міцності 40 - 50 МПа. Температурна інтенсифікація процесів хімічної взаємодії між наповнювачем та новоутвореннями матеріалу матриці дозволяє підвищити даний показник до 60 МПа, а використання розчинного наповнювача - до 75 МПа. Ці дані вказують на можливість зміни
в широких межах основних властивостей композицій шляхом регулювання інтенсивності процесів хімічної взаємодії в зоні контакту.
Проте, у разі реалізації технології виробництва композицій, які твердіють в нормальних умовах, можливість регулювання інтенсивності процесів хімічної взаємодії в зоні контакту термічними методами стає неможливим. А для збільшення міцності контакту матриці і наповнювача (або заповнювача) можуть бути рекомендовані або метод підвищення механічної міцності зчеплення за рахунок підвищення міцності матеріалу матриці, або метод підвищення міцності зони контакту за рахунок використання хімічно активного наповнювача (або заповнювача). На підставі вищеви-кладеного, а також з урахуванням результатів аналізу відомих технічних рішень для заміни частини цементу в роботі були використані в якості наповнювачів зола суха кам’яновугільна з питомою поверхнею 2656 см2/г та шлак мелений доменний гранульований з питомою поверхнею 3159 см2/г, а в якості заповнювача немеле-ний кварцовий пісок з модулем крупності 1,43.
Експериментальний підбір робочих складів ніздрюватих бетонів із заміною частини портландцементу на золу і мелений доменний гранульований шлак, а так само при введенні до складу газобетону немеленого кварцового піску, здійснювався на основі методики, що була розроблена з метою удосконалення процесу розробки робочих складів з урахуванням реологічних характеристик суміші. Результати випробування підібраних складів наведені в таблиці 1.
Таблиця 1
Фізико-механічні характеристики ніздрюватих бетонів на основі портландцементу з добавками золи, меленого доменного гранульованого шлаку та кварцового піску.
Склад Добавка Кількість добавки, мас. % від цементу Се- редня густина, кг/м3 Міцність при стиску, МПа, у віці, діб
3 7 28 90 360
1 - 0' * 640 2,83 3,52 4,46 5,03 5,06
2 зола 67 630 1,71 2,34 3,22 4,81 5,06
3 шлак 100 630 1,92 2,09 3,38 3,58 3,84
4 пісок 20 630 2,22 2,64 3,05 3,61 4,02
5 пісок 30 640 2,05 2,29 2,93 3,31 3,88
6 пісок 40 650 1,79 1,93 2,41 2,64 3,31
Аналізом залежностей (рис. 1а), що характеризують кінетику набору міцності ніздрюватим бетоном який виготовлений на основі базового складу (зразок 1) та з добавками в якості наповнювача золи (зразок 2) та меленого шлаку (зразок 3) встановлено, що характер кривої яка характеризує кінетику зміни міцності ніздрюватого бетону з добавкою золи відрізняється від аналогічних залежностей для базового складу та складу з добавкою шлаку.
На протязі 28 діб нормального твердіння рівень міцності ніздрюватого бетону з добавкою золи та меленого шлаку знаходився практично на однаковому рівні 3,22 та 3,38 МПа відповідно. Але при подальшому твердінні відмічається різке збільшення міцності ніздрюватого бетону з добавкою золи у віці 90 діб до рівня 4,81 МПа, тобто майже на 50%, тоді як рівень
З
міцності ніздрюватого бетону з добавкою меленого шлаку за той же період збільшився всього на 6 %.
Строк твердіння, діб
Строк твердіння, діб
валі 500-5800С відноситься до процесу дегідратації портландиту - Са(ОН)2 та характеризує кількість вказаного продукту у системі, третій ендоефект в температурному інтервалі 700 - 8000С характеризує наявність у продуктах гідратації гідросилікатів кальцію.
Таблиця 2
Значення втрат маси за результатами диференційно-термічного аналізу матеріалу матриці.
Склад Кількість добавки, мас. %, від цементу Втрата маси, мас. %, в температурному інтервалі
20- 2000С 500- 5800С 700- 8000С в.п.п.
1 без добавки 5,5 1,75 5,75 20,0
2 зола - 67 4,5 (7,5)* 0,75 (1,25) 2,5 (4,2) 31,7
3 шлак -100 5,0 (10,0) 1,5 (3,0) 2,25 (4,5) 40,0
*примітка - в дужках наведені показники у перерахунку на 100 мас. % цементу в складі композиції.
Рис. 1. Кінетика зміни міцності при стиску ніздрюватого бетону (а) та матеріалу матриці (б) на основі базового складу (1), з добавкою золи (2) та з добавкою меленого шлаку (3) протязі 90 діб твердіння у нормальних умовах.
Аналогічна залежність, яка характеризує кінетику набору міцності матеріалу матриці (рис. 1б) свідчить про те, що рівень міцності матеріалу матриці зразків з добавкою шлаку у віці 28 діб складає 40,9 МПа, тоді як аналогічний показник матеріалу матриці з добавкою золи характеризується значенням 27,7 МПа. При подальшому твердінні рівень міцності матеріалу матриці зразків з добавкою шлаку практично не змінюється і у віці 90 діб складає 43,3 МПа, а аналогічній показник для зразків з добавкою золи дорівнює 35,5 МПа, тобто збільшився на 28%.
З метою визначення причин зазначеного протиріччя у роботі було виконано диференційно-термічний аналіз зразків матеріалу матриці базового складу та складів з добавками золи і меленого шлаку у віці 90 діб.
Аналіз наведених результатів диференційно-тер-мічного аналізу (табл. 2) свідчить про те, що матеріал матриці зразків, які виготовлені на основі портландцементу характеризується наявністю трьох основних ен-доефектів. Перший ендоефект у температурному інтервалі 20 - 2000С відноситься до дегідратації алюмінатної фази та часткової втрати міжшарової води в продуктах гідратації, другий ендоефект в температурному інтер-
Наведені результати вказують на те, що в цементному камені матеріалу матриці з добавкою золи кількість алюмінатної фази (7,5 мас. %) у порівнянні з базовим складом (5,5 мас. %) збільшується, що є результатом взаємодії гідроксиду кальцію з золою. Про це також свідчить зменшення кількості гідроксиду кальцію у вказаному зразку (1,25 мас. %) у порівнянні з базовим складом (1,75 мас. %).
В разі використання в якості добавки меленого шлаку, кількість алюмінатної фазі (10,0 мас. %) також перевищує аналогічний показник базового складу (5,5 мас. %). Але таке збільшення алюмінатної складової не результат взаємодії продукту гідратації портландцементу зі шлаком, а гідратації самого шлаку, про що свідчить збільшення кількості портландиту у цьому зразку (3,0 мас. %) у порівнянні з базовим складом (1,75 мас. %).
Наведені результати вказують на те, що у разі використання в якості добавки золи, в процесі структуроутворення цементного каменю відбувається взаємодія золи з гідроксидом кальцію, який утворюється при гідратації портландцементу. В разі використання в якості добавки меленого шлаку, кількість гідратних новоутворень збільшується за рахунок гідратації шлаку.
Цей процес протікає в лужному середовищі, яке зумовлене присутністю у системі гідроксиду кальцію, але не забезпечує хімічної взаємодії добавки та продуктів її гідратації з новоутвореннями портландцементу.
Тобто на основ і вказаних результатів диференційно-термічного аналізу може бути пояснено суттєве підвищення міцності ніздрюватого бетону з добавкою золи у віці 90 діб, тим, що у вказаній композиції саме в цей час протікають процеси хімічної взаємодії новоутворень цементного каменю та добавки. В разі відсутності такої хімічної взаємодії добавка наповнювача практично не впливає на міцність ніздрюватого бетону.
Про це свідчать залежності, що характеризують кінетику набору міцності ніздрюватим бетоном, який виготовленій з добавкою в якості заповнювача немеленого кварцового піску в кількості 20 мас. % (зразок 4), 30 мас. % (зразок 5) та 40 мас. % (зразок 6) від кількості цементу (рис. 2а). Міцність при стиску таких
а
б
£
композицій, зі збільшенням кількості заповнювача, знижується, а характер залежностей не змінюється з часом та відповідає характеру зміни у часі міцності матеріалу матриці (рис. 2б).
Строк твердіння, діб
я
в
Строк твердіння, діб
Рис. 2. Кінетика зміни міцності при стиску ніздрюватого бетону (а) та матеріалу матриці (б) на основі базового складу (1) та з добавкою немеленого кварцового піску у кількості 20 мас. % (2), 30 мас. % (3) та 40 мас. % (4) від маси цементу
За результатами виконаних досліджень встановлено, що активність наповнювача обумовлює кінетику зміни в часі міцності композиції, що твердіє у нормальних умовах. В разі використання в якості наповнювача меленої кам’яновугільної золи, рівень міцності ніздрюватого бетону у віці 28 діб знаходиться на рівні міцності композиції з добавкою меленого гранульованого шлаку (3,22 та 3,38 МПа відповідно). При подальшому твердінні, в період з 28 діб до 90 діб, міцність ніздрюватого бетону на з добавко золи збільшується до 4,8 МПа, тобто зростає на майже на 50%, тоді як рівень міцності ніздрюватого бетону з добавкою меленого шлаку за той же період збільшився всього на 6 %. При подальшому твердінні на протязі 360 діб міцність композиції при стиску зростає до 5,06 МПа та досягає рівня міцності композицій, які були виготовлені без використання мінеральних наповнювачів. Вказана
залежність обумовлена наявність процесів хімічної взаємодії наповнювача, що використовується з новоутвореннями твердіючого цементу.
Також встановлено, що на відміну від автоклавних ніздрюватих бетонів, міцність ніздрюватих бетонів нормального твердіння на основі портландцементу з часом зростає як на в’яжучому без мінеральних добавок так і в присутності добавок золи, меленого шлаку та кварцового піску. Інтенсивність процесу набору міцності з часом визначається активністю мінеральної добавки. При використанні в якості мінеральної добавки немеленого кварцового піску, який в умовах нормального твердіння не взаємодіє з новоутвореннями портландцементу, що твердіє, міцність ніздрюватого бетону зменшується зі збільшенням кількості цієї добавки у складі суміші. Інтенсивність набору міцності цих композицій у віці 90 діб, в залежності від кількості добавки, складає 10 - 18%.
Максимальним значенням міцності при стиску у віці 28 діб характеризується ніздрюватий бетон без мінеральних добавок (4,5 МПа). Аналогічна характеристика для ніздрюватого бетону з добавкою золи та меленого шлаку складає 3,2 та 3,4 МПа, а мінімальними значеннями міцності у віці 28 діб характеризуються бетони з добавкою немеленого піску 3,1, 2,9 та 2,4 МПа при кількості піску 20, 30 та 40 мас. % відповідно. Проте, ніздрюваті бетони всіх названих складів за міцністю при стиску, перевищують значення, що регламентується діючим нормативним документом для неавтоклав-них ніздрюватих бетонів.
Запропонована технологія виробництва ніздрюватих бетонів на основі портландцементу, що твердіють у нормальних умовах, була реалізована в умовах промислового виробництва. В якості базового складу для виробництва було обрано бетон Д700. За результатами випробування дослідно-промислової партії встановлено, що основні характеристики ніздрюватого бетону відповідають наступним параметрам:
- середня густина - 648...676 кг/м3;
- міцність при стиску - 4,27...4,58 МПа;
- сорбційна вологість при вологості повітря 40% -2,68 %;
- сорбційна вологість при вологості повітря 97% -11,30 %;
- втрата міцності після 50 циклів заморожування та відтаювання - 6,0 %;
- втрата маси після 50 циклів заморожування та від-таювання - 1,2 %;
- коефіцієнт паропроникненості - 0,23 мг/(м-ч-Па);
- теплопровідність ніздрюватого бетону у стандартних умовах - 0,18 Вт/(м-К), у розрахункових умовах експлуатації А - 0,21 Вт/(м-К), у розрахункових умовах експлуатації Б - 0,23 Вт/(м-К).
Високі фізико-механічні характеристики ніздрюватих бетонів, що були виготовлені за розробленою технологією, дозволили виробнику організувати виробництво стінових ніздрюватобетонних панелей розміром 3300x1500x500 мм [3], які були використані при зведенні житлових малоповерхових будинків.
Література
1. Композиционные материалы. [Текст]: справ./
Л.Р.Вишняков, Т.В.Грудина, В.Х.Кадыров и др.; под общ. ред. Д.М.Карпиноса - К.: Наукова думка, 1985. - 592 с.
а
б
2. Композиційні матеріали на основі волокон з гірських порід та неорганічних в’яжучих. [Текст]: моногр. / Глуховський В.В.,
Свідерський В.А., Ященко О.М, та ін. - К. НАН України, Інституту проблем матеріалознавства ім. І.М.Францевича, 2006. 140 с.
3. Свидерский В.А., Дашкова Т.С., Глуховский В.В., Глуховский И.В. Ячеистые бетоны естественного твердения. [Текст] //
Будівельні конструкції. - 2009, № 72. - К. НДІБК - С. 328-334.
Проведено аналіз властивостей двигуна з ротором, що котиться, в традиційній класифікації електричних машин і в еволюційній класифікації електромеханічних перетворювачів енергії Шинкаренка В.Ф., намічені подальші шляхи його розвитку
Ключові слова: ротор, що котиться, класифікація, архетип, клас, структури-мутанти
□------------------------------------□
Проведен анализ свойств двигателя с катящимся ротором в традиционной классификации электрических машин и в эволюционной классификации электромеханических преобразователей энергии Шинкаренко В.Ф., намечены дальнейшие пути его развития
Ключевые слова: катящийся ротор, классификация, архетип, класс, структуры-мутанты
□------------------------------------□
The analysis of motor with a rolling rotor properties is dealed with in traditional classification of electric machines and in evolutional classification of electromechanics energy converters of Shinkarenko V.F., the further ways of its development are set
Keywords: rolling rotor, classification, archetype, class, structures-mutants
УДК 621.313.181
МЕСТО ДВИГАТЕЛЯ С КАТЯЩИМСЯ РОТОРОМ В ОБЩЕЙ ЭВОЛЮЦИИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
A. А. Д у н е в
Аспирант*
Контактный телефон: (097) 6399690 E-mail: [email protected]
B. В. Н а н и й
Доцент, кандидат технических наук *Кафедра Электрических машин Национальный технический университет «Харьковский
политехнический институт» ул. Фрунзе, 21, г. Харьков, Украина, 61002 Контактный телефон: (057) 721-21-65 E-mail: [email protected]
Современный уровень развития техники предусматривает дальнейшее расширение применения различных типов электрических машин и их разновидностей.
К середине прошлого столетия были изобретены все основные виды электрических машин, разработана теория электромеханического преобразования энергии в них и сформирована базовая классификация.
В это же время происходит бурное развитие автоматики, что сопровождалось расширенным применением шаговых, редукторных и моментных двигателей. На этот же период приходится изобретение Москвити-ным А.И. двигателя с катящимся ротором (ДКР), как альтернатива редукторным приводам.
Как известно, в зависимости от назначения электрические машины подразделяются на генераторы, двигатели, преобразователи, компенсаторы, усилители и электрические машины автоматических систем. Кроме того, электрические машины могут быть подразделены по роду и частоте тока, по мощности, ча-
стоте вращения, напряжению и высоте оси вращения (Рис.1).
Международные стандарты и ГОСТы Украины предусматривают следующие высоты осей вращения электрических машин, мм: 50, 56, 63, 71, 80, 90, 100, 112, 132, 160, 180, 200, 225, 250, 280, 315, 355 и т. д.
Точно так же устанавливается ряд номинальных мощностей электрических машин в диапазоне от 0,06 до 1000 кВт: 0,06; 0,09; 0,12; 0,18; 0,25; 0,37; 0,55; 0,75; 1,1; 1,5; 2,2; 3;4; 5,5; 7,5; 15; 18,5; 22; 30; 37; 45; 55; 75; 90; 110; 132; 160; 200; 250; 400; 500; 630; 800; 1000 и т.д.
Существует так же разделение электрических машин по различным видам исполнения: по способу монтажа 1М (ГОСТ 2479—79), степени защиты 1Р (ГОСТ 17494-87) и способу охлаждения 1С (ГОСТ 20459).
В начале ХХ века были созданы уже все основные виды электрических машин и разработаны основы их теории, и поэтому на первый взгляд, кажется, невозможно получить новые виды электромеханических преобразователей энергии (ЭМПЭ).
€
