Изготовление арболита с применением сверхвысокочастотных технологий

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 621.365.5

ИЗГОТОВЛЕНИЕ АРБОЛИТА С ПРИМЕНЕНИЕМ СВЧ ТЕХНОЛОГИЙ

Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А.

Лаврентьев В.А., к.т.н., доцент кафедры

«Автоматизированные электротехнологические установки и системы»

Аннотация

Материал статьи предназначен для тех, кто изготавливает конструктивные элементы на основе арболита. В предлагаемой статье раскрывается способ термической обработки данного материала при помощи СВЧ диэлектрического нагрева. Сведений о данном способе термообработки арболита в научной литературе пока и нет подтверждения такой методики изготовления. В статье описывается способ применения СВЧ диэлектрического нагрева арболита на базе бытовой СВЧ печи, а также приводятся результаты исследований, определение по результатам испытаний физико-механического показателя (ударная прочность), определены временные режимы термообработки.

В статье рассмотрены результаты экспериментов для продвижения СВЧ технологий на рынке по изготовлению арболита. Приводятся физико-механические расчеты полученных образцов арболита при испытании на ударную прочность.

СВЧ диэлектрический нагрев, арболит, термообработка.

сверхвысокочастотный диэлектрический нагрев арболит

PRODUCTION OF WOOD CONCRETE WITH USE OF THE MICROWAVE OVEN OF TECHNOLOGIES

Saratov State Technical University. By. Yuri Gagarin

Lavrentyev V.A., Cand.Tech.Sci., associate professor

"The automated electrotechnological installations and systems"

Summary

Material of article is intended for those who makes constructive elements on the basis of wood concrete. In the offered article the way of heat treatment of this material by means of the microwave oven of dielectric heating reveals. Data on this way of heat treatment of wood concrete in scientific literature so far are also not present confirmation of such technique of production. In article the method of application of the microwave oven of dielectric heating of wood concrete on the basis of the household Microwave oven is described, and also are brought. results of researches, definition by results of tests of a physicomechanical indicator (shock durability), are defined the temporary modes of heat treatment.

In article results of experiments for advance of the microwave oven of technologies in the market on wood concrete production are considered. Physicomechanical calculations of the received wood concrete samples at test for shock durability are given.

Microwave heating, wood concrete, heat treatment.

В любое время был спрос на дешевые строительные материалы, которые также совмещали такие качества как прочность, износостойкость, малая теплопроводность, высокая звукоизоляция, огнестойкость и т.д. Следовательно востребованы технологии изготовления таких материалов и установки для их производства. Арболит, как строительный материал, был известен сравнительно давно. На территории нашей страны арболит начали изготовлять с 1959г. по инициативе Ф.Д. Вараксина, П.Н. Ершова и Е.Ю. Кобцева. В разных странах аналог арболита имеет свое название: вундстроун-США, дюрисо - Голландия, Швеция, Канада; чентери-боад - Япония; дюрипанель - Германия; пилинобетон - Чехия; велокс - Австрия [2-6].

В 1971г. разработаны мероприятия по расширению производства и применения в строительстве арболита, технологии его производства, разработано специализированное оборудование, методы повышения качества изделий из арболита. Были разработаны ГОСТ 19222-73 «Арболит и изделия из него. Общие технические условия» и «Руководство по проектированию и применению изделий из арболита».

Чаще всего арболитовые конструкции и изделия формируются в стальных формах. Самое главное при укладке массы в форму - одинаково ровно уложить ее по всей форме. Ввиду упругости арболитовой смеси выбирают высоту бортоснастки формы с учетом коэффициента уплотнения

где Нф - высота бортоснастки формы, м; Ку - коэффициент уплотнения;

изд - проектная толщина изделия, м.

Коэффициент уплотнения выбирается в зависимости от средней плотности арболита и составляет 1,2 1,6. Для арболита средней плотности 700 кг/м3 при использовании дробленки хвойных пород он равен 1,5 2-4.

Самая значимая процедура при изготовлении арболитовых изделий - уплотнение смеси. Упругие свойства арболитовой смеси появляются из-за древесного заполнителя, интенсивно впитывающего влагу в смесителе при приготовлении смеси, в последствие чего даже при сравнительно больших расходах воды получившееся смесь малоподвижна.

Таблица 1 - Расход компонентов на один замес с учетом влажности дробленки

Приходится поддерживать высокие значения В/Ц (водоцементное отношение), равные 1,1 1,3, а при изготовлении теплоизоляционного арболита на основе костры льна и конопли - 2,2 3. Пути уплотнения арболитовой смеси, успешно применяемые в настоящее время, являются: циклическое прессование или вибропрессование, вибросиловой прокат, послойное уплотнение, вибрирование на виброплощадках и вибрирование с пригрузом.

Все способы дают возможность уплотнять арболитовую смесь при получении изделий в соответствии с ГОСТ 19222 - 84 «Арболит и изделия из него» при нормативном расходе сырьевых материалов и получать качественные изделия. Выбор пути уплотнения смеси зависит от производительности линии, типа изделий, свойств формуемой смеси табл. 1 - 3 2-4.

Таблица 2 - Выбор способа уплотнения арболитовой смеси в зависимости от вида формуемых изделий

Опыт отечественного и зарубежного производства арболита формулирует основные требования к технологии получения этого материала:

- формование изделий производится в горизонтальных формах, позволяющее получать изделия, отфактуренные с двух сторон в процессе их изготовления;

- формование нужно производить в металлической матрице со сменным поддоном и бортовой оснасткой из деревянных брусков; такой способ делает возможным исключение из схемы производства камеры тепловой обработки, она осуществляется при использовании теплоты, образованной в процессе гидратации цемента.

Заключительный этап технологического процесса - обработка теплом и твердение изделий до набора нужной отпускной прочности. Исследования не рекомендуют интенсифицированные режимы термообработки. Попытка пропарить арболит привела к потере прочности, при пропаривании в арболите увеличиваются внутренние напряжения; одновременно растет выделение сахаров из древесного заполнителя, это влечет за собой «отравление» цемента.

Таблица 3 - Режимы уплотнения арболитовой смеси

Хорошие результаты получены при низкотемпературной обработке арболита по мягким режимам: температура сушки 40 50С и относительная влажность воздуха 70 80%, как правило это сушка нагретым воздухом. В таких условиях арболит приобретает распалубочную прочность через 18-20 ч. Но прочность арболита при этом не больше 25 40% марочной прочности, а влажность находится в пределах 30 35%. Для последующего набора прочности и уменьшения влажности до регламентируемых величин требуется дополнительная выдержка на закрытом складе при 16 18С не менее 7 14 дней 5. Потом изделия отправляются на склад с любым температурно-влажностным режимом (естественное хранение, исключающее увлажнение). В рамках эксперимента на заключительном этапе изготовления арболита было предложено использовать СВЧ диэлектрический нагрев с целью объёмного прогрева получаемых образцов арболита. Для проведения эксперимента было выбрано два состава арболитовой смеси. В первом случае в качестве химической добавки использовался раствор кальция хлористого 10%, а во втором жидкое натриевое стекло. Подробный состав смесей приведен в табл.4 1 .

Таблица 4 - Состав арболитовой смеси для экспериментальных образцов

Из каждой смеси было изготовлено по два образца размером 0,130,130,045м. Один будет набирать прочность на воздухе, а другой пройдет тепловую обработку в СВЧ установке в течение 2 минут.

Общее время замеса и введения компонентов 10 минут. После чего смесь укладывалась в формы, послойно уплотнялась и утрамбовывалась в течение 15 минут. В результате общее время изготовления составило 25 минут. Начальная температура образцов t0=210C. После обработки в СВЧ установке в течение 1минуты температура поднялась до t1=300C (смесь №1), и t1=350C (смесь №2).Перерыв между первой и второй минутой обработки 1,5 минуты. Температура образцов после второй минуты СВЧ обработки: t2=550C (смесь №1) и t2=580C (смесь №2). Все экспериментальные образцы набирали прочность при комнатной температуре (t=230C) 7 дней. Следует отметить, что у образцов, набиравших прочность на воздухе влажность больше. По истечению этого срока образцы испытывались на прочность. Гиря массой 5кг. свободно падала с разной высоты: 0,25м; 0,5м; 0,75м и 1м.

Из проведенных испытаний на прочность выяснилось, что образцы, в состав которых входит жидкое натриевое стекло (смесь №2) заметно прочнее; образцы, прошедшие СВЧ обработку набрали больше прочности, чем такие же по составу, набиравшие прочность на воздухе.

Для оценки силы ударов численно, и проверки соответствия образцов стандартам, был проведён расчёт напряжений, возникающих в системе от удара. Предположим, что эпюра динамических напряжений дин системы от груза (гири) Q при ударе в любой момент времени подобна эпюре напряжений ст, возникающих от того же груза, но действующего статически 7 .

Динамический коэффициент при ударе определяется

где: h - высота падения гири, м.; ст- статическое перемещение, Мпа.

где: l - высота образца, м.; Е - модуль упругости арболита, МПа;Q - вес груза, Н; А1 - площадь образца, м2.

Модуль упругости арболита принимаем 1000 МПа (табл.1.8).

где: m - масса груза, кг.; g - ускорение свободного падения, м/с2.

Статическое нормальное напряжение

Результаты расчетов динамических напряжений дин при разной высоте падения гири приведены в табл.5.

Таблица 5 - Результаты расчетов динамических напряжений при разной высоте

Результаты подсчёта общего динамического напряжения для каждого образца в зависимости от количества падений гири при разной высоте приведены в табл.6.

Таблица 6 - Общее динамическое напряжение для каждого образца

После выполненных расчетов можно сделать вывод: все образцы выдержали заявленную прочность 33,5 МПа (ГОСТ 19222 - 84), так как при первом падении гири с высоты 0,25м. ни один из образцов не был поврежден; образцы прошедшие СВЧ обработку в разы прочнее образцов того же состава «на воздухе»; образцы, в состав которых входит жидкое натриевое стекло (смесь №2), прочнее образцов с кальцием хлористым (смесь №1).

Список использованных источников

1. ГОСТ 19222 - 84. Арболит и изделия из него. Общие технические условия.

2. Назашвили И.Х. Арболит - эффективный строительный материал./ М.:1984. - 122с.

3. Назашвили И. Х. Исследование адгезии в структуре конгомерата «древесинв - цементный камень» //Совершенствование заводской технологии железобетонных изделий на предприятиях сельской индустрии./М.:1979. - 153с.

4. Назашвили И.Х. Использование арболита в жилищно-гражданском строительстве в Баку //Тезисы докладов и сообщений производственно-технического семинара Развитие производства и расширения применения арболита в строительстве» (10 - 12 апреля, Краснодар)./ М.:1974. - 40с.

5. Назашвили И.Х. Влияние давления набухания древесного заполнителя из лиственницы и других хвойных пород на процессы структурообразования арболита// Эффективные методы и оборудование для сборного железобетона в сельском строительстве: Труды ЦНИИЭП Псельстроя./М.: 1981. - 84с.

6. Назашвили И.Х. Строительные материалы из древесно-цементной композиции//2-е изд., перераб. и доп./Л.:Стройиздат,1990. - 415с.

7. Федосьев В.И. Сопротивление материалов//10-е издание перераб. и доп./Е.Н. Ставицкая. - Москва.: изд.МГТУ им.Н.Э. Баумана 1999. - 590с.

Размещено на Allbest.ru