Методическое пособие 821

где Сп — первоначальные затраты на приобретение насосов; См — стоимость установки и пусконаладки; Сэ — затраты на электроэнергию для работы системы, включая привод насоса и средства управления; Спл — эксплуатационные расходы; Со — стоимость ремонта и технического обслуживания; Спр — издержки вследствие простоя; Сос — расходы на охрану окружающей среды; Су — затраты на списание и утилизацию.

Рис. 2. Зона низкого давления в сети [1]

Выбор оптимального решения значимости указанных факторов сильно отличается в каждом индивидуальном случае. При ближайшем рассмотрении из восьми базовых составляющих уравнения СЖЦ видно, что наиболее значимы лишь три из них: Сп, Со и Сэ.

По исследованиям компании GRUNDFOS, затраты на приобретение, ремонт и техническое обслуживание, а также стоимость электроэнергии распределяются следующим образом: Сп — 10 %, Сэ — 85 % и Со — 5 %.

Рассмотрим, от чего зависит каждая величина СЖЦ и есть ли возможность сократить указанные затраты.

На некоторых водоснабжающих предприятиях на эксплуатацию насосов приходится от 20 до 50 % потребляемой электроэнергии. Следовательно, важную роль играют такие факторы, как энергетическая эффективность, коэффициент полезного действия и оптимальное конструктивное решение насосного оборудования.

41

Научный журнал строительства и архитектуры

1. Регулирование подачи насоса. Изменение рабочей характеристики насоса и характеристики сопротивления трубопровода позволяет получить требуемые параметры расхода и напора. Наиболее распространенным методом изменения характеристики сети является дросселирование давления задвижкой, установленной на напорном трубопроводе насоса. Этот способ является наиболее простым, но наиболее энергозатратным (рис. 3). Так, например, для обеспечения заданной подачи Q3 требуется создать в системе напор, равный H3, но насос при этом будет развивать напор Н2. Следовательно, энергия N = Q3(H2 − H3) рассеивается и общая энергоэффективность насоса уменьшается.

Более совершенным способом регулирования работы системы «насос — сеть» является изменение характеристики насоса за счет изменения частоты вращения рабочего колеса или геометрии проточной части насоса.

При изменении скорости вращения рабочего колеса насоса, характеристика Q—H смещается таким образом (рис. 4), что точка пересечения кривой насоса с характеристикой трубопровода дает требуемую подачу Q3. При низком сопротивлении сети этот способ регулирования режима работы насоса является наиболее энергетически эффективным и экономичным при максимальном КПД.

Использование частотного регулирования позволяет уменьшить гидроудары в системе за счет плавного пуска и остановки насосного агрегата, а также снизить кавитационный износ рабочего колеса насоса [6].

При регулирование насосов с помощью ЧРП основным недостатком является то, что в любом случае насосы продолжают работать на полную (номинальную) мощность, даже в часы минимального водопотребления, при этом расходуя часть электроэнергии впустую [13, 16].

Регулирование насосов с помощью ЧРП позволяет существенно снизить потребление электроэнергии; при этом, используя обратную связь, можно постоянно поддерживать необходимые параметры в сети, например давление в магистрали. Внедрение ЧРП обычно окупается в течение 2—5 лет [12, 14, 19].

Рис. 3. Положение рабочих точек

Рис. 4. Положение рабочих точек

при регулировании дросселированием

при регулировании изменением частоты вращения рабочего колеса

2. Сравнение стоимости жизненного цикла с использованием ПНС и индивидуальных резервуаров воды (на 10-летний период). Возможные направления снижения за-

трат — это снижение потребления энергоресурсов, применение более эффективных электродвигателей BA180M2, широкое применение устройств для оптимизации работы насосного оборудования (к примеру, при помощи изменения частоты вращения ЧРП — ATV950 30/22 кВт 380 В 3ф). Стоимость установки и пусконаладочных работ составляет 10 % от первоначальных затрат.

42

Расход электроэнергии ПНС на один насос, работающий 24 ч в сутки, с мощностью электродвигателя 30 кВт и КПД насоса не менее 76 % за год эксплуатации рассчитывается по формуле:

Э 30 365 24 0,76 199728 кВт·ч.

При оснащении двигателей насосов ЧРП можно добиться экономии электроэнергии более чем на 30 %.

Расход электроэнергии населением на индивидуальные насосы, работающие 0,5 ч в сутки, с мощностью электродвигателя 0,37 кВт и КПД насоса не менее 80 % составит:

Э 0,37 365 0,5 0,8 54 кВт·ч.

Результаты сравнения стоимости жизненного цикла с использованием ПНС и индивидуальных резервуаров воды на 10-летний период приводятся в таблице [11].

Примечание: Сп — первоначальные затраты (цена приобретения насосного оборудования с сопутствующими принадлежностями); См — стоимость установки и пусконаладки; Сэ — затраты на электроэнергию (суточное потребление за 10 лет, кВт·ч); Со — стоимость ремонта и технического обслуживания; Спл — эксплуатационные расходы; СЖЦ — стоимость жизненного цикла на 10 лет.

Согласно данным таблицы, СЖЦ с использованием индивидуальных емкостей более чем в 14 раз превышает СЖЦ с муниципальными резервуарами.

43

Научный журнал строительства и архитектуры

Потребления электроэнергии сетевыми ПНС и индивидуальными насосами составляет соответственно 199728 и 490069 кВт·ч для одного квартала (9072 семьи), то есть разница в потреблении электроэнергии составит 290341 кВт·ч/год. А если в городе проживает более 2 миллионов семей, то можно утверждать, что более 50 млн кВт·ч/год электроэнергии используется нерационально. В этом случае экономический эффект составит 300 млн руб./год. Кроме того, когда индивидуальный насос работает на полную мощность, без ЧРП и чаще всего с напором насосов намного выше, чем высота установки бака, то и затраты абонентов значительно возрастают [2, 5].

Также такое большое количество бытовых насосов требует квалифицированного персонала по установке насосов и ремонту.

Выводы

1.На основе гидравлического расчета водопроводной сети с учетом изменения шероховатости стенок трубопроводов определены зоны наименьшего давления и научно обосновано решение замены индивидуальных емкостей для хранения запаса воды на муниципальные резервуары с использованием ПНС.

2.Сравнение потребления электроэнергии между сетевыми ПНС и индивидуальными

насосами у потребителей в городе, где проживает более 2 млн семей, показывает что более 50 млн кВт·ч/год электроэнергии используется нерационально. При этом экономический эффект перехода на муниципальные резервуары с использованием ПНС составит 300 млн руб./год.

Стоимость жизненного цикла использования индивидуальных емкостей для воды более чем в 14 раз превышает СЖЦ муниципальных резервуаров.

3. Эффективность применения метода энергетического эквивалентирования только при гидравлическом расчете всей сети города Хошимина позволит более чем в пять раз снизить финансовые затраты и материальные ресурсы.

Библиографический список

1.Макиша, Н. А. Энергетическое эквивалентирование кольцевой водопроводной сети с множеством тупиковых участков / Н. А. Макиша, В. И. Щербаков, Х. К. Нгуен, И. А. Гульшин // Научное обозрение. — 2017. — Ч. 1: № 8. — С. 11—15; Ч. 2: № 10. — С. 6—10.

2.Мартыненко, Г. Н. Оптимальный синтез гидравлических трубопроводных систем в области оперативного управления / Г. Н. Мартыненко, М. Я. Панов, В. И. Щербаков, И. П. Давыдова // Изв. вузов. Строительство. — 2004. — № 2. — С. 78—83.

4.Панов, М. Я. Моделирование возмущенного состояния гидравлических систем сложной конфигурации на основе принципов энергетического эквивалентирования / М. Я. Панов, В. И. Щербаков, И. С. Квасов // Изв. АН РФ. Энергетика. — 2002. — № 6. — С. 130—137.

5.Панов, М. Я. Методология факторного анализа водораспределения и водопотребления / М. Я. Панов, В. И. Щербаков, И. С. Квасов // Изв. вузов. Строительство. — 2001. — № 5. — С. 82—87.

6.Саркисов, С. В. Методика оценки энергоэффективности работы насосов системы водоснабжения на нефиксированную сеть с учетом надежности / С. В. Саркисов, А. А. Борисов, Л. Л. Лесина, Л. С. Махаева // Научные проблемы материально-технического обеспечения ВС РФ: сб. науч. тр. — СПб, 2017. — С. 305—314.

7.Саркисов, С. В. Методика оптимизации зонированных систем подачи воды / С. В. Саркисов // Естественные и технические науки. — 2016. — № 12 (102). — С. 228—231.

8.Саркисов, С. В. Методика оптимизации систем водоснабжения / С. В. Саркисов, П. А. Путилин, В. С. Ивановский, В. С. Игнатчик // Труды Военно-космической академии им. А. Ф. Можайского. — 2015. —

№649. — С. 181—187.

9.Чупин, В. Р. Оценка надежности обеспечения потребителей водой / В. Р. Чупин, А. С. Душин // Водоснабжение и санитарная техника. — 2017. — № 12. — С. 35—44.

10.Чупин, В. Р. Повышение надежности эксплуатируемых систем подачи и распределения воды / В. Р. Чупин, А. С. Душин // Вестник Иркутского государственного технического университета. — 2010. —

№4 (44). — С. 110—115.

44

12.Barnard, T. Computer Application in Hydraulic Engineering / Tom Barnard, Rocky Durrans, Steve Lowry [et al.]. — Bentley Institute Press, 2006. — 645 р.

13.John, I. S. A Review on the Development and Appli-cation of Methods for Estimating Head Loss Components in Water Distribution Pipework / I. S. John, M. A. Emmanuel // American Journal of Engineering Research (AJER). — 2014. — Vol. 3, Issue 9. — Р. 91—96.

14.Menon, E. S. Working Guide to Pumps and Pumping Stations / E. S. Menon, S. M. Pramila. — Linacre House: Jordan Hill, Oxford, 2010. — 283 р.

15.Pornorommin, A. Numerical Simulation of Water Distribution System of Thungmahamek Branch, Bangkok, Thailand / A. Pornorommin, L. Surachai, C. Suwatana // International Symposium Asian Simulation and Modeling — 2007. — Chiang Mai, Thailand, 2007. — Р. 161—168.

16. Sekulic, G. The Pressure-Boosting Pumping Stations in Modernization of Water Supply Systems /

G.Sekulic, I. Cipranic // Construction of Unique Buildings and Structures. — 2015. — № 2. — Р. 7—19.

17.Shcherbakov, V. I. The Application Efficiency of Energy Equivalence for Hydraulic Calculation of Water Supply Networks / V. I. Shcherbakov, H. C. Nguyen, K. I. Chizhik, N. V. Sung, N. N. Thiep, H. T. T. Nu // Modern Engineering and Innovative Technologies. — 2017. — Vol. 2, № 9. — Р. 118—125.

Resources and Environment for Green Growth / Hochiminh University of Natural Resources and Environment. — 2016. — № 3. — Р. 61—68.

19. Walski, T. M. Advanced Water Distribution Modeling and Management / Thomas M. Walski, Donald V. Chase, Dragan A. Savic [et al.]. — Bentley Institute Press, 2003. — 751 р.

ECONOMIC SUBSTANTIATION FOR REPLACING INDIVIDUAL OVERHEAD TANKS

WITH MUNICIPAL TANKS

V. I. Shcherbakov 1, O. N. Zubareva 2, Nguyen Huy Cuong 3

Voronezh State Technical University 1

Russia, Voronezh

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) 2

Russia, Moscow

Ho Chi Minh University of Natural Resources and Environment 3

Viet Nam, Ho Chi Minh

1D. Sc. in Engineering, Prof. of the Dept. of Hydraulics, Water Supply and Wastewater Removal, tel.: +7-980-345-99-00, e-mail: scher@vgasu.vrn.ru

2PhD in Engineering, Assoc. Prof. of the Dept. of Water Supply and Wastewater Removal,

tel.: +7-905-578-64-36, e-mail: onzubareva@gmail.com

3 Lecturer of the Dept. of Water Supply and Wastewater Removal, tel.: +7-952-950-58-53, e-mail: hcuongsgvn2003@gmail.com

Statement of the problem. Determining the economic efficiency of replacing individual overhead tanks with municipal tanks to provide consumers with the necessary flow and the required pressure is addressed.

Results. The estimation of the life-cycle cost (LCC) of the use of individual overhead tanks, which is more than 14 times larger than that using municipal reservoirs, is identified and scientifically proven. Conclusions. On the basis of the hydraulic calculation of plumbing network taking into account aging pipelines, the lowest pressure zone are determined and the decision to replace individual capacities for storing water supplies for municipal reservoirs using booster pump stations is scientifically proven. The consumption of electric power is conducted between using booster pump stations and individual pumps for consumers in a city with the population of more than 2 million is compared, the amount of inefficiently used electric power and economic effect of the implementation of the suggested recommendations is identified.

Keywords: water supply system, hydraulic calculation, water networks, energy equivalent, low pressure zone in the network, overhead tank.

45

Научный журнал строительства и архитектуры

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

УДК 666.9 : 691.67

ПОВЫШЕНИЕ ПРОЧНОСТИ АРБОЛИТА ЗАПОЛНЕНИЕМ ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАННОЙ РИСОВОЙ ЛУЗГОЙ

Э. Б. Курманбекова1, Р. Е. Жумагулова2, Д. С. Ким3

Казахская головная архитектурно-строительная академия 1, 2 Республика Казахстан, г. Алматы

Институт ядерной физики 3 Республика Казахстан, г. Алматы

1Канд. техн. наук, ассоциированный проф. факультета строительных технологий, инфраструктуры и менеджмента, тел.: (701) 212-26-27, e-mail: elemira.kurmanbekova@yandex.kz

2Канд. техн. наук, ассоциированный проф. факультета строительных технологий, инфраструктуры и менеджмента, тел.: (701) 942-55-54, e-mail: roza_j@mail.ru

3Канд. техн. наук, доц. учебного центра по радиационной безопасности,

тел.: (727) 386-68-00, e-mail: kim2@inp.kz

Постановка задачи. Важную научную проблему в технологии производства арболита представляет изучение и совершенствование процессов адгезии заполнителя с вяжущим, а также повышение прочности арболита путем увеличения его плотности введением минеральных добавок, улучшающих качество его упаковки. Целью исследований является разработка технологии модифицирования поверхности зерен заполнителя и получение арболита конструкционного значения путем его облагораживания термически обработанной рисовой лузгой.

Результаты и выводы. Установлено, что метод термической обработки рисовой лузги способствует повышению ее адгезионного сцепления с цементом и адгезионной прочности арболита в целом. Класс арболита по прочности на сжатие за счет облагораживания термически обработанной рисовой лузгой повышается до В1,5, что позволяет получить арболит конструкционного назначения и расширить область его применения в малоэтажном строительстве для несущих конструкций. Также установлен оптимальный состав арболита.

Ключевые слова: рисовая лузга, арболит, прочность, заполнитель, древесная дробленка, термическая обработка, жидкое стекло, хлористый кальций, модифицирование поверхности.

Введение. Арболит относится к легким бетонам на основе органических заполнителей. Разновидностями органических заполнителей являются древесина, костра льна и конопли, стебли хлопчатника, камыш, рисовые лузга и солома, которые существенно отличаются от минерального заполнителя и имеют свои специфические особенности.

Целлюлозные органические заполнители в процессе приготовления арболитовой смеси выделяют в цементное тесто легкогидролизуемые вещества (простейшие сахара: сахарозу, глюкозу, фруктозу, крахмал, танины, смолы), чему способствует щелочная среда (рН = 11 ÷ 13). Известно, что сахара замедляют схватывание и твердение цементного камня, поэтому необходима локализация (нейтрализация) экстрактивных веществ. Наиболее распространенными способами локализации (нейтрализации) экстрактивных веществ являются: предварительная подготовка заполнителя замачиванием в воде в течение 15 минут и последующим стеканием

© Курманбекова Э. Б., Жумагулова Р. Е., Ким Д. С., 2018

46

воды из него (ГОСТ 19222-84 «Арболит и изделия из него. Общие технические условия»), применение минерализаторов, образующих защитную пленку на поверхности заполнителя в виде геля кремниевой кислоты, и ряд других.

В состав арболитовой смеси входят вяжущее и заполнитель, имеющие различные физи- ко-химические свойства. Целлюлозные заполнители относятся к группе коллоидных капил- лярно-пористых тел с упруго-вязкими свойствами [3, 24], поэтому система «целлюлозный заполнитель — вода» имеет особые специфические свойства, отличные от системы «минеральный заполнитель — вода».

Вода является важнейшим компонентом в процессах структурообразования и служит дисперсионной средой в арболитовой смеси, активно участвуя в химических реакциях. Межмолекулярное взаимодействие воды характеризуется водородной связью, прочность которой занимает промежуточное положение между прочностями Ван-дер-Ваальсовых и ионных связей. Вода входит в состав целлюлозного заполнителя, который отдает и абсорбирует влагу из окружающей среды (рис. 1) [14, 20].

Рис. 1. Схема межмолекулярного взаимодействия воды [28]

Влияние воды на заполнитель проявляется его набуханием и вымыванием из него водорастворимых экстрактивных веществ, таких как моносахара, танины и кислоты. Макромолекулы целлюлозы удерживаются, помимо химических связей, также электрическими силами притяжения и находятся в равновесии вследствие действия сил отталкивания неэлектрической природы, равных силам притяжения по модулю. В средах с большой диэлектрической проницаемостью силы притяжения ослабевают, а силы отталкивания действуют, что обусловливает набухание.

Вводе вокруг отрицательно заряженной цементной частицы скапливаются катионы

собразованием адсорбционного и диффузного слоя [5, 21, 26]. Сначала под влиянием поверхностных сил разрываются первичные водородные связи между молекулами воды, затем образуется водородная связь с кислородными и гидроксильными группами поверхности частиц.

Толщина сольватной оболочки (адсорбционный и диффузный слои) зависит от минералогического состава цементной частицы, температуры и атмосферного давления. В адсорбционном, прочно связанном, слое воды диполи располагаются строго ориентировано, а в диффузном, рыхло связанном слое, молекулы расположены неупорядоченно, и под действием молекулярных сил диффузионная вода передвигается от одной частицы вещества к другой.

Частицы цемента, взаимодействуя с водой, покрываются гидратными новообразованиями, что вызвано мицеллообразованием, обусловленным электронейтральностью мицеллы и электроотрицательностью цементной гранулы [6, 17].

1. Аналитический обзор исследований по увеличению прочности арболита. Со-

гласно теоретическим представлениям И. Н. Ахвердова, модифицированная вода присутствует в адсорбционной и в диффузионной оболочках, причем за последней цементная частица окружена свободной водой [4, 23]. Объемная концентрация свободной воды на поверхности раздела «цемент — целлюлозный заполнитель» повышается за счет скопившейся воды в межклеточных пространствах заполнителя и вокруг гидратирующихся частиц цемента в соответствии с рис. 2.

47

Научный журнал строительства и архитектуры

Рис. 2. Распределение плотностей жидкостей рж, кг/м3, при гидратации цементной частицы r, моль∙м−2 [4]: 1 — цементные частицы; 2 — прочносвязанная (адсорбционная) вода;

3 — рыхлосвязанная (диффузная) жидкость; 4 — диполи воды; 5 — зависимость рж от r

Специфической особенностью арболитовой смеси является нестабильность баланса воды, которая в зависимости от влажности окружающей среды мигрирует к заполнителю или от него с обогащением или обеднением дисперсионной среды образующегося каркаса вяжущего. Дисперсионная среда с момента затворения арболитовой смеси образует жидкую фазу, распределяющуюся по вяжущей и заполняющей частями с различным составом растворенных в ней веществ, экстрагированных из целлюлозного заполнителя.

Целлюлозный заполнитель еще более энергично, чем минеральный пористый заполнитель, поглощает воду из бетонной смеси, обезвоживая контактную зону с цементным тестом, поэтому при производстве арболита снижение В/Ц возможно в очень больших пределах. Используемые для арболита заполнители имеют различную форму зерен, размеры и поверхность, что влияет на свойства арболита. Так, дробленные стебли хлопчатника, распространенные в Средней Азии и в Казахстане, имеют значительное количество веществ, способствующих релаксации арболитовой смеси и требующих обязательного фиксированного уплотнения методом вибропрессования. Рисовая лузга, солома и камыш имеют глянцевую поверхность, значительно снижающую сцепление их с вяжущим, что требует дополнительных мер в подготовительных операциях с этими заполнителями.

Изучение системы «целлюлозный заполнитель — минеральное вещество» показало, что наиболее активно на портландцемент воздействуют сахара в составе водорастворимых веществ заполнителя [12, 13].

Установлено, что влияние микродобавок (0,015 ÷ 0,125 %) моносахаров на гидратацию и твердение алюминатов и алюмоферритов кальция зависит от длины углеводородной цепи ПАВ, с увеличением которой интенсифицирующее действие добавок на гидратацию алюминатов и C4AF снижается [9, 19]. Интенсификация гидратации белита наиболее активна в присутствии добавок полисахаридов, но гидратация трехкальциевого силиката замедляется, что связано с адсорбционным понижением прочности, ускоренным диспергированием и растворением минералов.

Дж. Ф. Янг установил, что моноиполисахариды задерживают гидратациюC3A[22, 25]. Согласно другим исследованиям, комплексные соединения затрудняют диффузию воды

к поверхности цементных зерен, так как образуют оболочку, затрудняющую доступ воды к

48

зернам цемента, что тормозит гидратацию цемента [11, 12, 16, 18]. Вместе с тем гидратными новообразованиями гидратации C3A с добавками глюкозы и ее окисных производных являются C3AH6 и C4AH13 [7], причем кислые производные глюкозы из-за повышенной стабильности в щелочной среде замедляют гидратацию в 10 раз эффективнее самой глюкозы, что обусловлено адсорбцией органических молекул на C3A.

Исследования суспензии C3A и СА в растворе лигносульфонатов и сахарозы показали, что ускорение твердения в присутствии больших количеств сахарозы объясняется заменой нормально закристаллизованных гидратов высокодисперсными аморфизованными продуктами — «зародышевыми» фазами [1, 30].

Действие веществ органического происхождения (глюкозы, сорбита, глицеринового альдегида, молочной и других кислот) на процессы гидратации C3A обусловлено изменением фазового состава новообразований, замедляющих процесс твердения цемента. Экстрактивные вещества затрудняют, а иногда полностью препятствуют превращению гексагональных гидроалюминатов кальция C4AH19, C4AH13, C2AH8 в кубический C3AH6 вследствие большей по сравнению с Сa (OH)2 термодинамической стабильности C4AH19 в присутствии растворимого сахарата кальция в пересыщенных растворах [7].

Однако низкую прочность арболита нельзя объяснить только наличием в целлюлозном заполнителе экстрактивных веществ. Прочность арболита на заполнителе, максимально очищенном от водорастворимых веществ, обладающих слабой адгезией, повышается незначительно и не обеспечивает стабильность его свойств [2, 30], поэтому одним из наиболее эффективных способов повышения когезионной прочности арболита является увеличение сцепления целлюлозного заполнителя с минеральным вяжущим.

Процесс подготовки заполнителя арболита заключается в его обработке физическим и химическим способом, например в вымачивании заполнителя в воде с целью удаления водорастворимых веществ или в использовании минерализации заполнителя растворами химических веществ, нейтрализующих экстрагируемые водорастворимые вещества.

Взависимости от разновидности и физического состояния заполнителя применяют также термические способы его обработки: пламенный, беспламенный, в вакууме, в жидкой среде, контактный, электрический, комплексный, в среде водяного пара, диффузией, конвекцией, излучением.

Среди технологических этапов наиболее важным считается предварительная подготовка сырьевых компонентов. Поскольку органический заполнитель содержит водорастворимые экстрактивные вещества, отрицательно влияющие на твердение минерального вяжущего, необходимо подвергнуть заполнитель предварительному облагораживанию способом, зависящим от его природы.

Втехнологии производства бетонных и железобетонных изделий принципиально новым способом подготовки смесей с органическим заполнителем является их обработка постоянным электрическим током знакопеременных импульсов, вызывающим электрокинетические процессы (электролиз, электроосмос, электрофорез).

Воздействие постоянного электрического тока с переключением полюсов позволяет создать условия, необходимые для выравнивания состава жидкой фазы и сокращения сроков структурообразования с одновременным увеличением прочности цементного камня.

Всовременной практике производства арболита для предотвращения вредного воздействия водорастворимых сахаров древесины на цементный камень прибегают к минерализации сахаристых веществ в нерастворимые соединения или локализуют их действие на цементное тесто созданием непроницаемой для сахаров пленки на поверхности древесины. Однако эти меры не обеспечивают высокое качество арболита.

Под воздействием электрического поля постоянного тока знакопеременных импульсов происходит передача энергии арболитовой смеси, в результате совершаемой ею работы пе-

49

Научный журнал строительства и архитектуры

риодически изменяется заряд частиц, электрическая энергия переходит в механическую, и одновременно протекает ряд других физико-химических процессов и сопутствующих им первичных и вторичных реакций.

Таким образом, постоянный ток возбуждает ряд новых процессов и реакций в арболитовой смеси, направляет, интенсифицирует и ускоряет протекающие в ней различные физи- ко-химические взаимодействия, способствует переносу ионов, изменению заряда частиц и физико-химической природы поверхности смеси.

МЛТИ и НИИЖБом проведены исследования по ускорению твердения арболита различными способами тепловой обработки, в том числе электропогревом постоянным или переменным током, тепловлажностной обработкой в пропарочной камере, сушкой, электропрогревом арболитовой смеси, а также автоклавной обработкой. Установлено, что обработка постоянным электрическим током в сравнении с электропрогревом переменным током значительного преимущества не дает.

Важнейшими операциями в технологическом процессе производства арболита являются приготовление, укладка и уплотнение арболитовой смеси. Арболит имеет крупнопористую структуру, поэтому цементного теста хватает лишь для обволакивания частиц и их заполнения в местах контактов. Поризованная арболитовая смесь уплотняется вибрацией (без пригруза) на стандартных виброплощадках, что позволяет отказаться от громоздких и металлоемких форм. Технология производства поризованного арболита марок 35 и 50 внедрена в г. Домодедово Московской области России. Разработана нормативная база внедрения поризованного арболита.

Наметившийся в последнее время прогресс в технологии производства и внедрении арболита проявился в расширении номенклатуры вяжущих: от гипсового, фосфорношлакового, белитошлакового, белитоалюминатного вяжущего, фосфогипса до полимерного вяжущего. Применение ряда этих вяжущих позволяет отказаться от использования химических добавок для нейтрализации водорастворимых соединений, негативно действующих на твердение цемента, и его тепловой обработки.

Метод обработки арболита знакопеременным постоянным током, предложенный А. Н. Первовским [15, 31], предусматривает изменение направления его движения каждые 2—3 минуты в течение 40—60 минут при температуре +40 0С и сокращение времени нарастания прочности арболита.

Электрический ток, проходя через арболитовую смесь, помещенную между двумя электродами, являющимися одновременно стенками металлической формы, способствует диспергированию, разукрупнению частиц цемента и увеличивает количества коллоидных новообразований. При обработке постоянным током цементноводных смесей разрушаются вторичные коагуляционые структуры, что способствует более полной гидратации цемента и повышению прочности арболита.

2. Авторский способ повышения прочности арболита. Предлагаемый авторами спо-

соб заключается в электропрогревании арболитовых изделий в металлической форме постоянным электрическим током в течение 1—2 часов с последующим выдерживанием на поддоне 6—8 часов. Для набора транспортной прочности изделия необходимо выдержать при температуре 20—25 0С в течение 1—2 суток.

Ранее предполагалось, что ускорению твердения бетона способствуют процессы электролиза воды, электроосмоса и электрофореза в арболитовой смеси, однако впоследствии авторами было установлено превалирующее значение температурного фактора. Действительно, повышение температуры и продолжительности прогрева ускоряют процесс твердения бетона, а при использовании источников постоянного тока возникает коррозия служащих электродами металлических стенок формы.

За последние годы было исследовано большое количество различных способов химической обработки рисовой лузги с целью нейтрализации водорастворимых веществ (извест-

50