авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Технология скоростной высокотемпературной обработки глинистых грунтов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Чарыков Юрий Михайлович

ТЕХНОЛОГИЯ СКОРОСТНОЙ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ

ОБРАБОТКИ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ

05.23.08 – "Технология и организация строительства"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Томск-2003

Работа выполнена в Томском государственном архитектурно-строительном университете

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор, Ефименко Владимир Николаевич
Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники Волокитин Геннадий Георгиевич
- кандидат технических наук, Майдуров Владимир Анатольевич
Ведущая организация - Кузбасский центр дорожных исследований

Защита состоится 06.06.2003 г. в 1400 на заседании диссертационного совета Д 212.265.01 в Томском государственном архитектурно-строительном университете (634003, г. Томск, пл. Соляная, 2, ТГАСУ, ауд. 307/5)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного архитектурно-строительного университета

Автореферат разослан " 06 " мая 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета доктор технических наук,

профессор Н.К. Скрипникова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКАРАБОТЫ

Актуальность темы. Наращивание темпов нефте- и газодобычи в малоосвоенных районах России требует развития инфраструктуры. Отсутствие на этих территориях промышленных запасов горных пород, высокая стоимость щебня, гравийных и песчаных смесей существенно сдерживают темпы гражданского, промышленного, транспортного строительства. Одним из путей решения отмеченной проблемы может быть применение в основаниях зданий и сооружений местных глинистых грунтов, укреплённых вяжущими, технология применения которых достаточно глубоко проработана как теоретически, так и экспериментально. Однако применение в практике строительства подобных технологий ограничивает высокая стоимость производства работ, обусловленная транспортными потерями. Результаты исследований, выполненных в первой трети прошлого века отечественными и зарубежными учёными, свидетельствуют об эффективности применения в подобных случаях глинистых грунтов, подвергнутых термической обработке на месте производства работ.

Ряд способов глубинного и поверхностного укрепления грунтов в поле высоких температур успешно проверен в последние десятилетия на практике (Ломанович М.И., Литвинов И.М., Тюрин И.М. и др.) Тем не менее, труднопреодолимым препятствием в практическом решении вопросов термического укрепления грунтов в практике строительства является низкая эффективность использования традиционных источников тепловой энергии, выделяющейся при сжигании различных видов топлива.

Исследования последних лет показывают, что в условиях жёсткого дефицита энергоносителей термоукрепление глинистых грунтов может найти применение в практике строительства при применении технологий, обеспечивающих высокую температуру нагрева сырья, например, устройствами, генерирующими плазму (Г.А.Задворнев, Б.М.Зарубин, В.Н.Ефименко, В.П.Никитин, В.В.Сиротюк, А.П.Юрданов и др.). Однако внедрение таких технологий в строительство возможно при соблюдении следующих актуальных условий, в той или иной мере теоретически разработанных и требующих дальнейшего развития:

• исследования явлений и процессов, сопровождающих форсированный ввод тепловой энергии в глинистое сырьё, характеризуемое исходными минералогическим и гранулометрическим составами, физическими, водными и механическими свойствами;

• обоснования моделей технологических систем, включающих скоростное высокотемпературное укрепление глинистых грунтов при помощи устройств, оборудованных электродуговыми подогревателями;

• исследования эффективности технологических процессов и влияния последних на окружающую среду.

Актуальность темы исследования подтверждена экспертизами при конкурсном отборе работ, финансируемых Министерством образования Российской Федерации по Программе 2003г. "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники" (Подпрограмма 211. Архитектура и строительство, раздел 211.02. "Строительные материалы, энергосберегающие и экологически безопасные технологии их производства", Проект: "Разработка технологии производства заменителя природных зернистых материалов для транспортного строительства в районах со слаборазвитой инфраструктурой", в реализации которого принимает активное участие соискатель ученой степени.

Объект исследования: - технология скоростной обработки глинистых грунтов с применением электродуговых источников тепловой энергии, совершенствующая существующие технологии производства пористых зернистых заполнителей.

Предметом исследования является установление закономерностей процессов для оптимизации технологических параметров высокотемпературной обработки глинистого сырья, повышения эффективности и уменьшения влияния на окружающую среду.

Цель работы: - разработка технологии скоростной высокотемпературной обработки глинистых грунтов при помощи электродуговых источников тепловой энергии в производстве искусственного зернистого материала.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1. Исследовать явления и процессы, сопровождающие форсированный ввод тепловой энергии в глинистое сырье.

2. Определить параметры эффективного технологического процесса термического укрепления глинистого сырья, обеспечивающие производство зернистого искусственного заполнителя, качество которого соответствует требованиям к строительным материалам, применяемым в строительстве.

3. Разработать и создать технические средства для реализации технологии скоростной высокотемпературной обработки гранулированных глинистых грунтов.

4. Оценить эффективность технологии получения искусственного зернистого материала из глинистых грунтов, включающей применение устройств, оборудованных электродуговыми подогревателями, в условиях территорий со слаборазвитой инфраструктурой по критериям обеспечения показателей безопасности производства, минимума стоимости и энерго-затрат.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Научно обоснованы временной и температурный технологические режимы скоростной обработки глинистых грунтов в устройствах, оборудованных электродуговыми подогревателями, а также оптимальный размер гранул сырья.

2. Разработаны и созданы технические средства, позволяющие получать керамический зернистый материал фракции 5…15 мм по технологической схеме включающей переработку глинистого сырья, его сушку, обжиг с последующей закалкой продукта термоукрепления и предусматривающей повторное использование конденсата, образующегося в сушильной камере, в блоке обработки сырья, оборотное водоснабжение производства, утилизацию твердых отходов.

3. Доказано, что искусственный зернистый заполнитель, получаемый по технологии скоростной высокотемпературной обработки глинистого сырья, по своим свойствам может быть отнесён к группе изделий строительной керамики и классифицирован как пористый неорганический заполнитель.

Практическая ценность работы состоит в решении задачи материалообеспечения строительства в районах, характеризующихся неразвитой инфраструктурой, отсутствием месторождений каменных материалов и выражена в разработке технологической схемы производства зернистого керамического материала, включающей добычу и переработку (включая грануляцию и сушку) сырья, его высокотемпературную обработку и охлаждение, с учетом условий мобильности основного технологического оборудования, экологической безопасности и экономической эффективности.

Автор защищает совокупность положений, теоретически и экспериментально установленных закономерностей, позволяющих рекомендовать технические и технологические решения в практику, например, при возведении малоэтажных зданий и притрассовых сооружений.

Методология работы. При исследовании процесса высокотемпературной обработки гранул глинистых грунтов использованы современные представления в области техники и теплофизики, разработанные научными школами институтов теплофизики СО РАН и им. А.В.Лыкова АН Беларуси, МГУ, ТГАСУ, СибАДИ.

Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций гарантирована необходимым объемом статистики, применением современных методов расчёта и лабораторного оборудования, обеспечивающих достаточный уровень надежности результатов математического моделирования и измерений физических величин. Данные о потребительских свойствах нового искусственного зернистого материала и соответствие их требованиям действующих нормативных документов подтверждены внешней экспертизой Кузбасского центра дорожных исследований.

Реализация результатов исследований:

  1. Разработанная технология прошла опытно-промышленную апробацию в Томском государственном архитектурно-строительном университете, на Сибирском химическом комбинате и в настоящее время ведутся подготовительные работы к строительству объектов на территории Севера Томской области.

2. Приведённые в диссертации данные включены разделами лекционных курсов: "Технология и организация строительства автомобильных и городских дорог", "Строительные материалы" учебного плана специальности 29.10 Строительство автомобильных дорог и аэродромов всех форм обучения студентов Томского государственного архитектурно-строительного университета.

Апробация работы. Материалы диссертации были доложены и обсуждены на конференциях, семинарах и совещаниях: Научно-техническая конференция "Особенности проектирования и строительства автомобильных дорог в условиях Северо-Запада" (г. Архангельск, 1988г.); Научно-техническая конференция "Использование отходов промышленности при строительстве и эксплуатации автомобильных дорог в нечерноземной зоне РСФСР" (г. Владимир 1990г.); Всесоюзная научная конференция "Применение отходов промышленности и местных строительных материалов при строительстве и ремонте автомобильных дорог" (г. Владимир, 1991г.); 34 научно-техническая конференция (г. Кемерово 1991г); Всероссийская международная научно-техническая конференция (г. Омск, 1994г.); Международный симпозиум "Реконструкция - Санкт-Петербург 2005" (Санкт-Петербург, 1994г.); Межвузовская научно-техническая конференция "Материалы, технология, организация строительства" (г. Новосибирск, 1994 г.); Российская научно-техническая конференция "Экономия энергии при строительстве, эксплуатации автомобильных дорог" (г. Суздаль, 1995г.); Всероссийский семинар - совещание руководителей научных и проектных организаций (г. Суздаль, 1998г.); Всероссийская научно-техническая конференция "Актуальные проблемы строительного материаловедения" (г. Томск, 1998 г.); Международный научно-технический семинар "Нетрадиционные технологии в строительстве" (г. Томск, 1999г.); Научно-техническая конференция "Архитектура и строительство" (г. Томск, 1999г.); Всероссийская научно-техническая конференция "Пути повышения и эффективности строительства, реконструкции, содержания автомобильных дорог и искусственных сооружений на них" (г. Барнаул, 2001г.); Всероссийская научно-техническая конференция "Архитектура и строительство" (г. Томск, 2002г.).

Публикации. По материалам исследований опубликовано 15 печатных работ и получено авторское свидетельство.

Объем работы: Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов по работе, списка литературы из 158 наименований и 6 приложений. Объем работы 155 стр, в том числе 15 таблиц и 33 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель, задачи исследования, научная новизна и практическая ценность полученных результатов.

В первой главе представлен анализ существующих способов улучшения свойств грунтов применительно к районам, где отсутствуют промышленные запасы гравийных и песчаных пород. При этом отмечено, что снижение стоимости строительства в неблагоприятных грунтово-гидрологических, климатических условиях при существующем дефиците месторождений инертных строительных материалов можно осуществить за счет применения местных глинистых грунтов, свойства которых искусственно улучшены обжигом.

В отличие от других методов термическое укрепление глинистых грунтов, осуществляемое на месте строительства в стационарных, или полустационарных условиях, обеспечивает коренное изменение их свойств, включая химические, физико-химические и физико-механические, за счёт трансформирования состава и полного освобождения от всех видов воды. Основными препятствиями в практическом решении вопросов термического укрепления многими из существующих способов являются большая теплоёмкость и низкая теплопроводность грунта. Для преодоления отмеченной особенности глинистых грунтов требуется длительная термическая обработка сырья, что связано со значительными затратами тепловой энергии. Это в определённой мере препятствует применению традиционных технологий непосредственно на месте строительства.

Основные условия формирования потребительских свойств керамического материала при тепловой обработке глинистого сырья за счет физико-химических реакций сформулированы в работах крупнейших русских учё-

ных - В.И.Вернадского, Д.С. Ледянкина, П.И Будникова и др., а также специалистами ВНИИстрома, НИИкерамзита, Гипрострома, ВНИИФв и многих других организаций. Отмечено, что основные процессы, сопровождающие тепловую обработку глинистого сырья включают дегидратацию и агрегацию частиц; размягчение дисперсной части, приводящее к спеканию и преобразованию структуры грунта; диссоциацию карбонатов и частичное разрушение алюмосиликатов с образованием аморфного кремнезёма, что способствует выделению кальциевых силикатов и алюмосиликатов; плавление и кристаллизацию. Перечисленные процессы сгруппированы по стадиям термической обработки грунтов, классифицируемых в технической мелиорации как прогрев, обжиг и клинкерный обжиг.

Разработки последних десятилетий в области индустриального производства изделий строительной керамики позволяют существенно расширить представления о связи физико-химических процессов, сопровождающих термообработку глинистого сырья при различных режимах обжига, с формированием свойств готового продукта. Промышленность строительных материалов располагает сегодня значительной базой индустриального производства керамических изделий, выпускаемых в виде гранул или щебня на основе глинистых или песчано-глинистых пород.

Однако действующие производства пористых керамических материалов предусматривают применение крупногабаритного, металлоёмкого оборудования. Это предопределяет размещение заводов и цехов в районах сосредоточенного строительства, отличающихся наличием значительного количества потребителей. Кроме того, основное технологическое звено производства искусственных каменных материалов - промышленные печи, отличается исключительно большими потенциальными возможностями для экономии топлива и охраны окружающей среды.

Среди концепций, предусматривающих обеспечение эффективности и устранение приведённых недостатков в технологии производства зернистых керамических материалов, по мнению профессоров В.Н. Ефименко, Г.А. Задворнева, В.П. Никитина, В.В. Сиротюка, к.т.н. А.П. Юрданова, и др. специалистов может превалировать создание теплотехнических систем, формируемых на новой энергетической основе и предполагающих использование эффективных источников энергии или их сочетание. В настоящее время во многих отраслях промышленности внимание исследователей привлекает перспектива применения в качестве источников тепловой энергии электроплазменных устройств.

К преимуществам плазменного нагрева материалов можно отнести возможности достижения высоких температур газовой среды и использования любой газовой атмосферы; высокий термический коэффициент полезного действия источников плазмы; небольшой объём отходящих газов; малые габариты электроплазменного реактора. Применение генераторов низкотемпературной плазмы в технологии приготовления зернистых керамических материалов может способствовать миниатюризации производства, обеспечения его мобильности, расширения диапазона используемых в качестве сырья глинистых грунтов, включая местные, по минералогическому и химическому составам не удовлетворяющие требованиям существующих производств, что в целом соответствует специфике организации дорожно-строительных работ.

Вопросам интенсификации процессов получения керамических материалов за счет высоких температур и скорости обжига глинистого сырья были посвящены работы Г. И. Книгиной, Г. В. Куколева, О.И. Мчедлов-Петросяна, С.П. Онацкого, В.Ф. Павлова. Н.П. Торопова, А.П. Юрданова и др. Результаты их исследований показывают, что потребительские свойства продукта обжига в значительной мере зависят от технологических факторов, например, температуры и длительности тепловой обработки сырья.

В этих условиях определенный интерес представляют исследования, направленные на выявление режимных параметров плазменной обработки сырья определённого состава, обеспечивающих получение искусственного материала, пригодного по своим свойствам для применения в строительстве.

Представленный в главе анализ позволяет предположить, что проблему материалообеспечения строительства, например, в районах Западной Сибири, можно в определённой мере решить за счёт получения искусственного материала тепловой обработкой гранулированного глинистого сырья в электродуговых устройствах, что нашло отражение в сформулированных автором цели и задачах исследований.

Во второй главе изучены закономерности распределения температурных полей по радиусу гранулы глинистого сырья, находящегося в высокотемпературной среде рабочего газа, и определены технологические параметры обработки.

На первом этапе исследований установлена математическая формулировка рассматриваемой задачи класса "частица в горячем газе", которая включает в себя одномерное уравнение теплопроводности, записанное в сферической системе координат. Сферическая частица, имеющая в начальный момент времени = 0, радиус R, температуру Т, и нулевую скорость, помещается в точку х=0 высокотемпературного, неоднородного по скорости и температуре (в направлении оси х) потока газа, где начинает двигаться и нагреваться. Нагрев частицы осуществляется сферически симметрично.

(1)

0;0 r R

начальные условия

(2)



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.