Диссертация (1172916), страница 6
Текст из файла (страница 6)
В связи с этим необходимо решать задачи, связанные с подборомматериала для ограждающих стен, когда они будут способны не только удерживать волну прорыва при разрушении РВС, но обеспечивать устойчивость к длительному воздействию пламени пожара пролива горючей жидкости. В качестветакого перспективного материала, как уже отмечалось ранее, может рассматриваться торкрет или фиброторкрет бетон, которые в отличие от традиционногожелезобетона, способны на порядок успешнее работать на растяжение, изгиби ударные нагрузки. Однако для решения поставленной задачи требуется проведение экспериментальных исследований, направленных, в первую очередь,на определение теплотехнических и механических свойств этих видов бетоновв условиях углеводородного режима пожара, чему и посвящены дальнейшиеисследования.37ГЛАВА 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХИ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОБРАЗЦОВ БЕТОНОВВ УСЛОВИЯХ УГЛЕВОДОРОДНОГО РЕЖИМА ПОЖАРАИзвестно, что предел огнестойкости железобетонных конструкций наступаетв результате потери несущей способности за счет снижения прочности, тепловогорасширения и температурной ползучести арматуры и бетона при нагревании [64].Определяется фактический предел огнестойкости железобетонной конструкциив условиях стандартных натурных испытаний или используя расчетноаналитический метод в случае невозможности проведения таких испытаний.В общем случае расчетным методом предел огнестойкости СК определяетсяпо следующим признакам предельных состояний: R – потеря несущей способности; I – потеря теплоизолирующей способности; E – потеря целостности.В основе расчетно-аналитических методов определения времени наступления признаков предельных состояний СК по огнестойкости лежит решение теплотехнической и статической задач [64, 88].
Для решения таких задач и корректногорасчета предела огнестойкости в данном случае ограждающих стен резервуарныхпарков необходимо иметь данные по теплофизическим и прочностным характеристикам рассматриваемых видов бетонов в условиях углеводородного режимапожара, чему и посвящены дальнейшие исследования.2.1 Исследование теплотехнических характеристик образцов бетоновЦелью теплотехнической части расчета является определение температурыв сечении ограждающей стены, конструктивно выполненной из определенноговида бетона, в условиях одностороннего огневого воздействия углеводородногопожара (HCOS).38Для решения поставленной задачи необходимо в диапазоне температурот 20 до 1200 °С иметь данные по изменению значений следующих параметровисследуемых видов бетонов: плотность (объемная масса) ρ, кг/м3; коэффициентудельной теплоемкости cp, Дж/(кг∙K); коэффициент температуропроводностиa, мм2/с; коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м∙K).Значение коэффициента теплопроводности материала в зависимостиот температуры (Т) может быть определено по формуле [89, 90]:λ(T ) a(T ) c p (T ) ρ(T ) .(2.1)Однако, для возможности использования формулы (2.1) с целью нахождения зависимости вида λ f (T ) необходимо прежде иметь зависимости видаa f (T ) , c p f (T ) и ρ f (T ) , в данном случае, в диапазоне изменения темпера-туры от 20 до 1100 °С.
На нахождение этих зависимостей и были направленыследующие экспериментальные исследования.Предварительно были изготовлены заготовки кубической формы со стороной грани 0,15 м, отлитые из бетонов соответственно по классической технологии(Б), методом торкретирования (ТБ) и торкретирования с добавлением стальнойфибры (ФТБ) диаметром 0,4 мм и длиной 20 мм.При подготовке бетонной смеси по ГОСТ 7473-2010 [91] для всех заготовокприменялся цемент марки М400 с заполнителем из гранитной крошки, с размеромфракции не более 5 мм. Далее с использованием полого сверла и низкоскоростногоотрезного станка из заготовок были сделаны цилиндрические образцы диаметром12,5 ± 0,1 мм и высотой 3,0 ± 0,1 мм.
Начальная плотность образцов при температуре 20 °С, определяемая по методу, изложенному в ГОСТ 12730.1-78 [92],составляла для образцов из Б – 2080 ± 0,04 кг/м3, ТБ – 2116 ± 0,04 кг/м3, ФТБ –2330 ± 0,05 кг/м3. Необходимость придания образцам цилиндрической формыс определенными размерами определялась возможностью их исследования навысокоточном современном приборном оборудовании для термического анализаи измерения теплофизических характеристик в лаборатории термического анализахимического факультета МГУ им.
М.В. Ломоносова [93–95].39Так, для исследования калориметрических эффектов и изменения массыв образцах с высокой разрешающей способностью и точностью использовалсясинхронный термоаналитический комплекс STA 449 C Jupiter [93], сочетающийметоды дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) и термогравиметрии (ТГ) в одном измерении [96–98].
Общий вид и конструктивное исполнениекомплекса показаны на рисунке 2.1.а)б)Рисунок 2.1 – Общий вид (а) и конструктивное исполнение (б) синхронноготермоаналитического комплекса STA 449 C Jupiter:1 – весовая система; 2 – защита от теплового излучения; 3 – защитная трубка; 4 – держательобразца; 5 – нагревательный элемент; 6 – термопара печи; 7 – клапан выхода газа;8 – подъемное устройствоНиже приведены основные технические характеристики синхронноготермоаналитического комплекса STA 449 C Jupiter:температурный диапазон, °С………………………минус 120…1650точность измерения температуры, °С………………………………….1скорость нагрева и охлаждения, К/мин. ……………………...0,01…50разрешение весов (ТГ), мкг…………………………………………...0,1максимальная масса образца, г………………………………………...5точность измерения энтальпии, %........................................................±3линейность базовой линии (ДСК), мкВт………………………………3точность измерения теплоемкости, %..................................................±5сигнал шума (ДСК), мкВт .......................................................................
140Комплекс STA 449 C Jupiter использовался для проведения термоаналитическихисследований, которые позволяют изучить термические свойства материалов.Характерной особенностью прибора являются стабильные и воспроизводимыеТГ и ДСК базовые линии. Электромагнитные компенсационные микровесыс верхней загрузкой отличаются высокой точностью и разрешением в области мкг,а также стабильностью. С помощью синхронного термоанализатора в образцеодновременно измерялись изменения массы (ТГ) и тепловые эффекты (ДСК).При синхронном термическом анализе (СТА) образцы исследовалисьв условиях программированного изменения температуры, при этом непосредственно определялись изменение массы, абсолютная температура образцови разница температур, возникающая между образцами и эталоном.
Приборомизмерялись такие калориметрические эффекты как энтальпия, температурафазовых переходов и удельная теплоемкость образцов. С помощью термическогоанализа исследовались физико-химические и химические превращения, происходящие в веществе в условиях программированного (непрерывного или ступенчатого) изменения температуры. Процессы, имеющие тепловую природу, регистрировались по отклонениям скорости нагревания вещества от заданной программы.Методом термического анализа обнаруживался сам факт протекания процесса,температурный интервал, в котором он происходит, его эндо- или экзотермический характер [99–103].
Характерные ТГ и ДТГ кривые, характеризующиепроцесс термолиза в образцах бетонов Б, ТБ и ФТБ в интервале температурот 20 до 1100 °С, представлены на рисунке 2.2, из которого видно, что процессудаления адсорбционной воды наблюдается в интервале температур от 40 до 300 °С,а воды конституционной – от 400 до 500 °С независимо от вида бетона.Удельная теплоемкость определялась путем сравнения сигнала повышениятемпературы образца (при прохождении теплового фронта) с сигналом повышениятемпературы эталонного образца (диски Pyroceram 9606), удельная теплоемкостькоторого в тех же условиях известна. Расчет проводился в предположении, чтоэнергия импульса света и его взаимодействие с образцом остаются неизменными,факторы теплопотерь исследуемого образца и эталонного образца близки.41TG /%ТГ, %а)Value: 480.0 °CMass Change: -5.10 %100100DTG /(%/min)ДТГ, %/minValue: 710.0 °C[3]9898-0.6-0,6Mass Change: -2.42 %-0.8-0,89292Mass Change: -2.71 %-1.0-1,09090Value: 123.0 °C200200Main2013-10-24 15:35TG /%ТГ,%100100-0.4-0,4Mass Change: -11.03 %9494Instrument :Project :Identity :Date/time :Laboratory :Operator :Sample :-0.2-0,2Value: 952.0 °C96960.00,0[3]400400600600Temperature/°C°СТемпература,800800User: 1NETZSCH STA 449 C File :Betonbeton Change: -6.71Mass23.10.2013 12:25:15TAArkhBeton3, 61.840 mgDTG /(%/min)H:\Beton\Pt - low - 20k - Air - 40-1200C - beton3.dsuMaterial :beton3Pt - high - 20k - Air - 40-1200C - 15-07-13.bsuTemp.Cal./Sens.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
