УДК 693.548

ДамдинжаповБ.Ц., к.т.н., Заяханов М.Е., д.т.н. проф.,

Лайдабон Ч.С., д.т.н., проф., Балханова Е.Д., к.т.н., доц.

Восточно-Сибирский государственный

университет технологий и управления

 

ВЛИЯНИЕ АКУСТИЧЕСКОГО И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЕЙ  на пропитку и сушку строительных материалов

           

      Сушка и пропитка строительных материалов в строительной индустрии применяются достаточно часто. Авторами разработана интенсивная технология сушки и пропитки пористых материалов.

Рассмотрено влияние акустического и электромагнитного полей на скорость сушки строительных материалов. Установка для исследования влияния электромагнитного поля и ультразвуковых колебаний на скорость сушки образцов строительных материалов состоит из следующих узлов:

- термостатируемой сушильной камеры;

- источника ультразвуковых колебаний на частотах в интервале 1 - 100 кГц;

- системы, создающей электромагнитное поле в образце.

            В качестве образцов были использованы следующие материалы: керамические образцы размером 5*5*5 см, древесные (сосна) – размером 2,5*2,5*5 см и бетонные – размером 10*10*10 см.

            Начальная влажность древесины составляла 40%, а образцы из керамики и бетона перед сушкой выдерживались при комнатной температуре в воде в течение двух суток. Исследовали кинетику изменения массы ∆m образца во времени при различных частотах электрических сигналов в интервале 1-100 кГц до достижения постоянной массы.

На рис.1-4 представлены усредненные кривые сушки Dm/m=f(t) образцов. Во всех случаях наблюдается экспоненциальную зависимость Dm/m=f(t).

            Рис.1. Кривая сушки керамики в электромагнитном поле

 

            Как следует из приведенного графика (рис.1) скорость сушки образца зависит от частоты и максимальный эффект ускорения процесса приходится на частоту f2 = fопт, что соответствует частоте, определенной из вязкоупругих характеристик воды [1,2]. В дальнейших исследованиях частота электромагнитного поля принималась равной fопт.

Как следует из экспериментов, сушка древесины практически завершается за 120 минут (рис.2). При этом в ультразвуковом и электромагнитном полях образцы высушиваются за это время соответственно до 1% и 2%, тогда как без поля – до 4%.

Процесс сушки керамики (рис. 3) идет быстрее, чем древесины. За 100 минут без поля удаляется 13% влаги, а в ультразвуковом и электромагнитном полях за это время – соответственно 16 и 15 %.

Таким образом, ультразвуковое и электромагнитное поля ускоряют время сушки более чем в два раза. Так, в керамике остается за 100 мин сушки без поля 3,5% влаги, а в УЗК – 0,5% и в ЭМП – 1,5%; в древесине остается за 120 мин сушки без поля 4% влаги, в УЗК – 1% и в ЭМП – 2%.

 

Рис.2.  Кривые сушки древесины при 700С        

Рис. 3.  Кривые сушки керамики при 700С

 

На графике (рис. 4) представлены усредненные кривые сушки бетона. Сушка образцов практически заканчивается в течение 250 - 300 минут. За 250 минут из бетонных образцов удалена в электромагнитном и ультразвуковом полях соответственно 17 и 18,5% влаги, без поля - 12,5%.            

            Рис.4. Кривые сушки бетона при 700С

 

      Проведены исследования влияния акустического и электромагнитного полей на скорость пропитки образцов пористых материалов из бетона, керамики и древесины.     Оборудование  для данного исследования состоит из следующих узлов:

-         ванны для пропитки образцов;

-         гидродинамической системы для создания в пропиточном растворе акустического поля;

-         измерительного оборудования;

-         электромагнитной системы, состоящей из генератора электрических колебаний, антенн.

            Скорость пропитки оценивалась взвешиванием образцов на весах с точностью до 0,1 %. Глубину пропитки образцов  определяли путем раскалывания образцов. Глубина пропитки определялась за одинаковое время различными пропиточными составами, имеющими различную вязкость, которая изменялась от 0.05 до 1.1 Ст. Исследования производились без влияния поля (контроль­ные) и под влиянием акустического, электромагнитного и совместного влияния этих полей.

На рис. 5 приведены кривые пропитки бетонных образцов. Пропитка  проводилась в 100% талловом пеке при температуре 70°С в течение 250 мин в электромагнитном, акустическом и совмещенном полях. Бетонные образцы впитали соответственно 7,5; 10 и 12,5 % пропиточного состава.

Рис. 5. Кривые пропитки бетона талловым  пеке при температуре 700С

 

Из экспериментальных данных следует, что количество поглощенного пека М и глубина пропитки h бетонов раз­личного состава зависят от их пористости, а также от воздействия акустического и электромагнитных полей.

Зависимости количества поглощенного пека (М) от порис­тости бетона (П) описываются следующими уравнениями:

 -   контрольные М = 0.002 П+ 0.05 П2 -0.9

-   в электромагнитном поле М = 0.47П + 0.08П2-5.6

-   в акустическом поле М = 26П - 0.09П2 +12.9

-   в совмещенном поле М = 17,7П + 0.39П2 -146.4

Зависимости глубины пропитки бетонов (h) от их порис­тости (П) описываются следующими уравнениями:

-   контрольные Н = 13.8П - О.ЗЗП2 - 120.4

-   в электромагнитном поле Н = 28.7П - 0.7П2 - 249.4

-   в акустическом поле Н = 33,1П-0.8П2-290

-   в совмещенном поле Н = 45.9П - 1.12П2 - 400

            Далее были проведены исследования влияния акустического и электромагнитного полей на скорость пропитки образцов из керамики и древесины раствором пека. На графиках (рис.6 и 7)  представлены усредненные кривые пропитки образцов древесины и керамики в растворах таллового пека, которые показывают, что процесс пропитки выражается экспоненциальной зависимостью. Пропитка образцов из древесины (рис. 6) достигает насыщения в течение 180-200 минут. При этом в совмещенном акустическом и электромагнитном полях образец древесины впитывает раствор пека до 42%, тогда как без поля – 20%. При отдельном включении полей электромагнитное поле пропитывает до 33%, а акустическое – до 38%. До 20% привеса пропитка идет в электромагнитном поле за 80 минут, в ультразвуковом поле – 60 минут, в совмещенном ультразвуковом и электромагнитном полях – 30 минут, а без поля – 200 минут.

Рис. 6. Кривые пропитки древесины (сосны) при Т=220С в 25% растворе пека при комнатной температуре

           

            Для пропитки образцов из керамики (рис. 7) до насыщения требуется 180 – 220 минут. При этом за 150 минут пропитки при комнатной температуре образцы впитывают 25% раствор пека в электромагнитном, акустическом и совмещенном полях соответственно 12,5, 14 и 16 % пропиточного состава, тогда как без поля – 6,5%. Для поглощения керамическим образцом 6% пропиточного состава требуется при пропитке в электромагнитном, акустическом и совмещенном полях соответственно 25, 20 и 15 минут, а без поля – 150 минут.      

 

Рис. 7. Кривые пропитки керамики при Т=220С в 25% растворе пека

           

Таким образом, во всех образцах наблюдается ускорение времени их сушки и пропитки различными растворами, который объяснятся тем, что применяемые поля разрушают структуру пропиточного состава, вследствие чего уменьшается его вязкость и ускоряется массоперенос, а также использованные поля снимают облитерацию пор и капилляров материалов.

            Эксперименты подтвердили, что ультразвуковые колебания, акустическое и электромагнитное поля интенсифицируют диффузионные процессы в образцах строительных материалов и ускоряют процессы их пропитки и сушки более чем на 50% и  результаты могут быть использованы в практических целях для сушки и пропитки строительных материалов.

 

Литература:

1.      Бадмаев Б.Б., Бадмаев Б.Б., Лайдабон Ч.С., Дерягин Б.В., Базарон У.Б. “ Сдвиговые механические свойства полимерных жидкостей и их растворов “. ДАН СССР, 1992 г., т. 322, N2, 307 - 311.

2.      Дамдинжапов Б.Ц., Дамдинжапов Б.Ц., Заяханов М.Е., Лайдабон Ч.С., Балханова Е.Д. Резонансный способ ускорения массопереноса в бетоне. Материалы межд. научно-практ. конф. «Строительный комплекс России». – Улан-Удэ, изд. ВСГТУ. – 2008. с.39-41.