CC BY
78
пращвниками загону ВВО. В той же час, проведений аналiз умов пращ сшвроб^ниюв служб охорони та фiзичного захисту та особовим складом ВВО ДП «38 В1ТЧ» на режимнш територп колишнього уранового виробництва показуе, що до тепершнього часу не визначенi небезпеки та !х вплив на спiвробiтникiв i не врегульованi заходи профiлактики, режиму роботи та захисту персоналу.
ВИКОРИСТАН1 ДЖЕРЕЛА
1. Конститущя Укра!ни вiд 28 червня 1996 року.
2. Господарський кодекс Укра!ни вщ 01.01.2004 року.
3. Цившьний кодекс Укра!ни вщ 01.01.2004 року.
4. Закон Украши «Про видобування i переробку уранових руд».
5. Закон Укра!ни «Про поводження з радiоактивними вiдxодами».
6. Закон Украши «Про фiзичний захист ядерних установок, ядерних матерiалiв, радюактивних вiдxодiв, iншиx джерел iонiзуючого випромшювання».
7. Указ Президента Укра!ни «Про ршення Ради нащонально! безпеки i оборони Укра!ни».
8. Указ Президента Украши «Про стан техногенно! та природно! безпеки Укра!ни».
9. Норми равдацшно! безпеки Укра!ни (НРБУ-97).
10. Державна програма приведення небезпечних об'екпв виробничого об'еднання «Приднiпровський xiмiчний завод» в еколопчно безпечний стан i забезпечення захисту населення вiд шкщливого впливу iонiзуючого випромiнювання на 2005-2014 р.р.,
11. Доручення Прем'eр-мiнiстра Укра!ни вiд 18 лютого 2005 р. №130, щодо посилення оргашзацп радiацiйного контролю та охорони джерел юшзуючого випромiнювання, радiоактивниx та xiмiчниx речовин на об'ектах Приднiпровського промислового майданчика.
12. Положення про ДП «38 В1ТЧ».
13. Положення про «Вщомчу воешзовану охорону»,
14. Рiшення Мюько! ради м. Днiпродзержинська вiд 24.06.05 р., № 562-19/IV «Про визначення територи колишнього уранового виробництва виробничого об'еднання «Придншровський xiмiчний завод», як режимно! територи з посиленим рiвнем фiзичного захисту, охорони та радiацiйного контролю».
УДК 624.012
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ТЕПЛОФ1ЗИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ БЕТОНИХ ЗРАЗК1В, ЩО БУЛИ ШТУЧНО З1СТАРЕН1 В КЛ1МАТИЧНИХ КАМЕРАХ
В.М. Нуянзт, каттан с.ц.з.*, А.С. БелЫов, д.т.н., проф.
* Академ1я пожежног безпеки ¡м. Герогв Чорнобиля
Ключовi слова: вогнесттюстъ, межа вогнестткост1, штучне стар1ння, зал1зобетон, бетон, теплоф1зичт характеристики.
Постановка проблеми. Все бшьшого розмаху в нашш кра!ш набувае розбудова так званих «довгобудiв», тобто будiвель i споруд, будiвництво яких було зупинено бшьше 20 роюв тому. 1снуюча нормативна база не вимагае визначення вогнестшкосп та несучо! здатностi будiвельниx конструкцiй даних об'екпв. Залiзобетоннi будiвельнi конструкци, можуть тривалий час збертати сво! експлуатацiйнi якосп, проте пiд дiею агресивних факторiв оточуючого середовища вони поступово змшюють сво! фiзико-xiмiчнi та структурно-фазовi властивосп [13]. З часом зi змшою властивостей залiзобетонниx конструкцiй, змiниться i !х вогнестiйкiсть. Докладне вивчення характеру змши вогнестiйкостi та несучо! здатносп залiзобетонниx будiвельниx конструкцiй е актуальним для пiдвищення рiвня пожежно! безпеки при експлуатаци будiвель, зведених на !х базi.
Аналiз останшх дослiджень i публiкацiй. Аналiз лiтературниx даних показав, що питання змши вогнестшкосп та несучо! здатносп залiзобетонниx будiвельниx конструкцiй пiсля тривалого впливу агресивних ктматичних факторiв вивчено недостатньо. В робот [12] автор пропонуе розраховувати змiну фактично! меж вогнестiйкостi затзобетонно! конструкцiй, враховуючи величину експлуатацiйного навантаження, товщину захисного шару бетону, площу поперечного перерiзу арматури чи !! дiаметр. Величину експлуатацiйного навантаження
розраховують на основi проектних даних, товщину захисного шару бетону визначають дослщним шляхом, а змшу розмiрiв арматури - за допомогою поправочного коефiцieнта на
корозда арматури ( ^ 7 ), який в свою чергу визначаеться спiввiдношенням дiаметру арматури
при початкових (проектних) перерiзах до дiаметру арматури з врахуванням И корози в умовах експлуатаци. Недолiками даного методу, по-перше, е те, що вiн не дозволяе точно визначити величину втрати межi вогнестшкосп будiвельних конструкцiй, оскiльки враховаш не всi фактори, що впливають на вогнестiйкiсть, зокрема не враховано змiну теплофiзичних та механiчних характеристик бетону. По-друге, даний метод не враховуе особливост експлуатаци затзобетонних конструкцш та особливостi клiмату, якi суттево вливають на характер та швидюсть змiни вогнестiйкостi залiзобетонних конструкцiй.
Постановка завдання та його виршення. Методика [11] дослщження властивостей зiстареного бетону, яка була нами розроблена, дозволяе розраховувати значення вогнестшкосп несучих затзобетонних будiвельних конструкцiй пiсля тривалого клiматичного впливу. Згiдно з розробленою методикою, було проведено вогневi випробування елементу затзобетонно! колони з квадратним перерiзом 300^300 мм виготовлено! з важкого бетону класу В20 густиною р = 2330 кг/м3, яка знаходилась тд впливом природних клiматичних факторiв бiльше 30 рокiв, результати яких представлено в [10], та вогневi випробування зразюв важкого бетону класу В20, густиною р = 2330 кг/м3, яю було штучно зютарено в клiматичних камерах, дослiджуванi зразки вщповщають бетону залiзобетонноl колони, яка знаходилась тд впливом пророднiх клiматичних факторiв 5, 10, 15 та 20 роюв.
Для штучного прискореного старшня бетонних зразкiв в ктматичних камерах ТБУ 1000 та ИС-11, було використано режим аналогiчний режиму запропонованому в [5], який передбачае умови наближеш до II помiрно теплого клiматичного району [4], до якого вщноситься Черкащина. За [4] встановлено, що помiрно теплий ктматичний район мае такi характернi особливосп клiмату:
- абсолютний мiнiмум температур - (-32)оС;
- абсолютний максимум температур - 39 оС;
- рiчний мiнiмум температур - (-31) оС - (-26) оС;
- рiчний максимум температур - 37 оС - 33 оС;
- сума дшв з переходом температури через 0 оС за рш - 66,7 дiб;
- енергетична експозицiя прямого 8 та сумарного Q сонячного випромiнювання та баланс сонячного випромшювання В за рш - 8=3833,9 МДж/м2, Q=4143,9 МДж/м2, В=1688,6 МДж/м2;
- середньорiчна кiлькiсть атмосферних опадiв - 610 мм(iз них твердих - 14%, рщких -71%, змшаних - 15%);
- кшьюсть днiв за рiк зi снiжним покривом - 102 доби.
Запропонований нами режим випробування можливо здiйснити за наступним циклом, що вщповщае рiчному циклу клiматичного впливу:
а) опромшення зразкiв протягом 360 год. ксеноновою лампою потужнютю 6 кВт при температурi «чорно! панелЬ> 50-55оС з перiодичним замочуванням зразюв на протязi 2 год. через кожш 22 год..
б) замочування зразюв при температурi (18-+2) оС у водi на 96 год. (зразки занурюють на 1/3 у розчин на 24 год., на 2/3 також на 24 години та занурюють повшстю, таким чином щоб рiвень води був вище верхньо! грат не менше чим на 20 см. на 48 годин).
в) заморожування зразюв до температури -31 оС ^чний мшмум для II клiматичного району) та !х вiдтаювання при температурi (18-+2) оС за методикою викладеною в [2, 3];
г) 67 переходiв через 0 оС (сума дшв з переходом температури через 0 оС за рш для даного ктматичного району) по наступному температурному режиму одного переходу: витримка зразка при температурi +10 оС та перехщ до температури -10 оС i витримка такий же час. Час витримки вибираеться з таблищ [7].
Загальна тривалiсть циклу складае 31 добу.
Загальна схема випробування, штучно зютарених зразкiв бетону, складалася з однобiчного нагрiвання зiстареного зразка у вогневш печi при стандартному температурному режимi нагрiвання (рисунок 1). При визначенш ТФХ штучно зютарених зразюв тiльки зовнiшня
Т а б л и ц я 1
Час витримки зразюв при температурному режим! «замороження-розмороження »
№ п/п Час витримки зразка, год. Маса зразка, кг
1 2 менше 2
2 3 2-10
3 4 10-20
4 6 20-50
5 8 50-100
6 10 100-300
пластина випробовусться тд дieю вщкритого полум'я пальника 4, вс iншi закриваються захисним сталевим екраном 6. Основними показниками при випробуванш е температурнi режими на^вання поверхонь бетонних зразкiв 1, що дослiджуються пiсля процедури старiння зразка.
4
2 5
3 6 1 2
Рис. 1. Схема установки для визначення ТФХ штучно згстарених зразкгв бетону: 1 -бетонний зразок для визначення ТФХ; 2 - тепло1золяц1йний матер1ал; 3 - термопари та м1сця гхрозмщення; 4 - пальник; 5 - сталевий корпус; 6- сталевий екран; 7 - сталева пластина.
Залiзобетоннi зразки при вогневих випробуваннях були iзольованi негорючою iзоляцiею, ^м пе! сторони, що тддавалась на^ванню. Показання хромель-алюмелевих термопар у вщповщносп з [6, 8] зшмались з градуйованого комбшованого вимiрювального пристрою через кожну хвилину. Термопари було встановлено на поверхш та в центрi кожного зразка, що дослщжуваввся. За результатами дослщження отриманi залежностi температури вщ часу випробування для кожного зразка (рисунок 2).
Т, 0С 1500
1000
500
Т, 0С
200
100
50
0
1 5 2 —\ -
\ * Л
м
^6 у 7_У
50
100
120
0
б
а
60
40
20
0
0 50 100 120
в г
Рис. 2. Пор1вняння експерименталъно отриманих значенъ температур штучно з1старених зразюв бетону (крив1 4-7), природнъо з1старених зразюв бетону (крива 3) тарозрахункових значенъ отриманих для св1жевиготовлених зразюв бетону (крива 1 - розрахована за
методикою ВН1ПО, крива 2 - розрахована за методикою Eurocode) в м1сцях установки термопар (а - на об^гр^ваемт поверхм, б - на в1дстам 10 см в1д об1гр1ваемог поверхм, в - на в1дстам 20 см в1д об1гр1ваемог поверхм, г - на необ^гр^ваемт поверхм)
На рисунку 2 представлено пор1вняння температурних залежностей штучно зютарених бетонних зразюв, природньо зютарених бетонних зразюв та бетонних зразюв 3i свiжевиготовленого бетоно в одних i тих же точках.
Для визначення вогнестшкосп зразюв необхщно розв'язати теплотехшчну задачу, зв'язану
з находженням температурного поля в перерiзi елементу. Ршення задачi грунтуеться на
розв'язку рiвняння теплопровщносп Фур'е, що дае залежнють мiж температурою, часом та
координатою та представлено у виглядк
ят
CV(T) — = div ((T)grad (T)) (1)
öt
де CV- об'емна теплоемшсть, що залежить вiд температури Т, Дж/(м3-К); Х(Т) - коефiцiент теплопровщносп, що залежить вiд температури Т, Вт/(мК).
Тепловий процес нагрiву та остигання залiзобетонних елементiв е нестащонарним i для рiвняння Фур'е застосовуються граничнi умови III роду [6, 8, 12]:
ят
-Я(т )--|w =«(T )(Text - T ) (2)
öx
т
де а - коефщент теплообмiну, Вт/(м2-град); ^ ext - температура камери печ^ 0С.
Для рiшення рiвняння теплопровщносп Фур'е необхiдно визначити коефiцiент теплопровщносп Х(Т) та питому теплоемнiсть Ср зiстареного бетону, що являються суттево залежними вiд температури, тому рiвняння Фур'е буде нелiнiйним. Для реалiзацil поставлено! задачi було використано спещальний iтерацiйний метод i програму, описану в [9], що дозволяе знаходити теплофiзичнi характеристики (ТФХ) як функцп, що залежать вiд температури i одночасно одержувати розрахунковi кривi температур у точках розмщення термопар. Дана процедура ршення обернено! задачi теплопровщност (ОЗТ), дозволяе використати результати декшькох випробувань одночасно (в нашому випадку 3). Така особливiсть дано! методики дозволяе рiзко пiдвищити стiйкiсть i точнiсть рiшення обернено! задачi, що вирiзняе !! на фонi шших i робить !! оптимальною для використання в нашiй роботi.
В результат розвязку обернено! задачi ми отримали значення ТФХ для зразюв бетону, яю було штучно зютарено в клiматичних камерах (рисунок 3).
На рисунку 3 представлено порiвняння коефщента теплопровiдностi та питомо! теплоемност штучно зiстареного бетону, природньо зютареного бетону та свiжевиготовленого бетону. Як видно з рисунка 3, коефщенти теплопровщност, який ми отримали для штучно зютарених зразюв однаковий для зразюв зiстарених на 5, 10, 15 та 20 роюв, а значення !х питомо! теплоемностi дещо рiзняться. Коефiцiент теплопровiдностi та питому теплоемшсть свiжого бетону було розраховано за даним наведеними в [14], що являються Свропейським нормами щодо розрахунку конструкцш на вогнестiйкостi та за даними наведеш в
рекомендащях ВНД1ПО [1], що в свою чергу являються регламентуючими вiтчизняними нормами. Вологiсть бетону приймалась рiвною 3%.
X, Вт/(мК)
2
1,5 1
0,5 0
Ср, кДж/(кг-К)
5 4
3 2
1
1 3 4
— — \
500
1000 12
500
Т
1000 1200
а б
Рис. 3. Залежмстъ ефективних коефщент1в теплопров1дност1 (а) та питомог теплоемнотс (б)штучно з1старених зразюв (крива 1) (знайден р1шенням оберненог задачу, природнъо з1старених зразюв (крива 2) та св1жевиготовленого бетону (крива 3 -розрахован за даними Еыгосоёе, крива 4 - розрахован за даними ВНД1ПО) в1д температури.
Т, 0С
150
10(
50
_4_
50
1, хв.
60
40
10
_5_.
/ 3 _ 8\
4 /
100 120
50
100 120
1:, _
Т, 0С
40
30
20
10
5 6 ""Ч \>
..... --.1 № "-
50
100
1, хв. 120
Рис. 4. Пор1вняння експерименталъно отриманих значенъ температур штучно з1старених зразюв бетону (крив11, 3, 5, 7) та значенъ температур отриманих врезулътат1 розвязку прямог задач1 теплопров1дност1 (крив1 2, 4, 6, 8) в м1сцях розташування термопар (а - на в1дстан110 см в1д об1гр1ваемог поверхм, б - на в1дстан1 20 см в1д об1гр1ваемог поверхм, в - на
необ1гр1ваемт поверхм)
В нашому випадку ОЗТ розв'язуеться за допомогою багатократного ршення прямо! задачi з тдбиранням таких теплофiзичних параметрiв, при яких мае мшмум цшьовий функщонал середньоквадратично! нев'язки. Цшьовий функщонал мае такий вигляд [9]: 48
0
0
Т, 0С
0
0
б
а
0
в
де т - кшькють просторово-часових контрольних точок; Т1Е Т1М, - експериментальне та розрахункове значення температури в i-тiй просторово-часовш контрольнiй точцi.
В результатi розв'язку ОЗТ середньоквадратичне вiдхилення значень температур (експериментальних та розрахункових) склало 0,757, 0,646, 1,88, 1,93 °С для бетонних зразкiв зiстарених на 5, 10, 15 та 20 роюв вщповщно, що свiдчить про достатньо високу збiжнiсть отриманих експериментальних даних з розрахунковими. Порiвняння температурних кривих в мiсцях установки термопар представлено на рис. 4.
Висока збiжнiсть значень температур (експериментальних та розрахункових), як видно з рисунку 4, дозволяе нам використати отримаш значення коефщента теплопровщносп та питомо! теплоемност для подальшого рiшення теплотехшчно! задача
Висновки. На рисунку 2 видно, що швидкють прогрiву перерiзу дослщжуваних зразкiв залежить вiд часу впливу агресивних факторiв оточуючого середовища та досягае свого максимального зростання в зразках, що були штучно зютареш на 15 роюв, шсля чого починае зменшуватись. Поряд з цим видно, що швидкють прогрiву зютарених зразкiв вища за швидкiсть прорву свiжевиготовлених зразкiв.
Знайденi температурнi кривi розподiлу температури в перерiзi штучно зютарених залiзобетонного зразкiв та !х порiвняння з природньо зiстареними та свiжевиготовленими зразками свiдчить про те, що в результат фiзико-хiмiчного впливу навколишнього середовища в бетонi залiзобетонних колон вiдбуваються незворотнi змiни, що впливають на ТФХ бетону. Також, результати отримаш при дослщженш штучно зютарених зразюв бетону та !х порiвняння з природньо зiстареними зразками показують, що нам вдалося достатньо точно вщтворити бiльшiсть факторiв, яю спричиняють найбiльш агресивну дiю на бетон i тому розроблена нами методика пришвидшеного старiння бетону, може бути використана для проводення дослщжень бетонних зразкiв в майдутньому. Отримаш значення коефщента теплопровiдностi та питомо! теплоемност зiстарених зразкiв вiдрiзняються вщ вiдповiдних значень свiжевигоовленого бетону. Вщмшнють значень коефiцiента теплопровiдностi та питомо! теплоемност зiстареного та свiжевиготовленого бетону вплине на розподш температур в перерiзi колони при температурному вплив^ що в свою чергу призведе до вщмшносп меж вогнестiйкостi дослщжувано! будiвельно! конструкцi! вiд нормативно!, тому подальшi дослiдження е актуальними та важливими.
1. В.П.Бушев. В.А. Пчелинцев, В.С. Федоренко, А.И. Яковлев. Огнестойкость зданий / Под общ. ред. В.А. Пчелинцева. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1970. - 262 с.
2. П.Г. Круковский. Обратные задачи тепломассопереноса (Общий инженерный подход). - К.: НАНУ Институт технической теплофизики. 1998. - 224 с.
3. С.В. Поздеев, В.М. Гвоздь, С.1. Сташенко, В.М. Нуянзш. Визначення межi вогнестшкосп залiзобетонноï колони шсля тривалого ктматичного впливу в умовах на^ву.// Пожежна безпека: теорiя i практика. Збiр. наук. п. Черкаси:АПБ. - Випуск 3.- 2009. - 84-90 с.
4. С.В. Поздеев, В.1. Осипенко, А.В. Поздеев, В.М. Нуянзш. Методика вивчення властивосте бетону в умовах на^ву шсля штучного старшня.// Пожежна безпека: теорiя i практика. Збiр. наук. п. Черкаси: АПБ. - Випуск 1.- 2008. - 94-98 с.
5. В.М. Ройтман. Инженерные решения по оценке огнестойкости проектируемых и реконструируемых зданий. - М.: Ассоциация «Пожарная безопасность и наука». 2001. - 382 с.
6. Г. Руфферт. Дефекты бетонных конструкций/ Пер. с нем. И.Г. Зеленцова; По ред. В.Б. Семенова. - М.: Стройиздат, 1987. - 111 с.
7. ГОСТ 10060.0-95 Бетоны. Методы определения морозостойкости. Общие требования.
8. ГОСТ 10060.1-95 Бетоны. Базовый метод определения морозостойкости.
9. ГОСТ 16350-80 Климат СССР. Районирование и статистические параметры климатических факторов для технических целей.
10. ГОСТ 18956-73 Материалы рулонные кровельные. Методы испытания на старение под воздействием искусственных климатических факторов.
(3)
ВИКОРИСТАНА Л1ТЕРАТУРА
11. ГОСТ 30247.0-94. Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. -2000.
12. ГОСТ 30630.0.0-99 Методы испытаний на стойкость к внешним воздействующим факторам машин, приборов и других технических изделий. Общие требования.
13. ДСТУ Б В. 1.1-4-98. Будiвельнi конструкцп. Методи випробувань на вогнестшюсть. Загальш вимоги. Пожежна безпека. - Кшв: Укрархбудшформ, 2005.
14. EN 1992-1-2:2004 "Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 1-2: General rules -Structural fire design" - European Committee for Standardization, Brussels 2004.
УДК 614.89:669
МОДЕЛИРОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ОСВЕЩЕННОСТИ ИСТОЧНИКОВ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Беликов А. С., д.т.н., проф., Рагимов С. Ю., инж., Шаломов В. А., к.т.н., доц.
Ключевые слова: термодинамическая напряженность, моделирование, теплоизлучение, оптическая освещенность, энергетическая освещенность.
Актуальность. Анализ состояния горячих производств различных отраслей показывает, что на рабочих местах рабочие подвергаются значительной термодинамической нагрузке, что не отвечает санитарным нормам и часто является причиной профессиональных заболеваний работающих. Поэтому совершенствование системы контроля термодинамической напряженности пространства производств с источниками высокотемпературного излучения и разработка эффективных мер по защите работающих является важным и актуальным для Украины.
Анализ последних исследований и публикаций. В ряде работ отечественных и зарубежных авторов разработаны методические основы проведения замеров при оценке тепловых источников. Однако отсутствие надлежащих приборов, не учет целого ряда факторов на рабочих местах, подверженных тепловому излучению не позволяет качественно оценить термодинамическую напряженность на рабочих местах.
Цель работы. Совершенствование методики исследования термодинамической напряженности на рабочих местах с использованием физического моделирования и энергетической освещенности с учетом параметров источников теплового излучения.
Материал и результаты исследований. Проведенные исследования показали необходимость обоснования и разработки экспериментальной установки для исследования терморадиационной напряженности на рабочих местах.
Проведенный нами анализ показал, что предложенные рядом авторов способы определения интенсивности теплового излучения по номограммам и формулам дают большую погрешность. Значительная погрешность обусловлена принятием целого ряда допущений многих переменных параметров, тесно связанных между собой. К ним относятся температура внутреннего пространства печи, размер окон в печах и колодцах и т.д. При этом возникает необходимость определять интенсивность теплового облучения на расстояниях 1-2 метра и т.д. В то же время, для решения задач по теплозащите рабочих мест необходимы фактические данные терморадиационных параметров на всех рабочих местах. Проводить такие исследования, например, у открытого окна термической печи на расстоянии 1,5-2 метра явно не безопасно и, главное снижается достоверность данных за счет уменьшения производительности замеров в экстремальных условиях труда. На рис.1 - 2 приведена диаграмма облучения рабочих мест термических процессов: а - контроль температуры при плавке базальта; б - при загрузке стекловаренной печи; в - обжиг извести; г - каменное литье в интегральном диапазоне по дуге 3600 через 450.
На рис.3 приведены расчетные и экспериментальные данные зонального распределения энергии термических печей.
При этом, для определения интенсивности облучения тепловым потоком необходимо производить значительное количество промежуточных расчетов либо использовать несколько графиков или номограмм, что делает эти расчеты трудоемкими и мало удобными для практического использования.
