ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6133| Title: | Технологія відновлення експлуатаційних властивостей рулонної пласкої покрівлі на основі бітумів |
| Authors: | Пряник, Сергій Петрович Труш, Марина Василівна |
| Keywords: | технологія ремонту;будівельні матеріали;ремонт покрівлі;гідроізоляція;рулонна покрівля;плоска покрівля |
| Issue Date: | Dec-2023 |
| Abstract: | Відновлення рулонних бітумних покрівель є одним з найбільш складних та мало механізованих процесів у будівництві. Витрати на його проведення складають близько 15% від загальних витрат на реконструкцію всієї будівлі. Близько 70 % покрівель в Україні в період по 1975р- 1995р. були виконані з бітумних рулонних матеріалів, знос яких на сьогодні склав біля 75 - 85 %, а з 1995 по 2023 рік вже з сучасних наплавних бітумних рулонних матеріалів переважно на нових будівлях і спорудах і в ремонтах старого фонду, але фактичний строк експлуатації вельми невисокий до 10-12 років, так як недовикористовується на 20..25 відсотків, тому для відновлення та продовження строку експлуатації тема цієї магістерської роботи з розробкою та впровадженням заходів, що дають можливість підвищити ступінь механізації робіт, знизити їх трудомісткість та собівартість є актуальною. Цілий ряд наукових закладів та велика кількість науковців займалися вдосконаленням технології відновлення та ремонту рулонних бітумних покрівель на Україні та за кордоном. В результаті розробок попередників у будівництві використовується велика кількість методів відновлення і ремонту рулонних багатошарових покрівельних килимів.В даний час на Україні ремонт покрівель виконують, переважно, одним із двох методів - замінюють пошкоджені шари покрівельного килима на нові або вкладають поверх них додатковий шар із рулонних чи мастичних матеріалів. У першому випадку ремонтні роботи відрізняються високою трудомісткістю та складністю. Отримані від розборки покрівлі матеріали повторно не використовуються, а покрівельний шар влаштовують із нових покрівельних матеріалів, що призводить до значного підвищення вартості ремонту. У другому - після 3-4 ремонтів протягом 1 5 - 2 0 років товщина покрівлі збільшується в 2 - 3 рази, що призводить до зниження деформаційних властивостей килима та руйнування покрівлі під впливом температурних деформацій. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6133 |
| Appears in Collections: | 192 Будівництво та цивільна інженерія (Промислове і цивільне будівництво) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Труш М В _ЗМГБ_204.pdf Restricted Access | 2.96 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
Міністерство освіти і науки України Черкаський державний технологічний університет Факультет технологій, будівництва та раціонального природокористування Кафедра промислового та цивільного будівництва «ДО ЗАХИСТУ ДОПУСТИТИ» Завідувач кафедри ПЦБ ______________ Сергій ПРЯНИК ” ____” ______________2023 р. Пояснювальна записка до кваліфікаційної роботи магістра магістр (освітній рівень) на тему «Технологія відновлення експлуатаційних властивостей рулонної пласкої покрівлі на основі бітумів» Виконала: здобувач вищої освіти 2 _ курсу, групи ЗМГБ-204 спеціальності 192 - Будівництво та цивільна інженерія, освітня програма «Промислове та цивільне будівництво» __________ Труні М.В. (підпис) (прізвище, ініціали) Керівник кваліфікаційної роботи магістра к.т.н., доцент Пряник С.П._______ ________ (науковий ступінь, вчене звання,, прізвище, ініціали) (підпис) Рецензент кваліфікаційної роботи магістра (посада, науковий ступінь, вчене звання, прізвище, інігііали) (підпис) Черкаси 2023 р. ЗМІСТ стор. ВСТУП................................................................................................................................5 РОЗДІЛ 1. ІСТОРІЯ ПРОБЛЕМИ ТА АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ МЕТОДІВ ВІДНОВЛЕННЯ І РЕМОНТУ ПЛАСКИХ РУЛОННИХ ПОКРІВЕЛЬ НА ОСНОВІ БІТУМІВ...................................................................................................... 10 1.1. Історичні аспекти світового та вітчизняного досвіду вибору технологічних рішень для відновлення і ремонту в конструкції пласкої покрівлі.................... 10 1.2.Аналіз методів усунення пошкоджень покрівельного килима...................... 17 1.3.Аналіз та оцінка можливих методів нагрівання багатошарового рулонного покрівельного килима для його відновлення......................................................... 27 1.4.Аналіз ефективності сучасних методів ремонту рулонних покрівель на основі бітумів.................................................................................................................. 32 Висновки до розділу 1................................................................................................... 38 РОЗДІЛ 2 МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕННЯ КОНСТРУКТИВНИХ ТА ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ТЕХНОЛОГІЇ ВЛАШТУВАННЯ ТА НАГРІВУ РУЛОННОГО БІТУМНОГО ПОКРІВЕЛЬНОГО КИЛИМА ТЕПЛОВИМ ВИПРОМІНЮВАННЯМ ................................................................39 2.1. Методика вибору напрямку дослідження......................................................... 39 2.2.Дослідження можливостей підвищення ефективності роботи обладнання теплового випромінювання...........................................................................................55 2.3.Визначення раціональних конструктивних параметрів обладнання та його модернізація.....................................................................................................................60 2.4.Аналіз експериментальних досліджень впливу потужності обладнання теплового випромінювання на параметри технології нагрівання.......................65 2.5.Аналіз дослідження тривалості нагрівання рулонного багатошарового килима модернізованим обладнанням теплового випромінювання....................80 Висновки до розділу 2 ................................................................................................... 92 З МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ Факультет т ехнологій , будівництва та раціонального природокористування Кафедра промислового та цивільного будівництва Освітній рівень магістерський Спеціальність 192 - Будівництво та цивільна інженерія «ЗАТВЕРДЖУЮ» Зав, кафедри, доцент ____________________ Сергій ПРЯНИК "_____ " 2023 р. ЗАВДАННЯ НА КВАЛІФІКАЦІЙНУ РОБОТУ МАГІСТРА ЗДОБУВАНУ ВИЩОЇ ОСВІТИ ___________ Труш Марина Василівна_________ (прізвище, ім 'я, по батькові) 1. Тема «Технологія відновлення експлуатаційних властивостей рулонної пласкої покрівлі на основі бітумів»_________________________ (назва теми) керівник_________________ Пряник Сергій Петрович, к. т. н, доцент_____ (прізвище, ім ’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання) затверджена наказом по університету від " 04 " 10 2023 р. № 263/04 2. Строк подання здобувачем вищої освіти роботи "____ " __________ 202 р. 3. Вихідні дані до роботи__________________________________________________________ 4. Зміст і календарний план Р озділи С трок виконання В ступ Р озділ 1. історія проблем и та аналіз існую чих м етодів відновлення і рем онту пласких рулонних покрівель на основі бітум ів Розділ 2. М етодика досл ідж ен ня конструктивних та технологічних параметрів техн ол огії влаштування та нагріву рулон н ого бітум н ого покрівельного килима тепловим випромінюванням Розділ 3. Д осл ідж ення параметрів операц ії ущ ільнення розігрітого покрівельного килима котком та загальної тривалості операцій Розділ 4. В досконалення техн ол огії відновлення рулонних пласких б ітум н их покрівель за д оп ом огою теплового випроміню вання Розділ 5. Е коном ічна результативність прийнятих ріш ень по техн ол огії відновлення пласких б ітум н их рулонних покрівель Висновки Виготовлення ілюстративного матеріалу Оформлення роботи Попередній захист роботи Дата видачі завдання " 02 " 10 2023 р. Здобувач вищої освіти Труш М.В. (підпис) (прізвище та ініціали ) Керівник Пряник С.П. (підпис) (прізвище та ініціали ) РОЗДІЛ 3. ДОСЛІДЖЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ОПЕРАЦІЇ УЩІЛЬНЕННЯ РОЗІГРІТОГО ПОКРІВЕЛЬНОГО КИЛИМА КОТКОМ ТА ЗАГАЛЬНОЇ ТРИВАЛОСТІ ОПЕРАЦІЙ........................................................................................93 3.1. Аналіз експериментальних досліджень залежності міцності приклеювання рулонного матеріалу на основі бітуму, який приклеєний бітумною мастикою до цементно-піщаної стяжки, від параметрів процесу ущільнення.....................93 3.2. Теоретичні дослідження деформаційних властивостей нагрітого за допомогою теплового випромінювання покрівельного килима при його ущільненні котком........................................................................................................ 112 3.3. Дослідження тривалості ручних операцій в технології відновлення покрівельного килима за допомогою теплового випромінювання...................124 Висновки до розділу 3 .................................................................................................130 РОЗДІЛ 4. ВДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ВІДНОВЛЕННЯ РУЛОННИХ ПЛАСКИХ БІТУМНИХ ПОКРІВЕЛЬ ЗА ДОПОМОГОЮ ТЕПЛОВОГО ВИПРОМІНЮ ВАННЯ................................................................ 131 4.1. Методика вибору оптимальної технології відновлення багатошарових рулонних бітумних покрівель за допомогою теплового випромінювання ....131 4.2. Організаційно-технологічні рішення вдосконаленої технології відновлення багатошарових рулонних покрівель з використанням теплового випромінювання............................................................................................................ 140 Висновки до розділу 4 ..................................................................................................150 РОЗДІЛ 5. ЕКОНОМІЧНА РЕЗУЛЬТАТИВНІСТЬ ПРИЙНЯТИХ РІШЕНЬ ПО ТЕХНОЛОГІЇ ВІДНОВЛЕННЯ ПЛАСКИХ БІТУМНИХ РУЛОННИХ ПОКРІВЕЛЬ......................................................................................151 5.1. Економічна результативність прийнятих рішень та ефективність запропонованих технологій........................................................................................151 5.2. Перспективи застосування та подальших напрямків досліджень............ 153 Висновки до розділу 5 ..................................................................................................154 ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ .......................................................................................... 157 СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ..................................................... 159 4 ВСТУП Актуальність теми. Відновлення рулонних бітумних покрівель є одним з найбільш складних та мало механізованих процесів у будівництві. Витрати на його проведення складають близько 15% від загальних витрат на реконструкцію всієї будівлі. Близько 70 % покрівель в Україні в період по 1975р- 1995р. були виконані з бітумних рулонних матеріалів, знос яких на сьогодні склав біля 75 - 85 %, а з 1995 по 2023 рік вже з сучасних наплавних бітумних рулонних матеріалів переважно на нових будівлях і спорудах і в ремонтах старого фонду, але фактичний строк експлуатації вельми невисокий до 10-12 років, так як недовикористовується на 20..25 відсотків, тому для відновлення та продовження строку експлуатації тема цієї магістерської роботи з розробкою та впровадженням заходів, що дають можливість підвищити ступінь механізації робіт, знизити їх трудомісткість та собівартість є актуальною. Цілий ряд наукових закладів та велика кількість науковців займалися вдосконаленням технології відновлення та ремонту рулонних бітумних покрівель на Україні та за кордоном. В результаті розробок попередників у будівництві використовується велика кількість методів відновлення і ремонту рулонних багатошарових покрівельних килимів. В даний час на Україні ремонт покрівель виконують, переважно, одним із двох методів - замінюють пошкоджені шари покрівельного килима на нові або вкладають поверх них додатковий шар із рулонних чи мастичних матеріалів. У першому випадку ремонтні роботи відрізняються високою трудомісткістю та складністю. Отримані від розборки покрівлі матеріали повторно не використовуються, а покрівельний шар влаштовують із нових покрівельних матеріалів, що призводить до значного підвищення вартості ремонту. У другому - після 3-4 ремонтів протягом 1 5 - 2 0 років товщина покрівлі збільшується в 2 - 3 рази, що призводить до зниження деформаційних властивостей килима та руйнування покрівлі під впливом температурних деформацій. 5 При участі НДІБВ Держбуду України фірмою ДЕКС (м. Вишгород) використовується з 1995 р. більш економічний та менш трудомісткий метод ліквідації протікань рулонного багатошарового покрівельного килима з використанням теплового випромінювання. Метод полягає у тому, що у нагрітому за допомогою теплового випромінювання, застарілому покрівельному килимі бітум розм'якшується та розплавляється. Після нагріву рулонна покрівля ущільнюється циліндричним котком і набуває експлуатаційних якостей які зберігаються на протязі 4-6 років. Автори способу рекомендують технологічні та конструктивні параметри технології, встановлені за результатами практичного досвіду, без проведення системних наукових досліджень, а тому існує деяка можливість покращення техніко-економічних показників ремонтних робіт. Зокрема, не достатньо обґрунтована тривалість нагріву покрівлі призводить до надлишкових витрат електроенергії та зниження якостей ремонту за рахунок перегріву покрівельного килима. При цьому, близько 30% тепла втрачається в оточуюче середовище через недосконалість конструкції нагрівального апарату. Втрати тепла збільшуються в 2 рази при використанні технології в зимових умовах та при швидкості вітру більшій 1 м/с. Недогрів покрівельного килима чи недостатнє його ущільнення спричиняють неповне відновлення склеювання між шарами руберойду та малу міцність склеювання шару до основи, в результаті чого він може бути відірваний вітровим навантаженням. При використанні котків великої ваги, для ущільнення розігрітого покрівельного килима, в ньому виникають залишкові розтягуючі напруження, що призводять до зниження післяремонтного терміну експлуатації покрівлі. Отже широкому впровадженню даного методу у будівельну практику заважає: - відсутність науково обґрунтованих технологічних режимів робочих операцій технології; - високий рівень втрат тепла; - проблемність використання технології взимку при від'ємних температурах оточуючого середовища та швидкості вітру більшій 1 м/с. 6 Таким чином, виникла проблемна ситуація: з одного боку у будівельників є бажання широко впровадити технологію ремонту рулонних покрівель з використанням теплового випромінювання у будівельну практику, проте для цього відсутні її науково обґрунтовані конструктивно-технологічні параметри. Дослідження залежностей технологічних та конструктивних параметрів технології від чинників, які на них впливають (вхідні параметри) дозволить визначити їх найкращі значення. Спеціально розроблена методика визначення оптимальної технології ремонту руберойдових покрівель з використанням досліджених параметрів дозволить отримати найкращі техніко- економічні показники ремонту. Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дана робота виконана згідно основним напрямам наукових досліджень кафедри промислового і цивільного будівництва Черкаського державного технологічного університету. Мета і задачі дослідження. Метою магістерської роботи є дослідження технології відновлення експлуатаційних властивостей рулонної пласкої покрівлі на основі бітумів за допомогою теплового випромінювання, що дасть змогу підвищити ефективність та забезпечить зниження вартості, витрат праці і часу, електроенергії. Задачі дослідження: - історія проблеми та аналіз накопичених наукових розробок та практичного досвіду існуючих методів відновлення і ремонту рулонних багатошарових покрівель; - дослідження конструктивних і технологічних параметрів нагрівання рулонного покрівельного килима на основі бітуму за допомогою теплового випромінювання та визначення найраціональніших режимів; 7 - дослідження основних чинників специфіки параметрів операції ущільнення розігрітого покрівельного килима котком та визначення тривалості операцій технології; - розроблення методики визначення оптимальної технології ремонту та влаштування рулонного покрівельного килима на основі бітуму за допомогою теплового випромінювання; - визначення раціональної області застосування запропонованої технології; - оцінка економічної результативності результатів дослідження та раціональної області застосування запропонованої технології. Об'єкт дослідження: технологія відновлення пласких рулонних бітумних покрівель за допомогою теплового випромінювання. Предмет дослідження: операції технології відновлення та ремонту рулонних покрівель за допомогою теплового випромінювання. Методи дослідження: конструкторсько-пошукові та проектні роботи (дослідження конструкції, та модернізація обладнання теплового випромінювання); планування експерименту; аналіз і узагальнення; факторний аналіз; статистичне опрацювання й аналіз результатів. Наукова новизна досліджень полягає у виявлених залежностях конструктивних і технологічних параметрів пропонованої вдосконаленої технології від чинників, які на них впливають, а саме: 1. Залежності тривалості нагрівання рулонного покрівельного килима на основі бітумів до його граничної температури поверхні від потужності модернізованого обладнання теплового випромінювання, товщини та вологості покрівлі, температури оточуючого середовища; 2. Залежності швидкості зростання температури у покрівельному килимі від потужності модернізованого обладнання теплового випромінювання; 3. Залежності величини підвищення середньої температури у покрівельному килимі від спожитої модернізованим обладнанням теплового випромінювання різних потужностей енергії; 4. Залежності адгезії приклеювання рулонного матеріалу на бітумній мастиці до цементно-піщаної стяжки від товщини, температури та вологості покрівлі, значень стискаючих напружень і кількості циклів їх прикладання. 8 5. Вирішенням задачі оптимізації технології відновлення. На базі виявлених залежностей сформовано методику визначення оптимальної технології відновлення рулонних бітумних покрівель за допомогою модернізованого обладнання теплового випромінювання. Практичне значення одержаних результатів досліджень полягає у підвищенні ефективності відновлення рулонних багатошарових покрівель з використанням теплового випромінювання, яке досягається завдяки: застосуванню пропонованої додаткової модернізації обладнання теплового випромінювання; використанню проаналізованих вдосконалених та оптимізованих організаційно-технологічних рішень і рекомендацій; скороченню кількості покрівельників у ланці; скороченню часу виконання робіт. Впровадження раціональних рішень технології відновлення рулонних покрівель на основі бітумів з використанням теплового випромінювання, може забезпечити підвищення якості, зниження трудомісткості та тривалості ремонтних робіт, а також економію електроенергії. Обсяг та структура роботи Складається із вступу, 5 розділів, висновків та списку використаних джерел. 9 РОЗДІЛ 1 ІСТОРІЯ ПРОБЛЕМИ ТА АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ МЕТОДІВ ВІДНОВЛЕННЯ І РЕМОНТУ ПЛАСКИХ РУЛОННИХ ПОКРІВЕЛЬ НА ОСНОВІ БІТУМІВ 1Л. Історичні аспекти світового та вітчизняного досвіду вибору технологічних рішень для відновлення і ремонту в конструкції пласкої покрівлі З головних конструктивних елементів, що забезпечують експлуатаційні якості споруд є покрівлі. Загальна площа експлуатуємих покрівель на Україні 'у складає більше 500 млн. м , в тому числі житлово-громадських споруд 110 2 МЛН. м . Проектні рішення покрівель включають покрівлі із штучних та рулонних матеріалів на скатних дахах, покрівлі із рулонних, мастичних та комбінованих матеріалів по плоских дахах. Тенденція розвитку конструкцій покрівель в світовому та вітчизняному досвіді призвела до масового використання покрівель із рулонних і мастичних матеріалів. На Україні такі покрівлі складають близько 81% від їх загального обсягу [97]. Широке використання покрівель із рулонних та мастичних матеріалів зумовлене рядом їх переваг над покрівлями із штучних матеріалів, серед яких слід виділити більш економічне використання матеріалів та витрат праці на їх влаштування. Суттєвим недоліком даного типу покрівель являється відносно низька їх довговічність. Цей недолік, останнім часом, успішно усувається шляхом використання сучасних довговічних полімерних та бітумно-полімерних покрівельних матеріалів, що в свою чергу підвищує її собівартість. Проте початок широкого використання таких матеріалів в будівництві на Україні припав лише на середину дев'яностих років (період занепаду будівельної галузі на Україні), в той час, як бітумні покрівельні матеріали широко використовували в період масового будівництва ( 7 0 - 9 0 рр.). Виготовлення нових матеріалів для покрівель на плоских дахах, в 10 останні роки налагоджене рядом вітчизняних підприємств будівельної індустрії. Але, не дивлячись на це, поки що ведуче місце в обсязі використання будівельними організаціями залишається за руберойдом (в основному завдяки відносно низькій його вартості) [8; 49]. Покрівля із бітумних рулонних матеріалів конструктивно представляє собою багатошаровий водоізоляційний килим з тонкими послідовно склеєними прошарками (товщиною приблизно 2 мм) бітумних покрівельних мастик і армуючих шарів із покрівельного картону, просоченого і покритого з двох сторін покрівельним бітумом. Поверх водоізоляційного килиму влаштовують захисний шар із гравію чи спеціальної посипки. Всього до складу рулонного килима за об'ємом може входити до 70% бітуму [8; 52]. Досвід експлуатації рулонних покрівель показав їх недостатню надійність та малу довговічність. Так, нормативний термін служби руберойдових покрівель, навіть при сприятливих умовах їх експлуатації не перевищує 10 років [68; 50]. Низька довговічність покрівель із бітумних рулонних матеріалів обумовлена високою їх здатністю до руйнування, яке частіше всього викликане деформацією основи та старінням матеріалів в верхніх шарах покрівельного килима [80; 104]. Таким чином за термін експлуатації всієї споруди необхідно виконати 7 - 1 0 ремонтів [50; 29], в результаті чого загальний об'єм ремонту на Україні наближається до 21 млн. м кожного року [97]. Ремонтні роботи відносяться до числа найбільш трудомістких, маломеханізованих та не забезпечують довготривалий термін післяремонтної експлуатації. їх вартість становить до 20% від загальної вартості реконструкції всієї будівлі [83]. Особливо необхідність в виконанні ремонтних робіт загострилась в останні роки, коли знос покрівель більшості будівель досяг 70 - 80% [84]. 11 Вдосконаленням технології ремонту руберойдових багатошарових покрівель в останні ЗО років у колишньому СРСР, країнах СНД та Україні займались ряд наукових закладів, серед яких: ЦНДІпромбудівель, НДІБВ (м. Київ), КНУБА (м. Київ), МолдНДІНТІ (м. Кишинів), НІІАКХ им. ГІамфілова, а також окремі вчені і спеціалісти: доктор технічних наук Лівійський О.М. [18; 69; 84]; кандидати технічних наук Баглай А.П. [25; 63], Белецкий Б.Ф.[5], Васільєв В.І. [9; 10; 51], Гармаш О.І. [18; 55; 68], Гітліна А.С. [14], Завражин М.М. [23; 24], Жолобов О.Л. [22], Корабліков О.М. [27], Кушнірюк Ю.Г. [83], Павлюк О.Т. [18; 54; 55], Поваляев М.І. [58; 59], Сліпченко І.П. [55; 68; 69], Терновий В.І. [88; 89; 90], Устінов Б.С. [11; 94; 95; 96], Ярмоленко М.Г.[104; 105]; зарубіжні науковці та спеціалісти: Штенхефель Х.І. [100], Мак-Коіл Дж. [41] та інші. З врахуванням зарубіжного досвіду вченими в результаті широких комплексних досліджень [41; 100; 106; 107] розроблений комплекс технічних рішень, що передбачають комплексний підхід до відновлення експлуатаційних якостей багатоелементного покриття. При цьому підвищення якості ремонтних робіт досягається завдяки широкому використанню нових прогресивних матеріалів, удосконалення технології ремонту та впровадження ефективних засобів механізації. На довговічність та якість відремонтованих покрівель впливає вибраний метод виконання ремонтних робіт та використані для цього матеріали. При цьому слід виходити із наступних положень. В процесі експлуатації покриття частковому або ж повному руйнуванню підлягає не тільки верхній шар покрівельного килима, але і нижчерозташовані шари, а також стяжка, теплоізоляція, пароізоляція та несучі конструкції покриття. Лише за таких умов буде забезпечена необхідна якість та довговічність виконаних ремонтних робіт. Виникає деформація основи під покрівлею: в результаті просадки теплоізоляції; через набухання та усадку, а також через температурне 12 розширення (стиснення) матеріалів стяжки [26] чи плит покриття [98]. В першому випадку деформація основи приводить до порушення відводу дощової води з покрівлі в результаті чого матеріали покрівельного килима, що знаходяться в водонасиченому стані, швидше руйнуються. В інших випадках деформація основи приводить до відшарування від неї та розриву покрівельного килима. Із матеріалів покрівельного килима найбільше руйнується бітум. Бітум, за визначенням I.A. Риб'єва, є органічним матеріалом, що складається із суміші високомолекулярних вуглеводів та їх неметалевих похідних, тобто сполук вуглеводів з сіркою, азотом та киснем [74; 91]. Бітум за своїм внутрішнім складом представляє собою складну колоїдну систему, дисперсним середовищем в якій є розчин смол в маслах, а дисперсною фазою служать асфальтени, карбени та карбоіди, колоїднорозчинені в середовищі до макромолекул розміром 18...20 мкм [30; 33; 70; 71]. Старіння бітуму виникає в результаті хімічних реакцій, що протікають між його вуглеводами та киснем. Пришвидшувачем старіння є сонячне світло, тепло та вода. Таким чином під час старіння бітуму змінюється його груповий склад за рахунок хімічного переходу масел в смоли, смол - в асфальтени, асфальтенів - в карбени та карбоїди [30; 71], в результаті чого поступово підвищується молекулярна маса та дійсна щільність компонентів, зростає склад вуглецю, сірки, азоту та кисню. В результаті хімічних перетворень збільшується в'язкість, крихкість та зменшується водостійкість бітуму, що призводить до швидкого його руйнування. Покрівельний картон, що використовується в якості основи бітумних рулонних матеріалів, також як і бітум, схильний до старіння. Покрівельний картон представляє собою полотно, яке отримане із волокон органічного походження. Такий матеріал погано чинить опір руйнуючій дії сонячного світла, вологи та мікроорганізмів. При дії 13 ультрафіолетових променів лігнін, що міститься в волокнах покрівельного картону, розкладається, а тому сам картон жовтіє, стає ламким та крихким [15]. З підвищенням вологості картону знижується його механічна міцність, через послаблення його міжволокневих зв'язків [16]. Крім того, насичений вологою покрівельний картон при від'ємних температурах в результаті збільшення в об'ємі води в його складі розшаровується, що призводить до руйнування всього килима [102]. На протязі терміну експлуатації покрівлі в покрівельному картоні розвивається життєдіяльність мікроорганізмів (грибів, бактерій) і тому сам картон знаходиться під руйнуючою дією органогенних агресивних середовищ [99; 31]. Для захисту покрівельного картону від перерахованих факторів його просочують м'яким покрівельним бітумом. Однак, через недосконалість використовуваних технологій просочення покрівельного картону його остаточна пористість навіть після нанесення поверхневого шару бітуму становить 10 - 15%, яка в процесі експлуатації покрівлі поступово зростає [91]. Рідко руйнування покрівельного килима виникає через його здуття. Однак, Х.І. Штенхефель [100] цей вид пошкоджень покрівельного килима ставить на перше місце через складність його усунення. Виникнення водяних вздуть на поверхні покрівлі можна пояснити відсутністю або ж значним пошкодженням пароізоляції, що спричиняє рух вологого повітря з приміщення в оточуюче середовище. Далі, повітря, зустрівши перешкоду із багатошарового покрівельного килима, конденсується безпосередньо під водоізоляційним килимом в стяжці. При від'ємній температурі повітря волога розширюється, відриваючи при цьому від стяжки покрівельний килим і створює під ним замкнений простір. 14 Подальше зростання здуття Є. І. Кричевська [36] пояснює таким чином: в теплий час року при припиненні сонячного опромінювання і пониження температури водоізоляційного килима в здутті пар конденсується, виникає вакуум, який засмоктує з поверхні основи повітря та вологу. При наступному додаткова волога перетворюється в пару, і водоізоляційний килим знову піддається тиску пароповітряної суміші. Руйнування покрівлі може бути спричинене як однією із перерахованих причин (рідко) так і їх сукупністю (частіше). При цьому процес руйнування нижніх шарів покрівельного килима, якщо в ньому відсутні тріщини і розриви та не пошкоджений водовідвід з покрівлі, протікає значно повільніше, ніж у верхніх [22]. Для усунення вищевказаних пошкоджень покрівельного килима науковцями розроблені технологічні рішення їх ремонту. Складність і склад технологічних рішень ремонту покрівельних килимів залежить від ступеня та виду їх руйнування та класифікується за такими п'яти групами [69]: 1. Заміна окремих елементів покрівлі 2. Нарощування покрівельного килима 3. Зменшення впливу температурних деформацій 4. Заміна покрівельного килима. 5. Повна заміна конструкції даху. Заміна окремих елементів покрівлі та нарощування покрівельного килима передбачають недопустимість загального зниження рівня надійності покрівлі при виході з ладу її окремих елементів та реалізуються при поточному ремонті плоских покрівель. Зменшення впливу температурних деформацій покрівельного килима та його заміна, а також повна заміна конструкції даху передбачають повне відновлення чи підвищення надійності тепловодозахисту покрівлі та забезпечується проведенням капітального ремонту та реконструкції. 15 Заміну окремих елементів покрівлі виконують при наявності невеликих крапкових пошкоджень (пробоїни, проколи, прориви, тріщини, шелушіння, відшарування, здуття) покрівельного килима на площі, меншій 40% загальної площі покрівельного килима. Нарощування покрівельного килима передбачене при наявності невеликих крапкових пошкоджень на його площі, що перевищує 40% загальної площі покрівлі та зниженні працездатності покрівельного килима за показником зміни температури розплавлення бітуму. Зменшення впливу температурних деформацій виконують в покрівлях, що мають теплозахисний шар при таких його пошкодженнях: - вологість теплоізоляційного шару перевищує нормативну на ЗО - 100%; - існує можливість збереження паро-гідроізоляції покрівлі. При цьому, слід зазначити, що при вологості утеплювача ЗО - 50% технологічними рішеннями передбачено лише розрізку покрівельного килима на картини розміром 6x12 та 12x12 м, в той час, як при вологості - 50 - 100% необхідно влаштовувати систему рядових вентиляційних каналів. Заміну покрівельного килима виконують при перевищенні температури розм'якшення бітуму в його складі її нормативного значення в 1,2 - 1,3 рази при вологості утеплювача, що становить не більше 150% від його норми. В протилежному випадку переходять до повної заміни конструкції даху. Таким чином, узагальнюючи вищесказане, нами приведений перелік необхідних технологічних рішень ремонту покрівельних килимів на плоских дахах в залежності від їх пошкоджень, рекомендованих нормативною літературою [69]. Дотримання вищенаведених вимог при якісному виконанні ремонтних робіт гарантує довготривалий термін післяремонтної експлуатації покрівлі. 16 В результаті узагальнення даних, визначений перелік технологічних рішень ремонту покрівельних килимів в залежності від складу та складності їх пошкоджень. Оскільки наведений перелік технологічних рішень з ремонту рулонних покрівель на плоских дахах може бути забезпечений виконанням робіт з застосуванням різних матеріалів та механізмів, то виникає необхідність в детальному аналізі не лише технологічних рішень, а й конкретно методів їх виконання. 1.2. Аналіз методів усунення пошкоджень покрівельного килима В нашій країні як і за кордоном, в цілому накопичений достатній досвід ремонту та реконструкції рулонних покрівель, що мають різні види дефектів. Найбільш простий і давній метод ремонту руберойдових покрівель, в випадку необхідності виконання першої групи технологічних рішень, полягає в нанесенні на місце пошкодження покрівлі шару органічного в'яжучого (бітуму чи кам'яновугільного пеку) [40]. Пізніше для цього методу розпочали використовувати бітумну чи дьогтьову мастику [60], однак і це не забезпечило збільшення терміну післяремонтної експлуатації відремонтованого, таким чином, покрівельного килима більше ніж на 1 рік, через швидке розтріскування нанесеного на поверхню покрівлі органічного в'яжучого чи мастики. Більш надійний метод, що використовується для усунення дрібних пошкоджень рулонного килиму, полягає в наклеюванні латок із рулонного матеріалу (аналогічного матеріалу водоізоляційного килима) на бітумній чи дьогтьовій мастиці [93]. Недоліком методу є те, що він не забезпечує відновлення монолітності покрівельного килима. Для усунення дрібних пошкоджень іноді використовують відкрите полум'я газового пальника чи паяльної лампи, під дією яких відбувається оплавлення бітуму і бітумної мастики та заповнення ними поверхневих тріщин, вибоїн, свищів [40]. За собівартістю ремонту цей метод є найбільш 17 ефективним [78], однак його використання обмежене через наступні недоліки: пожеженебезпечний; підвищується температура крихкості бітуму, що свідчить про його старіння; незначна глибина прогріву покрівельного килима (не більше Змм), а отже незначна глибина його ремонту. Поваляєв М.І. [58; 59] запропонував влаштовувати покрівельні килими, які могли б самостійно «заліковувати» свої дрібні пошкодження. Конструкція такої покрівлі від звичайної відрізнялась лише тим, що використовувався бітум з низькою температурою розм'якшення. В літній період пошкодження, що назбирались на покрівельному килимі за рік, заповнювались розмя'кшеним бітумом. Однак дана технологія не знайшла широкого розповсюдження через наявні недоліки: використання даної технології лише при малих ухилах покрівлі; непередбачуваність поведінки бітуму в складі покрівельного килима, через що можливе утворення ділянок як з надлишком бітуму так і його недостачею, що зменшує термін експлуатації покрівлі. До пошкоджень, що найбільш складно усунути відносяться здуття водоізоляційного килима. Відомо декілька методів ліквідації пошкоджень такого типу. За одним методом здуття проколюють, з нього випускають повітря, а потім заклеюють водоізоляційним матеріалом [102]. Недоліки методу: зберігаються умови для повторного виникнення і росту здуття на відремонтованих ділянках покрівлі; неможливе використання методу при площі* одного здуття бі*льше 20,5 м ; утворюється потовщення покрівельного килима. Інший метод усунення здуть покрівельного килима також полягає в тому, що його проколюють та в утворений отвір вприскують розчинник. 18 Після розм'якшення органічного в'яжучого ремонтуєму ділянку ущільнюють. Наведений метод також не виключає можливості виникнення повторних здуттів, на відремонтованій ділянці покрівлі. Метод не можливо використати при відсутності ґрунтованої основи під покрівельний килим, а також при наявності в прошарку між основою та покрівельним килимом вологи [67]. Дещо подібний метод ліквідації здуть запропонував в 1996 році А.Л.Жолобов [22]. Суть методу базується на наукових дослідженнях та полягає в тому, що для видалення пароповітряної суміші та води з здуття в ф 2 ньому та в стяжці послідовно влаштовували отвори діаметром 0,2 - 4 см , що розміщені один від одного на відстані 20...80 см. Отвори у стяжці герметизують мінеральною ватою, після чого здуття приклеюють до основи любим з відомих методів. Крім уже перерахованих, даний метод має ще один суттєвий недолік - зменшення міцності стяжки. Найбільш відомий метод усунення здуття покрівельного килима полягає в його хрестоподібному розрізуванні та просушуванні. Повторне приклеювання відвернутих частин килима проводять на бітумній мастиці. Зверху вкладають заплату із рулонного матеріалу на мастиці з напуском за межі хрестоподібного розрізу [67; 37]. Не дивлячись на те, що даний метод є найбільш розповсюдженим через вищу надійність та зручність робіт йому також властиві недоліки перших двох методів. Одним з самих надійних методів ліквідації здуть є метод за яким по центру хрестоподібного розрізу, перед приклеюванням відвернутих частин килима, влаштовують спеціальний вентиляційний патрубок [64; 94]. Використання даного методу забезпечує захист відремонтованого таким чином покрівельного килима від здуття, але одночасно погіршує експлуатаційні властивості покрівлі: через вентиляційний патрубок не виключене попадання атмосферних опадів в покрівлю; 19 підвищується повітропроникність покрівлі, що приводить до пришвидшеного проникнення вологого повітря з приміщення в покрівлю та конденсації в ній водяного пару в холодний період року, що погіршує теплозахистні властивості покрівлі та може призвести до його промерзання при від'ємних температурах повітря. Таким чином, метод не можна використовувати в покрівлях без теплоізоляції. Також слід відмітити значну трудомісткість виконання таких робіт в порівнянні з попередніми методами, що призводить до використання даного методу лише при капітальному ремонті покрівель. Друга група технологічних рішень ремонту рулонних покрівель передбачає основні два етапи: підготовка основи під новий ремонтний килим; влаштування нового ремонтного килиму. Перший етап, як правило, виконують методами що застосовуються при виконанні першої групи технологічних рішень аналіз яких наведений вище. Для методів, що використовуються на другому етапі ремонту характерна певна подібність з методами влаштування покрівель [13; 23; 24 ]. Подальший розвиток методів влаштування покрівель відбувається в міру розробки та випуску нових покрівельних матеріалів та вдосконалення технології покрівельних робіт [3; 13; 23; 24]. Так, починаючи з 60-х років при влаштуванні та ремонті рулонних покрівель розпочали використовувати наплавлюваний руберойд [27; 42; 66; 73], в подальшому на будівництві та об'єктах ремонту та реконструкції пройшли перевірку та розпочали використовувати бітумнополімерні мастики та емульсії [44; 45], перфорований руберойд [36; 96], армогідробутил [63; 65], та інші покрівельні матеріали [6; 62; 80; 103]. Відомі три основні методи наклеювання наплавлюваного руберойду - вогневий, електроконтактний та безвогневий [42; 66; 73]. 20 При вогневому методі виконання робіт розігрів проводять полум'ям спеціальних пальників. Поряд з явними перевагами даного методу, він має ряд недоліків: низька якість приклеювання матеріалу; підвищення температури крихкості мастики на межі склеювання; пожеженебезпека та забруднення оточуючого середовища. В своїх дослідженнях Кораблікову А.М. [27; 29], вдалось ліквідувати частину недоліків, що безпосередньо пов'язані з технологією влаштування наплавлюваних покрівель. Але проблема залишилась, оскільки наявність вказаних недоліків пов'язана не лише з недосконалістю технології, а і тим, що поверхневі приклеюючі шари товщиною 0,6 - 1 мм є явно недостатніми [58]. При таких товщинах підплавлюваних шарів не забезпечується заповнення нерівностей основи, якими особливо характеризуються ремонтуємі покрівлі. Даний недолік можливо усунути використовуючи сучасні іноземні наплавлювані бітумно-полімерні рулонні матеріали, якими переповнений український ринок. Однак, дані матеріали для ремонту та влаштування рулонних покрівель відрізняються надзвичайно високою вартістю (більше ніж 5 разів дорожчі за руберойд), а отже не доступні для широкого кола замовників. Деяку перевагу перед вогневим методом наклеювання наплавлюваного руберойду має електроконтактний метод. В цьому методі використовується спеціальний наклеюючий пристрій, що дозволяє виконувати розігрів поверхневого шару мастики електронагрівниками, які встановлені на його рамі. Даний метод виключає вигорання поверхневого шару бітуму, як це відбувається при нагріві відкритим полум'ям та знижує пожеженебезпеку робіт. Однак електроконтактний метод влаштування рулонних покрівель поступається вогневому у продуктивності. Крім того, його неможливо 21 використовувати при влаштуванні примикань, що створює додаткові складності при виконанні робіт. Безвогневий метод наклеювання наплавлюваного руберойду полягає в розм'якшенні мастичного покрівельного шару розчинником з послідуючими витримкою та приклеюванням. До основних переваг даного метода можемо віднести незначну трудомісткість робіт та безпечні умови їх виконання. Однак він не отримав широкого розповсюдження через наступні причини: можливість використання методу тільки при ухилах покрівлі від 2,5 до 10%; заборона виконання робіт при температурі оточуючого середовища нижче +5°С; відсутність на об'єктах реконструкції та ремонту старанно вирівняних поверхонь для наклеювання руберойду [66]. Крім того, зростаючу зацікавленість спеціалістів викликає використання при ремонті рулонних покрівель бітумних та бітумно- полімерних мастик, що наносяться на поверхню старого покрівельного килима разом з волокнистими скломатеріалами [6; 55; 69], а також полімерних мастик [29]. Останнє пояснюється можливістю механізації ремонтних робіт, зменшенням витрат матеріалів, покращенням умов виконання робіт, а в окремих випадках і зниженням їх вартості. Узагальнюючи вищесказане, слід відмітити те, що при виконанні другої групи технологічних рішень ремонту покрівельного килиму довговічність відремонтованої покрівлі залежить не стільки від метода влаштування додаткового ремонтного шару, як від матеріалів, що для цього використовувались та якості підготовки основи. Основним загальним недоліком перерахованих вище методів є збільшення товщини покрівельного килима в результаті чого зменшується його деформативність та тріщиностійкість [26]. 22 Значна вартість ремонтних робіт на фоні не довготривалого післяремонтного терміну експлуатації покрівлі змушує вчених і спеціалістів відшуковувати менш матеріалоємкі та більш економічні і ефективні методи відновлення та ремонту рулонних покрівель. Так, І.В. Трубніковим та Е.З.Юдовичем [81] іще в 1939 році був винайдений метод ліквідації дефектів в покрівлях із матеріалів з органічного в'яжучого. Даний метод базувався на прогріві покрівельного килима до розм'якшення органічного в'яжучого та самоліквідації його дефектів. Для здійснення методу автори винаходу запропонували всередину покрівельного килима (при його влаштуванні) закласти металеву сітку, через яку при ремонті пропускали електричний струм. Однак, на перешкоді широкому використанню наведеного методу стали його недоліки: складність влаштування покрівельного килима, армованого металевою сіткою; необхідність розігрівання всієї площі покрівельного килима (навіть при усуненні локальних його пошкоджень); наявність металевої сітки обмежує доступ до основи покрівлі для її очистки, просушки та ремонту; має місце низька ремонтна технологічність сітки, що закладена в середині покрівельного килима; коефіцієнт лінійного розширення покрівельних рулонних матеріалів більше, ніж в 10 разів перевищує цей же показник для металів, із яких можливе виготовлення сітки, що може привести до розшарування і розриву покрівельного килима. Даний метод став базовим для низки наступних методів, в яких використовувалась властивість бітуму до оновлення під дією його нагріву (регенерації) безпосередньо в складі покрівельного килима. Суть методів ремонту покрівельного килима шляхом його нагріву з послідуючим ущільненням, без заміни покрівельного килима, полягає в 23 слідуючому. Прогрітий протягом певного часу спеціальним апаратом, покрівельний килим розмякшується на всю глибину, а його бітумна поверхня розплавляється. Після прогріву апарат переставляють на інше місце, а прогрітий килим розрізають чи проколюють в місцях здуття для випуску водяного пару. Коли здуття осядуть, дерев'яними шпателями видавлюють з них залишки водяного пару чи вологи, замазують проколи, тріщини, виємки та вирівнюють поверхню розплавленим бітумом. На пошкоджені місця покрівлі при необхідності наклеюють латки із руберойду [89]. Для ущільнення підготовленого килима використовують коток, а у складнодоступних містах - ручну трамбівку. Робочу поверхню котка та трамбівки перед ущільненням змащують композиційним мастилом для запобігання налипання на них бітуму, а місце ущільнення покривають омоложуючим розчином [5; 89] із того ж мастила. Покриття покрівельного килима омоложуючим розчином являється профілактичним заходом, яке уповільнює старіння бітуму та сприяє відновленню його деформаційних властивостей, дозволяє усунути дрібні дефекти. Це пояснюється тим, що омоложуючий розчин потрапляє в дисперсну структуру бітуму, сприяє зменшенню жорсткості асфальтенів, знижує міцність коагуляційних зв'язків системи. Все це приводить до відновлення пластичності асфальтенів [32]. Простота, економічність та незначна трудомісткість даного методу призвели до його широкого використання на території України та в країнах СНД. Так розробкою технологій ремонту руберойдових покрівель шляхом розігріву бітуму в їх складі займались в середині 90-х років покрівельна фірма ДЕКС (м.Вишгород) та НДІБВ (м.Київ); НДІАКХ ім. Памфілова [5; 25]. Різниця в розроблених технологіях полягала лише в різних методах нагріву покрівельного килима при незмінній їх структурі. Відновлені покрівельні килими, за даними дослідників, могли експлуатуватись протягом 4 - 8 років без додаткових ремонтних робіт. 24 Узагальнюючи аналіз методів ремонту покрівельного килима шляхом нагріву бітуму в його складі, слід вказати на наступні загальні їх недоліки, які не дозволили їм стати широкодоступними. Перш за все - це високі витрати електроенергії та відсутність науково обґрунтованих режимів нагріву та ущільнення покрівельного килима. Не менш суттєвим недоліком є відсутність методики визначення технологічного комплекту для виконання робіт, що призводить до підвищення її трудомісткості (в результаті простоїв робітників чи збільшення енерговитрат при необхідності повторного прогріву килима). Не може не турбувати також досить вузька область застосування даної технології та порівняно короткий післяремонтний термін експлуатації покрівлі. Останнє посилює також ущільнення покрівельного килима тяжкими (50 кг) диференційними котками, в результаті чого в ньому виникають розтягувальні напруження та практично видавлюється прошарок мастики, що сприяє зниженню його післяремонтного терміну експлуатації [9; 10; 51]. При капітальному ремонті покрівель (необхідність виконання 3 - 5 групи технологічних рішень), в більшості випадків, роботи зводяться до зняття пошкодженого килима та влаштування нової гідроізоляції. В кращому випадку заміні підлягає лише покрівельний килим, в гіршому - вся конструкція даху [69]. В таких випадках теж широко використовують метод розігріву бітуму в складі знятого гідроізоляційного килима [11]. При можливості збереження покрівельного теплогідроізоляційного килима при необхідності зняття температурних деформацій в ньому влаштовують систему рядових вентиляційних каналів та температурно- деформаційних швів [69; 90]. Також, при значних об'ємах ремонтних робіт, доцільним є використання одного із методів, що запропонував Б.С. Устінов (з повною чи частковою заміною старої покрівлі новою) [94; 95; 96]. 25 При реконструкції споруди суміщені покрівлі, як правило, переобладнають в вентильовані [83; 68]. Незважаючи на деяке розрізнення методів капітального ремонту будівель, для всіх них характерні однакові недоліки: надзвичайно висока вартість та трудомісткість робіт; значна тривалість робіт; необхідність в підхожих погодних умовах на протязі усього терміну виконання робіт та інш. Оскільки капітальний ремонт виконується в надзвичайних випадках та може бути попереджений своєчасним виконанням якісного поточного ремонту покрівель, то в подальшому він розглядатись не буде. Отже основна увага в роботі буде приділена заходам, що виконуються при поточному ремонті покрівель. Таким чином, проведений аналіз відомих методів ремонту рулонних покрівельних килимів дав можливість класифікувати їх в залежності від матеріалів, що використовуються та конструктивно-технологічних рішень (рис. 1.1). Рис. 1.1 Класифікація методів ремонту рулонних бітумних покрівель 26 1.3. Аналіз та оцінка можливих методів нагрівання багатошарового рулонного покрівельного килима для його відновлення Для прогріву тонкошарових конструкцій, до яких можна віднести покрівлю, як правило, використовують методи, що базуються на використанні поверхневих нагрівників [2; 92]. Використання інших методів прогріву, наприклад, глибинного (шляхом пропускання електричного струму через металеву сітку, яка вмонтована в товщу покрівельного килиму) [81] неефективно. Із усіх відомих методів нагріву, найбільше використовують лише три - інфрачервоним випромінюванням (покрівельна фірма ДЕКС та НДІБВ м. Київ)[25], випромінюванням хвиль надвисоких частот (НВЧ) [28; 53] та кондуктивним переносом тепла (НДІАКХ им. Памфілова [5; 22]. Із перерахованих методів нагріву найбільш розповсюдженим є опромінювання інфрачервоним випромінюванням, в результаті чого забезпечується поглинання енергії не лише на поверхні, а і в середині речовини. Поглинена електромагнітна енергія інфрачервоного випромінювання переходить в теплову енергію в середині матеріалу. При цьому, якщо частота інфрачервоних променів співпадає з частотою власних коливань елементарних частинок матеріалу, то енергія поглинається і це супроводжується найбільшим перетворенням електромагнітної енергії в теплову [43]. Нагрів інфрачервоним випромінюванням має також позитивні особливості - це: відсутність прямого контакту між робочою поверхнею випромінювачів та поверхнею покрівельного килима; середовище (повітря), що знаходиться між робочими поверхнями випромінювача та покрівельного килима, практично не заважає процесу променевого теплообміну; 27 поглинання енергії інфрачервоного випромінювання протікає не лише на поверхні покрівлі, а і в її товщі [34]. До основних недоліків нагрівання покрівлі з використанням інфрачервоного випромінювання відносять: неефективність використання методу для покрівель із шаром захисної посипки через меншого у неї інтегрального коефіцієнта теплового випромінювання ніж у бітуму; високу вартість та низьку довговічність інфрачервоних нагрівників (70 у.о. кожного при довговічності до 2000 год.) [19]; зменшення тривалості нагріву при наявності вітру та від'ємних температурах [22]. Однак, не зважаючи на ці недоліки метод прогріву покрівельного килима інфрачервоним випромінюванням є найбільш розповсюдженим на території країн СНГ (Україна, Білорусія, Молдавія, Росія). Разом з тим, має місце і інший метод прогріву конструкцій, що базується на використанні енергії хвиль надвисоких частот (більше 300 МГц) [28; 5]. Від інших методів нагріву конструкцій із бітумних матеріалів, використання енергії надзвичайно високих частот (НВЧ) вигідно відрізняє: можливість рівномірного прогріву конструкцій по товщині, навіть при наявності повітряних та водяних включень; збереження, а в окремих випадках навіть покращення основних якісних показників бітуму (так при прогріві бітуму на протязі 15 хв. температура його розм'якшення не змінюється, а пенетрація збільшується на 2% [85]); швидке знищення мікроорганізмів, що знаходяться в порах та пустотах матеріалу конструкції [49]. Однак, слід враховувати те, що найбільш доцільно НВЧ - енергія використовується в системах з резонансними камерами, де випромінювання відбиваючись від стінок багаторазово проходить через об'єкт, що нагрівають 28 до тих пір, поки вона не буде повністю поглинута. Через значні розміри покрівлі (по площі) і наявності лише одностороннього доступу до неї, створити таку резонансну камеру неможливо. Отже, фактичні витрати на його прогрів багаторазово зростуть через проникання мікрохвиль в більш глибокі шари покрівлі і поглинання більшої їх частини матеріалами стяжки, утеплювача, плитами покриття, прогрів яких зовсім не потрібний [22]. Головними ж факторами, що перешкоджають використанню НВЧ - енергії при прогріві водоізоляційного килима можуть бути: неможливість забезпечення надійного захисту людей від опромінювання; створення значних за потужністю радіоперешкод; надзвичайно висока (навіть в порівнянні з обладнанням для інших методів прогріву) вартість (в 3 - 7 разів) та складність приладів та обладнання для створення НВЧ - променів. Всі вищенаведені факти призводять лише до епізодичного, експериментального використання НВЧ - енергії взагалі в будівництві та окремо при ремонті рулонних багатошарових покрівель на плоских дахах, а тому нами в подальших дослідженнях даний метод нагріву не використовується. Третім методом прогріву покрівельного килима, що використовується на практиці є кондуктивний перенос тепла [5; 25]. При короткочасному прогріві покрівельного килима даним методом має місце нестаціонарний теплообмін, коли відбувається поступове підвищення температури килима. Використання поверхневих нагрівників викликає нерівномірний прогрів покрівельного килима по його товщині, однак інтенсивність кондуктивного теплового потоку при цьому поступово знижується, так як відбувається відносне вирівнювання температур. До переваг даного методу можемо віднести: 29 відсутність прошарку між нагрівниками та поверхнею покрівельного килима, що зменшує рівень втрат тепла на його нагрів; можливість виконання робіт при сильному вітрі та від'ємних температурах оточуючого середовища; можливість ремонту покрівель із захисною крупнозернистою посипкою; невисока вартість нагрівних елементів. Однак, даний метод також має велику кількість недоліків, серед яких слід виділити: наявність контактного термічного опору; неможливість виконання ремонтних робіт на покрівлях при їх товщині, що перевищує 3 шари через низький коефіцієнт теплопровідності бітуму; низька довговічність нагрівників через їх постійний контакт з бітумом; значне збільшення тривалості прогріву покрівельного килима при наявності повітряних та водяних прошарків; значний вплив на якість прогріву нерівностей поверхні покрівлі, та інші. Однак, незважаючи на вище перераховані недоліки прогріву методом теплопередачі, він безумовно має право на використання для покрівель певного типу і досить широко використовується на території Росії. Таким чином, в результаті аналізу ми отримали два конкурентоспроможні методи прогріву покрівельного килиму - інфрачервоним випромінюванням та кондуктивним переносом тепла. Вибір найбільш раціонального методу, з наведених двох, виконуємо за основними чинниками, що на нього впливають (табл. 1.1) та визначені шляхом спостережень за технологією. В табл. 1.1 знаком (+) вказане проявлення показника в одному з методів прогріву та наведені лише ті чинники, за якими один з методів прогріву має перевагу над іншим. ЗО За вказаними показниками (табл. 1.1) та кількістю позитивних оцінок (+) перевага віддана методу нагрівання покрівельного килима інфрачервоним випромінюванням (на базі апарата конструкції НДІБВ м.Київ), як методу, що має ширшу область застосування, більшу якість та надійність. Таблиця 1.1 Оцінка методів прогріву покрівельного килима Проявлення показника (+) в методі прогріву 3 використанням: Групи Показники Інфрачервоно кондуктив- показників го випроміню ного перено вання су тепла 1 2 3 4 Рівномірність прогріву по + — Якість товщі покрівельного килима прогріву теж по площі — + Глибина прогріву + — Умови Товщина покрівлі > 3 шарів + — застосуван -ня методу Наявність нерівностей прогріву поверхні покрівельного + — килима Умови Наявність захисної посилки _ + застосува Наявність водяних та + — ння повітряних прошарків методу Використання при від'ємній + прогріву — температурі та вітрі Надійність нагрівників — + Рівень втрат тепла — + Характе Відсутність контакту нагрів ристика + — ників з покрівельним килимом нагрівної Обмеження теплової інерцій- установки + — ності установки Стабільність теплового потоку + — 31 1.4. Аналіз ефективності сучасних методів ремонту пласких бітумних рулонних покрівель Оцінку ефективності методу ремонту руберойдових покрівельних килимів слід виконувати за тими критеріями, які і визначають тенденції вдосконалення ремонтних робіт [9]. Такими показниками є загальновідомі трудомісткість, собівартість та довговічність ремонту. При оцінці ефективності технології ремонту покрівель слід користуватись вартісними показниками, віднесеними до 1 року післяремонтної їх експлуатації. Це пояснюється тим, що вартісний показник вирішальним чином впливає на перспективу поширення тієї чи іншої технології, в той час як показник довговічності та якості - на перспективність її використання. При рівності показників для декількох варіантів ремонту перевага повинна бути віддана варіанту з меншим показником собівартості робіт, що віднесений до її довговічності через дефіцит коштів. Дана опосередкована техніко-економічна оцінка різних методів ремонту покрівель. Опосередковані укрупнені техніко-економічні показники різних методів ремонту отримані в результаті огляду технічної літератури та підрахунків за нормативною літературою [20; 21] у відповідності до ДБН Д. 1.1-1-2000 (з додатками та доповненнями) і наведені у табл. 1.2 та рис. 1.2. З табл. 1.2 видно, що перша група технологічних рішень відрізняється від другої порівняно невисокими техніко-економічними показниками ремонту (найнижча собівартість (2-3,6 у.о.) та одна з найнижчих за трудомісткістю (0,47-0,84 люд.-год.)) однак має в результаті найнижчу ефективність через малий післяремонтний термін експлуатації покрівлі. Це відображається в перевищенні, для даного випадку, показників собівартості та трудомісткості ремонту 1 м 2 руберойдової покрі« влі• ві. днесених до 1 року ї ї післяремонтної експлуатації еталонного варіанту (з найкращими показниками) відповідно в 11-20 та 3 - 6 раз. Слід також відмітити те, що для 32 першої групи технологічних рішень при наклеюванні руберойду в два шари показники трудомісткості та собівартості ремонту 1 м2 покрівлі, віднесені до одного року післяремонтної її експлуатації, є найбільшими (100%). Що до другої групи технологічних рішень (рис. 1.2), то тут найбільшу собівартість ремонту 1 м2 покрівлі має метод ремонту покрівельного килима з використанням бітумно-ризинової імпортної мастики, що зумовлене високою його вартістю вищезгаданої мастики (100%). Обмеження довговічності відремонтованих таким чином покрівель пояснюється руйнуванням його нижчележачого старого руберойдового килима від температурних деформацій, що призводить до виходу з ладу нового ремонтного шару. Надзвичайна дороговизна покрівельного матеріалу разом, хоч і з досить високою, але обмеженою 10 роками довговічністю, призводять до того, що даний метод має найвищий показник собівартості• ремонту 1 м 2 покрівлі, віднесений до одного року її післяремонтної експлуатації для другої групи технологічних рішень (39%). Складність виконання ремонтних робіт за даним методом обумовила значну трудомісткість ремонту, що відображена у найвищому для другої групи технологічних рішень показнику трудомісткості ремонту віднесеному до 1 року післяремонтної експлуатації покрівлі (36%). Зниження собівартості ремонту руберойдових покрівель з використанням мастик можливе за рахунок використання мастики БІЕМ (майже в 2,3 рази). Однак, через нижчу якість мастики БІЕМ нижчий, відповідно, і післяремонтний термін експлуатації покрівлі. Загалом показники ефективності ремонту кращі при ремонті з використанням мастики БІЕМ через нижчу її вартість та трудомісткість робіт. Останнім часом надзвичайно широко використовується метод ремонту руберойдових покрівельних килимів на плоских дахах з використанням наплавляємих вітчизняних матеріалів. Даний метод відрізняється надзвичайно низької трудомісткістю ремонтних робіт (0,67-1,34 люд.-год) та досить значним терміном післяремонтної експлуатації покрівлі (10 років), що 33 зумовлене високою якістю наплавляємих бітумно-полімерних покрівельних матеріалів. В результаті даний метод має найвищу ефективність ремонту по показнику трудомісткості• ремонту 1 м 2 руберойдової покрі• влі• ві•днесеного до 1 року її післяремонтної експлуатації (0,134-0,067). Однак, через значну вартість наплавляемого бітумно-полімерного матеріалу даний метод має досить високу собівартість ремонту (5,2 у.о.). Зниження собівартості ремонту методом наплавлення можливе при використанні дешевших бітумно- полімерних наплавляємих матеріалів вітчизняного виробництва. Однак, через невисоку якість вітчизняного матеріалу, для досягнення потрібної якості робіт необхідно влаштовувати два додаткові ремонтні шари, що призводить до підвищення трудомісткості робіт в два рази (1,34 люд.-год). Останнє, в свою чергу, призводить до аналогічного підвищення показника трудомісткості ремонту 1 м2 покрівлі віднесеного до одного року післяремонтної її експлуатації (16%). Показник собівартості ремонту 1 м покрівлі, віднесений до одного року післяремонтної її експлуатації, підвищуються для даного методу до 0,74 у.о./рік. Як показав досвід, використання для ремонту руберойдових покрівель руберойду є не ефективним через його недовговічність та високої трудомісткості робіт (табл. 1.2). Так, при ремонті покрівлі руберойдом для досягнення п'ятирічного післяремонтного терміну його експлуатації необхідно влаштувати трьох-шаровий додатковий покрівельний килим. При цьому, його собівартість та трудомісткість будуть одними з найвищих з усіх методі•в (5,4 2у.о./м та 1,23 люд.-год/м 2 ). Однак, незначний пі•сляремонтний термін експлуатації відремонтованих таким чином покрівель (5 років) призвів до того, що даний метод має один з найвищих показників собівартості• та трудомі• сткості ремонту 1 м 2 покрівель віднесених до одного року їх післяремонтної експлуатації (1,1 у.о./рік та 0,25 люд.-год/рік). Найменшу собівартість ремонтних робіт та одну з найменших трудомісткість серед усіх наведених методів має метод ремонту покрівельних 34 килимів шляхом розігріву бітуму в їх складі з послідуючим ущільненням (ві• дпові• дно 0,9 у.о./м 2 та 0,75 люд-год/м 2). Довговічність, відремонтованих даним методом, покрівель, за різними даними, коливається в межах 4-6 років. Це призводить до того, що метод ремонту покрівельних килимів шляхом розігріву бітуму в їх складі з послідуючим ущільненням має найнижчий показник собівартості та один з найнижчих показників трудомісткості ремонтних робіт, віднесений до одного року післяремонтної експлуатації покрівель (відповідно 0,18 у.о./рік та 0,15 люд.-год/рік). Отже, як показав аналіз, метод ремонту руберойдових покрівель шляхом розігріву бітуму в їх складі з наступним ущільненням сьогодні має найбільшу ефективність, яка забезпечується рядом його переваг: відсутність потреби в додаткових покрівельних матеріалах; невисока трудомісткість та вартість робіт при задовільному післяремонтному терміну експлуатації покрівель. Крім того, даний метод має високу продуктивність (120 м /зміну), що забезпечує виконання ремонтних робіт в короткий термін. Таким чином, в даний час прогресивним напрямком для подальших досліджень є технологія ремонту руберойдових покрівель шляхом розігріву бітуму в її складі нагрівом з наступною обробкою та ущільненням. Даний метод має декілька різновидів, різниця між якими полягає в методі нагріву покрівельного килима. 35 2 шари бітумно-ризинової мастики .......... ‘ ' 3 2 шари мастики БІЕМ 2,4 ' шар наплавлюваного матеріалу 0,6 7 2 шари екарбіту 1,34 3 шари руберойду 1,23 Розігрів бітуму 0, 75 0 1 2 3 4 Трудоємкість ремонту 1 м покрівлі, ( л-год/рік ) а) і 2 шари бітумно-ризинової мастики 14 2 шари мастики БІЕМ 6 1 шар наплавлюваного 1 матерілу 6 2 шари екарбіту 7,4 1 3 шари руберойду 5 4 Розігрів бітуму 0,9 2 4 6 8 10 12 14 16 Собівартість ремонту 1 м покрівлі (л-год/рік) б) 2 Рис. 1.2. Техніко-економічні показники ремонту 1 м рулонної руберойдової покрівлі віднесені до 1 року її післяремонтної експлуатації для різних методів ліквідації пошкоджень: а) - трудомісткість ремонту. б) - собівартість ремонту; 36 Таблиця 1.2. Техніко-економічні показники методів ремонту рулонних покрівель на плоских дахах Значення показників для груп технологічних рішень при ремонті: містами ( 1 група) з на всій площі покрівельного килима ( 2 група ): наклеюванням методом з влаштуванням додаткового килима з: руберойду в: розігріву Показники на 1 м 2 бітуму в рубе вітчизня імпортно мастики бітумно- ремонту складі ройду ного біту- -го біту- БІЕМ полімер 1 шар 2 шари покрівлі мнополіме мнополі- ної -рного мерного мастики матеріалу матеріалу Собівартість 1 2 0^9 5А 5^2 6 ( V. о . ) М 1А 14 14 26 6 39 53 37 43 100 % Трудомісткість О 0,84 0,75 1,23 1,34 0,67 3о ( л-год.) 0,47 2Л 16 28 25 41 45 22 80 100 % Термін 3 експлуатації 1 1 5 5 10 10 10 10 ( роки) Віднесені до 1 4 року 2 156) 3,6(100) 0 . 1 8 ( 5 ) 1.1 ( 2 8 ) 0.74(21 ) 0,52 ( 14) 0,6 ( 17) 1 , 4 ( 3 9 ) експлуатації 0,47(56) 0,84(100) 0,15(18) 0,25 (30) 0,134(16) 0,067 ( 8 ) 0,24(0,29) 0,3 (36) у.о.(%)/л.-год(%) Примітки: - за 100% прийнято найвищий з показників. № показчика Висновки до розділу 1 1. Вивчена історія проблеми та проаналізовано, що існує велика різноманітність методів ремонту пласких бітумних рулонних покрівель, які забезпечують необхідну якість робіт та мають різні техніко-економічні показники. Вибір методу ремонту покрівельного килима залежить від його пошкоджень. 2. Суттєвий інтерес представляє метод ліквідації пошкоджень покрівельного килима шляхом нагріву бітуму в його складі з послідуючою л 2 обробкою та ущільненням. Він має найнижчу собівартість - 0,9 у.о./м та 2 % одну з найнижчих трудомісткість - 0,75 люд-год./м ремонтних робіт при задовільному терміні післяремонтної експлуатації покрівлі - в середньому 5 років. 3. Більш широке застосування технології ремонту руберойдових покрівель з використанням інфрачервоного випромінювання можливе при науково обґрунтованих технологічних рішеннях ремонту, що призведе до зниження затрат енергії та праці. 4. Шляхом аналізу показників якості прогріву покрівлі, умов застосування методу прогріву та конструктивних характеристик нагрівної установки встановлено, що найбільш доцільним методом прогріву покрівельного килима є застосування інфрачервоного випромінювання в технології його ремонту шляхом нагріву бітуму в його складі з послідуючою обробкою та ущільненням. 38 РОЗДІЛ 2 МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕННЯ КОНСТРУКТИВНИХ ТА ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ТЕХНОЛОГІЇ ВЛАШТУВАННЯ ТА НАГРІВУ РУЛОННОГО БІТУМНОГО ПОКРІВЕЛЬНОГО КИЛИМА ТЕПЛОВИМ ВИПРОМІНЮВАННЯМ 2Л. Методика вибору напрямку дослідження Технологія ремонту руберойдових покрівель на плоских дахах з використанням інфрачервоного випромінювання може мати, при певних вимогах до відремонтованої покрівлі, найвищу ефективність серед розглянутих методів ремонту. Для широкого впровадження в будівельну практику, технологію ремонту руберойдових багатошарових покрівель з використанням обладнання інфрачервоного випромінювання слід вдосконалити. При цьому, деякі з недоліків, які вона має, потрібно зменшити чи взагалі усунути. Суттєвим недоліком технології є те, що її технологічні та конструктивні параметри встановлені опосередковано за результатами практичного досвіду, без проведення системних наукових досліджень, що призводить до погіршення техніко-економічних показників ремонтних робіт. Зокрема, збільшення собівартості та зниження якості ремонтну відбувається в результаті перегріву покрівельного килима нагрівним апаратом. При цьому, близько 30% тепла втрачається в оточуюче середовище через недосконалість його конструкції [89]. Даний показник збільшується в 2 рази при використанні технології в зимових умовах та при швидкості вітру більшій за 1 м/с [25]. Недогрів покрівельного килима чи недостатнє його ущільнення спричиняють неповне відновлення склеювання як між шарами руберойду так і між руберойдом та цементно-піщаною стяжкою, в результаті чого покрівельний килим може бути відірваний вітровим навантаженням. При використанні котків великої ваги, для ущільнення розігрітого покрівельного килима, в ньому виникають залишкові розтягуючі напруження, що призводять до зниження післяремонтного [9] терміну експлуатації покрівлі. 39 Бажання вдосконалити недорогу, ефективну технологію ремонту руберойдових покрівель з використанням інфрачервоного випромінювання для її більш широкого використання будівельними підрозділами, з одного боку, та відсутність науково обґрунтованих технічних рішень для вдосконалення даної технології, з іншого боку, складають проблемну ситуацію. На вирішення цієї проблемної ситуації націлені ці магістерські дослідження. Стан об'єкту дослідження в фіксований момент часу описують множиною параметрів з яких виділено три підмножини [56; 75]: - вхідні параметри, тобто фактори, що характеризують вплив оточення на об'єкт дослідження; - структурні параметри; - вихідні параметри, що характеризують реакцію об'єкта на дію вхідних параметрів. Вхідні параметри об'єкта дослідження визначені на основі аналізу тривалості структурних параметрів. Для цього, об'єкт дослідження розглядали як систему, що складається із структурних параметрів. З врахуванням того, що складовими технічної системи є операції, в об'єкті дослідження виділено наступні структурні параметри (операції): 1. Ліквідація повітряних та водяних мішків в покрівельному килимі 2. Нанесення на покрівельний килим подрібненого бітуму 3. Нагрівання покрівельного килима обладнанням інфрачервоного випромінювання 4. Перестановлення обладнання інфрачервоного випромінювання 5. Витримування розігрітого покрівельного килима перед його ущільненням (з метою охолодження поверхні до температури 100 °С та перерозподілу температур в товщі) 6. Розрівнювання розігрітої бітумної поверхні килима з видаленням із його товщі нагрітого вологого повітря 7. Нанесення на покрівельний килим та коток гідрофобного мастила 40 8. Ущільнення розігрітого покрівельного килима котком Всі структурні параметри (операції) поєднані між собою і створюють структуру об'єкта дослідження, яка представлена у вигляді графіка (рис.2.1). 7 Рис. 2.1. Структура технології ремонту рулонних руберойдових багатошарових покрівель з використанням обладнання інфрачервоного випромінювання: О) - події (початок, кінець операції); 1... 8 - операції; фіктивні події та операції. Дослідження технології зведене до дослідження її структурних параметрів (операцій), які безпосередньо являються предметами дослідження. Найбільш складні серед них нагрівання покрівельного килима та його ущільнення. Складність їх полягає в тому, що вони включають в себе пристрої, які потрібно вдосконалити та дослідити їх вплив на предмети праці з метою визначення їх раціональних конструктивних параметрів. При дослідженні операції нагрівання покрівельного килиму обладнанням інфрачервоного випромінювання таким параметром є його потужність. При дослідженні операції ущільнення покрівельного килима котком вказаними конструктивними параметрами є робочі параметри котка - вага, ширина, діаметр. Крім того, на тривалість названих операцій суттєвий вплив має 41 стан ремонтного килима, який може бути охарактеризований наступними його показниками: 1.Товщина покрівельного килима 2.Вологість покрівельного килима 3.Середня температура покрівельного килима, перед його нагрівом та ущільненням (залежить від температури оточуючого середовища). Під час виконання ремонтних робіт окремі структурні параметри технології зазнають впливу певних характеристик оточуючого середовища (температура, швидкість вітру) під час чого змінюється їх тривалість. До структурних параметрів, що реагують на зміну оточуючого середовища відносяться операції нагрівання покрівельного килима та його витримування перед ущільненням. Тривалість операції перестановки обладнання інфрачервоного випромінювання залежить від прийнятих схем його переміщення, які вибирають в залежності від геометрії покрівлі (довжини, ширини, ухил) а також кількості обладнання інфрачервоного випромінювання в комплекті. Отже, структурні параметри (операції) об'єкта дослідження, по відношенню до вхідних параметрів є: 1. такі, що не реагують на вхідні параметри; 2. такі, що реагують на вхідні параметри. До першої групи відносяться технологічні операції: нанесення на покрівельний килим та коток гідрофобного мастила, розрівнювання розігрітої бітумної поверхні килима з видаленням нагрітого вологого повітря, ліквідація повітряних та водяних мішків в покрівельному килимі та нанесення на покрівельний килим подрібненого бітуму. Тривалість перерахованих операцій може бути встановлена шляхом їх хронометражу. Решта структурних параметрів технології відносяться до другої групи і зазнають зміни при зміні того чи іншого вхідного параметру, а отже потребують системного наукового підходу під час їх дослідження. 42 На основі аналізу тривалості структурних параметрів на стадії попереднього вивчення технології визначені її вхідні параметри та інтервали їх зміни (табл. 2.1). Таблиця 2.1 Вхідні параметри технології ремонту багатошарових руберойдових покрівель з використанням інфрачервоного випромінювання Одиниця Інтервал Найменування фактора Позначення виміру зміни Потужність обладнання Р кВт 6...10 інфрачервоного випромінювання Товщина покрівельного килима к шар 1...6 Вологість покрівельного килима % 0...10 Температура оточуючого Т °С -10...+30 середовища Швидкість вітру V м /с 0...15 Маса котка т кг 10...55 Ширина котка В см 100...60 Радіус котка г см 5...15 Кількість обладнання п шт. 1...4 інфрачервоного випромінювання в комплекті не Довжина покрівлі Ь м нормується не Ширина покрівлі 1 м нормується Ухил покрівлі і % 0...30 43 Схема впливу вхідних параметрів безпосередньо на “не байдужі” технологічні операції наведена на рис. 2.2. Усі вхідні параметри віднесені до п'яти основних груп. Одночасно на одну операцію можуть діяти від 1 до 6 вхідних параметрів. Найскладніші в цьому відношенні - операції нагрівання та ущільнення ремонтного покрівельного килима. В результаті взаємодії вхідних параметрів з системним об'єктом дослідження відбувається зміна його реакції, яка відображається через зміну значень вихідних параметрів. Вихідними параметрами технології є її основні техніко-економічні показники: 1. Тривалість робіт ( зміни ) 2. Трудомісткість робіт ( люд-год ) 3. Собівартість робіт ( у.о. ) Таким чином, простір стану об'єкта дослідження, описували його аналітичною моделлю ( рис. 2.3 ). Оскільки технологія ремонту руберойдових багатошарових покрівель є емпіричним технічним об’єктом дослідження, то для її дослідження можуть бути використані як експериментальні (емпіричні) так і загальні методи (методи, що використовуються як на теоретичному так і емпіричному рівнях досліджень). Однак, вибір конкретного методу досліджень залежить від поставленої задачі та можливостей дослідника. При цьому, слід пам’ятати, що зменшення об'єму експериментальних досліджень та спрощення процесу обробки результатів можливо досягти проведенням багатофакторних експериментів та співставленням його результатів з теоретичними даними [56; 75]. 44 Рис. 2.2. Схема впливу вхідних параметрів на складові технології ремонту рулонних багатошарових покрівель обладнанням інфрачервоного випромінювання 45 Вхідні параметри Структура технології Вихідні параметри 1. Потужність ОІВ 2. Товщина 1. Ліквідація повітряних покрівельного та водяних мішків килима 2. Нанесення на 3. Вологість покрівельний килим 1. Тривалість покрівельного подрібненого бітуму ремонту килима 3.Нагрівання 2. Трудомісткість 4. Початкова покрівельного килима ремонту середня 4.Перестановлення ОІВ 4 3. Собівартість температура У 5.Витримування розігрі- і ремонту покрівлі того покрівельного ки 5. Температура лима перед його ущіль середовища ненням 6. Швидкість вітру 6.Розрівнювання розіг 7. Маса котка рітої бітумної поверхні 8. Ширина котка 7.Нанесення на 9. Радіус котка покрівельний килим та 10. Кількість ОІВ коток мастила 11 . Довжина покрівлі 8.Ущільнення розігрітої 12. Ширина покрівлі покрівлі котком 13. Ухил покрівлі Рис. 2.3. Аналітична модель стану об'єкта дослідження 46 Для рішення першої та другої задачі були розроблені програми дослідження, які передбачали вивчення впливу вхідних параметрів на складові елементи технології [1]. Вивчення проводилось з використанням загальних та експериментальних методів. У випадку, коли стандартні методики дослідження не забезпечували вирішення поставлених задач, розробляли спеціальні методики досліджень. Об'єм експериментальних досліджень визначали, виходячи із таких взаємопротилежних вимог: - забезпечення точності результату (для технічних вимірів в галузі будівництва приймають, що достатня довірча вірогідність - 0,95 [56]); - зниження трудомісткості експериментальних робіт. Таким чином, об'єм експериментальних досліджень повинен бути достатнім для забезпечення точності результату, але, по можливості, не перевищувати їх мінімально допустимої кількості. Оскільки кожен із вхідних параметрів, що беруть участь в експерименті, змінювали в певних межах, утворюючи окрему серію дослідів, то їх кількість повинна бути достатньою для опису характеру кривої функціональної залежності. Функціональну залежність можна отримати за трьома точками. Отже, виходячи з цього, кожен з впливових факторів в експерименті мав не менше трьох значень [56; 75]. Потрібну точність результату забезпечували кількістю повторів дослідів, яка залежить від розкиду їх значень. Для визначення кількості паралельних експериментів використовували таблицю Романовського [75], яка поєднує довірчу вірогідність з кількістю дослідів і відносною похибкою. Детальне визначення необхідної кількості повторів експериментів наведені нижче. Програма дослідження для рішення першої задачі включала в себе два етапи: 47 1. Дослідження можливості модернізації та конструювання модернізованого обладнання інфрачервоного випромінювання; 2. Дослідження нагрівання багатошарового покрівельного килима модернізованим обладнанням інфрачервоного випромінювання. На першому етапі була проведена серія досліджень, в якій з використанням методів аналізу та синтезу основ роботи електронагрівних установок обґрунтовували можливість модернізації обладнання інфрачервоного випромінювання. Остаточні конструктивні параметри модернізованого обладнання інфрачервоного випромінювання уточнені відповідними теплотехнічними розрахунками, що проведені в складі конструкторсько-пошукових та проектних робіт, метою яких було вдосконалення конструкції обладнання інфрачервоного випромінювання. На другому етапі проводили дослідження нагрівання шестишарового покрівельного килима модернізованим обладнання інфрачервоного випромінювання різних потужностей та його порівняння з обладнанням інфрачервоного випромінювання конструкції ДЕКС - НДІБВ. Рішення поставленої задачі досягали лише експериментальними методами дослідження. Потреба в високій точності дослідження (забезпечення довірчої вірогідності 0,95) та велика кількість вхідних параметрів (6) змусили провести наукову підготовку експерименту та пробний експеримент. Вибір експерименту (натурний чи лабораторний) проводили на основі економічних показників. При цьому не враховували вартості матеріалів, інструментів та приладів однакових для обох видів досліджень, а також вартість роботи обладнання інфрачервоного випромінювання, оскільки вона буде в обох випадках також однакова. Різниця у вартості натурних та лабораторних експериментальних досліджень полягала в різниці вартості вимірювальних приладів (при виконанні натурних досліджень - термопари (через неможливість доступу в 48 товщу покрівлі інших приладів), при виконанні лабораторних досліджень - термометри) та трудомісткості проведення робіт. Вартість однієї термопари для проведення експериментальних досліджень в натурних умовах складала приблизно 96 у.о. Вартість одного термометра для проведення лабораторних експериментальних досліджень складала приблизно 3 у.о., що в 33 рази дешевше. При потребі вимірювальних приладів для проведення досліджень в кількості 21 шт. їх вартість при проведенні лабораторних досліджень складала 63 у.о., а при проведенні натурного експерименту - 2100 у.о. Для проведення експериментальних досліджень в лабораторних умовах виникала потреба в виготовленні лабораторного стенду, який включав макет покрівельного килиму. Вартість стенду була незначною, оскільки для його виготовлення використовували матеріали із покрівлі в якій виконували повну заміну теплогідроізоляційного шару та пиломатеріали - відходи столярного цеху. Вартість доставки цих матеріалів в лабораторію - 20 грн., що складає приблизно 10 у.о. на період проведення експерименту. Таким чином, загальна вартість проведення лабораторного експерименту була на 2027 у.о. дешевша за вартість проведення натурного експерименту. Трудомісткість влаштування макету (з врахуванням доставки матеріалів в лабораторію) складала близько 16 люд.-год. Трудомісткість підготовки до експерименту та його проведення як в лабораторних так і натурних умовах є однакові. Таким чином при проведенні серії експериментальних досліджень, що складалась з 4 дослідів з повтором кожного з них не менше 4 разів трудомісткість натурного експерименту менша за аналогічний показник для лабораторного експерименту на 1 люд.- год. Через значне перевищення вартості натурного експерименту над лабораторним (на 2027 у.о.) дослідження нагрівання покрівельного килима 49 обладнанням інфрачервоного випромінювання проводили в лабораторних умовах. Вибір оптимального співвідношення параметрів, які визначають дотримання меж допустимих значень здійснимо шляхом планування експерименту з використанням математико-статистичних методів [1] . Результати планування експерименту при дослідженні тривалості нагрівання шестишарового покрівельного килиму обладнанням інфрачервоного випромінювання різних потужностей наведені у табл. 2.2. Кількість повторів експерименту залежала від середньоквадратичної похибки вимірювального приладу при достатній для технологічних досліджень довірчій вірогідності - 0,95. Оскільки, середньоквадратична похибка термометрів складає 0,01 °С, а допустима похибка вимірювання 0,1 °С, то звідси відносна похибка - 10. При відносній похибці експерименту рівній 10 за таблицею Романського визначаємо кількість паралельних дослідів. При достатній довірчій вірогідності 0,95 їх достатня кількість 3. Таким чином, загальна кількість експериментальних досліджень для дослідження нагрівання покрівельного килима обладнанням інфрачервоного випромінювання складає 12. Таблиця 2.2 Параметри умов при яких проводилися експерименти з дослідження технології нагрівання покрівлі Потужність Товщина обладнання Температура Вологість покрівель інфрачерво Серія оточуючого покрівельного ного килима, ного дослідів середовища, килима, кількість випромінюв °С % шарів ання, кВт 1 10 6 нормативна 7Д 2 10 6 нормативна 6 3 10 6 нормативна 8 4 10 6 нормативна 10 50 Примітки: 1. У першій серії дослідів використовують обладнання інфрачервоного випромінювання конструкції ДЕКС - НДІБВ; 3. У серіях дослідів 2-4 використовують модернізоване обладнання інфрачервоного випромінювання. Після проведення експерименту виконували статистичну обробку їх результатів, яка в себе включала кореляційний аналіз. Задача кореляційного аналізу, разом з встановленням конкретної форми залежності між випадковими величинами X та У з допомогою лінії регресії, є також встановлення сили та щільності зв'язку цих величин. Останні характеризуються коефіцієнтом кореляції. Оскільки коефіцієнт кореляції як правило невідомий, то при проведенні кореляційного аналізу використовували вибірковим коефі• ці• єнтом кореляці• ї ( Я2). Вибірковий коефіцієнт кореляції знаходиться у межах 1< Я2 >1. При Я2 =0 випадкові• величини X та У некорельовані, а при | Я2 | = 1 між ними спостерігається лінійний функціональний зв'язок. Чим ближче Я2 до 1 тим щі• льні•ший лінійний зв'язок між величинами X та У. Рахують, що при Я =0,5 щільність зв'язку задовільна, а при Я = 0,8...0,85 - хороша [56; 75]. У роботі вибірковий коефіцієнт кореляції визначений з використанням ПЕОМ та програмного забезпечення \УогсІ-2010. Після визначення вибіркового коефіцієнта кореляції проводили перевірку його значимості. З цією метою перевіряли нульову гіпотезу про відсутність кореляційного зв'язку: о = 0. При цьому двовимірний розподіл випадкових величин X та У приймається нормальним. Перевірка нульової гіпотези фактично є перевіркою експериментальних результатів на достовірність [75]. Після підтвердження достовірності результатів експериментальних досліджень переходили до підбору емпіричних формул та визначення їх параметрів методом найменших квадратів. 51 Отримані емпіричні залежності перевіряли експериментом. Після співставлення результатів теоретичних та експериментальних досліджень отримували емпіричні залежності в остаточному вигляді. На основі експериментальних та теоретичних досліджень розробляли методику визначення тривалості нагрівання покрівельного килима обладнання інфрачервоного випромінювання різних потужностей. Рішення другої задачі також проводили в два етапи: 1. Дослідження операції ущільнення нагрітого обладнанням інфрачервоного випромінювання покрівельного килима котком. 2. Дослідження тривалості решти ручних операцій. На першому етапі встановлювали залежність міцності склеювання шарів покрівельного килима між собою та приклеювання покрівельного килима до цементно-піщаної основи від температури мастики, вологості на контакті склеювання, контактного стискуючого напруження та кількості циклів його прикладання. Для вирішення поставленої задачі проводили серію лабораторних експериментальних досліджень в яких стискання покрівельного килима котком імітували циклічним прикладанням навантаження. Кількість повторів експерименту залежала від середньоквадратичної похибки вимірювального приладу при достатній для технологічних досліджень довірчій вірогідності - 0,95. Оскільки, склеєні при відповідних умовах зразки, для визначення їх міцності склеювання, розривали на спеціальній машині марки МИИ - 100, середньоквадратична похибка якої складає 0,01 кПа, а допустима похибка вимірювання 0,1 кПа, то звідси відносна похибка - 10. При відносній похибці експерименту рівній 10 за таблицею Романського визначаємо кількість паралельних дослідів. При достатній довірчій вірогідності 0,95 їх кількість складає 3. Таким чином, загальна кількість експериментальних досліджень для дослідження залежності міцності склеювання шарів покрівельного килима між собою та 52 приклеювання покрівельного килима до огрунтованої цементно-піщаної основи від температури, вологості на контакті склеювання, контактного стискуючого напруження та кількості циклів його прикладання складе 273. Параметри експерименту встановлені на основі дослідів розділу 2 та наведені в параграфі 3.1. За результатами експериментів обґрунтовували необхідні робочі параметри котків для забезпечення потрібного контактного зусилля стиснення при різних комбінаціях вхідних параметрів. Для цього, вирішували диференційні рівняння деформації, записані для кожного з шарів нагрітого обладнанням інфрачервоного випромінювання покрівельного килима. Отримані емпіричні залежності перевіряли методами аналізу розмірностей та границь. Оскільки перерахованих вище методів для отримання кінцевого результату недостатньо, то проводили уточнення результатів теоретичних досліджень експериментальним шляхом. За результатами досліджень визначені раціональні робочі параметри обладнання та тривалість операції ущільнення в технології ремонту покрівельного килима модернізованим обладнанням інфрачервоного випромінювання. На другому етапі встановлювали тривалість решти операцій в технології ремонту багатошарових рулонних покрівель обладнанням інфрачервоного випромінювання. Тривалість охолодження поверхні покрівельного килима до температури 100 °С вивчали аналогічно тривалості його нагрівання - з допомогою тих же приладів та обладнання (безпосередньо після зняття апарату з нагрітої ділянки покрівлі) під час попереднього спостереження за технологією. Результати планування експериментальних досліджень тривалості охолодження покрівельного килима перед його ущільненням наведена в табл.2.3. Загальна кількість експериментальних досліджень становить 24. Таблиця 2.3 Параметри умов при яких проводили експерименти з дослідження тривалості охолодження, нагрітого обладнанням інфрачервоного випромінювання покрівельного килима Температура оточуючого Номер досліду Швидкість вітру, м/с середовища, °С 1 1 0 2 1 10 3 1 20 4 1 ЗО 5 2 0 6 2 10 7 2 20 8 2 30 Тривалість “байдужих” структурних елементів (операцій) технології встановили шляхом кількісного спостереження за ними (хронометраж). Хронометражні заміри проводили з використанням секундоміру з ціною поділки 1с. Кількість повторів експерименту залежала від середньоквадратичної похибки вимірювального приладу при достатній для технологічних досліджень довірчій вірогідності - 0,95. Оскільки, середньоквадратична похибка секундоміру складає 1 с, а допустима похибка вимірювання 1 с, то звідси відносна похибка - 1. При відносній похибці експерименту рівній 1 за таблицею Романського визначаємо кількість паралельних дослідів. При достатній довірчій вірогідності 0,95 їх достатня кількість 7. Таким чином, загальна кількість експериментальних досліджень для дослідження тривалості “байдужих” структурних елементів (операцій) технології складає 196. Отримані результати досліджень лягли в основу методики визначення тривалості ручних операцій в технології ремонту рулонних покрівель обладнанням інфрачервоного випромінювання. 54 2.2. Дослідження можливостей підвищення ефективності роботи обладнання теплового випромінювання Суттєвими конструктивними недоліками технології ремонту рулонних багатошарових покрівель з допомогою ОІВ, що можуть стати на заваді широкого її використання, є порівняно високий рівень втрат тепла та низька надійність нагрівників. З метою зменшення втрат електроенергії, проаналізовані теоретичні основи роботи електронагрівних установок. Розрахунок електронагрівних установок виконують на основі рівняння теплового балансу. Потрібна потужність установки визначається за формулою [7; 17; 19; 38]: Р = РК + РВ, ( кВт) (2.1) де Рк - корисна потужність; Рв - потужність втрат. За корисну потужність, в подальших розрахунках, прийнята потужність витрачена лише на нагрів покрівельного килима, що знаходиться безпосередньо під ковпаком ОІВ. Нагрів ОІВ всіх інших елементів системи - це потужність втрат. Пропонується ідентично загально прийнятим методикам потужність затрачену на нагрів покрівельного килима (корисну потужність) визначити за формулою: Р - П к - т • (ТКІ- Т п) К 36001, де Сі - теплоємкість покрівельного килима, (кДж/кг °С); Б - площа нагрітої ОІВ покрівлі, (м ); к - к і л ь к і с т ь шарів покрівлі ( шт.); ш - маса одного шару сухої покрівлі, ( к г ); 55 Ткі і Тп- відповідно, кінцева і початкова температура матеріалу, (°С); - тривалість нагріву, (год); З врахуванням вологості покрівельного килима формула (2.2) прийме вигляд: р = (С,шк + С2ш ,) • Б • (ТК1 Тп) к ЗбООТ. де С2 - теплоємкість води, (кДж/кг °С); Ш] - маса води в об'ємі покрівельного килима, (кг). Виразимо масу води через вологість покрівельного килима (\¥, %) та підставимо в формулу (2.3): = к(СІ + 0,0ПУСг) . т . р . ( Т к, - Т п) Збооп З формули ( 2.4 ) тривалість нагріву покрівельного килима складе: + к (С ,+ 0 ,0 Ш С 2)-Р -ш -(Т к1- Т п) , (год) (2.5) 3600РК Якщо кінцева і початкова температура, товщина, вага, площа покрівельного килима та теплоємкості води і бітума є величинами постійними, то стає очевидним, що тривалість нагріву, в такому випадку, залежить лише від потужності нагрівного апарату. Таким чином, як видно з рівняння ( 2.5 ), якщо потрібно зменшити тривалість нагріву покрівельного килима, то для цього необхідно збільшити потужність ОІВ. Потужність втрат можемо визначити за формулою: Рв - Рі + Р2 + Рз + Р4 , (кВт) (2 .6) 56 де Р! — потужність втрат енергії в оточуюче середовище; Р2 — потужність втрат енергії на нагрів підковпакового повітря; Р3 - потужність втрат енергії на нагрів металевого ковпака; Р4 - потужність неврахованих втрат енергії. Потужність втрат енергії на нагрів підковпакового повітря залежать від об'єму підковпакового простору та визначається за формулою: де Сз - теплоємкість повітря, (кДж/кг °С); ТК2 і Т0 - кінцева і початкова температура повітря,(°С); % •? V - об'єм підковпакового повітря, (м ) ; § - густина повітря, (кг/м3); З формули (2.7) видно, що потужність втрат енергії на нагрів підковпакового простору прямопропорційна його об'єму та зміні температури повітря і оберненопропорційна тривалості нагріву. Таким чином зменшуючи тривалість нагріву покрівельного килима, одночасно зменшуємо і рівень втрат на нагрів підковпакового простору. З іншого боку - зменшенню рівня втрат тепла на нагрів підковпакового простору сприяє зменшення його об'єму. Але оскільки зменшення тривалості нагріву покрівлі до фіксованого середнього значення при використанні апарату однієї конструкції та потужності не можливе (формула 2.5), то зниження рівня втрат на нагрів підковпакового простору досягається лише шляхом зменшення його об'єму. Потужність втрат енергії в оточуюче середовище залежить від багатьох факторів. II значення математично може бути записана у вигляді формули [7; 17; 19; 38]: 57 р: = ! Г • (к®т) (2-8) « А Р, + а,Р , де Т0 і Тк2 - температура оточуючого та підковпакового повітря, (°С); а ві а 3 - коефіцієнт теплообміну внутрішньої та зовнішньої поверхні ковпака, (Вт/м °С); X - коефіцієнт теплопровідності матеріалу ковпака, (Вт/м2 °С); Бз і Тв- відповідно площа зовнішньої та внутрішньої поверхні ковпака, ( м ); Бі - розрахункова середня площа ковпака, (м2); Ь - кількість шарів ковпака (шт.); б - товщина шару ковпака. Величина знаменника формули (2.8) залежить тільки від конструкції ковпака ОІВ. Його збільшення (що адекватне зниженню рівня втрат) можливе за рахунок зменшення коефіцієнтів теплообміну внутрішньої і зовнішньої поверхні ковпака та теплопровідності матеріалу його складових шарів, а також збільшення їх товщини при фіксованій площі ковпака. Збільшення товщини оцинкованого металу не бажане, тому що він поганий теплоізолятор. Звідси випливає, що зниження втрат тепла в оточуюче середовище можливе лише за рахунок використання ефективних теплоізоляційних матеріалів. Пропоную утеплення ковпака ОІВ базальтовим картоном, це дасть можливість значно знизити рівень втрат енергії в оточуюче середовище, що дозволить ефективніше використовувати технологію при виконанні робіт в зимових умовах та значно розширити її область застосування. Потужність втрат енергії на нагрів металевого ковпака ОІВ за аналогією формули (2.7) запишемо в вигляді: 58 Р = С 4 * ( Т к3 Т о ) - т з (к В х ) ( 2 .9 ) 3 36001 де С4 - теплоємкість оцинованого металу, (кДж/кг °С); Тк3 - температура нагрітого ковпака, (°С); т 3 - маса металевого ковпака, (кг). Таким чином, як видно з рівняння (2.9) зменшення потужності втрат енергії на нагрів металевого ковпака ОІВ можливе за рахунок зменшення тривалості нагріву та його маси. Найбільш складно встановити потужність неврахованих втрат. До даних втрат відносяться втрати енергії в оточуюче середовище через щілини між ковпаком ОІВ та покрівельним килимом, монтажні отвори, неутеплені металеві торці. Крім того, до даних втрат можуть бути віднесені втрати на нагрів стяжки та утеплювача покрівельного килима та інші види втрат, що невраховані рівнянням (2.6). Складність визначення потужності наведених втрат пов'язане з відсутністю рівняння їх залежності від параметрів оточуючого середовища, покрівлі та конструкції ОІВ. Отже, для їх визначення потрібні більш глибокі експериментальні дослідження. Недосконалість нагрівників ОІВ конструкції фірми ДЕКС та НДІБВ полягає в їх незначному терміні експлуатації (біля 2000 год.) в результаті крихкості кварцу та швидкого окислення нагрівної ніхромової спіралі. При виході з ладу одного з нагрівників (всього їх три) не можлива подальша експлуатація апарату, що призводить до простоїв покрівельників. Отже замінивши ніхромову спіраль в кварцевій трубці на більш досконалі нагрівники можливо досягти підвищення ефективності ремонтних робіт. До найбільш досконалих і універсальних нагрівників відносяться герметичні нагрівні елементи серед яких найширше використовуються трубчаті електронагрівники (ТЕН). ТЕН являє собою металеву трубку, всередині якої у наповнювачі (периклаз - плавлений окис магнію) розміщена ніхромова спіраль. Матеріал 59 трубки вибирається залежно від робочої температури і умов роботи. Для нагрівання повітря використовують трубки із вуглецевої сталі 10 (допустима температура 450 °С) і нержавіючої сталі 12Х18Н10Т (допустима температура 700 °С). Питома потужність ТЕНа залежить від його умов роботи (середовища) та матеріалу трубки [19]. Трубчаті електронагрівники мають перед відкритими слідуючі перевагами: нагрівальний елемент не окислюється і не забруднюється, в результаті чого значно підвищується термін експлуатації нагрівників (>10000 год.); хороші умови тепловіддачі без різких перепадів температур; нагрівальний елемент не чутливий до струсів і захищений від механічних пошкоджень [19]. Таким чином, в результаті аналізу теоретичних основ роботи ОІВ, обгрунтована можливість підвищення ефективності його роботи в результаті модернізації за рахунок підвищення потужності установки, зменшення підковпакового простору та утеплення ковпака, а також заміни нагрівника з ніхромової спіралі в кварцевій трубці на більш надійні трубчаті нагрівники. 2.3. Визначення раціональних конструктивних параметрів обладнання та його модернізація В результаті аналізу результатів попередніх експериментальних досліджень [88] та відомих фізичних положень, зроблений висновок про можливість удосконалення апарата інфрачервоного випромінювання шляхом введення в його конструктивне рішення більш раціональних параметрів. Раціональні конструктивні параметри ОІВ вибрані згідно типових методик. Так підбір марки більш надійних герметичних трубчатих нагрівників виконано за слідуючими висунутими вимогами: 60 - температура робочої поверхні нагрівника 700 - 800 °С, що забезпечує максимум випромінювання хвиль довжиною 1 , 2 - 4 мкм, як найбільш ефективних для бітумних матеріалів [47]; - якомога більша довговічність нагрівників; - нагрівник повинен мати помірну вартість. Різноманітність конструктивних рішень трубчатих нагрівників дає можливість підібрати їх потрібну марку (згідно висунутих вимог). За заданими умовами роботи та згідно встановлених вимог визначаємо марку ТЕН - 200Д10/2,5Т220. Остаточна порівняльна характеристика двох конкурентноспроможних конструкцій нагрівників наведена у табл. 2.4. Таблиця 2.4 Порівняльна характеристика нагрівних елементів Температура Потужні Вартість робочої Довгові Марка нагрівника сть, нагрівника поверхні, чність, год кВт у.о. °С Ніхромова спі раль XI5Н60-Н в 800 2,5 70 2000 кварцевій трубці ТЕН 200Д 10/2,5 700 2,5 18 >10000 Т220 Отже, завдяки заміні ніхромової спіралі в кварцевій трубці на промислові ТЕН 200Д10/2,5Т220 можна досягти зниження вартості нагрівних елементів в 3,9 раза, підвищення їх довговічності більш ніж в 5 разів. При цьому, максимум випромінювання нагрівника розміщений в інтервалі довжин хвиль найбільш раціональному для бітумних матеріалів. Таким чином, обгрунтована доцільність заміни нагрівника з ніхромової спіралі в кварцевій трубці на ТЕН 200Д10/2,5Т220. Для можливості підвищення потужності ОІВ, в модернізованому апараті передбачене використання 4 нагрівників даної марки, які 61 рівномірно розміщені над площею прогріву, в результаті чого досягається рівномірність прогріву покрівельного килима по площі. Для зменшення рівня втрат тепла в оточуюче середовище через стінки ковпака виконано розрахунок товщини його утеплювача. Підбір марки утеплювача виконано згідно висунутим до нього вимогам: абсолютна негорючість при температурах 200 - 250 °С (температура внутрішньої частини ковпака [88]); незначна вага та товщина утеплювача. Перерахованим вимогам повністю відповідають сучасні утеплювачі марки БЮСКЖОЬ, та зокрема МАТА Ь-\¥-60 з коефіцієнтом теплопровідності 0,037 Вт/(м °С). Розрахунок товщини утеплювача виконуємо згідно існуючим методикам [86; 87], за умови що мінімальний рівень втрат тепла в оточуюче середовище (при його допустимій від'ємній температурі) буде при температурі поверхні утеплювача 0 °С [86]. Отже для утеплення ОІВ підібрано утеплювач ІІОСЮЛЮЬ марки МАТА Ь-\У-60 з стантартною товщиною листа 40 мм. Оскільки в основу конструктивно-пошукових робіт з розробки удосконаленої конструкції апарата був покладений принцип комплектування та компоновки апарата, створеного НДІБВ та покрівельною фірмою “ДЕКС”, то певні конструктивні параметри ОІВ, були залишені без змін. Зокрема відстань між нагрівниками та покрівельним килимом становила 100мм. Для запобігання вигорання бітуму встановлена допустима температура нагріву поверхневого шару покрівельного килима - 180 °С. Розміри ковпака ОІВ в плані були змінені та становили 1130X1060 мм. Такі розміри продиктовані: шириною рулона руберойду та розмірами ТЕНів, що використані в апараті. Оскільки рівень втрат тепла на нагрів підковпакового повітря, за 62 розрахунками складає всього 1,2% від загальної кількості виділеної енергії, то спеціальних розрахунків для його зменшення не виконували. Зовнішню висоту ковпака було зменшено до 240 мм, з врахуванням шару утеплювача. Внутрішня висота ковпака становила 200 мм. Для перестановки апарата влаштовані дві ізольовані ручки, що прикріплені до ковпака. Загальний вигляд конструкції модернізованого ОІВ представлений на рис. 2.4. Пульт керування, один на комплект із 4 ОІВ, призначений для розподілу електроенергії між ними. Він має вигляд розподільчого пункта серії ПР 9000, що укомплектований відповідною комунікаційною та захисною (УЗО) апаратурою. Аппарат підключають до джерела струму з номінальною напругою 220В. За робочою силою струму, користуючись довідковою літературою [19; 38] підібрані комунікаційні кабелі: для під’єднання пульта керування до джерела струму чотирьохжильний мідний кабель марки ВРБ (ГОСТ 433-73) з перерізом 16 мм , для під'єднання ОІВ до пульта керування , 2 кабель аналогічної марки з перерізом жили 2,5 мм . Монтаж та підключення апаратів виконаний згідно нормативів [61; 82], за вимогами яких корпус апарата заземлений та занулений. Нескладність конструкції апарату дає можливість його виготовлення в умовах слюсарної майстерні. Так, аппарат був виготовлений на виробничій базі покрівельної фірми “АЛЬТІС” (м. Київ). Технічні характеристики модернізованого апарата складають: 1. Електроживлення - 220В 2. Потужність - 6; 8; 10 кВт 3. Габаритні розміри: довжина - 1130 мм; ширина - 1060 мм висота - 250 мм 4. Крок прогріву - 1000 мм 5. Маса апарата - 30 кг 63 г Б Рис. 2.4. Загальний вигляд обладнання інфрачервоного випромінювання ( ОІВ ): 1 - рама; 2 - нижня стінка ковпака; о\ 3 - верхня стінка ковпака; 4 - торець; 5 - ручка; 6 - кришка; 7 - тен; 8 - базальтовий картон та мінеральна вата 2.4 Аналіз експериментальних досліджень впливу потужності обладнання теплового випромінювання на параметри технології нагрівання Для дослідження впливу потужності модернізованого ОІВ на параметри технології нагріву (тривалість нагріву та температуру нагріву ремонтного килима) була проаналізована виконана серія експериментів. Експерименти виконували на відкритому повітрі при температурі оточуючого середовища 10 °С. Попередньо був виготовлений спеціальний дерев'яний стенд у вигляді стола розміром 1,5x1,5м, на поверхні якого було, по утеплювачу із керамзиту товщиною 20см, влаштовано захисну цементно- піщану стяжку поверх якої наклеєно з допомогою бітуму, вирубаний з покрівлі, яка підлягає ремонту, шестишаровий покрівельний килим (руберойд на бітумній мастиці). Знизу, через отвори в стенді і утеплювачі, в товщу покрівельного килима під третій та шостий шар руберойду були підведені термометри з ціною поділки 0,1 °С. Термометри розміщували також на поверхні експериментального килима (рис. 2.5). Схема розміщення термометрів в плані наведена на рис. 2.6. Покази термометрів фіксували одночасно через кожні 2хв. в 21 точці досліджуваного простору. Потужність ОІВ регулювали введенням в електроланцюг додаткового опору, використанням нагрівників різної потужності і визначали через покази амперметра і вольтметра на вході в апарат. Експериментальні потужності модернізованого ОІВ становили 6, 8, 10 кВт. Паралельно виконували аналогічні експерименти з ОІВ конструкції фірми “ДЕКС” та НДІБВ, що дало можливість порівняти їх ефективність. Нагрів поверхні покрівлі до температури 180 °С [27] був досягнутий при роботі модернізованого ОІВ з потужністю 6 кВт за 16 хв., 8 кВт-за 10 хв. і 10 кВт- за 8 хв. При цьому, за допомогою обладнання ОІВ конструкції ДЕКС та НДІБВ потужністю 7,1 кВт температура 180 °С на поверхні килима досягається протягом 14 хв. На рис.2.7-2.8 приведені графіки зміни залежності температури на поверхні і в товщі покрівельного килима від тривалості прогріву обладнанням 65 1500 <ч..... 1230 У А 220 6 7 8 Рис. 2.55.. Схема розміщення приладів та обладнання при проведенні експериіментуо:- 1 - стенд; 2 - ОІВ; 3 - шестишаровий руберойдовий килим; 4 - вітрозахисні планки; 5 - дощатий настил; 6 - утеплювач; 7 - цементно-піщана вирівнююча стяжка; 8 - термометр; 9 - вольтметр; 10 - реостат; 11 - амперметр. 66 1 Рис. 2.6. Схема розміщення термометрів на дослідній ділянці: 1 - площа покрівельного килима під ОІВ; 2 - точки розміщення термометрів на поверхні, під третім та шостим шарами покрівельного килима. 67 Тривалість нагрівання, хв. а) Тривалість нагрівання, хв. б) Рис. 2.7. Графіки залежності зміни температури покрівельного килима від тривалості його нагрівання ОІВ потужністю 8 кВт ( а ) та 10 кВт ( б ): Ті - температура на поверхні, Т2- під третім шаром; Т3 - під шостим шаром покрівельного килима. 68 Т, °С 0 180 -І Т= 0,0655г + 10,1521 + 4,0667 оГ Я2 = 0,9963 1 160 1 140 Т = 0,2045Г + 3,57731 + 4,8364 '2ИЗ- 120 Я2 = 0,9944 03 100 о . I>- 80 03 о . 60 фс2 40 - ф Т = 0,136Ш2 + 2,42861 + 1,9286 н 20 - Я2 = 0,9973 0 10 15 і, хв. Тривалість нагрівання, хв. а) Тривалість нагрівання, хв. Рис. 2.8. Графіки залежності зміни тбе)мператури покрівельного килима від тривалості його нагрівання модернізованим ОІВ потужністю 6 кВт (а) та аппаратом конструкції фірми ДЕКС потужністю 7,1 кВт (б): Ті - на поверхні; Т2 - під третім шаром; Т3 — під шостим шаром покрівельного килима. 69 різної потужності. Залежності апроксимовані поліномом другого ступеня, що свідчить про наявність різного рівня втрат та нерівномірність розподілу теплової енергії в килимі адже її виділення в ОІВ знаходиться в прямо пропорційній залежності від часу. Зростання температур за рівні проміжки часу, наприклад, за 4 та 8 хв., при роботі ОІВ з потужністю 6, 8, 10 кВт як на поверхні так і під шостим шаром килима досить нерівномірне (рис.2.7 - 2.8, табл.2.6). Так через 4 хв. прогріву температура на поверхні килима зростає на 36,7; 55,6; 65,4 °С (100, 151, 178 %). Даний показник найвищий для модернізованого ОІВ потужністю 10 кВт. Якщо порівняти ці показники з аналогічними значеннями для ОІВ конструкції фірми ДЕКС та НДІБВ, то вони становлять 59,9 °С (163,2 %). Як бачимо, за даним показником ОІВ конструкції фірми ДЕКС та НДІБВ переважає на 4,5 °С (12,2 %) модернізований апарат потужністю 8 кВт і поступається на 5,5 °С (15 %) апарату потужністю 10 кВт. Приріст температури під шостим шаром має складну нелінійну пропорційність при збільшенні потужності ОІВ і складає 6; 8,1; 2,4 °С (100, 135, 40 %). Він має більше значення для ОІВ потужністю 8 кВт, проте, доля приросту температур під шостим шаром за 4 хв. прогріву від приросту температури на поверхні килима найвища для потужності 6 кВт і складає 16% (14,7 і 3,7 % для 8 і 10 кВт). Ці результати свідчать про те, що на початку прогріву температура проникає в глибину покрівлі швидше при малій потужності ОІВ (табл. 2.5), але через значний підйом температури на поверхні середня температура в покрівлі вища при вищих потужностях апарату (табл. 2.5). При цьому цікавим є те, що приріст температури під шостим шаром за 4 хв. прогріву (9,76 °С (162,9 %)) як і його доля від приросту температур на поверхні (16,3 %) для ОІВ конструкції фірми ДЕКС та НДІБВ є найбільшим, в той час, як середня температура в покрівельному килимі є однією з найнижчих. Через 8 хв. роботи апаратів картина прогріву товщі покрівельного килима змінюється за рахунок різкого збільшення приросту температур як на поверхні, так і під шостим шаром килима під ОІВ потужністю 10 кВт (на 70 212, 255 % в порівнянні з температурою під ОІВ - 6 кВт, табл.2.5). При цьому середня температура килима під ОІВ потужністю 10 кВт майже вдвічі вища ніж під ОІВ - 6 кВт (табл. 2.5). Слід відмітити, що для ОІВ - 8 кВт високі показники відносного приросту температур (найвищий відносний приріст під шостим шаром - 34,5 %, табл. 2.6), а для ОІВ конструкції фірми ДЕКС та НДІБВ - аналогічні показники найнижчі (24,6 % - найнижчий відносний приріст під шостим шаром, табл. 2.5). Різке підвищення температури в товщі покрівельного килима для ОІВ модернізованої конструкції в проміжку 4 - 8 хв. прогріву можна пояснити наступним чином. Так, на початку прогріву покрівельного килима, тепло в його товщу потрапляє лише шляхом інфрачервоного випромінювання. Це зумовлено тим, що до досягнення певної температури поверхні покрівельного килима передача тепла в його глибину можлива лише інфрачервоним випромінюванням через малу теплопровідність бітумних матеріалів. При наближенні температури поверхні килима до 100°С, вона інтенсивно розпочинає віддавати температуру шарам, що знаходяться нижче, шляхом кондуктивного переносу тепла [22]. Ці міркування підтверджують також значення швидкостей та прискорень (табл. 2.6, рис. 2.9), з якими нарощується температура в покрівлі. Оскільки, швидкість це перша, а прискорення - друга похідна за часом від полінома, який описує залежність температури в точках килима від тривалості прогріву, то шляхом його диференціювання визначили функціональні залежності швидкості та прискорення росту температур від тривалості прогріву в кожній точці, що досліджується (табл. 2.6). Порівнюючи швидкості та прискорення зростання температури для різних конструкцій та потужностей апарату (всього 12 значень) відмітили, що в і ї випадках вони з часом зростають. В одному випадку, на поверхні покрівельного килима при його прогріві ОІВ конструкції фірми ДЕКС та 71 Таблиця 2.5. Зростання температур у покрівельному килимі при його нагріванні ОІВ різних потужностей Потуж Значення показника після -ність Порівняльний нагрівання протягом: ОІВ, показник 4 хв. 8 хв. кВт °С % °С % Приріст температури на 100* 100* 36,7 80,5 поверхні килима 100 100 6 Приріст температури під 100 100 6 20,4 шостим шаром 16 25 Середня температура в килимі 28,4 100 55,1 100 Приріст температури на 151 150 55,6 121 поверхні килима 100 100 8 Приріст температури під 135 138 8Д 38 шостим шаром 14,7 34,5 Середня температура в килимі 37,6 132 84 152 Приріст температури на 178 212 65,4 171 поверхні килима 100 100 10 Приріст температури під 40 255 2,4 52 шостим шаром 3,7 30,4 Середня температура в килимі 40,3 142 107 194 Приріст температури на 162,1 143,3 59,9 115,4 поверхні килима 100 100 7,1 Приріст температури під 162,7 139,2 9,76 28,4 шостим шаром 16,3 24,6 Середня температура в килимі 32,7 115,14 63,09 116 Примітки: 1. В чисельнику вказане значення для порівняння однакових показників для різних потужностей; 2. В знаменнику - значення для порівняння показників в межах однієї потужності. 72 Таблиця 2.6 Швидкості та прискорення зростання температур в покрівельному килимі при його нагріванні ОІВ різних потужностей Швидкість зростання температури в Прискорення Потужність Місце виміру Функція швидкості місцях виміру, °С/хв. в момент часу: зростання ОІВ, кВт температури зростання температури температури, 4 хв. 8 хв. °С/хв. На поверхні Т'=0,131+10,15 10,67 11,19 Т=0,13 6 Під третім шаром Т '=0,411+3,5 8 5,22 6,86 Т=0,41 Під шостим шаром Т '=0,381+1,34 2,86 4,38 Т=0,38 На поверхні Т'=1,04г+12,36 16,56 20,68 Т=1,04 8 Під третім шаром Т '=1,221+3,5 6 8,44 13,32 Т=1,22 Під шостим шаром Т'=1,32і:-0,46 4,82 10,1 Т=1,32 На поверхні Г =2,51+11,6 21,6 31,6 Т=2,5 10 Під третім шаром Т '= 1,141+4,6 9,16 13,72 Т= 1,14 Під шостим шаром Т'=1,71+0,16 6,68 13,52 Т=1,71 На поверхні Т '=-0,841+18,98 15,62 12,26 Т=-0,84 7,1 Під третім шаром Т '=0,291+5,07 6,23 7,39 Т=0,29 Під шостим шаром Т'=0,Зі+2,8 4 5,2 Т=0,3 НДІБВ, швидкість та прискорення підйому температур зменшуються, що мабуть викликане особливістю конструкції ковпака апарату, зокрема кращими умовами теплопередачі між нагрівниками та оточуючим середовищем, ніж між нагрівниками та покрівельним килимом. Так приріст температури поверхні покрівельного килима з часом зменшується, а аналогічний показник поверхні металевого ковпака зростає [89]. Це свідчить про збільшення з часом приростів втрат тепла в оточуюче середовище для ОІВ конструкції НДІБВ. Причому втрати тепла в оточуюче середовище через тонкі стінки металевого ковпака зростають на стільки інтенсивно, що призводять до зниження приростів температури поверхні покрівельного килима. При цьому приріст температури під третім та шостим шаром покрівельного килима зростає незначно. Найбільша швидкість та прискорення зростання температури на поверхні покрівлі спостерігаються при її прогріві ОІВ потужністю 10 кВт. Якщо порівняти швидкість зростання температур за однакові проміжки часу, наприклад 4 та 8 хв., то очевидним є те, що в усіх випадках із збільшенням товщини покрівельного килима її значення зменшується (табл. 2.6). Причому, найнижче її значення спостерігається як за 4, так і 8 хв. роботи для модернізованого ОІВ потужністю 6 кВт, що зумовлене найменшою його інтенсивністю випромінювання. При зменшенні потужності апарату швидкість зростання температури за 4 хв. його роботи зменшуються майже лінійно в усіх точках килима (табл. 2.6). Через 8 хв. роботи ОІВ лінійність порушується, що викликане значним збільшенням швидкості росту температури під третім шаром покрівельного килима при його прогріві апаратом потужністю 8 кВт, в результаті чого вона майже зрівнюється з аналогічним показником для ОІВ потужністю 10 кВт (відповідно 13,72 та 13,32 °С/хв.) (табл. 2.6, рис. 2.9). Крім того, за 8 хв. роботи апарату потужністю 10 кВт зрівнюються значення швидкості зростання температур під третім та шостим шаром покрівлі, що становлять відповідно 13,72 і 13,52 °С/хв. Такі зміни можна пояснити різними значеннями прискорень зростання температур в різних точках покрівлі. Так, 74 вирівнювання швидкості зростання температур під третім шаром покрівельного килима для ОІВ потужністю 8 кВт з аналогічним показником для ОІВ потужністю 10 кВт можливе через перевищення прискорення росту температур в першому випадку над другим в 1,1 разів. Вирівнювання значень аналогічних показників для третього та шостого шарів при потужності 10 кВт досягається через перевищення прискорення росту температур в шостому шарі над третім в 1,5 рази. Причому, в усіх розглянутих випадках швидкість зростання температури в вищележачих шарах перевищувала цей показник для нижніх шарів і лише в одному випадку їх значення були майже зрівняні (табл. 2.6, рис. 2.9). Детально розглянувши значення прискорень зростання температур, відмітили їх залежність від потужності апарату, товщини покрівельного килима та незалежність від тривалості прогріву. Так, при потужностях ОІВ 8 та 7,1 кВт прискорення зростання температури в покрівельному килимі прямопропорційне товщині покрівлі. При потужності апарату 10 та 6 кВт залежність трансформується в параболу з вершиною в точці, що відповідає третьому шару покрівлі (максимум для 6 кВт і мінімум - 10 кВт) (табл. 2.6). Така неподібність зміни прискорень зростання температури в покрівельному килимі для різних конструкцій ОІВ пояснюється тим, що, як уже зазначалось, тепло в його товщу передається не лише випромінюванням, а і теплопровідністю, причому їх співвідношення для кожного конкретного випадку визначається потужністю апарату. За результатами дослідів на рис.2.10 побудований графік зміни тривалості роботи ОІВ для досягнення на поверхні килима 180 °С при зміні його потужності, що описується степінною функцією (рис. 2.10). З графіка видно, що збільшення потужності на 1кВт за межами 12 кВт дозволяє скоротити тривалість процесу прогріву покрівлі з 6 хв. приблизно на 0,5 хв. З іншої сторони збільшення тривалості прогріву на 1хв. після 15 хв. роботи ОІВ дозволяє зменшити потужність з 6 кВт на 0,2 кВт. Таким чином очевидно, що найбільш доцільно використовувати ОІВ з потужністю 75 в межах 6... 12 кВт, які для досягнення на поверхні руберойдової покрівлі температури 180 °С повинні, відповідно, працювати 15...6 хв. Потужність апарату, кВт. Рис. 2.10. Залежність тривалості роботи ОІВ від його потужності для досягнення на поверхні килима температури 180 °С Визначення рекомендованих в подальшому для використання потужностей ОІВ проведено на основі аналізу показника підвищення середньої температури покрівельного килима від вжитої ОІВ 1 кВт хв. енергії. Так за 8 хв. роботи ОІВ з потужністю 6, 8, 10 та 7,1 кВт використали відповідно 48, 64, 80 та 56,8 кВт хв. енергії, а тому підвищення середньої температури від кожного вжитої 1 кВт хв. енергії складає 1,15; 1,31; 1,34 та 1,11 °С. За цим показником (табл. 2.7) ОІВ потужністю 10 кВт найкращий (рис. 2.11). Якщо порівняти показники роботи ОІВ при рівних витратах енергії, наприклад, 80 кВтхв., то тривалість роботи апаратів складатиме 13,3; 10; 8 76 та 11,3 хв.(100, 75, 60,2 та 85 %) для апаратів з потужністю 6, 8, 10 та 7,1 кВт (табл. 2.7), при цьому під апаратами 8 і 10 кВт температура на поверхні покрівлі досягає максимально допустимої (180 °С), а для потужностей 6 та 7,1 кВт, відповідно, - 151 та 160,4 °С. При цьому найвища температура під шостим шаром килима досягає 69 °С для ОІВ потужністю 8 кВт. Середня температура в покрівельному килимі найвища під ОІВ потужністю 8 кВт. Підвищення середньої температури від використаної 1 кВтхв. енергії також найвище під апаратом потужністю 8 кВт і складає 1,46°С (табл. 2.7, рис. 2.11). оо :2X 2 X * шІ—СІ ф о о . с ф о О 0 д: о X1 ; ш о. ф о ф з- >. і-. X со ф ш о . ш д ф X С= сі шн* ф Потужність апарату, кВт Рис. 2.11. Графік залежності підвищення середньої температури в покрівельному килимі від 1 кВт хв використаної ОІВ енергії: 1 - при роботі ОІВ протягом 8 хв.; 2 - при вжитій енергії в розмірі 80 кВт хв.; 3 - при досягненні на поверхні килима температури 180 °С. Порівняння показників роботи ОІВ з потужностями 6, 8, 10 та 7,1 кВт в момент досягнення температури на поверхні килима 180 °С такі: тривалість роботи найменша для ОІВ - 10 кВт (8 хв.), а для ОІВ - 6 кВт найдовша (16 хв.), проте енергії ним використано лише на 16,7 % більше ніж ОІВ -10 кВт (табл. 2.7); 77 Таблиця 2.7. Показники роботи ОІВ різних потужностей Характе Значення показників при ристика Назва Одиниці потужності ОІВ, кВт: при якій зняті по показника виміру 6 8 10 7,1 казники Спожито кВтхв. 48 64 80 56,8 енергії % 100 133 167 118 Трива Середня температура °С 55,1 84 107 63,1 лість ро в килимі % 100 152 194 114,5 боти ОІВ Підвищення серед 8 хв. ньої температури від °С 1,15 1,31 1,34 1,11 спожитої 1 кВтхв енергії % 100 114 117 96 Тривалість роботи хв. 13,3 10 8 11,3 ОІВ % 100 75 60,2 85 Температура на °С 151 180 180 160,4 поверхні % 100 119 119 106 Витрати Температура під °С 58 69 61 56,5 енергії шостим шаром % 100 119 105 97,4 80 Середня температура иС 99 117 107 99,1 кВ тхв в килимі % 100 120 110 100 Підвищення серед 1,24 1,46 1,34 1,24 ньої температури від °С спожитої 1 кВтхв енергії % 100 117 108 100 Тривалість роботи хв. 16 10 8 14 ОІВ % 100 62,5 50 87,5 Температура під °С 75 69 61 70 Досягне шостим шаром % 100 92 81 93,3 ння на °С 122,7 117 107 116,7 поверхні Середня температура в килимі килима % 100 95,4 87,2 95,1 темпера Спожито кВтхв. 96 80 80 99,4 тури енергії % 100 83,3 83,3 103,5 180 °С Підвищення серед 1,28 1,46 1,34 1,17 ньої температури від °С спожитої 1 кВтхв енергії % 100 114 104,7 91,4 78 температура під шостим шаром покрівлі найвища для ОІВ - 6 кВт (75 °С проти 61 °С для ОІВ - 10 кВт); середня температура покрівельного килима (табл. 2.7) найвища також під ОІВ потужністю 6 кВт. Узагальнюючий показник підвищення середньої температури в покрівельному килимі від спожитої 1 кВтхв. енергії найвищий для ОІВ - 8 кВт (табл. 2.7, рис. 2.11). Причому найгірший показник за підрахунками має ОІВ конструкції НДІБВ, що поступається модернізованому апарату потужністю 6, 8, 10 кВт, відповідно, на 9, 23 та 13,7 % ( табл. 2.7 ). Таким чином, спираючись на результати проведених експериментальних досліджень, в подальшому для ремонту багатошарових руберойдових покрівель слід прийняти ОІВ потужністю 8 та 10 кВт. Порівняння показників роботи АІВ з потужностями 6, 8, 10 та 7,1 кВт в момент досягнення температури на поверхні килима 180 °С слідуючі: тривалість роботи найменша для АІВ - 10 кВт (8 хв.), а для АІВ - 6 кВт найдовша (16 хв.), проте енергії ним використано лише на 16,7 % більше ніж АІВ -10 кВт (табл. 3.4); температура під шостим шаром покрівлі найвища для АІВ - 6 кВт (75 °С проти 61 °С для АІВ - 10 кВт); середня температура покрівельного килима (табл. 3.4) найвища також під АІВ потужністю 6 кВт. Узагальнюючий показник підвищення середньої температури в покрівельному килимі від спожитої 1 кВтхв. енергії найвищий для АІВ - 8 кВт (табл. 3.4, рис. 3.8). Причому найгірший показник за підрахунками має АІВ конструкції НДІБВ, що поступається модернізованому апарату потужністю 6, 8, 10 кВт, відповідно, на 9, 23 та 13,7 % (табл. 3.4). Таким чином, спираючись на результати проведених експериментальних досліджень, в подальшому для ремонту багатошарових рулонних покрівель слід прийняти АІВ потужністю 8 та 10 кВт. 79 2.5 Аналіз дослідження тривалості нагрівання рулонного багатошарового килима модернізованим обладнанням теплового випромінювання Для розрахунку тривалості нагріву рулонного багатошарового килима розроблена методика, в основу якої покладене рівняння теплового балансу для ОІВ (формула 2.10). Розрахункова схема, що прийнята за основу для розробки методики, визначена шляхом аналізу значень складових рівняння теплового балансу. Так, підставивши у формулу (2.10) значення її складових (формули (2.4, 2.7, 2.8, 2.9)), отримали формулу теплового балансу в розгорнутому вигляді: р к(С, +0,01\¥С2)Р т(Т К1 - Тп) | С2Уё (ТК2 - Т 0) | ТК2 -Т„ | 3600ін 3600ін 1 , у 5. 1 , 1 а вРв і=> \ Р а 3Р3 + С4т з(.Ікз..І , І оі + р (кВт) (2.10) 36001 Через неможливість визначення потужності неврахованих втрат енергії в оточуюче середовище (Р4) теоретичним шляхом, його запропоновано врахувати через коефіцієнт втрат (кі), який встановлений шляхом співставлення експериментально та теоретично визначених значень тривалості нагріву. Теоретичний аналіз числових значень складових рівняння (2.10) показав, що потужність втрат на нагрів металевого ковпака ОІВ складає приблизно 2% від загальної затраченої потужності. Крім того, через специфіку роботи ОІВ (незначна тривалість перестановки ОІВ, під час чого він не встигає охолонути) названі втрати потужності враховували лише під час прогріву першої ділянки покрівельного килима, тому, в подальшому, потужністю втрат на нагрів металевого ковпака можемо знехтувати. 80 Потужність втрат на нагрів підковпакового повітря складає 1,2 % від загальної потужності. Визначення числових значень потужності втрат енергії в оточуюче середовище через стінки ковпака потребувало більш детальних досліджень. Так, попередньо задавались певними умовностями. Зокрема, оскільки теплопровідність оцинкованого металу надзвичайно висока, а товщина мала, то під час розрахунків потужності втрат тепла за формулою (2.8) його можемо не враховувати для спрощень розрахунків. Величина коефіцієнта тепловіддачі ( а зов) залежить від фізичних властивостей теплоносія, його температури та швидкості руху. Оскільки, ніяких перепон для передачі тепла від нагрівника до утепленого ковпака конструкцією ОІВ не передбачено, то коефіцієнт тепловіддачі, в нашому випадку, має надзвичайно велике значення, а отже в рівнянні (2.8) ним можемо знехтувати [86]. Таким чином, з врахуванням вищесказаного формула (2.8) прийме вигляд: т к,2 - т 00 Р0 = (Вт) (2 .11) 1,08 + 11,6 +7-У\¥ Попередніми дослідженнями [88] експериментально встановлене значення середньої кінцевої температури підковпакового повітря (ТКг) - 200°С. З врахуванням останнього формула (2.11) прийме вигляд: 200- Т Р0 = ----------------- , (Вт) (2.12) 1,08 + = 11,6 + 7 ^ Оскільки, при зміні швидкості вітру з 0 до 15м/с, значення потужності втрат тепла в оточуюче середовище змінюється на 0 - 5%, то для подальших технологічних розрахунків присвоїли швидкості вітру її опосередковане 81 значення для України протягом року - \ув = 1м/с [76; 48]. З врахуванням останнього, формула (2.12) прийме вигляд: Р0= 177 - 0,9Т0, (Вт) (2.13) Таким чином, потужність втрат тепла в оточуюче середовище залежить лише від конструкції ОІВ та температури оточуючого середовища. Для модернізованого ОІВ її величину оцінювали за формулою (2.13) і для дослідного інтервалу температур вона складала в середньому приблизно 2% від загальної витраченої потужності. Через незначні числові величини потужностей втрат енергії в оточуюче середовище та на нагрів підковпакового повітря їх значення оцінювали коефіцієнтом к і до складу якого входили всі наведені в формулі (2.10) види потужностей втрат. Таким чином, формула теплового балансу для модернізованого ОІВ, що лягла в основу методики визначення тривалості нагріву покрівельного килима прийме вигляд: Р = к,Рк, (кВт) (2.14) Після підстановки значення корисної потужності в формулу (2.14) отримали її у вигляді: , (кВт) (2.15) Аналізуючи складові формули (2.15) прийшли до висновку, що окремі з них є величинами постійними, тобто не залежать від вхідних параметрів і можуть входити до складу рівняння як константи. Так, кінцева середня температура нагріву покрівельного килима (ТКі) залежить від потужності апарата і визначена експериментально в параграфі 2.4: для ОІВ потужністю 8 кВт - 117 °С; 82 для ОІВ потужністю 10 кВт - 107 °С. Залежність кінцевої середньої температури покрівлі від потужності ОІВ пояснюється тим, що критерієм закінчення нагріву покрівельного килима служить досягнення температури в верхньому його шарі значення 180 °С. Дане значення досягалось швидше для більш потужного апарата, а тому середня температура килима, в такому випадку, була меншою. Теплоємкості покрівельного килима (Сі) та води (С2) є постійними фізичними величинами і відповідно становили 1680 [18], та 4190 [35] Вт-с/кг-°С. Площа покрівельного килима, що прогріта апаратом (F), залежить від його розмірів в плані та прийнятої розрахункової схеми. В випадку, коли за корисну потужність прийнята потужність, що витрачена на нагрів покрівельного килима лише в межах площі ОІВ, то F = АхВ = 1,13x0,96 = 1,08 м2. Вага одного шару метра квадратного покрівлі опосередковано становить 4 кг (2 кг мастика та 2 кг руберойд) [18]. З врахуванням вищенаведеного, формула (2.15) прийме вигляд: р = 4.32k(l,68 + 0,0419W)(TK, - T n) 3600t.. Найбільш складно встановити значення середньої температури покрівельного килима (Тп). Вона залежить від багатьох факторів, серед яких слід відмітити температуру оточуючого середовища (Т0), географічну широту, стан покрівельного килима, наявність захисного шару, товщину покрівельного килима та інш. Багатофакторність задачі та неможливість її вирішення експериментальними методами зумовили до розробки методики визначення середньої температури покрівельного килима при різних температурах оточуючого середовища для території України. В основу розробленої методики покладені рівняння теплотехніки, що виражають процес руйнування та відмови покрівельного килима [77]. Оскільки, в даній 83 методиці прийнято ряд припущень, то отримані результати звіряли з відомими експериментальними даними [104], які корегували для умов України. Так, перед проведенням розрахунків були прийняті наступні умовності: через значне перевищення товщини даху товщини самого покрівельного килима (більше 10 раз) для теплотехнічних розрахунків середня температура покрівельного килима є тзов. - температура поверхні зовнішньої огороджуючої конструкції, а різниця між температурою оточуючого середовища і середньою температурою покрівельного килима виражена їх відповідним співвідношенням (Т30в - т30в.); середня температура покрівельного килима не залежить від товщини гідроізоляції; нормативна температура в приміщенні влітку прийнята 18 °С. Відмова роботи теплоізоляції покрівельного килима з позиції теплотехніки полягала в перевищенні величини різниці температури внутрішнього середовища і поверхні внутрішньої огороджуючої конструкції (Твн- т вн. - для “зимових” умов; твн-Т вн. - для “літніх” умов ) нормативних значень [77]. Ця різниця залежить від типу будівлі і опосередковано прийнята рівною 8 °С. Крім того, норми дозволяють її збільшення, в наслідок зволоження утеплювача, в 1,3 рази. Таким чином, при перевищенні різниці температури в приміщенні та поверхні внутрішньої огороджуючої конструкції (для “літніх” умов, для “зимових” умов навпаки) значення 10,4 °С - утеплювач вийшов із ладу і потребує вентиляції (10,4 - 12 °С), та повної заміни - більше 12 °С [77]. Оскільки ремонт покрівельного килима з допомогою ОІВ можливий лише при збереженні утеплювача і не передбачає його вентиляцію, то за розрахункову різницю температур прийнято 10,4 °С. Для подальших розрахунків визначили температурні інтервали, що відповідають “зимовим” та “літнім” умовам роботи теплоізоляції. Різниця між ними полягає у напрямку переміщення теплового потоку, який “взимку” 84 рухається з приміщення в зовнішнє середовище, а “влітку” - навпаки. Оскільки прийнято, в першому приближенні, що нормативна температура в приміщенні як взимку, так і влітку становить 18 °С, то при температурі оточуючого середовища менше 18 °С тепловий потік буде рухатись з приміщення в зовнішнє середовище (“зимові” умови), а при Т0 більше 18 °С - напрям руху потоку зміниться на протилежний (“літні” умови). Таким чином, в температурному інтервалі [-10; 18] °С - “зимові умови”, а в інтервалі [19; ЗО] °С - “літні” умови. Різницю між температурою оточуючого середовища і температурою огороджуючої конструкції визначали з рівняння теплового потоку [77]: 1) для “зимових” умов 9 = а вн (Твн - твн) = сСм (Тзов - Ізов) (2.17) 2) для “літніх” умов а = ос (т - Т ) = а літ (т - Т ) (2.18) Т - вн V вн вн / зов V зов зов / де ц - тепловий потік; а вн - коефіцієнт тепловіддачі з внутрішньої поверхні огороджуючої конструкції, залежить від типу будівлі і конструкції; а в„= 8,7 Вт/м2 °С ( табл. 4 [77]); а]™ -коефіцієнт тепловіддачі з зовнішньої поверхні огороджуючої конструкції “взимку”, а™“ = 23В т/м 20С (табл. 6 [77]); а з" - коефіцієнт тепловіддачі з зовнішньої поверхні огороджуючої конструкції “влітку”, визначається згідно п. 3.6 [77]: а™ = А(5 +10 л/ш) = 1,16(5 +10) = 17,4 ,(Вт/м2 °С) (2.19) де А - поправочний коефіцієнт, А = 1,16; 85 \у - мінімальна із середніх швидкостей вітру за липень, згідно [76] \у = 1м/с. З формул (2.17, 2.18) допустима різниця між середньою температурою покрівельного килима і температурою оточуючого середовища становить: 1) в температурному інтервалі [-10; 18] °С (т - Т ) = а °н (Твн ~ твн) = 8>7 ' 1 °>4., = 3 9 /0Сч (2.20) V зов зов / ГУзоЗ вИМ 23 2) в температурному інтервалі [19; 30] °С ( _ т ) = а вн(*,« - т вн), = 8,7• 10,4 = о V ЗОВ ЗОВ / л і т 17 4 ^ зов ’ Таким чином, отримані максимально допустимі перепади між середньою температурою покрівельного килима та температурою оточуючого середовища. Результати досліджень зведені в табл. 2.8. Таблиця 2.8 Значення середніх температур покрівельного килима, °С При температурі оточуючого середовища, °С -10 0 10 20 30 Середня температура -6,1 3,9 13,9 25,2 35,2 покрівельного килима За даними результатами побудовані залежності середньої температури покрівельного килима від температури оточуючого середовища ( рис. 2.12 ). 86 Рис. 2.12. Залежність середньої температури покрівельного килима від температури оточуючого середовища Отримана залежність визначена з попередньо прийнятими умовностями, а отже потребує перевірки. Оскільки припущення в значній мірі стосуються лише літніх умов, то залежність середньої температури покрівельного килима від температури оточуючого середовища в температурному інтервалі [-10; 18] °С була прийнята за остаточну. Перевірку отриманих залежностей проводили лише для літніх умов. Отримані підкореговані значення середньої температури покрівельного килима в залежності від його товщини для літніх умов України наведені у табл. 2.9. Таблиця 2.9 Значення середньої температури покрівельного килима для літніх умов України ( середня температура оточуючого середовища 26,5 °С ) При товщині покрівлі ( шари ): 1 2 3 4 5 6 Середня температура 29 34,2 35,4 34,8 32,8 31 покрівельного килима °С 87 Відхилення опосередкованих значень середньої температури покрівельного килима, що визначені на основі теплотехнічних розрахунків, не перевищують 6,5 % аналогічних значень, які встановлені за експериментальними даними. Оскільки, відхилення в 6,5% в технологічних розрахунках можуть бути прийняті допустимими, то в подальшому для розрахунків прийнята кореляційна залежність середньої температури покрівельного килима від температури оточуючого середовища, що визначена на основі теплотехнічних розрахунків (табл. 2.9, рис. 2.12). З врахуванням останнього, формула (2.16) прийме вигляд: р = к 4,32к(1,68 + 0,0419\¥)(ТК, - 1,04Т0 - 3,99) 36001.. Числове значення коефіцієнта щ отримували з формули (2.22), виразивши тривалість нагріву через невідомі Р, Т0, Тк, 1;, к та К| і підставивши в вираз їх значення, взяті з дослідів параграфу 2.4. Так, під час досліду значення потужностей ОІВ становили 8 та 10 кВт, температура оточуючого середовища 10 °С, кінцеві температури нагріву відповідно 117 та 107 °С, товщина покрівельного килима - 6 шарів та їх вологість 0%, тривалість нагріву відповідно 10 та 8 хв. Коефіцієнт щ отримували після порівняння теоретично та експериментально визначених значень тривалості нагріву покрівельного килима: для ОІВ потужністю 8 кВт - щ = 1,07; для ОІВ потужністю 10 кВт - щ = 1,17. Таким чином, значення коефіцієнта щ залежить від потужності ОІВ, що може бути пояснене різною інтенсивністю випромінювання при різних потужностях апарату, а отже і різним рівнем втрат тепла. Причому, цікавим є те, що незважаючи на тривалість нагріву вищий коефіцієнт щ має ОІВ потужністю 10 кВт. Крім того, очевидно, що даний коефіцієнт залежить і від стану оточуючого середовища. Оскільки коефіцієнт щ враховує в основному 88 потужність втрат тепла в оточуюче середовище то доцільно буде припустити, що він змінюється залежно від температури оточуючого середовища пропорційно зміні потужностей втрат тепла через утеплений ковпак ОІВ (2.13). Встановлено його кореляційну залежність від температури оточуючого середовища (рис. 2.13). іи -а ф о Температура оточуючого середовища, Т ( С ) Рис. 2.13. Залежність коефіцієнта втрат тепла щ від температури оточуючого середовища: -------------- для ОІВ потужністю 10 кВт; -...... - для ОІВ потужністю 8 кВт. З формули (2.22) виразимо тривалість нагріву покрівельного килима через вхідні параметри: ( к ( Г . , - 1 .0 4 Т , - 3,99X1+ (^0249У) н 1 495,87Р О с к іл ь к и , рекомендаціями розділу 2 для подальшого використання прийнято ОІВ потужністю 8 та 10 кВт, то підставивши в рівняння ( 2 .2 3 ) 89 відомі значення середньої кінцевої температури покрівельного килима (Тк1), коефіцієнта Кі для використовуємо'! потужності ОІВ (Р), отримано залежність тривалості нагріву покрівлі апаратом інфрачервоного випромінювання від вхідних параметрів в розгорнутому вигляді. Так тривалість нагріву покрівельного килима апаратом потужністю 8 кВт: * = (-0.0056Т. + 1Л2)(ППЗ.О1-1.О4То)(1 + 0 ^ ) н V 3966,94 Тривалість нагріву покрівельного килима апаратом потужністю 10 кВт: , = (-О,0063То + и з х » ^ м ^ ± М ^ );(Г0Д, (2 .25) 4ЬО о, / Виведені залежності (2.24; 2.25) дають можливість визначити тривалість нагріву руберойдового багатошарового покрівельного килима апаратом інфрачервоного випромінювання при любих комбінаціях вхідних параметрів ( що є надзвичайно важливим для розробки оптимальної технології ремонту), і перевірені під час апробації роботи. Перевірку адекватності виведених рівнянь експериментом виконували на шестишаровому покрівельному килимі з вологістю шарів 10%. Графіки залежності експериментально та теоретично визначених тривалостей нагрівання ремонтуємого покрівельного килиму ОІВ потужністю 8 та 10 кВт наведені на рис. 2.14. 90 Температура оточуючого середовища, Т ( С ) Рис. 2.14. Залежність тривалості нагрівання шестишарового покрівельного килиму з вологістю шарів 10 % від температури оточуючого середовища для потужності ОІВ: 1 - О Ю 8 кВт; 2 - О Ю 10 кВт; ------------ значення визначені теоретично; —......... - значення визначені експериментально. З графіків випливає, що максимальні похибки між експериментально та теоретично визначеними значеннями тривалості прогріву покрівельного килима не перевищують 5%, що говорить про можливість використання наведеної методики для проектування оптимальної технології ремонту покрівельних килимів ОІВ. 91 Висновки до розділу 2 1. Спираючись на аналіз теоретичних основ роботи електронагрівних установок, проаналізована конструкція нового модернізованого ОІВ, яка включає утеплений ковпак з утепленням базальтовим картоном, подвійними металевими стінками та універсальні тени. 2. Проаналізовані експериментально визначені залежності температури на поверхні та в товщі шестишарового покрівельного килима при його нагріванні ОІВ різних потужностей та конструкцій, які описуються параболічними функціями, що дало можливість запропонувати степінну залежність тривалості нагрівання шестишарового покрівельного килима від потужності ОІВ, на основі аналізу якої для подальших досліджень рекомендували модернізовані ОІВ потужністю 6 - 1 0 кВт. 3. Проаналізовані отримані залежності підвищення середньої температури в покрівельному килимі від спожитої 1 кВ тхв енергії та потужності апаратів при різних умовах роботи ОІВ. Показник підвищення середньої температури в покрівельному килимі від спожитої 1 кВтхв. енергії для модернізованого ОІВ потужністю 8 кВт вищий на 22,6%, 10 кВт - на 13,3% в порівнянні з апаратом конструкції ДЕКС, при цьому тривалість нагрівання менша, відповідно, на 25 та 37,5%. 4. Для практичного використання прийнято модернізовані ОІВ потужністю 8 та 10 кВт. 5. В результаті комплексних досліджень проаналізована та перевірена формула для визначення тривалості нагріву покрівельного килима ОІВ в залежності від його потужності, товщини та вологості покрівлі, температури оточуючого середовища. 92 РОЗДІЛ З ДОСЛІДЖЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ОПЕРАЦІЇ УЩІЛЬНЕННЯ РОЗІГРІТОГО ПОКРІВЕЛЬНОГО КИЛИМА КОТКОМ ТА ЗАГАЛЬНОЇ ТРИВАЛОСТІ ОПЕРАЦІЙ ЗЛ. Аналіз експериментальних досліджень залежності міцності приклеювання рулонного бітумного матеріалу, приклеєного бітумною мастикою до цементно-піщаної стяжки, від параметрів операції ущільнення До ручних операцій в технології ремонту рулонних на основі бітумів багатошарових покрівель з використанням ОІВ віднесені операції, що входять до структури технології, за винятком операції нагрівання покрівлі. Найбільш відповідальною серед ручних операцій є операція ущільнення покрівельного килима котком яка забезпечувала: склеювання в моноліт розшарованої руберойдової покрівлі; видалення повітря та вологи із товщі покрівельного килима; міцність приклеювання покрівельного килима до цементно-піщаної стяжки. При плануванні теоретичних та експериментальних досліджень операції ущільнення нагрітого ОІВ покрівельного килима враховували наступні положення: - під час виконання ручних операцій, що передували операції ущільнення покрівельного килима, в його товщі відбувся перерозподіл температур; - мінімально необхідне напруження стиснення покрівельного килима котком встановлювали з умови забезпечення мінімально необхідної його міцності приклеювання до цементно-піщаної стяжки. Дослідження перерозподілу температур в товщі покрівельного килима проводилися з використанням інструментів, приладів та обладнання, які застосовували для дослідження тривалості нагріву шестишарового покрівельного килима ОІВ різних потужностей. При цьому, перерозподіл 93 температур досліджували в найбільш віддалених від центру площі нагрівання точках 1 та 7. Результати досліджень наведені на рис. 3.1. Номер точки у товщі покрівельного килима в якій вимірювали температуру Рис. 3.1. Розподіл температур в покрівельному килимі (т.1 - на поверхні покрівельного килима; т. 2 - під першим шаром покрівлі; т. З - під другим шаром; т. 4 - під третім шаром; т.5 - під четвертим шаром; т. 6 - під п'ятим шаром; т.1 - під шостим шаром на межі склеювання покрівельного килима з цементно-піщаною стяжкою) перед ущільненням його котком ( ) т а в кінці нагрівання (--------) ОІВ потужністю: 1- 8 кВт; 2- 10 кВт. Проведені дослідження показали, що при вистиганні покрівельного килима за 25 - 30 с зменшується лише температура верхніх шарів покрівлі, в результаті чого його середня температура знижується з 117 та 107 °С до 98 та 86 °С відповідно для ОІВ потужністю 8 та 10 кВт. Однак, як видно з рис.3.1, в результаті вистигання температура безпосередньо в товщі покрівельного килима ( 2 - 6 шари) зростає. Так, для 8 кВт ОІВ середня температура між другим та шостим шаром зростає з 98 до 105 °С, а для 10 кВт ОІВ - з 84 до 90 °С. При цьому, температура покрівельного килима на межі його склеювання з цементно-піщаною стяжкою залишається незмінною і становить 60 та 70 °С відповідно для ОІВ потужністю 10 та 8 кВт. Таким чином, температура шестишарового покрівельного килима 94 безпосередньо перед виконанням його ущільнення знаходиться в межах 60 - 140 °С. Мінімально необхідну міцність приклеювання покрівельного килима до цементно-піщаної основи визначали за відомою методикою ДБН [18]. Визначені, для України, вітрові напруження відриву наведені в Додатку А. В розрахунках, в зв’язку з тим, що на території України практично відсутні висотні споруди, обмежували висоту будівель 80 м, що прирівнюється до 25 поверхового будинку. В такому випадку мінімально необхідна міцність приклеювання покрівельного килима до цементно-піщаної основи становила, за підрахунками, 1,59 кПа. Крім того, в усіх наступних дослідженнях багатошаровий руберойдовий покрівельний килим розглядали як систему, що складається із рулонного матеріалу на основі бітуму наклеєного на бітумній мастиці до складу якої входить тугоплавкий та легкоплавкий бітум, наповнювач та антисептик. Для дослідження залежності міцності приклеювання рулонного матеріалу на основі бітуму, приклеєного на бітумній мастиці до цементно- піщаної стяжки, від параметрів процесу ущільнення розроблена програма проведення експерименту. При плануванні експерименту були вибрані чотири основні параметри процесу ущільнення: стискаюче контактне напруження; кількість циклів прикладення стискаючого контактного напруження (моделює кількість проходок котка); температура в зоні контакту; вологість в зоні контакту. Кожен з параметрів в процесі дослідження мав три фіксованих значення, межі та інтервали зміни яких встановлені з попередніх та пробних дослідів: експериментальні стискаючі контактні напруження при вологості на контакті 0% - 1; 3; 5 кПа, 5% - 3; 5; 7 кПа, 10% - 5; 7; 9 кПа; 95 кількість циклів прикладання стискаючого контактного напруження - 5; 10; 15 циклів (1 цикл відповідає руху котка в одному напрямку); температура в зоні контакту - 50; 60; 70 °С; вологість зразків - 0; 5; 10% Процес дослідження залежності міцності приклеювання рулонного матеріалу на основі бітуму, приклеєного на бітумній мастиці до цементно- піщаної стяжки, від перерахованих вище параметрів виконували в декілька послідовних етапів: - відбір проб та виготовлення експериментальних зразків; - виготовлення нестандартної експериментальної установки; - проведення експерименту. При виготовленні зразків використовували старі гідроізоляційні матеріали (зразки вирізали із існуючих руберойдових покрівельних килимів, на яких виконуються ремонтні роботи) з температурою розм'якшення бітуму в складі покрівельного килима, що перевищує нормативне значення в 1,1 - 1,3 рази. Температуру розм'якшення бітуму в складі покрівельних матеріалів визначали згідно ГОСТ 2678 - 87. Відбір проб для проведення експериментальних досліджень виконували згідно методики ЦНДІЕПжитло [22]. Руберойд із шаром бітумної мастики нарізали клаптиками розміром 1x1 см. Заздалегідь були виготовлені призмочки розміром 1x1x3 см з цементно-піщаного розчину складом 1 до 5, на основу яких приклеювали нарізаний руберойд. Підготовлені таким чином зразки разом із комплектом гир вагою 0,01 - 0 , 1 кг витримували при експериментальних температурах безпосередньо перед проведенням експерименту протягом 1 години. Для проведення експерименту була сконструйована та виготовлена експериментальна установка, за допомогою якої виконували моделювання умов завантаження зразків максимально наближених до реальних. Схема лабораторної експериментальної установки наведена на рис. 3.2. Температуру води та повітря в установці вимірювали термометрами 96 Рис. 3.2. Схема лабораторної експериментальної установки для моделювання умов стиснення зразків котком: 1 - шар утеплювача; 2 - водяний прошарок; 3 - ТЕН для нагріву води; 4 - бетонний кубик розміром 1x1x3 см; 5 - шар бітумної мастики; 6 - бетонний кубик; 7 -вантаж; 8 - канат; 9 - обмежувачі висоти підйому вантажу; 10 - вертикальні направляючі; 11 - блок. 97 (ГОСТ 215 - 73) з ціною поділки 0,1 °С. Потрібну вологість на контакті склеювання рулонного матеріалу на основі бітуму на бітумі з цементно-піщаною стяжкою (роль якої відігравали цементно-піщані призмочки) регулювали шляхом їх змочування водою, що мала температуру рівну дослідній. Воду наносили за допомогою медичної пі• петки в розмі• рі• 0,01 та 0,02 г/см 2 на призмочки для наступного наклеювання рулонного матеріалу на основі бітуму. Нанесену краплями воду рівномірно розподіляли на поверхні експериментальної призмочки, після чого проводили склейку призмочки з руберойдом за допомогою бітумної мастики. Напруження стиснення створювали за допомогою стандартного комплекту гир. Гирю потрібної ваги встановлювали на склеювані зразки та витримували в такому положенні протягом усього циклу завантаження. Вантаж періодично піднімали над зразками за допомогою канату. Підйом вантажу виконували на висоту не більше 1 мм, що запобігало виникненню удару при наступному завантаженні. Конструкція установки дозволяла: підтримувати задану температуру зразка під час його завантаження; виконувати циклічне стиснення зразків, що дає можливість моделювати стиснення покрівельного килима котком. Часові параметри циклічного стиснення визначені експериментально. Для чого експериментальним шляхом встановлено, що при ущільненні килима площею 1 x 1 м (нагрітого одним апаратом) та швидкості зворотно поступального руху котка 0,3 м/с в любій, довільно вибраній, точці цього килима середнє контактне стискаюче напруження діє протягом 1с через кожні Зс. Склеєні таким чином зразки витримували при температурі +20 °С протягом доби після чого їх розривали на стандартній дослідній машині МНИ - 100, що мала можливість розвинути розтягуюче зусилля до 425 кг, та була обладнана спеціально сконструйованими захватами. 98 Експерименти виконувались в лабораторному приміщенні з температурою оточуючого середовища + 20 °С. Результати експериментальних досліджень наведені на рис. 3.3 - 3.5. З рисунків видно, що, в усіх розглянутих випадках, досягається потрібна міцність приклеювання покрівельного килима до цементно- піщаної стяжки. Однак при температурі покрівельного килиму 60 - 70 °С дане значення досягається не залежно від вологості покрівельного килима при мінімальній кількості циклів прикладання стискаючого напруження. При температурі покрівельного килима 50 °С мінімально необхідна міцність приклеювання покрівельного килима до цементно-піщаної стяжки залежить від стискаючого напруження та кількості циклів його прикладання. Так, при вологості покрівельного килима 0% для досягнення мінімально необхідної міцності приклеювання покрівельного килима до цементно-піщаної стяжки потрібно прикласти стискаюче напруження 1 кПа протягом 15 циклів стискання, 3 кПа - 10 циклів стиснення, 5 кПа - 5 циклів стиснення. При збільшенні вологості до 5% мінімально необхідна його міцність приклеювання до цементно-піщаної стяжки досягається прикладанням мінімального напруження стискання 3 кПа протягом 15 циклів стиснення, 5 кПа протягом 10 циклів, 7 кПа протягом 6 циклів. При збільшенні вологості на межі склеювання до 10% мінімально необхідна його міцність приклеювання до цементно-піщаної стяжки досягається прикладанням мінімального напруження стискання 5 кПа протягом 15 циклів стиснення, 7 кПа - 12 циклів, 9 кПа - 10 циклів. Міцність приклеювання покрівельного килиму до цементно-піщаної стяжки при збільшенні кількості циклів прикладання напруження стискання в дослідженому температурному інтервалі зростає нелінійно в межах 1 - 1 1 0 кПа (рис. 3.3 - 3.5). Про те, приріст міцності приклеювання рулонного матеріалу на основі бітуму до цементно-піщаної стяжки в інтервалах стиснень 0 - 5 , 5 - 1 0 , 1 0 - 1 5 різний (табл. 3.1). 99 ос.. -І— —І— “Н— —І б 8 10 12 14 16 Кількість циклів стиснення, шт. а) с0:3 | гс .? 2 2 <и со . Кількість циклів стиснення, шт. б) Кількість циклів стиснення, шт. Рис. 3.3. Залежність міцності приклеювання бітумного рулонного матеріалу бітумною мастикою до цементно-піщаної основи від кількості циклів стиснення при вологості на межі приклеювання 0%, температурі матеріалів 50 ( а ), 60 ( б ), 70 ( в ) °С та стискаючому напруженні відповідно: 1 - 1 кПа; 2 - 3 кПа; 3 - 5 кПа. 100 Оз. і ; і ! с 0,5 -І--------------- 1------------- і------------ і--------------1------------- 1--------------1 4 6 8 10 12 14 16 Кількість циклів стиснення, шт. а) пто: ■оЄ- Тт1О ї - Ш о . с Кількість циклів стиснення, шт. б) Кількість циклів стиснення, шт. в) Рис. 3.4. Залежність міцності приклеювання бітумного рулонного матеріалу бітумною мастикою до цементно-піщаної основи від кількості циклів стиснення при вологості на межі приклеювання 5%, температурі матеріалів 50 ( а ), 60 ( б ), 70 ( в ) °С та стискаючому напруженні відповідно: 1 -3 кПа; 2 - 5 кПа; 3 - 7 кПа. 101 с 0,5 -І------------- 1------------- .------------- 1------------- і------------- .------------- і 4 6 8 10 12 14 16 Кількість циклів стиснення, шт. а) і= н 1 X со .■?5 2а) X ос. Кількість циклів стиснення, шт. б) ссо - чГ оІ— 0 Xх 'х го гг ш 2О) X о . с Кількість циклів стиснення, шт. в) Рис. 3.5. Залежність міцності приклеювання рулонного матеріалу на основі бітуму бітумною мастикою до цементно-піщаної основи від кількості циклів стиснення при вологості на межі приклеювання 10%, температурі матеріалів 50 (а), 60 (б), 70 (в)°С та стискаючому напруженні відповідно: 1 - 5 кПа; 2 - 7 кПа; 3 - 9 кПа. 102 Таблиця 3.1 Розподіл міцності приклеювання рулонного матеріалу на основі бітуму до цементно-піщаної основи за інтервалами циклічного стиснення Кількість Кінцева Приріст міцності приклею Напру циклів міцність вання (кПа/ %) в інтервалах Темпе ження стиснен приклеюва циклічного стиснення ратура, стисне ня в ння в °С ння, ДОСЛІДІ досліді, кПа 0 - 5 5 - 1 0 1 0 - 1 5 кПа ( ПІТ ) ( 100%) 1 2 3 4 5 6 7 5 1 1/100 - - 1 10 1,7 1/59 0,7/41 - 15 1,9 1/53 0,7/37 0,2/10 5 1,4 1,4/100 - - 50 3 10 2,4 1,4/59 1/41 - 15 2,6 1,4/57 1/38 0,2/5 5 2,3 2,3/100 - - 5 10 2,6 2,3/88 0,3/12 - 15 3 2,3/77 0,3/10 0,4/13 5 8,1 8,1/100 - - 1 10 8,7 8,1/100 0,6/7 - 15 9Д 8,1/89 0,6/7 0,4/4 5 8,8 8,8/100 - - 60 3 10 9,3 8,8/94 0,5/6 - 15 10,1 8,8/87 0,5/5 0,8/8 5 9,1 9,1/100 - - 5 10 10,2 9,1/89 1,1/11 - 15 10,8 9,1/84 1,1/10 0,6/6 103 продовження табл. 3.1 1 2 3 4 5 6 7 5 75 75/100 — 10 85 75/88 10 12 — 1 15 90 75/83 10/11,5 5/5,5 3 4 5 6 7 5 83 83/100 — 70 3 10 93 83/89 10 11 — 15 98 83/85 10/10 5/5 5 91 91/100 — 5 10 101 91/90 10/10 15 108 91/84 10/9 7 6 Так, при температурі 50°С за перші 5 циклів стиснення міцність приклеювання зростає на 53 - 59% досягнутої за 15 циклів, а при стискаючому напруженні 5 кПа цей показник підіймається до 88%. При температурі 60 - 70°С за перші 5 циклів стиснення приріст міцності приклеювання рулонного матеріалу на основі бітуму до цементно-піщаної стяжки складає 84 - 93% від загальної міцності приклеювання в досліді, не залежно від величини прикладеного напруження. Таким чином, очевидним є те що при температурі 60 - 70 °С не раціонально прикладати більше 5 циклів стиснення. При температурі 50 °С дане твердження справедливе лише при стисненні напруженням, що перевищують 5 кПа при вологості на контакті склейки 0%. Із збільшенням вологості покрівельного килима при температурі склеювання 50 °С та з збільшення кількості циклів прикладання напруження з 5 до 15 міцність приклеювання рулонного матеріалу на основі бітуму до цементно-піщаної стяжки зростає в 1,3 - 1,7 раз. 104 Графіки залежності міцності приклеювання рулонного матеріалу на основі бітуму, приклеєного бітумною мастикою, від температури на межі їх приклеювання з цементно-піщаною основою наведені на рис. 3.6. З графіків випливає, що при збільшенні температури з 50 до 70 °С міцність приклеювання покрівельного килима до його основи зростає нелінійно, майже обернено пропорційно в'язкості бітуму в складі мастики, не залежно від напруження стиснення та кількості циклів його прикладання (рис. 3.6). Так, при збільшенні температури з 50 до 60 °С в'язкість бітуму зменшується на 207,5 с-кг/см [70; 71], що призводить до збільшення міцності приклеювання рулонного матеріалу на основі бітуму до цементно- піщаної основи в середньому на 7 кПа, тобто для підвищення міцності приклеювання на 1 кПа, в даному температурному інтервалі, необхідно зменшити в'язкі• сть бі• туму в складі• мастики приблизно на ЗО с-кг/см 9 . При збільшенні температури з 60 до 70 °С в'язкість бітуму зменшується лише на 54,8 сек.кг/см , що призводить до збільшення його міцності приклеювання до цементно-піщаної основи приблизно на 90 кПа, тобто для підвищення останньої на 1 кПа необхідно зменшити в'язкість бітуму в складі мастики 2 # лише на 0,7 с-кг/см . Таким чином, для підвищення міцності приклеювання рулонного матеріалу на основі бітуму на бітумній мастиці до його основи на 1 кПа в температурному інтервалі 50 - 60°С необхідно зменшити в'язкість # 2 бітуму в складі мастики на 30 с-кг/см , що майже в 43 рази більше ніж для досягнення аналогічного результату при температурі мастики під час склеювання 60 - 70 °С. В продовження досліджень в даному напрямку на рис. 3.8. наведені графіки залежності міцності приклеювання рулонного матеріалу на основі бітуму на бітумній мастиці до цементно-піщаної стяжки від напруження стиснення при вологості покрівельного килима 0%. З рисунків видно, що при збільшенні стискаючого напруження з 1 до 5 кПа міцність приклеювання рулонного матеріалу на основі бітуму на бітумній мастиці до цементно-піщаної основи зростає майже лінійно в дослідженому 105 100 300 . V \ л £п І шX о=* го 80 250 5 >чС В ЯЗКІСТЬ ч У ^ 60 - - б іт у м у ^ 200и ю ^о Б і 5 ч 1 150 л — 1 І §. - -Міцність 52 2 Ф 40 2 Ю ч а. >- 20 приклеювання 100 со с о. 50 к 0 со 0 50 60 70 Температура матеріалів на межі приклеювання, С а) 120 300 Хч > 1 а « юо ч. 3 А 250 і—го О' т >с£ 80 Н ЯЗКІСТЬ 4 N4 2 >> о 1 200 н іо о2 'зі - 2Ф ’£ зГ 60 б іт у м у / о т V \ У 150 31- о 2С 20)- Ої 40 "ІУЦЦШСІЬ ■“ 100 'хо. І— ^0 -^^ 0ос о. 20 -Приклеювання — кп - — 50 0 -х 0 т 50 60 70 120 300 Хч 3 §.ш 100 N. 250 >ч лІ—ш В'язкість ч 2 >, о т с>г. ^ 80 \ л 200 ш ' і 2 ’5 з 60 бітуму , / N 1 4 іо о =г Ф о т Ч - ч ......... 150 3І— "о 2С О- О X \ у о 1— ^ ЮШ й§ 40 МІЦНІСТЬ 100 '•у. 20 Чч- п ■ 'приклеювання - 50 к ~~ ~~ -Х 00 0 0 50 60 70 Температураматеріалів на межі приклеювання, С Рис. 3.6. Залежність міцності приклеювання рулонного матеріалу бітумною мастикою до цементно-піщаної основи і в'язкості покрівельного бітуму від температури матеріалів на межі приклеювання при їх вологості 0% та стисненні напруженням 1 кПа (а), 3 кПа (б), 5 кПа (в), прикладеним циклічно відповідно: 1-5 циклів; 2 - 1 0 циклів; 3 - 1 5 циклів. 106 120 100 - 80 4 і . 2ік) я« & с на 40 о 'Й 20 1;2;3 і 1;2;3 гд- 0 а Т" Т" 0 2 4 -20 -1 Напруження стиснення, кП; Рис. 3.7. Залежність міцності приклеювання рулонного матеріалу бітумною мастикою до цементно-піщаної основи від напруження стиснення, яке прикладено циклічно (1-5 циклів; 2-10 циклів; 3-15 циклів) при температурі на межі приклеювання: а - 50 °С; 6 - 6 0 °С; в - 70 °С 107 температурному інтервалі. Однак приріст міцності приклеювання від збільшення стискаючого напруження на 1 кПа різний (табл. 3.2 ). Таблиця 3.2 Аналіз приростів міцності приклеювання покрівельного килима до цементно-піщаної стяжки від збільшення стискаючого напруження на 1 кПа для дослідного температурного інтервалу Приріст Середній Кореляційна Кількість міцності приріст залежність Темпера циклів приклеюван- міцності міцності тура приклада ння (кПа/%) приклеювання приклеювання покрівель ння від (кП а) від (кПа) від ного стискаючих збільшення збільшення стискаючих килима, °С напруже стискаючих стискаючих напружень ння напружень напружень на (кПа) на 1 кПа 1 кПа 5 N =0,2250+0,59 № = 0,225/5 50 10 N=0,2250+1,56 И' = 0,225/5 Н *' = 0,242 15 N=0,2750+1,68 И' =0,275/6,1 5 N =0,250+7,92 И' = 0,25/5,6 60 10 N=0,3750+8,28 №= 0,375/8,3 N ^' = 0,35 15 N =0,4250+8,73 И'= 0,425/9,4 5 N =40+71 № = 4/89 70 10 N=40+81 И' = 4/89 N ^'=4,17 15 N=4,50+85,2 N' = 4,5/100 Так, найбільший приріст міцності приклеювання рулонного матеріалу на основі бітуму до цементно-піщаної основи від збільшення стискаючого напруження на 1 кПа спостерігається при температурі покрівельного килима 70 °С для п'ятнадцяти циклів стиснення і становить 4,5 кПа. При зменшенні кількості циклів стиснення до десяти даний показник знижується на 11 % і 108 складає 4 кПа. В подальшому, при зменшенні кількості циклів стиснення даний показник при температурі покрівельного килима 70 °С залишається незмінним. При зменшенні температури покрівельного килима до 60 °С приріст міцності приклеювання покрівельного килима до цементно-піщаної основи зменшується до 9,4%, що складає 0,425 кПа для п'ятнадцяти циклів прикладання напруження. Із зменшенням кількості циклів прикладання напруження до десяти та п'яти приріст міцності приклеювання покрівельного килима до цементно-піщаної стяжки відповідно знижується на 1,1 та 3,8%. Найменший приріст міцності приклеювання покрівельного килима спостерігається при його температурі 50 °С. Так, при прикладенні п'ятнадцяти циклів напруження, приріст міцності приклеювання покрівельного килима до цементно-піщаної стяжки від збільшення напруження на 1 кПа складає 0,275 кПа (6,1%), а при десяти та п'яти циклах прикладання напруження - 0,225 кПа (5%). Залежність міцності приклеювання рулонного матеріалу на основі бітуму на бітумній мастиці до цементно-піщаної основи від їх вологості при стискальному напруженні 5 кПа приведені на рис. 3.8. Вона апроксимована поліномом другого ступеня. З рис. 3.8 видно, що найбільший вплив на міцність приклеювання має збільшення вологості покрівельного матеріалу з 0 до 5 %, яке, залежно від його температури, приводить до зменшення міцності приклеювання на 7 - 48 % (табл. 3.4). Причому, із збільшенням температури, в дослідному інтервалі, вплив вологості на міцність приклеювання рулонного матеріалу на основі бітуму до цементно-піщаної стяжки зменшується приблизно в 2 рази. Найбільший вплив на міцність приклеювання вологості покрівельного матеріалу спостерігається при його температурі 50 °С. При збільшенні вологості покрівельних матеріалів з 5 до 10% їх міцність приклеювання до цементно-піщаної стяжки змінюється мало 109 оXоо ос>і сі> С то * £с О .оX9 Фо- =г ю > ^ о4. «й= ха Вологість матеріалів на межі приклеювання, % а) ю ОXо о о се О аа>.ю>о>. Вологість матеріалів на межі приклеювання, % б) Вологість на межі приклеювання, °/ в) Рис. 3.8. Залежність міцності приклеювання рулонного матеріалу бітумною мастикою до цементно-піщаної основи від вологості на межі приклеювання при температурі склеювання 50°С (а), 60°С (б); 70°С (в) та стисненні зусиллям 5 кПа, яке прикладене циклічно відповідно: 1- 5 циклів; 2 - 1 0 циклів; 3 - 1 5 циклів. 110 (відповідно 1 - 1 5 %), що може говорити про незначний вплив на її значення вологості яка перевищує 5% (табл. 3.3). Таким чином, посилаючись на вищесказане, можемо стверджувати, що найбільш сприятливі умови для досягнення мінімально необхідної міцності приклеювання покрівельного килима до його основи Таблиця 3.3 Міцність приклеювання рулонного бітумного матеріалу на бітумній мастиці до цементно-піщаної основи при стисненні напруженням 5 кПа Міцність приклеювання рулонного матеріалу на основі Темпе Кількість бітуму на мастиці до цементно-піщаної основи при ра циклів вологості на межі приклеювання ( %): тура, стиснен 0 5 10 °С ня кПа % кПа % кПа % 5 2,3 100 1,2 52 1 37 50 10 2,6 100 1,7 65 1,4 54 15 3 100 2 67 1,6 53 5 9,1 100 7,7 85 7,6 83 60 10 10,2 100 8,4 83 8,2 80 15 10,8 100 9 83 8,9 82 5 91 100 83 91 81 89 70 10 101 100 90 89 89 88 15 108 100 101 93 99 91 склалися при температурі матеріалів 60 - 70 °С. Для цього, в даному температурному інтервалі потрібно прикласти стискаюче напруження 1 кПа протягом п'яти циклів. Для переходу від стискаючих напружень до робочих параметрів котків потрібно провести аналіз температурно-деформаційних властивостей нагрітого ОІВ покрівельного килима. 111 3.2. Теоретичні дослідження деформаційних властивостей нагрітого за допомогою теплового випромінювання покрівельного килима при його ущільненні котком Деформаційні властивості багатошарового рулонного покрівельного килима, як системи, що складається з руберойду та бітуму залежать від їх температури. Так, в температурному інтервалі 60 - 140 °С бітум знаходиться в двох реологічних станах [ЗО]: - пружно-в'язкий (при температурі 60 - 100 °С); - в'язкий (при температурі 1 0 0 - 140 °С). Механічні властивості матеріалу, якому відповідає перший реологічний стан, характеризуються двома основними показниками: Ем - модуль пружності та г|м - в'язкість. Перераховані показники бітуму в значній мірі залежать від його температури та виражені наступними кореляційними залежностями [70; 71]: Е = 728е~0,08Т; (кг/см2) (3.1) г) = 217792е 0,1331; (сек кг/см2) (3.2) де Т - температура бітуму, °С. Деформацію бітуму при прикладенні до нього напруження стиснення описують реологічним рівнянням Максвелла [64]: (3.3) де сГ - швидкість деформації тіла; ■у в - нормальне напруження (кг/см ). 112 Рівняння (3.3) - лінійне диференційне відносно G і його рішенням буде вираз: G =е~"“ (G tM+ 2 E j d ' Me 4“'dt); (3.4) де t - тривалість завантаження Оскільки, до прикладання напруження (G ) на покрівельний килим не діяли ніякі інші стискаючі напруження, то G 0M = 0. Так як, тривалість завантаження та товщина покрівельного килима є незначними, то для технологічних розрахунків прийнято, що швидкість деформації килима є постійною по всій його товщині. Таким чином, оскільки d'M= const, то формула (3.4) прийме вигляд: G = 2амл м(1- ехР (-— 0); (3.5) Після певних алгебраїчних перетворень рівняння деформації пружно- в'язкого тіла Максвелла у вигляді: d G м (3.6) 2Лм(1“ ехР (-— 0) Лм Підставивши у формулу (3.6) кореляційні залежності модуля пружності та в'язкості бітуму від температури [70; 71] отримали його рівняння деформації в температурному інтервалі 60 - 100 °С: G (3.7) ём 435584е~ошт (1 - exp(-0,0033e° 053Tt)) ’ 113 При перевищенні температурної межі в 100°С бітум веде себе як в'язке тіло [ЗО; 29], механічні властивості якого характеризуються лише в'язкістю, то деформативність бітуму ми описували реологічним рівнянням ньютонівської рідини [64]: в СІN і; (3.8) Після підстановки значення в'язкості бітуму в формулу (3.8) отримано залежність його деформації в температурному інтервалі 100 - 140 °С: в (3.9) Механічні властивості руберойду знаходяться в прямій залежності від стану бітуму в його складі. Бітум, в складі руберойду, в залежності від його температури може мати властивості як в'язкого (в поверхневих шарах шестишарового покрівельного килима) так і пружно-в'язкого матеріалу (з З по 1 шар шестишарового покрівельного килима) (рис. 3.1). Таким чином, відповідно, і властивості руберойду в покрівельному килимі, в залежності від його температури, будуть різні. Як основу руберойду використовують покрівельні картони. Вони є пористими тілами, деформація яких відбувається як у пружно-в'язко- пластичному тілі [15; 74]. Однак, через незначну частину пластичних деформацій, його при розрахунках розглядали як пружно-в’язке тіло. Враховуючи вищесказане, руберойд під навантаженням розглядали як: - пружно-в'язке пористе тіло основи наповнене в'язким бітумом; - пружно-в'язке пористе тіло основи наповнене пружно-в'язким бітумом. В обох випадках поведінку руберойду описували реологічним рівнянням Пойтінга-Томсона: 114 EpTh ̂ G = 2E PThdPT11 + e (2d0PT1 + 2 E fTJ d ; Tle'"" dt + c); (3.10) де c - константа інтегрування. Як видно з залежності (3.10) механічні властивості тіла Пойтінга- Томсона описуються трьома основними показниками: E PTh- модуль пружності пружного елемента картону (E PTh = 3,5 х 104 (кг/см2) [15; 74]); г\ рть - в'язкість пружно-в'язкого тіла (сумарна в'язкість бітуму та картону ЛРТ11 = 5хЮ 6 + 217792е~0,шт;(сек кг/см2) [15; 74] ); Е рть - модуль пружності пружної частини пружно-в'язкого тіла (сумарний модуль пружності бітуму та пружно-в'язкої частини картону Е =1,1 х 104 + 728е~0,08Т; (кг/см2) [15; 74]). З врахуванням того, що d QpTh = 0 (оскільки деформація покрівельного килима до його завантаження зусиллям G рівна нулю) та dPTh = const (дивись пояснення вище) вираз (3.10 записаний у вигляді: G = 2 E PThd PTh + 2pPThd'PTh( l - e x p ( - ^ t ) ) ; (3.11) PpTh Рішення даного диференційного рівняння знаходили при крайових умовах: d'(0) = 0; d" (0) = 0, які витікали із попереднього припущення що гіорт| = 0. Тоді рівняння деформації тіла Томсона-Пойтінга мало вигляд: G(1 - ( fSF- + F ' i n ^ ^ PTh + ^ ' рт1і Є Х Р ^ т1 і еШ і PTh__________ PTh s 1 PTh ̂Epjh _̂_________________________________I PTh_______________ ̂Ерть ^ dm = ----------------- 5m --------------- 5m ----------------------- . (3_12) PTh 115 Після підстановки у вираз (3.12) кореляційних залежностей основних показників механічних властивостей руберойду отримали рівняння його деформації: - в температурному інтервалі 40 - 100 °С: _ (4,6х104 + 728е-0’08Т)(5х10б + 217792е-0ЛЗЗТ)у у ^ ^ о , 8Т х б 1,1 х 104 + 728е~0 08Т_____________ 7 х 104 \ 4 , 3,5x10* +(1,1x10* + 728е"°~0,т)ехр( 1,1 * 10 + 728е ошт)(5х10‘ + 5x10" + 2 17792с х(- 1,1x104 +728е - 0 , 0 8 Т 7 х 104 + 217792е - 1 3 3 Т \) 3 , 5 х 1 0 4 1,1x10 4 +, 772Т8СеЛ-0.0ХТ 1,1 х 104 + 728е~0,08Т__________ . 13) 7 х 104 - в температурному інтервалі 100 - 140 °С: Д 6 х 104(5 х 106 + 2 1 77 92е“0,133т) 3_ о ( і _ ( - - ; 1П4---------------------- х а, = -------------------- 1,1x10 7 х 104 ^4,6 х 104 ехр( б 1,1x10------— -)(5 х 106 + 2 1 77 92е-,ззтГ 3’18 х 5 х 10 + 217792е 1,1x10-------------------------------------- (3.14) 7 х 104 1 Таким чином, отримані рівняння деформації складових покрівельного килима в залежності від прикладеного напруження та їх температури, що в загальному вигляді можуть бути представлені залежністю: 116 й = ^ - ; (3.15) Е„ де р - лінійний тиск, (кг/см); Е0 - загальний модуль деформації стиснення матеріалу, (кг/см2). Виразивши лінійний тиск через нормальний, формулу (3.15) записали у вигляді: а = — ; (3.16) Е0 де Ь - довжина стягуючої хорди вздовж якої, умовно, прикладений лінійний тиск (рис 3. 9). Оскільки величина — обернено-пропорційна механічному параметру Е0 пружних властивостей моделі (коефіцієнт постелі с0), то рівняння (3.16), з врахуванням вищесказаного, приймало вигляд: а = — ; (3.17) Коефіцієнт постелі (с0) окремо для шару бітуму та руберойду в складі багатошарового покрівельного килима визначали в залежності від їх температури з рівнянь деформації (3.7; 3.9; 3.13; 3.14). Розрахунки приведені в табл. 3.4. 117 Таблиця 3.4 Визначення коефіцієнта пружних характеристик (коефіцієнт постелі) складових елементів покрівельного килима попередньо нагрітого обладнанням інфрачервоного випромінювання Шар Складові шару Середня темпера Модуль деформації В'зкість шару, Коефіцієнт тура шару, С шару, кг/см сек кг/см постелі кг/см 1 Рубероїд 112 Е = 35000; Е = 11000 5000000 35000000 Мастика 135 0,003 0,003 2 Рубероїд 138 Е = 35000; Е = 11000 5000000 35000000 Мастика 130 Е = 0,02 0,007 0,007 3 Рубероїд 115 Е = 35000; Е = 11000 5000000 35000000 Мастика 100 Е = 0,24 0,36 0,35 4 Рубероїд 93 Е = 35000; Е = 11000 5000000 35000000 Мастика 85 2,68 1,39 5 Рубероїд 75 Е = 35000; Е = 11000 5000000 35000000 Мастика 70 Е = 2,69 19,71 50 6 Рубероїд 70 Е = 35000; Е = 11000 5000000 35000000 Мастика 70 Е = 2,69 19,71 50 и п о о к 00 о II Ю Рис. 3.9. Схема завантаження покрівельного килима котком та розподіл напружень в ньому Як видно з табл. 3.4, визначені коефіцієнти постелі руберойду є надзвичайно великі, то в подальшому прийнято, що руберойд під дією напруження не стискається, а лише переміщується за деформованим бітумом і приймає форму деформованої покрівлі. Коефіцієнт постелі бітуму залежить від його температури. Графік залежності коефіцієнта постелі бітуму в експериментальному інтервалі температур приведений на рис. 3.10. (за даними розрахунків табл. 3.4). Середняя температура бітуму,Т( С ) Рис. 3.10. Залежність коефіцієнта постелі прошарку бітуму в складі багатошарового покрівельного килима від його температури 119 Таким чином, деформація багатошарового покрівельного килима є лише сумарною деформацією міжшарового бітуму, яка з підвищенням температури збільшується обернено пропорційно коефіцієнту його постелі. Залежність між нормальним (контактним) та лінійним тиском котка має вираз: Я - в Ь , (3.18) де Ь - довжина стягуючої хорди; q - лінійний тиск під котком: в ’ (ЗЛ9) де Р - вага котка; В - ширина котка. Довжина стягуючої хорди виражена із рис. 3.9: Ь « 2 Т 2 г а , (3.20) де б - деформація покрівельного килима, (см); г - радіус котка, (см). Тоді вираз (3.20), з врахуванням (3.19), матиме вигляд: Ь = 2з І— , (3.21) со Підставивши вирази (3.20) у формулу (3.19), отримали значення нормальних контактних стискаючих напружень котка в залежності від його робочих параметрів та пружних характеристик ремонтного килима: 120 (3.22) Pr 2Вз Bcn Рівняння деформації багатошарового покрівельного килима при його ущільненні котком ( за умови G = const) прийняло вигляд: d = --------------------------------------------------(3.23) 2Вс0з I— 1 В с 0 При умові, що напруження від стискаючої дії котка розподіляються у покрівельному килимі під кутом 60°(рис. 3.9), тиск на контакті огрунтованої цементно-піщаної стяжки та покрівельного килима складає: 0„ = ------ = = ------------ ; (3.24) В(2уV Вкс- + ° ’46к) °р Після підстановки в рівняння (3.24) виразу за яким розраховується коефіцієнт постелі бітуму в складі рулонної багатошарової покрівлі, воно прийме вигляд: О к =- . ? = ------------- ;(кг/см2) (3.25) В(з ----------- Т- — ------+ 0,46к) V 58477,4е '0Д4Т°Вк Дані залежності перевірялись методами аналізу розмірностей та границь. О с к іл ь к и вищеназваних методів для перевірки даних залежностей не достатньо, то крім цього їх перевіряли експериментальним шляхом. Методика проведення аналогічних експериментальних досліджень розроблена (стосовно рубероїдної покрівлі) та описана В.Васильєвим [9]. За даною методикою проведено багатофакторний експеримент з визначення 121 межі контактного напруження на межі як склеювання шарів покрівельного килима між собою так і його приклеювання до цементно-піщаної стяжки. Раніше проведені дослідження дають нам можливість звузити область значення рівнів факторів експерименту. Встановлено наступні значення рівнів факторів в умовному масштабі: мінімальний -1 , середній 0; максимальний +1, значення яких наведено в таблиці 3.5. Таблиця 3.5 Значення факторів та інтервали варіювання Рівні факторів Інтервал Фактори -1 0 + 1 варіювання XI - вага котка, кг 10 20 ЗО 10 Х2- ширина котка, см 100 100 100 - ХЗ- товщина покрівельного 1 3 6 - килима (кількість шарів), шт. Х4- діаметр котка, см 15 15 15 0 Порівняльні результати експериментальних та теоретичних досліджень наведені у табл. 3.6. Таблиця 3.6 Напруження стиснення у покрівельному килимі, кПа Ши Визначені Визначені Радіус Маса рина експериментально під теоретично під № котка, котка, котка, шаром покрівлі шаром покрівлі см кг см 1 3 6 1 2 6 1 100 15 10 2,3 1,9 1,5 2,1 1,7 1,4 2 100 15 20 4,1 3,2 2,6 3,7 2,9 2,4 3 100 15 30 6,2 4 3,6 5,6 3,9 3,3 122 Як видно з табл. 3.5 значення напружень у покрівельному килимі розраховані теоретично та експериментально різні. їх середні значення відрізняються в 1,1 рази. Причому більші значення напружень у покрівельному килимі визначені експериментально, що обумовлено певними припущеннями, які прийняті при теоретичних розрахунках. Враховуючи останнє, можемо уточнити формулу для визначення стискаючих напружень у покрівельному килимі ( 3.25 ): Р ;(кг/см2) (3.26) Таким чином, в результаті проведених комплексних досліджень проаналізована отримана та експериментально уточнена формула для визначення стискаючого напруження безпосередньо під котком та на контакті килима з цементно-піщаною стяжкою в залежності від ваги, діаметра та ширини котка, а також товщини та температури покрівельного килима. Встановлені залежності дають можливість визначити необхідні робочі параметри котків для ущільнення нагрітого ОІВ покрівельного килима. 123 3.3. Дослідження тривалості ручних операцій в технології відновлення покрівельного килима за допомогою теплового випромінювання Загальна технологічна тривалість ручних операцій в технології ремонту покрівельного килима з використанням ОІВ складається із сукупності окремих операцій та може бути визначена за формулою: Т = |у ; ( г о д . ) (3.27) І = 1 де Т - загальна тривалість ручних операцій; Їі - тривалість і-тої ручної операції; Згідно структури процесу (дивись рис. 2.1) до ручних операцій в технології ремонту багатошарових рулонних на основі бітумів покрівель з використанням ОІВ віднесені наступні операції: ліквідація повітряних та водяних мішків в покрівельному килимі (її.), нанесення на покрівельний килим подрібненого бітуму фракціями 3-5 мм. (ї2.), переустановлення ОІВ (ї4), витримування розігрітого покрівельного килима перед його ущільненням Д ), розрівнювання розігрітої бітумної поверхні килима з видаленням із його товщі нагрітого вологого повітря Д ), нанесення на покрівельний килим та коток мастила (17.) та ущільнення нагрітого покрівельного килима котком Дв). Для визначення тривалості робочих операцій було проведено суцільний хронометраж процесу. Заміри часу при хронометражі проводили 7-ми кратне. Витрати робочого часу для кожної робочої операції виробничого процесу визначали за середньоквадратичним значенням її тривалості. Результати обробки замірів приведені в табл. 3.8. 124 Таблиця 3.8 Результати хронометражних замірів, с Тривалість операції при температурі оточуючого Технологічні операції середовища, °С 0 10 20 30 1 .Ліквідація повітряних та водяних мішків в 74 74 74 74 покрівельному килимі 2.Нанесення на покрівельний килим 7 10 7 8 подрібненого бітуму З.Перестановлення ОІВ 23 22 24 25 4.Розрівнювання розігрітої бітумної поверхні килима з видаленням з його товщі нагрітого 34 36 35 34 вологого повітря 5.Нанесення на покрівельний килим та коток мастила 22 23 21 22 6. Витримування розігрітого покрівельного килима перед його ущільненням: при силі вітру до 1 м/с 25 ЗО 41 65 при силі вітру більше 1 м/с 19 23 35 53 Спочатку на ремонтній ділянці покрівельного килима виконують операцію ліквідації його здуть для цього покрівельний килим хрестоподібно розрізають ножем і видаляють з нього вологе повітря. Тривалість процесу ліквідації здуття покрівельного килима складає 74 с. не залежно від комбінацій вхідних параметрів. Нанесення подрібненого бітуму виконує один покрівельник, при середній кількості бітуму 0,3 - 0,5 кг, протягом 8 с. Тривалість переустановлення ОІВ залежить від обраної технологічної схеми виконання робіт та розмірів ремонтної покрівлі і за хронометражними даними, в середньому, становить 20с. 125 Технологічну операцію розрівнювання поверхні розігрітого покрівельного килима виконує один покрівельник безпосередньо після перестановки ОІВ. Під час виконання даної операції в покрівельному килимі роблять, при потребі, проколи для випуску з його товщі вологого теплого повітря. Тривалість операції 35 с. Під час того, як перший покрівельник виконує розрівнювання гарячої бітумної поверхні, інший робітник наносить на покрівельний килим та коток мастило. Середня тривалість технологічної операції за даними хронометражних спостережень складає 23 с. Тривалість витримування нагрітого покрівельного килима перед його ущільненням котком залежить від температури оточуючого середовища та швидкості вітру. Результати хронометражних замірів наведені в табл. З.6., за якими отримані кореляційні залежності тривалості витримки покрівельного килима від температури оточуючого середовища та швидкості вітру (рис.3.11). Із графіка (рис. 3.11) видно, що при температурі покрівельного килима меншій 13 °С (при швидкості вітру до 1 м/с) та меншій 20 °С (при швидкості вітру більше 1 м/с) тривалість витримування розігрітого покрівельного килима не перевищує тривалості операції розрівнювання його розігрітої бітумної поверхні з видаленням із товщі нагрітого вологого повітря. Так, як ці операції при розрахунку загальної тривалості ручних операцій в часі можуть співпадати то при розрахунках загальної тривалості ручних операцій тривалість операції витримування розігрітого покрівельного килима може не враховуватись. При температурах оточуючого середовища, що перевищують вказані вище температури, тривалість витримки покрівельного килима перед його ущільненням потрібно враховувати. Тривалість операції витримування розігрітого покрівельного килима перед його ущільненням описана експоненціальною функцією (рис. 3.12) та залежно від комбінацій вхідних параметрів коливається в межах 10 - 60 с. Тривалість ущільнення покрівельного килима котком може бути визначена за формулою: 126 <„ = у > (С) (3.28) де х - кількість проходок котком для ущільнення підготованого покрівельного килиму; а - відстань, яку проходить коток під час його руху в одному напрямку, а = 1, 2 м; V - швидкість руху котка, V = 0,3 м/с. Температура оточуючого середовища, Рис. 3.11. Залежність тривалості витримування розігрітого покрівельного килима (Ч5) від температури оточуючого середовища ( Т0): ________ - при швидкості вітру до 1 м/с; .......... . - при швидкості вітру більшій 1 м/с. Таким чином, тривалість ущільнювання покрівельного килима при постійних значеннях “а” та “V” (рівняння (3.28)) залежить від кількості проходок котком по ньому. Кількість проходок, в свою чергу, залежить від розмірів котка (ширина, діаметр, радіус) та ваги, які визначали з умови досягнення необхідної міцності приклеювання покрівельного килима до основи. За результатами досліджень (3.1) котки для ущільнення покрівельного килима ми підбирали за умови, що кількість проходок не перевищувала 12.7 Отже тривалість операції ущільнення покрівельного килима котком не залежно від комбінації впливових факторів за рівнянням (3.28) складає 20 с (5 проходок). Для більшої зручності, розрахунок тривалості ручних операцій в технології ремонту плоского рулонного покрівельного килима з допомогою ОІВ представлено у вигляді сіткового графіка (рис. 3. 12). / N Рис. 3.12. Сітковий графік ручних операцій в технології ремонту багатошарових рулонних на основі бітумів покрівель з допомогою ОІВ За сітковим графіком (рис. 3.12) виконані розрахунки тривалості ручних операцій. Результати підрахунків наведені на рис. 3.13 - 3.14, з яких видно, що загальна технологічна тривалість ручних операцій в температурному інтервалі [-10; 27 ) °С залежить лише від площі його здуть та може бути виражена кореляційною залежністю: .̂о. = 0,0002РЗД. + 0,0212, (год) (3.29) де Бзд - площа здуття ремонтного покрівельного килима, ( % ). При швидкості вітру меншій, рівній 1 м/с при температурах, що перевищують 27 °С спостерігається різке зростання тривалості ущільнення (рис. 3.13). Останнє пов'язане з потребою в тривалому охолодженні бітумної поверхні. В такому випадку, на основі аналізу результатів підрахунків (рис. 3.14), було встановлено єдину функціональну залежність тривалості ущільнення покрівельного килима від площі його здуття та температури 128 ' = г 03 о . 03 с о X ж У > ч о ! _ о . м ч—‘ н о ' с ; 03 ш s о . 1— Температура оточуючого середовища, Т ( С ) Рис. 3.13. Залежність тривалості виконання ручних операці• й при ремонті* 1 2м покрівельного килима від температури оточуючого середовища при загальній площі його здуття Р = 0% та швидкості вітру: 1 - менше, рівне 1 м/с; 2 - більше 1м/с Площа здуть ремонтного покрівельного килима, Я ( % ) Рис. 3.14. Залежність тривалості виконання ручних операці• й при ремонті• 1 м2 покрівлі від площі її здуть:------------- при швидкості вітру меншій, рівній 1 м/с та температурі, наприклад, 30°С; - для решти варіантів при температурі оточуючого середовища [ -10 - 27 ) °С. 129 оточуючого середовища (у випадку коли вона знаходиться в межах (27 - ЗО °С)): їр.о. = 0,0002РЗД. + ( 0,0231 - 0,0005АТ0 ), (год ) (3.30) де АТ0 - різниця між температурою оточуючого середовища та 27 °С. Висновки до розділу З 1. Проаналізовано, що міцність приклеювання рулонного матеріалу на основі бітуму, приклеєного бітумною мастикою до цементно-піщаної основи, зростає прямопропорційно кількості циклів стиснення та прикладеному стискаючому напруженню, за квадратичним законом пропорційно температурі покрівельного матеріалу та обернено пропорційно вологості і в'язкості бітуму на межі склеювання. 2. Для досягнення мінімально необхідної міцності приклеювання покрівельного килима, приклеєного бітумною мастикою до цементно- піщаної стяжки при температурі матеріалів 60-70 °С, потрібно, в даному температурному інтервалі, прикласти стискаюче напруження 1 кПа протягом 5 циклів. 3. На основі теоретичного аналізу деформаційних властивостей нагрітого ОІВ покрівельного килима перевірена формула, яка відображає залежність стискаючого напруження котка безпосередньо під ним та на контакті килима з цементно-піщаною стяжкою від ваги, діаметра та ширини котка, а також температури покрівельного килима. Залежність дає можливість визначити раціональні робочі параметри котків для ущільнення нагрітого ОІВ покрівельного килима при його різній товщині та температурі. 4. Визначена залежність загальної тривалості ручних операцій від температури оточуючого середовища, швидкості вітру та площі здуть ремонтного покрівельного килима, враховуючи максимальну ув'язку технологічних операцій. Загальна тривалість ручних операцій прямопропорційна площі здуть покрівельного килима і залежить від температури оточуючого середовища лише при швидкості вітру меншій 1 м/с в температурному інтервалі (27; 30) °С. 5. Шляхом хронометражу проаналізовані тривалості ручних операцій технології в залежності від її вхідних параметрів. 130 РОЗДІЛ 4 ВДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ВІДНОВЛЕННЯ РУЛОННИХ ПЛАСКИХ БІТУМНИХ ПОКРІВЕЛЬ ЗА ДОПОМОГОЮ ТЕПЛОВОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ 4Л. Методика вибору оптимальної технології відновлення багатошарових рулонних бітумних покрівель за допомогою теплового випромінювання Методика вибору оптимальної технології відновлення рулонних багатошарових покрівельних килимів з використанням ОІВ передбачає максимальну ув'язку технологічних операцій з метою зменшення простоїв робітників та техніки і дозволяє економічно обґрунтувати прийняті організаційно-технологічні рішення. При цьому під “оптимальною” технологією відновлення покрівель з використанням інфрачервоного випромінювання слід розуміти технологію, в якій досягнуті найкращі техніко- економічні показники ремонтних робіт. Найкращі техніко-економічні показники робіт досягаються за рахунок використання рекомендованих автором режимів технологічних операцій та розробки, на їх основі, технологічного комплекту, який забезпечує відсутність простоїв робітників та техніки. Необхідність розробки даної методики зумовлена відмінністю умов виконання ремонтних робіт на різних об'єктах, а отже неможливістю застосування універсального технологічного комплекту та режимів технологічних операцій. Рішення поставленої задачі базувалось на наступних основних положеннях: - розглядався весь комплекс основних та допоміжних робіт при ремонті покрівель з допомогою ОІВ; - вибір оптимального варіанту відновлення покрівельного килима з допомогою ОІВ проводили на основі порівняння техніко- 131 економічних показників різних варіантів технології ( собівартість, трудомісткість та тривалість). У відповідності з розробленою методикою, вибір оптимальної технології відновлення багатошарових рулонних покрівель з використанням ОІВ слід виконувати поетапно за блок-схемою, наведеною на рис. 4.1. Спочатку (Блок 2, рис. 4.1) вводять вхідні дані, що представляють собою результати обстеження покрівлі. Після цього, виконують аналіз матеріалів обстеження покрівлі, яка підлягає відновленню (Блок 3, рис. 4.1). За результатами обстеження встановлюють: - загальну площу покрівельного килима (Пп); - товщину та вологість покрівельного килима (к, \У); - вологість утеплювача (\Уут); - температуру розм’якшення бітуму в складі багатошарового покрівельного килима (Трозб); - наявність та відсоток поверхневих пошкоджень покрівельного килима (здуть, тріщин, свищів, проколів тощо ) (Ппп); - стан примикань покрівельного килима (/ 11 пр П О Ш)\ ; - розміри та геометрію покрівлі. На основі визначених даних формують експертну оцінку стану конкретного покрівельного килима. За її результатами встановлюють необхідність виконання ремонтних робіт. Крім того, на даному етапі, встановлюють: - необхідні терміни виконання ремонтних робіт ([Т]); - стан оточуючого середовища на період виконання ремонтних робіт (То, V). Далі визначають можливість застосування ОІВ та групу відновлення (Блок 4, рис. 4.1). За основу, для визначення групи відновлення, прийняті положення діючих нормативів у напрямку відновлення покрівельних килимів [18; 69]. В результаті аналізу та систематизації їх основних положень (дивись 132 Рис. 4.1. Алгоритм визначення оптимізації технології відновлення рулонних багатошарових покрівель з використанням ОІВ. 133 розділ 1), даний етап вибору оптимальної технології представлений у вигляді алгоритму (рис. 4.2), що дає можливість автоматизувати розрахунки та визначити основні технологічні рішення, характерні для певної групи відновлення (табл.4.1.). Таблиця 4.1 Узагальнені технологічні рішення відновлення багатошарових рулонних покрівель з використанням ОІВ Група Узагальнені технологічні рішення відновлення відновлення Ремонт та заміна фартухів із покрівельної сталі, ремонт 1 крапкових пошкоджень рулонного килима з допомогою ОІВ з влаштуванням латок із нового гідроізоляційного матеріалу. Ремонт та заміна фартухів із покрівельної сталі, ремонт покрівельного килима з допомогою ОІВ на всій його площі, 2а ремонт місцями примикань покрівельного килима до вертикальних поверхонь, влаштування пофарбувального захисного шару із суспензії алюмінієвої пудри. 26 Теж, що і 2а, але з повним переобладнанням примикань. Ремонт та заміна фартухів із покрівельної сталі, підготовка основи під новий ремонтний килим з допомогою ОІВ, розрізка покрівельного килима і стяжки швами шириною 14 мм на За карти 12x12 м, герметизація температурно-деформаційних швів, ремонт місцями примикань покрівельного килима до вертикальних поверхонь, влаштування нового гідроізоляційного килима. 36 Теж, що і За, але з повним переобладнанням примикань. В подальшому, виконують проектування оптимальної технології відновлення рулонних килимів з допомогою ОІВ (Блоки 5 — 11, рис. 4.1). Блок 5. 134 3. Встановлення групи ремонту Рис. 4.2. Визначення можливості застосування ОІВ та вибір групи відновлення багатошарових рулонних покрівель з його застосуванням: 1 — 36- групи ремонту; М/ут -вологість утеплювача; ’\№утн -нормативна вологість утеплювача; Трб -температура розм’якшення бітуму; Трбн' -нормативна температура розм’якшення бітуму; 1пр -довжина примикань покрівлі до парапетних стін; 1прпош’ -довжина пошкоджень примикань покрівлі до парапетних стін; к -товщина покрівельного килима; Пп -площа покрівельного килима; Пп -площа пошкоджень покрівельного килима; - вологість покрівельного килима. Блок умовного переходу, за допомогою якого на основі встановленої групи відновлення, перевіряють можливість виконання робіт з застосуванням ОІВ. Блок 6. Визначають схеми переміщення ОІВ та технологічні режими складових операцій технології відновлення покрівельного килима з допомогою ОІВ: тривалість нагріву покрівельного килима апаратом потужністю 8 кВт: , ,( -0 ,0 0 5 6Т0 + Ц 2Х « 113’° ' - н ̂ 3966,94 тривалість нагріву покрівельного килима апаратом потужністю 10 кВт: 1 - (-0.0063Т, + 1,23)(ІС̂ 03,01 - ЦЦТ.ХІ + н 4958,7 тривалості ручних операцій при температурі оточуючого середовища [27; 30] °С та силі вітру меншій 1 м/с: Ір.0.= 0,0002РЗД + ( 0,0231 - 0,0005АТ0 ), (год), тривалості ручних операцій для решти варіантів комбінацій вхідних параметрів: Ір.0= 0,0002БЗД + 0,0212, ( год .); Блок 7. Виконують розрахунок технологічного комплекту для виконання ремонтних робіт в заданий термін. При цьому, розглядають два можливих варіанти: 136 - тривалість нагріву покрівельного килима ОІВ більша за тривалість ручних операцій; - тривалість ручних операцій перевищує тривалість нагріву покрівельного килима ОІВ. В обох випадках раціональне співвідношення кількості ОІВ в комплекті та кількості покрівельників, що їх обслуговують, встановлюють з умови зрівноваження темпів нагріву покрівельного килима та ручних операцій. Відмінність полягає в тому що, в першому випадку, підбирають кількість ОІВ в комплекті, які обслуговує два покрівельники: п ,= -^ - ,( ш т .) (4.1) їр.о. В другому випадку визначають кількість покрівельників, що обслуговують один ОІВ: = Ь ^ ,(ч о л .) (4.2) І, Отримані значення щ (для першого випадку) чи \|/[ (для другого варіанту) заокруглюють в більшу сторону та призначають їм відповідно значення п2 та \|/2. Технічний виробіток одного апарату становить: в ; = 5 - , ( м2/год.) (4.3) к . 2 де Р] - площа, яку прогріває один ОІВ на одній стоянці, ?! = 1,08 м . Технічний виробіток комплекту з вирахованої кількості (п2) ОІВ: В* = п2В^., (м2/год.) (4.4) Експлуатаційний виробіток одного комплекту: В ; = в ; К(, ( м 2/год.) (4.5) де к4 - коефіцієнт переходу від технічного виробітку до експлуатаційного, К4 = 0,8 [4 6 ]. Необхідну кількість технологічних комплектів встановлюють з потреби виконання ремонтних робіт в заданий термін: 137 Г2=— , (шт.) (4.6) [Т]Век Загальну к іл ь к іс т ь покрівельників, яка потрібна для виконання ремонтних робіт в заданий термін в першому випадку визначають за формулою: ¥ = 2 П , (чол.) (4.7) Якщо тривалість ручних робіт перевищує тривалість нагріву покрівельного килима ОІВ (другий варіант), загальну кількість покрівельників, яка потрібна для виконання ремонтних робіт в заданий термін визначають за формулою: ¥ = Т 2 а , (чол.) (4.8) Блок 8. Визначають техніко-економічні показники відновлення (тривалість, собівартість та трудомісткість) за встановленим варіантом. Тривалість відновлення покрівельного килима визначають за формулою: т = -в~; . ( год-) (4.9) Трудомісткість відновлення одного метра квадратного покрівлі становить: д = > (люд-год) (4.10) рі Собівартість відновлення одного метра квадратного покрівлі становить [46]: Со = ^ І С . , Т „ + 1.5І З Л у о / м 2 ) ( 4 П ) де СМ| - вартість однієї машино-години роботи комплекту ОІВ; Т0(— нормативна тривалість роботи комплекту на об'єкті, (год); З - заробітна плата покрівельників, (у.о.). 138 Вартість однієї машино-години роботи комплекту ОІВ складає: С „ , = ^ + ^ - + Е,(у.о. ) (4.12) Пі 1 рі де С0ді ~ одночасові витрати на доставку комплекту ОІВ на будівельний майданчик, їх монтаж, демонтаж та пробний пуск, (у.о.); Срі - річні амортизаційні відрахування, (у.о.); Трі - кількість годин роботи ОІВ протягом року, (год); Е - експлуатаційні витрати, (у.о.). Блок 9. Блок умовного переходу, в якому перевіряють чи всі можливі потужності ОІВ розглянуті. Блок 10. З визначених технологій, шляхом порівняння їх техніко-економічних показників, вибирають оптимальний варіант. При цьому слід користуватись наступними основними положеннями: - вибір технології іде за кращими техніко-економічними показниками; - при рівності техніко-економічних показників перевага віддається варіанту в якому використано ОІВ потужністю 8 кВт, оскільки він має вищий коефіцієнт корисної дії. Блок 11. Тут розробляють організаційно-технологічні рішення відновлення багатошарових рулонних покрівель з використанням ОІВ ( дивись параграф 4.2) для вибраного варіанту. Блок 12. Виведення результатів підрахунків на друк. Для розрахунків за наведеною методикою використана програма для ПЕОМ (Додаток Б). 139 4.2. Організаційно-технологічні рішення вдосконаленої технології відновлення багатошарових рулонних покрівель з використанням теплового випромінювання В залежності від виду пошкодження покрівельного килима, технологія його відновлення з використанням ОІВ може застосовуватись як самостійна технологія, так і для підготовки основи під новий покрівельний килим. Технологію відновлення рулонних покрівель з використанням ОІВ, як самостійну технологію, слід використовувати при виконанні відновлення групи 2а та 26. Вона включає чотири основні процеси: 1. Очистка та підготовка поверхні покрівельного килима. 2. Ремонт покрівельного килима з використанням ОІВ. 3. Ремонт примикань покрівельного килима до вертикальних поверхонь. 4. Влаштування захисного шару. Процеси 1, 3, 4 виконують традиційними методами, а процес 2 за нашими рекомендаціями. Перед виконанням процесу відновлення покрівельного килима з використанням ОІВ повинні бути завершені усі підготовчі процеси на захватці, які включають доставку на покрівельний килим матеріалів та обладнання, монтаж та пробний пуск обладнання, очистку покрівельного килима від захисного шару та бруду. Ремонт покрівельного килима з використанням ОІВ виконують розпочинаючи з гребеня та лінії водорозділу (відповідно для покрівель з зовнішнім та внутрішнім водовідведенням) і ведуть у напрямках до понижених місць (карниз, водовідвідна труба) з переміщенням апарату паралельно ухилу покрівлі (рис. 4.3) для кращого видалення вологи з її товщі. При незначній вологості покрівельного килима та довжині ухилу даху дозволяється виконувати переміщення ОІВ перпендикулярно ухилу. В такому випадку переміщення ОІВ рекомендується виконувати за схемою наведеною на рис. 4.4. При цьому, апарати встановлюють на відстані один від одного 0,9 140 > оо сгм гч ,'ч2 со Рис. 4.3. Схема переміщення комплекту з 4 ОІВ та двох покрівельників при напрямку відновлення паралельно ухилу даху: 1 І - місце прогріву ОІВ покрівельного килима^Ш - місце, на якому закінчені ремонтні роботи; - місце, на якому виконують ручні операції технології; і ] - наступні місця стоянки ОІВ,— ► - напрям перестановки ОІВ на д іл ян ц і; ►- напрям руху робітників на ділянці; Ст. 1.1 - перше місце прогріву першого ОІВ; Ьділ. - довжина ділянки; Впокр - ширина покрівлі; Вділ. - ширина ділянки; і - ухил покрівлі; п2- кількість ОІВ в комплекті. 00 С<ч<4 'чч со Рис. 4.4. Схема переміщення комплекту з 4 ОІВ та двох покрівельників при напрямку ремонту перпендикулярно ухилу даху: І | - місце прогріву ОІВ покрівельного килима;ж - місце, на якому закінчені ремонтні роботи; - місце, на якому виконують ручні операції технології; | - наступні місця стоянки ОІВ,— ► напрям перестановки ОІВ на д іл ян ц і; ►- напрям руху робітників на ділянці; Ст. іл - перше місце прогріву першого ОІВ; Ьділ. - довжина ділянки; Ьпокр, - довжина покрівлі; Вд;л, - ширина ділянки; і - ухил покрівлі; п2- кількість ОІВ в комплекті. 142 м, що забезпечує напуск сусідніх ремонтних місць не менше 10 см. Ширина ділянки, залежно від кількості ОІВ в комплекті і при переміщенні ОІВ перпендикулярно ухилу даху становить 2п2 м (рис. 4.4). При переміщенні ОІВ паралельно ухилу даху апарати встановлюють на відстані один від одного 1 м. Напуск сусідніх ділянок становить також 10 см. Ширина ділянки залежить від кількості ОІВ в комплекті і при переміщенні ОІВ паралельно ухилу даху становить 2,1п2 м (рис. 4.3). Розвиток ремонтних робіт комплектом з чотирьох ОІВ та двох покрівельників в часі наведений на рис. 4.5. Кількість ОІВ в комплекті залежить від комбінацій вхідних параметрів та коливається в межах від 1 до 12. Склад ланки для обслуговування одного комплекту ОІВ при перевищенні тривалості нагріву тривалості ручних операцій - 2 покрівельники. В решті випадків кількість покрівельників, що обслуговують один ОІВ визначають за наведеною в параграфі 4.1 методикою. Перед установкою ОІВ на місце прогріву виконують операцію ліквідації повітряних та водяних мішків (при їх наявності) на даному місці. Для цього, за допомогою покрівельного ножа, роблять хрестоподібний розріз здуття покрівельного килима та відгинають його для видалення вологи з товщі. Тривалість операції складає 1,5 хв. Трудомісткість операції - 0,05 люд.-год. При наявності на поверхні покрівельного килима вивітрілих ділянок виконують операцію нанесення на нього, додатково, бітуму. Бітум наносять кусками вагою до 0,05 кг в кількості 0,5 - 0,8 кг/м . Тривалість операції 0,2 хв. Трудомісткість операції - 0,004 люд.-год. Після виконання цих операцій, підключений через пульт керування до електромережі з напругою 220В, ОІВ встановлюють на робочу поверхню килима, розміщуючи нагрівники, як правило, довшою стороною у напрямку стрічки руберойду. На початку робочої зміни, встановлені згідно схем, ОІВ рекомендується вмикати послідовно, відповідно до нумерації, через рівні проміжки часу (10чік.) (рис. 4.5). Цим забезпечується безперервна робота 143 комплекту в цілому на протязі зміни. Рекомендована тривалість очікування Оючік. ) наведена в табл. 4.2. Для запобігання термодеструкції бітуму не дозволяється перегрів поверхні покрівельного килима вище 180 °С. Контроль температури покрівельного килима проводять за показником термометрів, що значно ускладнює ремонтні роботи. Таблиця 4.2 Рекомендована тривалість очікування між послідовними вмиканнями ОІВ при різних комбінаціях площі здуття покрівлі та температури оточуючого повітря Площа здуття Температура повітря, Тривалість очікування ( х в .) покрівлі, % при швидкості вітру, ( м/с ) °С більше 1 менше 1 -10 1,26 1,26 0 1,26 1,26 0 10 1,26 1,26 20 1,26 1,26 ЗО 1,26 1,38 -10 1,38 1,38 0 1,38 1,38 10 10 1,38 1,38 20 1,38 1,38 30 1,38 1,5 -10 1,5 1,5 0 1,5 1,5 20 10 1,5 1,5 20 1,5 1,5 30 1,5 1,62 -10 1,62 1,62 0 1,62 1,62 30 10 1,62 1,62 20 1,62 1,62 ЗО 1,62 1,74 -10 1,74 1,74 0 1,74 1,74 40 10 1,74 1,74 20 1,74 1,74 ЗО 1,74 1,86 144 ОІВ № 1 ІІі 1. Т▼* ОІВ № 2 Ч)Ч1К. ОІВ № З у ' Р ОІВ №4 ж■А' ^розг. Ізгорт. <е -> Рис. 4.5. Графічна модель розвитку ремонтних робіт в часі при складі ремонтного комплекту: 2 покрівельники та 4 ОІВ; С - тривалість нагріву; 1р0 — тривалість ручних операцій; Ірозг. - тривалість розгортання процесу; Ісхале - тривалість сталого процесу; 1згорт - тривалість згортання процесу; Гм - тривалість зміни; - перестановка ОІВ; * - переміщення п^рівельників на нове ремонтне місце; 1очік- тривалість очікування вмикання наступного апарату ( 1:очік= Ір.0. ) В результаті проведених досліджень тривалість нагрівання рекомендується встановлювати згідно визначених режимів (в залежності від температури оточуючого середовища, потужності ОІВ, товщини та вологості покрівельного килима), які не допускають перегріву поверхні покрівельного килима вище 180 °С. Рекомендовані тривалості прогріву покрівельного килима ОІВ при різних комбінаціях вхідних параметрів наведені в табл. 4.3. Після нагрівання покрівельного килима ОІВ, апарат переставляють на інше місце у відповідності до прийнятих схем його переміщення (рис. 4.3 - 4.4). Тривалість операції перестановлення ОІВ в середньому становить 0,4 хв. Трудомісткість операції - 0,013 люд.-год. Технологічну операцію розрівнювання поверхні розігрітого покрівельного килима ручним покрівельним гребінцем виконують безпосередньо після зняття ОІВ. Під час розрівнювання поверхні заповнюють гарячим бітумом тріщини та розриви в килимі, випускається з його товщі вологе повітря. При виникненні ускладнень з видалення нагрітого вологого повітря з товщі покрівельного килима, що зумовлене відсутністю на його поверхні глибоких тріщин та розривів, в ньому виконують декілька проколів покрівельним ножем у напрямку стоку води. Не рекомендується виконувати значні, за розмірами, проколи покрівельного килима, так як це погіршує умови його роботи. Тривалість операції становить 0,7 хв. Трудомісткість операції - 0,012 люд.-год. 146 Таблиця 4.3 Рекомендована тривалість нагрівання покрівельного килима в залежності від потужності ОІВ, температури повітря та товщини і вологості покрівлі Тривалість нагрівання при Потужність Температура Вологість кількості ( ш т .) шарів ОІВ, кВт повітря, °С покрівлі, % покрівельного килима, хв. 1 3 6 0 1,2 3,5 7,1 ЗО 5 1,3 4 7,9 10 1,5 4,4 8,8 0 1,4 4,2 8,4 20 5 1,6 4,7 9,5 10 1,8 5,3 10,5 0 1,5 5 9,9 8 10 5 1,9 5,6 11,1 10 2,1 6,2 12,4 0 1,9 5,7 11,5 0 5 2,2 6,5 12,9 10 2,4 7,2 14,3 0 2,2 6,6 13,2 -10 5 2,5 7,4 14,8 10 2,7 8,2 16,5 0 0,9 2,7 5,4 30 5 1 3,1 6,1 10 1,1 3,4 6,8 0 10 1,1 3,3 6,6 20 5 1,2 3,7 7,4 10 1,4 4,1 8,2 0 1,3 3,9 7,8 10 5 1,5 4,4 8,8 147 Продовження табл. 4.3 Тривалість нагрівання Потужність Температура Вологість при кількості ( ш т .) шарів ОІВ, кВт повітря, С покрівлі, % покрівельного килима, хв. 1 3 6 10 10 1,6 4,9 9,8 0 1,5 4,6 9,2 0 5 1,7 5,2 10,3 10 10 1,9 5,7 11,5 0 1,8 5,3 10,7 -10 5 2 6 12 10 2,2 6,6 13,3 Нагрітий килим після зняття ОІВ витримують для охолодження його поверхні до температури 100 °С, що дозволяє виконати операцію ущільнення. При температурах оточуючого середовища [-10; 27)°С покрівельний килим охолоджується протягом часу під час якого покрівельники переставляють ОІВ та розрівнюють гарячу бітумну поверхню. При температурі 27 - 30°С та швидкості вітру меншій 1 м/с тривалість вистигання покрівельного килима на 5 секунд перевищує сумарну тривалість згаданих операцій, що слід враховувати в технологічних розрахунках. До виконання операції ущільнення покрівельного килима на його поверхню та коток наносять відпрацьоване машинне масло. Тривалість операції складає - 0,5 хв. Трудомісткість операції - 0,008 люд.-год. Ущільнення покрівельного килима виконують зворотно-поступальними рухами котка за ухилом покрівлі до тих пір поки не зникне характерний хвильоподібний її вигин. Відсутність вказаного вигину свідчить про достатнє міжшарове склеювання та приклеювання покрівельного килима до цементно- піщаної стяжки. Як правило, ущільнення триває протягом 0,4 хв., що 148 відповідає 5 проходкам котка по прогрітому ОІВ місцю. Трудомісткість операції складає 0,013 люд.-год. Ущільнення нагрітого ОІВ покрівельного килима рекомендується проводити циліндричними котками, робочі параметри яких вказані у табл. 4.4. Таблиця 4.4 Робочі параметри котків для ущільнення покрівельного килима, нагрітого ОІВ Потужні Стан покрівлі: Кількість Робочі параметри котків: сть ОІВ, вологість, Товщина, проходок Вага, ширина, радіус, кВт % шар котка кг см см 1 5 10 100 15 0 3 5 10 100 15 6 5 10 100 15 1 5 10 100 15 10 5 3 5 10 100 15 6 5 20 100 15 1 5 20 100 15 10 3 5 20 100 15 6 5 30 100 15 1 5 10 100 15 0 3 5 10 100 15 6 5 10 100 15 1 5 10 100 15 8 5 3 5 10 100 15 6 5 10 100 15 1 5 10 100 15 10 3 5 10 100 15 6 5 10 100 15 Технологію відновлення рулонних багатошарових покрівель на плоских дахах з використанням ОІВ для підготовки основи під новий ремонтний килим застосовують при необхідності у виконанні груп відновлення За та 36. Вона включає в себе наступні основні процеси: 149 1. Очистка та підготовка поверхні покрівельного килима. 2. Підготовка основи під новий покрівельного килима з використанням ОІВ. 3. Ремонт примикань покрівельного килима до вертикальних поверхонь. 4. Розрізка покрівельного килима температурно-деформаційними швами на карти розміром 12x12 м та їх герметизація. 5. Влаштування нового гідроізоляційного килиму Процеси 1, 3, 4, 5 виконують традиційними методами. Процес підготовки основи під новий ремонтний килим виконують згідно організаційно-технологічним рішенням, що розроблені для відновлення покрівельного килиму з допомогою ОІВ. Висновки до розділу 4 1. Проаналізована та вдосконалена методика визначення оптимальної технології відновлення багатошарових рулонних покрівель з використанням ОІВ яка, враховуючи стан покрівлі, визначає основні технологічні рішення відновлення, дає можливість вибрати технологічний комплект оснащення та кількість виконавців з умови зрівноваження темпів прогріву та ручних операцій. Методика дозволяє вибрати оптимальну технологію відновлення багатошарових рулонних покрівель з допомогою ОІВ на основі техніко- економічних порівнянь варіантів технологій. 2. Розроблені організаційно-технологічні рішення з удосконалення технології відновлення багатошарових рулонних покрівель з використанням ОІВ, які включають технологічні режими складових операцій технології, схеми переміщення ОІВ по покрівельному килиму при ремонті, раціональні параметри котків для ущільнення нагрітої ОІВ покрівлі. 150 РОЗДІЛ 5 ЕКОНОМІЧНА РЕЗУЛЬТАТИВНІСТЬ ПРИЙНЯТИХ РІШЕНЬ ПО ТЕХНОЛОГІЇ ВІДНОВЛЕННЯ ПЛАСКИХ БІТУМНИХ РУЛОННИХ ПОКРІВЕЛЬ 5.1. Економічна результативність прийнятих рішень та ефективність запропонованих технологій Приклад: з використанням технології відновлення багатошарових рулонних покрівель з допомогою ОІВ було відремонтовано 7800 м рулонної покрівлі. Коротка характеристика об'єктів та відомість про об'єми виконаних робіт базової технології наведені у табл. 5.1. Таблиця 5.1 Коротка характеристика прикладів об'єктів відновлення Площа Організація, що Кількість шарів відремо Найменування об'єкта проводила рубероїду, шт нтованої пок ремонт рівлі, м2 1. Дитячий дошкільний 6 1000 ТОВ “Ефкон” заклад № 306 м. Київ 2. Громадська будівля по вул. Теремківській, 9 6 2200 ТОВ “Ефкон” м. Київ 3. Громадська будівля ТОВ “Ефкон” ВАТ “Радіан” м. Київ 6 1100 4.Офіс ТОВ “Абсолют” 3 3500 ТОВ “Ефкон” м. Київ Всього: 7800 м2 Перевірка ефективності розробок магістерської роботи дозволить підтвердити достатню результативність запропонованих вдосконалених 151 рішень. При цьому, можна досягти ще додаткових 4-5% від вартості робіт за базовою технологією ДЕКС-НДІБВ. Сумарна економія досягнута за рахунок використання ефективних організаційно-технологічних та конструктивних рішень, раціонального поєднання комплекту машин та кількості покрівельників в бригаді, що дозволить знизити енерговитрати на 1400 кВт- год та витрати праці на 681 люд.-год. Порівняльна характеристика основних техніко-економічних показників ремонтних робіт за вдосконаленою та базовою технологією приведена у табл. 5.2. Таблиця 5.2 Техніко-економічні показники відновлення їм рулонних багатошарових покрівель з використанням модернізованого ОІВ Одиниця За базовою За удосконаленою Назва показника виміру технологією технологією Собівартість грн. 4,63 4,12 відновлення Заробітна плата грн 27,2 24,0 Вартість матеріалів грн 39 37 Трудомісткість люд-год 0,75 0,66 відновлення Тривалість нагрівання 6-ти шарової покрівлі хв 12 9,9 ОІВ Витрати електроенергії КВт*год 1,5 1,32 152 5.2. Перспективи застосування та подальших напрямків досліджень Аналіз результатів попередніх розробок показав, що запропоновані в роботі методики, та практичні рекомендації мають достатню універсальність та ефективність і можуть бути використані при ремонті плоских рулонних покрівель на житлових, громадських та промислових об'єктах. Перспективним є подальше застосування обладнання для використання методу теплового випромінювання для наплавлення безвогневим способом сучасного рулонного матеріалу (рис. 5.1.) Рис. 5.1. Перспективне обладнання для подальшого використання методу теплового випромінювання для наплавлення сучасного рулонного матеріалу а-схема обладнання, б - фото обладнання. 153 Дослідження є продовженням у напрямку відповідно до назви роботи. Крім основних робота містить результати, які потребують більш глибокого вивчення та подальшого дослідження. За основні напрямки досліджень у подальшому доцільно визначити: створення нормативної бази і широке впровадження у будівельних підрозділах, що виконують ремонтні роботи, методики визначення оптимальної технології; подальше дослідження тривалості післяремонтного терміну експлуатації відремонтованого за удосконаленою технологією покрівельного килима; пошук у створенні та застосуванні нових типів нагрівників та інших видів енергії. Висновки до розділу 5 1. Визначено економічну результативність прийнятих рішень. Економічний ефект досягнутий за рахунок використання ефективних технологічних рішень та раціонального технологічного комплекту. 2. Рекомендовані області ефективного подальшого використання технології та напрямків досліджень. 154 ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ 1. Вивчено історію проблеми та виконано аналіз накопичених наукових розробок та практичного досвіду існуючих методів відновлення, ремонту рулонних багатошарових покрівель; Серед великої різноманітності найефективнішим є метод їх відновлення нагріванням тепловим випромінюванням і ущільненням циліндричним котком. Виявлено додаткові резерви підвищення ефективності технології ремонту рулонних покрівель. Проведено системний аналіз об'єкта дослідження, обґрунтовано та розроблено загальну методику досліджень, визначено перелік та інтервали зміни вхідних параметрів. 2. Досліджені можливості додаткового вдосконалення обладнання теплового випромінювання і проаналізовано його модернізацію. Проаналізовані залежності: тривалості нагрівання багатошарового покрівельного килима ОІВ від його потужності, товщини та вологості покрівлі і температури оточуючого середовища; швидкості зростання температури в покрівельному килимі від потужності модернізованого ОІВ; підвищення середньої температури в покрівельному килимі від спожитої ОІВ різних потужностей 1 кВт хв. енергії. Найбільш раціональним є використання додатково модернізованого обладнання потужністю 8 і 10 кВт. Уточнено формулу для визначення тривалості нагрівання покрівельного килима модернізованим ОІВ. Розраховані за цією формулою значення тривалості нагрівання мають відхилення в межах 6%. 3. Проаналізовані та досліджені основні чинники специфіки параметрів залежності міцності приклеювання рулонного матеріалу до цементно-піщаної стяжки за допомогою бітумної мастики від стискаючого напруження та кількості циклів його прикладання, що імітувало ущільнення килима котком, і температури та вологості матеріалів у місці стиснення при різних їх комбінаціях. Установлено, що мінімальна кількість циклів прикладання стискаючих напружень для досягнення необхідної міцності приклеювання 155 рулонного матеріалу до цементно-піщаної основи, а отже і склеювання між шарами покрівельного килима, становить 5 циклів і досягається за стискаючим напруженням одного кілопаскалю та температури матеріалів шістдесят - сімдесят градусів. Аналіз деформаційних властивостей нагрітого покрівельного килима дав змогу при різних умовах стиснення визначити робочі параметри котків. 4. Проаналізовано залежність загальної тривалості ручних операцій при ремонті покрівлі від температури оточуючого середовища, швидкості вітру та площі здуття покрівельного килима. Встановлено, що загальна тривалість ручних операцій практично не залежить від температури оточуючого середовища і прямо пропорційна площі здуття покрівельного килима. 5. Розроблено методику визначення оптимізації технології відновлення багатошарових рулонних покрівель з використанням ОІВ, яка дає змогу визначити технологічний комплект з обґрунтуванням найоптимальніших організаційно-технологічних рішень відновлення. 6. Виконано оцінку економічної результативності дослідження. 7. Визначено перспективи подальших розробок. 156 ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ 1. Виконаний аналіз накопичених наукових розробок та практичного досвіду існуючих методів ремонту і влаштування рулонних багатошарових покрівель; Серед великої різноманітності найефективнішим є метод їх відновлення нагріванням тепловим випромінюванням і ущільненням циліндричним котком. Виявлено додаткові резерви підвищення ефективності технології ремонту рулонних покрівель. Проведено системний аналіз об'єкта дослідження, обґрунтовано та розроблено загальну методику досліджень, визначено перелік та інтервали зміни вхідних параметрів. 2. Досліджені можливості додаткового вдосконалення обладнання теплового випромінювання і виконана його модернізація. Проаналізовані залежності: тривалості нагрівання багатошарового покрівельного килима ОІВ від його потужності, товщини та вологості покрівлі і температури оточуючого середовища; швидкості зростання температури в покрівельному килимі від потужності модернізованого ОІВ; підвищення середньої температури в покрівельному килимі від спожитої ОІВ різних потужностей 1 кВтхв. енергії. Найбільш раціональним є використання додатково модернізованого обладнання потужністю 8 і 10 кВт. Уточнено формулу для визначення тривалості нагрівання покрівельного килима модернізованим ОІВ. Розраховані за цією формулою значення тривалості нагрівання мають відхилення в межах 6%. 3. Проаналізовані та досліджені основні чинники специфіки параметрів залежності міцності приклеювання рулонного матеріалу до цементно-піщаної стяжки за допомогою бітумної мастики від стискаючого напруження та кількості циклів його прикладання, що імітувало ущільнення килима котком, і температури та вологості матеріалів у місці стиснення при різних їх комбінаціях. Установлено, що мінімальна кількість циклів прикладання стискаючих напружень для досягнення необхідної міцності приклеювання рулонного матеріалу до цементно-піщаної основи, а отже і склеювання між 157 шарами покрівельного килима, становить 5 циклів і досягається за стискаючим напруженням одного кілопаскалю та температури матеріалів шістдесят - сімдесят градусів. Аналіз деформаційних властивостей нагрітого покрівельного килима дав змогу при різних умовах стиснення визначити робочі параметри котків. 4. Проаналізовано залежність загальної тривалості ручних операцій при ремонті покрівлі від температури оточуючого середовища, швидкості вітру та площі здуття покрівельного килима. Встановлено, що загальна тривалість ручних операцій практично не залежить від температури оточуючого середовища і прямо пропорційна площі здуття покрівельного килима. 5. Розроблено методику визначення оптимізації технології ремонту багатошарових рулонних покрівель з використанням ОІВ, яка дає змогу визначити технологічний комплект з обґрунтуванням найоптимальніших організаційно-технологічних рішень ремонту. 6. Виконано оцінку ефективності результатів дослідження та раціональної області застосування запропонованої вдосконаленої технології. 158 СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ 1. Григор’єв A.C., Пилипчук М.І., Шостак В.В. Основи наукових досліджень: Підручник.-К.:3нання, 2007.-270с. 2. Электрообогревательные устройства в строительстве и коммунальном хозяйстве. /Аханов B .C .-М.: Стройиздат, 1978. - 168 с. 3. Бабиченко В.Я. Производство гидроизоляционных работ: / /Справочник - К.:, 1987. - 240с. 4. Васильєва Л.В., Костенко Є.М., Покрівельні роботи. - К.: О снова- 2014.-272с. 5.Белецкий Б.Ф,. Жолобов А.Л Новый экономичный способ ремонта кровель // Промышленное строительство, 2007. - № 10. - с.40 - 41. 6.Битумно-полимерные кровельные и гидроизоляционные материалы // Промышленность строительных материалов: обзор информации / ВНИИЭСМ. - М. сер.6, вып. 1. - 44с. 7.Блобаш Б.В. Электричество и тепло. - М.: Наука, 1988. -174с. 8.Бурмистров Г.Н. Кровельные материалы. - 3-є изд., перераб. и доп.. М.: Стройиздат, 1990. - 176 с. 9.Васильев В.И. Метод приклейки рулонных ковров штампованием в технологии устройства рулонных кровель: Дис....канд. техн. наук: 05.23.08 / К И С И - К., 1992.-100с. 10. В.И. Васильев. Влияние метода прокатки на качество кровли из рубероида / - Промышленное строительство и инженерные сооружения, 1991,-№ 2,- с.30 - 31. 11. Устинов B.C. Восстановление рулонных кровель зимой / - Строительная газета, 1995, -№ 5 2 .- с . 8. 12.Временные указания по технологической эксплуатации крыш жилых зданий с рулонными, мастичными и стальными кровлями / АКХ им.К.Д. Памфилова. - М.: Стройиздат, 1971. - 112с. 13. Передовой опыт устройства кровель и гидроизоляций из битумных эмульсионных материалов. Гармаш А.И. - К.: Знание, 1985. - 17с. 14.Гитлина A.C. Эксплуатация и ремонт крыш и кровель. - JL: Стройиздат, 1980. - 64с. 15.Голубович A.A., Ерусалимчик А.М., Жаренов A.C. Технология битуминозных кровельных материалов. - М.: Стройиздат, 1961. - 374 с. 16.Грибов Е.И. Кровельный картон. - М.: Промстройиздат, 1956. - 208с. 17.Гуревич В.З. Об электронагреве - М.: Знания, 1976. - 63с. 18.Державні будівельні норми України: Конструкції будинків і споруд. Покриття будинків і споруд. ДБН В. 2.6. - 14 - 95. - Вид. офіц. - K.: Держкоммістобудування України, 1998. т. 1;2;3. - 140с. 19.Довідник сільського електрика / B.C. Олійник, Е.Л. Жулай, В.Ф. Гончар та інші; за редакц. B.C. Олійника - 2-е вид., доп. і перероб. - K.: Урожай, 1980-296с. 159 20.Единый республиканский каталог унифицированных единичных расценок на ремонтно - строительные работы: Общественные работы. / Ред. коллегия: Ю.Е. Пустоваров и др.; - К.: Будивельник, 1989. - 432с. 21.ЕНИР: Единые нормы и расценки на строительные, монтажные и ремонтно - строительные работы. - Изд. офиц. -М .: Прескурантиздат., - С6.Е7 Кровельные работы, 1987. - 24с. 22.Жолобов A.JI. Совершенствование технологии ремонта кровель из битумных рулонных материалов: Дис...канд. техн. наук: 05.23.08 / Ростовская Государственная Академия строительства. - Ростов-на-Дону, 1995. - 141с. 23.3авражин H.H. Кровельные работы. - М.: Стройиздат, 1992. - 272с. 24.3авражин H.H. Кровельные работы: Справочник строителя. - М.: Стройиздат, 1984. - 254с. 25.Инструкция по восстановлению мягких рулонных кровель аппаратом инфракрасного излучения. - К.: Госкомградостроительства Украины, 1996. - 22с. 26.Капацинский В.И. Исследования взаимодействия рулонного ковра с основанием и разработка методов оценки эксплуатационных свойств кровельных материалов: Автореферат на соискание ученой степени канд. техн. наук. - М.: ВНИИстройполимер, 1986. - 29с. 27.Карабликов А.М. Совершенствование технологического устройства рулонных кровель из наплавляемых материалов методом разогрева склеивающего слоя: Дис...канд. техн. наук: 05.23.08 / КИСИ - К., 1990. - 252с. 28.Карпенко Ю.В., Нефедов В.Н. СВЧ - Установка для ремонта рубероидно-битумных кровель // Строительные материалы, 1996. - № 1 1 .- с.24 -2 5 . 29.Кисина А.М., Куценко В.И. Полимербитумные кровельные гидроизоляционные материалы. - Д.: Стройиздат, 1983. - 134 с. 30.Колбановская A.C., Михайлов В.В. Дорожные битумы. - М.: Транспорт, 1983 - 260 с. 31 .Конструкции крыш с рулонными и мастичными кровлями: Пер. с чеш. / Я. Кажелуга, В. Блаха, Б. Чермек и др. - М.: Стройиздат, 1984. - 247 с. 32.Коренькова С.Ф., Давиденко О.В. Роль органоминеральных комплексов в структуре битумнокомпозиционных вяжущих. / Строительные материалы, 1998. - №11 - 36 -38с. 33.Королев И.В. Пути экономии битума в дорожном строительстве. - М.: Транспорт, 1986 - 149 с. 34.Кошелев В.В. Сварка полимерных материалов нагретым газом, инфракрасными лучами и нагретой экструдируемой присадкой. - М.: Стройиздат, 1984. - 127 с. 35.Кошкин И.И. Справочник по елементарной физике - 10-е изд. перераб - МлНаука, 1988. - 254с. 160 36.Кричевская Е.И., Штейман Б.И. Новые битумные рулонные материалы для устройства дышащих кровель: Зарубежный опыт. - М.: ЦБНТИ Минжилкомхоза РСФСР, 1985. - 16 с. 37.Кунгурцев А.К., Лещев В.М. Покрытия крыши и кровли / СПбВВИССУ. - СПб., 1993. - 228 с. 38.Куцевич Л.С. Теория теплопередачи и тепловые расчеты электрических печей: Учебник для электромеханических техникумов. - М.: Энергия, 1987. - 304с. 39.Ланцберг Г.С. Оптика. - М.: Наука, 1996 - 928с. 40.Лукинский O.A. Почему протекают кровли // Жилищное и коммунальное хозяйство, 1993. - №7. - с. 20 - 25. 41.Мак - Койл Дж. Устройство и ремонт кровель из рулонных материалов. Сокр. перев. с англ. В.В. Афанасьева, под общ. редакц. С.Д. Одинокова. - М.: Госстройиздат, 1963 - 151с. 42.Максимов Ю.А., Отрепьев В.А. Из опыта устройства кровель с применением наплавляемого рубероида // Промышленное строительство, - 1 9 7 2 .-№ 5 .- с . 8 - 9 . 43.Марголин М.А., Румянцев Н.П. Основы инфракрасной техники. - М.: Энергия, 1957 - 304с. 44.Мастики в строительстве / Резниченко П.Т., Бойко В.Е., Ретисова В.М., Середа Г.И. - Днепропетровск, Промшь, - 1975. - 254 с. 45.Махновский И. Безрулонная кровля и гидроизоляция на битумно латексной эмульсии // Жилищное и коммунальное хозяйство - 1970. - №9. - с. 18. 46.Методические рекомендации по расчету экономической эффективности технических решений в области организации, технологии и механизации производства строительных работ. - М.: Госстроя СССР, ЦНИИОМТП, Бюро внедрений. - 1982. - 92с. 47.Монастырский О.В. Автоматизация разогрева битума и мастики в строительстве. - М.: Стройиздат, 1964. - 78с. 48.Нагрузки и воздействия. СНИП. 2 .01 .07- 85 / Госстроя С С С Р - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1987. - 34с. 49.Наназашвилли И.Х. Строительные материалы, изделия и конструкции: Справочник. - М.: Высш. шк., 1990. - 495с. 50.Новые гидроизоляционные и кровельные материалы и их долговечность / А.М. Кисина, Л.Л. Ладыженская, С.Н. Попченко, В.Н. Трофимов. - М.: Энергия, 1980. -80с. 51.0 прикатке рулонной кровли / В.И. Васильев. - Механизация строительства, 1988, - №4, - с. 18 - 19. 5 2.Общие производственные нормы расхода материалов в строительстве. Сб. 09. Кровельные работы / Минстрой СССР. - 2-е изд., перераб. и доп.. - М.: Стройиздат, 1986. - 56 с. 161 53.0кресс Э. СВЧ - энергия: Применение энергии сверхвысоких частот в промышленности: Пер. с англ. - М.: Мир, 1971, -т.2. -272с. 54.Павлюк О.Т. Пути повышения качества и эффективности производства кровельных и гидроизоляционных работ. - К.: Знание, 1980. - 22с. 55.Павлюк О.Т., Слипченко И.П., Гармаш Ремонт рулонных кровель битумно-эмульсионными материалами. - К.: НИИСП Госстроя УССР, 1977. - 56с. 56Пальчевскй Б.А. Научные исследования: объект, направление, метод. - Львов: Вищ. ш к..- 1979. - 180с. 57.Планк М. Теория теплового излучения. - М.: Наука, 1976 -632с. 58.Поваляев М.И., Воронин А.М., Иванов В.В. Результаты обследования кровель из наплавляемых рубероидов // Промышленное строительство, - 1976. -№ 2 . - с . 31 -3 2 . 59.Поваляев М.И. Старение и долговечность битумных материалов в кровлях // Строительные материалы, 1985. - №5. -с . 25 - 26с. 60.Порывай Г.А. Техническая эксплуатация зданий. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1990. - 368 с. 61.Правила устройства электроустановок / М-во энергетики и электрификации СССР, Гл. техн. упр. по экспл. энергосистем - 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1986 - 645с. 62.Прогресивные методы материалы и механизмы для ремонта кровельных покрытий - Кишинев: МолдНИИНТИ, 1991 - 57с. 63 .Проектирование и выполнение герметизации стыков и гидрозащиты поверхностей с применением бутилкаучуковых мастик. РСН 355 - 91 / ГОССТРОЯ УКРАИНЫ. - К.: НИИСП Госстроя УССР, 1991. - 60с. 64.Рейнер М. Деформация и течение: Введение в реологию. - М.: Гостехиздат, 1963.-395с. 65.Рекомендации по применению в кровлях рулонных материалов на основе бутилкаучука / ЦНИИпромзданий - М.: Стройиздат, 1985. - 16 с. 66.Рекомендации по устройству кровель из наплавляемых материалов электроконтактным способом / ЦНИИОМТП Госстроя СССР. - М.: Стройиздат, 1984. - 8 с. 67.Рекомендации по эксплуатации и ремонту кровель из рулонных материалов / ЦНИИпромзданий. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Стройиздат, 1986 .-40 с. 68.Ремонт кровель зданий и сооружений / А.И. Гармаш, И.П. Слипченко, A.B. Щербина и др.- К.: Будивельник, 1984, - 104с. 69.Ремонт рулонных кровель с применением битумных эмульсионных мастик. ВСН 2-00-86 / МИНЖИЛКОМХОЗ УССР. - К.: НИИСП Госстроя УССР, 1987. -52с. 70.Руденская И.М. Нефтяные битумы. Химический состав, коллоидная структура, свойства и способ производства. - М.: Росвузиздат, 1963. - 42с. 162 71.Руденская И.М., Руденский A.B. Реологические свойства битумов. - М.: Высшая школа, 1967. - 141с. 72.Руководство по проектированию и устройству кровель с применением битумных эмульсий / ЦНИИпромзданий - М.: Стройиздат, 1983. - 16 с. 73.Руководство по технологии устройства рулонных кровель с применением рубероида с наплавляемым слоем / ЦНИИОМТП Госстроя СССР. - М.: Стройиздат, 1981. - 16 с. 74.Рыбьев И.А. Технология гидроизоляционных материалов — М.: Высш. шк., 1964. - 306с. 75.Сиденко В.М., Грушко И.М. Основы научных исследований. - X.: Вищ. ш к..- 1977. - 200с. 76.СНИП 2.01.01. - 82. Строительная климатология и геофизика. - изд. офиц.-М .: Стройиздат, 1984. -136с. 77.СНИП: Строительная теплотехника. СНИП II - 3 - 79* - изд. оф и ц - М.: Мин. России, 1996. -29с. 78.Севач С. О. Огляд технологій ремонту рубероїдних покрівель / / Шляхи підвищення ефективності будівництва в умовах формування ринкових відносин: 36. наук, праць. - K.: КДТУБА, 1998. -В и п . З . - с . 189-191. 79.Совершенствование технологии устройства и ремонта кровельных покрытий - Кишинёв, 1983. 80.Сокова С.Д. Совершенствование кровельных материалов // Жилищное строительство . -1993. - № 8. - с. 6 - 8. 81.Способ устранения дефектов гидроизоляции сооружений: A.c. 62358 СССР, МКИ Е 04 1/64/ И.В. Трубников, Э.З. Юдович ( СССР ). - 4 с. 82.Справочник по монтажу электроустановок промышленных предприятий. В 2-х кн. Под ред. В.В. Белоцерковца, Б.А. Делибажа. - М.: Энергия, 1976.-488с. 83.Справочник по технологии капитального ремонта жилых и общественных зданий / Ю.Г. Кушнирюк, A.JI. Морин, A.A. Чернышев. - К.: Будивельник.,1989. - 254с. 84.Стан і напрямки розвитку опоряджувальних та покрівельних робіт. / О.М. Лівійський, І.І. Назаренко, М.С.Канюка, B.C. Богуславский, А.Б. Радіонцев. - Будівництво України, 1985. - №2. - с.47 - 48. 85.Сюньи Г.Н. Регенерированный дорожный асфальтобетон. - М.: Транспорт, 1984. - 140с. 86.Тепловая изоляция / Г.Ф. Кузнецов, В.И. Вельский, В.П. Горбачев и др.; под ред. Г.Ф. Кузнецова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1985. -421с. 87.Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. СНИП. 2 .04.14- 88 / Госстроя СССР.- М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989. - 32с. 88.Торновий В. I., Севач С. О. Дослідження температур апарату інфрачервоного випромінювання при ремонті рубероїдних покрівель / / Шляхи 163 підвищення ефективності будівництва в умовах формування ринкових відносин: 36. наук, праць. - K.: КДТУБА, 1998. - Вип. 3. - с. 106 - 109. 89.Терновый В.И., Баглай А. П., Севан С. А., Чулаевский П. И. Ремонт рубероидных кровель с использованием инфракрасного излучения / / Строительное производство: Межвед. научно-технический сборник. - К.: НИИСП, 1998. - Вып.39. - с. 86 - 90. 90.Терновый В.И., Севач С. А. Современная практика ремонта кровель плоских крыш / / Строительное производство: Межвед. научно-технический сборник. - К.: НИИСП, 1997. - Вып.38. - с. 96 - 82. 91.Технология гидроизоляционных материалов: Учебник для вузов по специальности “Пр-во строит, изделий и конструкций” / И.А. Рыбьев, A.C. Владычин, Е.П. Казеннова и др.; Под общ. ред. И.А. Рыбьева. — М.: Высш. ш к, 1991.-288с. 92.Тополянский А.Б. Электроснабжение и электроустановки в строительстве. - Д.: Стройиздат, 1990. - 272 с. 93 .Указания по технической эксплуатации крыш жилых зданий с рулонными, мастичными и стальными кровлями / Минжилкомхоз РСФСР. - М.: Стройиздат, 1987. - 76 с. 94.Устинов Б.С. Ремонт кровель из рулонных материалов // Промышленное строительство, - 1991. - №1. - с. 34 - 36. 95.Устинов Б.С. Ремонт кровель из рулонных материалов с полной заменой старых слоев новыми // Промышленное строительство, - 1991. - №4. - с . 3 4 -3 6 . 96.Устинов B.C. Опыт устройства дышащих кровель. - Минск: БелНИИНТИ, 1986. - 33с. 97.Файзуло Хафиз Технология устройства кровель из битумно эмульсионных безасбестных мастик: Дис...канд. техн. наук: 05.23.08 / КГТУСиА - К., 1995.- 135с. 98.Фоломин А.И., Сафонов А.М. О разрывах рубероидного ковра на крупнопанельных покрытиях // Промышленное строительство . -1964. - № 4. - с. 5 1 -5 2 . 99.Фоломин А.И., Штейн И. Вентиляция совмещенных крыш // Жилищное строительство . - 1968. - № 6. - с. 20 - 22. ЮО.Штенхефель Х.И. Комплексный ремонт плоских крыш. Пер. с нем. - М.: Стройиздат, 1989. - 136 с. ІОІ.Шутько А.Ф. Совершенствование технологии ремонта рулонных кровель и механизации кровельных работ. - М.: НИИТЭхим, 1980. - 40с. 102.Эксплуатация жилых зданий: Справ, пособие / Э.М. Ариевич, А.В.Коломеец, С.Н. Нотенко, А.Г. Ройтман - 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1991. - 510 с. 103 .Ярмоленко Н.Г., Искра Л.И. Справочник по гидроизоляционным материалам для строительства. - К.: Будивельник, 1984, -120с. 164 104.Ярмоленко Н.Г., Кушнір С.Ф., Савенко В.И. Факторы, определяющие технологичность устройства и долговечность кровель // Строительное производство: Межвед. научно-технический сборник. - К.: НИИСП, 1995.- с . 6 5 -8 0 . 105. Ярмоленко М.Г., Торновий В.І., Звенигородський A.M., Піщаленко Ю.О., Корчинський O.A., Кордовський Ю.М., Кушнір С.Ф. Результати комплексних досліджень покрівель / / Шляхи підвищення ефективності будівництва в умовах формування ринкових відносин: 36. наук, праць. - K.: КДТУБА, 1998. - Вин. 3. - с.73 - 75. 106. Paul W. Sanierung von Flachachem // DBZ. - 1991. - № 7. - P. 1032- 1033. 107. Verst P. Flachdachsanierungen // DBZ. - 1990. - № 5. - P. 79-82. 108. Літнарович P.M. Основи наукових досліджень. Магістерська дисертація як кваліфікаційне дослідження. МЕГУ, Рівне, 2010,-16 с. 109. Душинський В.В. Основи наукових досліджень. Теорія та практика з програмним забезпеченням:Навч.посіб.- К.:КПІ, 1998.-408с. 110. ДСТУ Б А.3.2-11:2009 Роботи покрівельні та гідроізоляційні. Вимоги безпеки/ Чинний від 2010-08-01. 111. Покрівельні роботи : навч. посібник / Лівійський О.М., Торновий В.І, Васильковський А.О., Друкований М.Ф., Савенко В.І., Попович М.М., Кривенко Л.В. - К.: «МП Леся», 2008. 278 с. - 2-е видання, доповнене. 112. Долгих А. И. Кровельные работы. Учебное пособие. Издательство: «Альфа» - М. 2012 - 304 с. 165 Анотація Труш М.В. «Технологія відновлення експлуатаційних властивостей рулонної пласкої покрівлі на основі бітумів». - Рукопис. Кваліфікаційна робота здобувана вищої освіти за спеціальністю 192 - Будівництво та цивільна інженерія. - Черкаський державний технологічний університет, Черкаси, 2023. Кваліфікаційна робота присвячена дослідженню та обґрунтуванню технології відновлення експлуатаційних властивостей рулонної пласкої покрівлі на основі бітумів. Проаналізовані результати дослідження торкаються галузі при використанні для реконструкції пласких покрівель для забезпечення підвищення надійності експлуатації. Застосування таких технологій відновлення за допомогою теплового випромінювання послугує вирішенню проблеми щодо обмеженого терміну експлуатації покрівельного килиму. Буде відбуватися економія матеріалів для влаштування таких покрівель, а отже і збільшення надійності виконаних робіт та продовження строку служби існуючого покрівельного килиму. Впровадження раціональних рішень технології відновлення рулонних покрівель на основі бітумів з використанням теплового випромінювання, може забезпечити підвищення якості, зниження трудомісткості та тривалості ремонтних робіт, а також економію електроенергії. Визначені варіанти використання для прикладів конкретного виконання покрівель та знайдено оптимальні. Ключові слова: пласка покрівля, бітум, відновлення, експлуатаційні властивості, технологічні параметри, надійність. 166