Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,441

СИЛИКАГЕЛЬ КАК СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ СНЕЖНОЙ МАССЫ

Мадьяров Т.М. 1 Костырченко В.А. 1 Слезов М.А. 1 Васильев А.П. 1
1 ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет»
Современность и актуальность данной работы заключается в том, что в текущий момент отсутствует метод прямого определения влажности снежной массы. При строительстве зимников с использованием технологии увлажнения снега влажность снежной массы является одним из основных контролируемых параметров. Именно влажность в значительной степени влияет на прочность снежной массы. Отсутствие методики определения количества воды для увлажнения снежной массы в технологии строительства автозимников требует поиска решений данного вопроса. По итогам анализа был разработан экспериментальный образец для определения влажности снега. В процессе работы проводился анализ технологии строительства временных зимних дорог. Рассмотрена их классификация, а также описана технология строительства. Проведен патентный обзор приборов для определения влажности и анализ материалов, впитывающих влагу. Была создана экспериментальная установка и проведены два опыта в подтверждение рабочей гипотезы. В результате данного эксперимента показана зависимость, благодаря которой возможно составление рекомендаций по строительству временных зимних дорог. Рабочая гипотеза была подтверждена расчётами, экспериментально, а также наглядно отражена в графике зависимости.
снежная масса
растепление
поглощение
силикагель
поток воздуха
влажность
объемная доля
1. ГОСТ 3956-76. Силикагель технический. Технические условия (с Изменениями N 1, 2, 3. – Введ. 1976.01.26. – М.: Стандартинформ, 2008. – 13 с.
2. Карнаухов Н.Н., Мерданов Ш.М., Костырченко В.А., Мадьяров Т.М. Уплотняющая машина с дополнительным рабочим органом // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 9–2. – С. 236–239.
3. Колунина В.А., Костырченко В.А., Мадьяров Т.М. Приоритеты развития наземных транспортно-технологических комплексов в освоении континентального шельфа // Наземные транспортно-технологические комплексы и средства: материалы Международной научно-технической конференции. – Тюмень, 2015. – С. 147–149.
4. Колунина В.А., Костырченко В.А., Мадьяров Т.М. Проектирование машины для содержания и ремонта временных зимних дорог на базе снегоболотохода «Странник» // Наземные транспортно-технологические комплексы и средства: материалы Международной научно-технической конференции. – Тюмень, 2015. – С. 150–153.
5. Костырченко В.А., Мерданов Ш.М., Обухов А.Г., Мадьяров Т.М. Повышение эффективности роторного рабочего органа при разработке мерзлых грунтов // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 9–2. – С. 252–256;
6. Мадьяров Т.М., Мерданов Ш.М., Костырченко В.А. Устройство для ремонта автозимников // Интерстроймех 2014: материалы Международной научно-технической конференции. – Самара, 2014. – С. 229–232.
7. Мадьяров Т.М., Костырченко В.А., Шаруха А.В., Спиричев М.Ю. Влияние зимних дорог на жизнедеятельность растений крайнего севера // Нефть и газ Западной Сибири: материалы Международной научно-технической конференции, посвященной 50-летию Тюменского индустриального института / отв. ред. О.А. Новоселов. – 2013. – С. 53–59.
8. Мадьяров Т.М., Костырченко В.А., Серебренников А.А., Мерданов Ш.М. Многофункциональный термоагрегат для увлажнения снежной массы // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 9–2. – С. 278–281.
9. Мерданов Ш.М. Механизированные комплексы для строительства временных зимних дорог: монография. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2013. – С. 18–23.
10. Мерданов Ш.М., Обухов А.Г., Костырченко В.А., Мадьяров Т.М. Адаптация снегоболотохода «странник» для содержания и ремонта временных зимних дорог // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 9–2. – С. 286–289.
11. Обухов А.Г., Мерданов Ш.М., Костырченко В.А., Мадьяров Т.М. Мобильный завод по производству строительного материала для временных зимних дорог // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 9–2. – С. 290–293.
12. Патентная база [Электронный ресурс] / Федеральное государственное бюджетное учреждение «Федеральный институт промышленной собственности» – Режим доступа: http://www1.fips.ru.
13. Серебренников А.А., Мерданов Ш.М., Мадьяров Т.М., Костырченко В.А. Прицепной агрегат для уплотнения дорожных насыпей // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 9–2. – С. 304–308.
14. Сысоев Ю.Г., Мерданов Ш.М., Костырченко В.А., Мадьяров Т.М. Машина для ремонта временных зимних дорог // Инженерный вестник Дона. – 2014. – № 2. – Режим доступа: http:// www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2014/2412 (доступ свободный) – Загл. с экрана. – Яз. рус.

Российская Федерация ведет курс на освоение и развитие новых месторождений по разработке полезных ископаемых, добыче нефти и газа. Однако транспортный вопрос, а точнее развитие транспортной инфраструктуры в районах Крайнего Севера и Сибири, до сих пор находится на стадии поиска лучшего решения. Особого внимания требует освоение континентального шельфа Российской Федерации, так как шельф Сибири в Северном Ледовитом океане является самым крупным (и наименее изученным) из шельфов.

Тяжелые погодные условия и особенности местности (вечная мерзлота, заболоченность) являются причиной нецелесообразности и экономически невыгодного строительства капитальных автомобильных дорог. На сегодняшний день возможное решение данной проблемы было найдено в строительстве временных зимних дорог [1].

Строительство автозимников имеет свои достоинства и недостатки. Технология строительства требует изучения, исследования, разработки и развития. Ключевыми технологическими операциями этого процесса являются: наброска снега на полотно дороги, увлажнение и уплотнение снега. Особое внимание уделяется операции увлажнения снежной массы [2].

При строительстве временных зимних дорог с использованием технологии увлажнения снега влажность снежной массы является одним из основных контролируемых параметров. Именно влажность в значительной степени влияет на прочность снежной массы.

Процесс определения влажности снежной массы во время увлажнения, используемого при строительстве временных зимних дорог, является сейчас наиболее актуальным. Отсутствие методики определения количества воды для увлажнения снежной массы в технологии строительства автозимников требует поиска решений данного вопроса.

Рассмотрение методик определения влажности и патентный обзор приборов показали, что отсутствует метод прямого определения влажности. По итогам анализа был разработан экспериментальный образец для определения влажности снега [3, 10, 11].

pic_59.tif

Рис. 1. Сушильный шкаф «ШСУ-М»

Для проведения эксперимента необходимо подготовить сорбционный материал. Эффективность и надежность работы адсорберов в значительной степени определяются качеством адсорбента и режимом его регенерации. Необходимо добиться максимальной активности материала.

Чтобы добиться максимальной активности адсорбента, высушим силикагель согласно инструкции по сушке. Используем для этого сушильный шкаф «ШСУ-М»

Экспериментальная установка представляет собой металлический каркас, внутри которого вертикально установлена алюминиевая труба диаметром 180 мм, с коленом на 90° на нижней части трубы. Внутри трубы последовательно закреплены две пластиковые секции для снега и впитывающего материала. Дно каждой секции имеет множество отверстий для прохождения воздуха через материал. У нижнего выхода трубы установлен вентилятор (мощностью 3 кВт). В электрическом вентиляторе нагнетание воздуха производится мощным вентилятором. В рабочей части установки находится термодатчик от метеостанции для отслеживания температуры воздуха внутри и снаружи установки (рис. 2). [5, 8, 14]

pic_60.tif

Рис. 2. Экспериментальная установка для определения влажности снежной массы

 

В ходе анализа материалов, поглощающих влагу изучения ГОСТов по приему влаги, пришли к выводу, что для данного эксперимента больше всего подходит силикагель (рис. 3).

Силикагель представляет собой высушенный гель кремниевой кислоты пористого строения с сильно развитой внутренней поверхностью. Технический силикагель применяют в качестве адсорбента для осушки и очистки воздуха и других газов или паров, а также для сушки и осветления некоторых жидкостей [4, 6, 7].

На экспериментальной установке проведено исследование зависимости «силикагель-поглощение влаги» в процессе нагнетания воздушного потока через снежную массу.

В рамках подготовки к эксперименту, помещаем опытную установку в морозильную камеру для проведения лабораторных исследований. Температура в камере около 18 градусов по Цельсию ниже нуля. Проверяем работоспособность дополнительного оборудования, используемого в работе.

В начале проведения эксперимента наполнили секции опытной установки материалом. Предварительно узнали массу опытного материала, используя точные весы. Снегом заполняется нижняя секция, а впитывающим материалом, в данном случае – силикагелем, заполняется верхняя секция. Далее включаем электрический вентилятор для нагнетания воздуха в трубе. Вентилятор установлен герметично к нижнему концу трубы во избежание лишнего расхода воздуха. Затем влага от снежной массы вместе с нагнетаемым воздухом поднимается вверх и проходит через секцию с силикагелем. Силикагель проявляет адсорбционные свойства и впитывает часть влаги. После окончания опыта итоговое взвешивание силикагеля укажет процентное содержание влаги в экспериментальном образце.

Результаты эксперимента представлены в таблице.

pic_61.tif

Рис. 3. Материалы, поглощающие влагу

pic_62.tif pic_63.tif

Рис. 4. Экспериментальная установка

Изменение показателей материала

Опыт № 1

Время, с

Температура, °С

Масса, г

14:58

–4

100

15:08

–7,4

101

Опыт №2

15:00

–14,8

100

15:30

–12,1

102

16:00

–12,4

103

Данный эксперимент подтвердил рабочую гипотезу поставленную в ходе исследования зависимости «силикагель-поглощение влаги», что позволяет в дальнейшем разработать прибор для определения влажности снега.

Результаты эксперимента помогут разработать рекомендации по строительству временных зимних дорог при операции увлажнения.

Рецензенты:

Захаров Н.С., д.т.н., профессор, действительный член Российской академии транспорта, г. Тюмень;

Торопов С.Ю., д.т.н., профессор кафедры «Транспорт углеводородных ресурсов», ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет», г. Тюмень.



Библиографическая ссылка

Мадьяров Т.М., Костырченко В.А., Слезов М.А., Васильев А.П. СИЛИКАГЕЛЬ КАК СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ СНЕЖНОЙ МАССЫ // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 11-1. – С. 96-99;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=39290 (дата обращения: 15.04.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074