vestniktgasuВестник Томского государственного архитектурно-строительного университетаVestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. JOURNAL of Construction and Architecture1607-18592310-0044Tomsk State University of Architecture and Building10.31675/1607-1859-2020-22-1-118-132vestniktgasu-749Research ArticleСТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯCONSTRUCTION MATERIALS AND PRODUCTSРАЗРУШЕНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ (КИРПИЧ, БЕТОН, ГРАНИТ) ПРИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОМ ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ ГЕТЕРОГЕННЫХ СТРУЙDESTRUCTION OF BUILDING MATERIALS (BRICK, CONCRETE, GRANITE) UNDER HIGH-TEMPERATURE EVAPORATION OF HETEROGENEOUS COMBUSTION PRODUCTSНемоваТ. Н.NemovaT. N.

Немова Татьяна Николаевна, докт. техн. наук, профессор

634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

Tat'yana N. Nemova, DSc, Professor

2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk

kaf_tgs@tsuab.ruРекуновВ. С.RekunovV. S.

Рекунов Виталий Сергеевич, канд. техн. наук, доцент

634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

Vitalii S. Rekunov, PhD, A/Professor

2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk

kaf_tgs@tsuab.ruЦветковН. А.TsvetkovN. A.

Цветков Николай Александрович, докт. техн. наук, профессор 

634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

Nikolai A. Tsvetkov, DSc, Professor

2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk

nac.tsuab@yandex.ruТомский государственный архитектурно-строительный университетРоссияTomsk State University of Architecture and BuildingRussian Federation202027022020221118132Copyright © Немова Т.Н., Рекунов В.С., Цветков Н.А., 20202020Немова Т.Н., Рекунов В.С., Цветков Н.А.Nemova T.N., Rekunov V.S., Tsvetkov N.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.tsuab.ru/jour/article/view/749

В статье представлены результаты экспериментального исследования разрушения некоторых строительных материалов высокотемпературными гетерогенными струями продуктов сгорания твердых топлив. Актуальность исследования обусловлена необходимостью обеспечения безопасности зданий и сооружений специального назначения при экстремальных тепловых воздействиях на элементы их конструкций. Целью работы являлось установление основных закономерностей разрушения неметаллических конструкционных материалов (кирпич, бетон, гранит) при воздействии на них высокотемпературных гетерогенных струй продуктов сгорания твердых топлив и разработка на их основе физической модели процесса. Для проведения экспериментов использовался газодинамический стенд, позволяющий варьировать давление торможения потока; в качестве характеристик выбраны величины массовой скорости разрушения материала и глубины образующихся кратеров. Получены зависимости массовых скоростей разрушения и глубин кратеров от давления торможения в сравнении с аналогичными данными для стали. Приведены данные по расчетам величин напряжений в приповерхностном слое материала. Предложена физическая модель процесса разрушения неметаллических конструкционных материалов, основанная на превышении возникающих в приповерхностном слое материала напряжений предела прочности материала.

The paper presents the research results of the building material destruction due to hightemperature evaporation of heterogeneous solid-fuel combustion products. The aim of this work is to determine basic laws of destruction of non-metallic constructional materials (brick, concrete, granite) under the influence of high-temperature evaporation of heterogeneous solidfuel combustion products and develop a physical model of the process. A gas-dynamic setup is used to conduct the experiments, which allows to vary the stagnation pressure. The destruction rate of the material and the depth of resulting craters are chosen as characterization parameters. The dependence of the destruction rate and the crater depth on the stagnation pressure is compared with the similar data for steel. The stress values are obtained for the surface layer of the material. The proposed physical model of the destruction process of non-metallic constructional materials is based on excess of stresses of the material strength limit arising in its subsurface layer. The obtained results can be used to ensure the safety of special-purpose buildings at extreme thermal effects on the structural elements.

строительные материалыгетерогенная струягазодинамический стендпараметры струимассовая скорость разрушенияпредел прочности материаланапряжения на границе разделаconstruction materialsheterogeneous flowdestruction rategas-dynamic setupflow parametersmass velocityultimate strengthinterface stressReferencesКиреева Ю.И. Современные строительные материалы и изделия. Ростов-на-Дону : Феникс, 2010. 245 c.Kireeva Yu.I. Sovremennye stroitel'nye materialy i izdeliya [Modern building materials and products]. Rostov-on-Don: Feniks, 2010. 245 p. (rus)Пушенко А.С. Высокопрочный бетон в условиях воздействия высоких температур : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Ростов-на-Дону, 2008. 217 с.Pushenko A.S. Vysokoprochnyi beton v usloviyakh vozdeistviya vysokikh temperatur : dis. ... kand. tekhn. nauk [High strength concrete under high-temperature conditions. PhD Thesis]. Rostov-on-Don, 2008. 217 p. (rus)Михатулин ДС., Полежаев Ю.В., Ревизников Д.Л. Теплообмен и разрушение тел в сверхзвуковом гетерогенном потоке. Москва : Янус-К, 2007. 392 с.Mikhatulin D.S., Polezhaev Yu.V., Reviznikov D.L. Teploobmen i razrushenie tel v sverkhzvukovom geterogennom potoke [Thermal exchange and destruction of bodies in a supersonic heterogeneous flow]. Moscow: Yanus-K, 2007. 392 p. (rus)Михатулин Д.С, Немова Т.Н., Полежаев Ю.В., Ревизников Д.Л. Гетерогенные режущие устройства: оптимизация газодинамического тракта разгона частиц // Теплофизика и аэромеханика. 2001. Т. 8. № 2. С. 301–310.Mikhatulin D.S., Nemova T.N., Polezhaev Yu.V., Reviznikov D.L. Geterogennye rezhushchie ustroistva: optimizatsiya gazodinamicheskogo trakta razgona chastits [Heterogeneous cutting devices: optimization of gas-dynamic particle acceleration path]. Teplofizika i aeromekhanika. 2001. V. 8. No. 2. Pp. 301–310. (rus)Кузнецов Г.В., Немова Т.Н., Савельева Л.А. Влияние состава и процесса горения металлизированных твердых топлив на интенсивность разрушения конструкционных материалов струей продуктов сгорания // Физика горения и взрыва. 2002. Т. 38. № 6. С. 89–95.Kuznetsov G.V., Nemova T.N., Savel'eva L.A. Vliyanie sostava i protsessa goreniya metallizirovannykh tverdykh topliv na intensivnost' razrusheniya konstruktsionnykh materialov struei produktov sgoraniya [Influence of composition and combustion process of metallized solid fuels destructed by high-temperature evaporation of heterogeneous combustion products]. Fizika goreniya i vzryva. 2002. V. 38. No. 6. Pp. 89–95. (rus)Абалтусов В.Е., Кузнецов Г.В., Немова Т.Н. Механизм высокотемпературного разрушения металлов под действием гетерогенной струи с высокой концентрацией частиц // Теплофизика высоких температур. 1999. Т. 37. № 3. С. 438–444.Abaltusov V.E., Kuznetsov G.V., Nemova T.N. Mekhanizm vysokotemperaturnogo razrusheniya metallov pod deistviem geterogennoi strui s vysokoi kontsentratsiei chastits [Mechanism of destruction of metals under high-temperature evaporation with high particle concentration]. Teplofizika vysokikh temperatur. 1999. V. 37. No. 3. Pp. 438–444. (rus)Немова Т.Н., Колесникова Е.А. Определение температурного поля подложки под каплей расплава методом выравнивания температур соседних слоев // Известия вузов. Физика. 2010. Т. 53. № 12-2. С. 195–199.Nemova T.N., Kolesnikova E.A. Opredelenie temperaturnogo polya podlozhki pod kaplei rasplava metodom vyravnivaniya temperatur sosednikh sloev [Temperature field of substrate under molten droplet detected by temperature equalization of adjacent layers]. Izvestiya vuzov. Fizika. 2010. V. 53. No. 12-2. Pp. 195–199. (rus)Kuznetsov G.V., Alekseenko N.N., Nemova T.N. Steel destruction under the action of hightemperature heterogeneous streams with a significant concentration of the particles // Физика и химия обработки материалов. 2000. № 5. С. 79–86.Kuznetsov G.V., Alekseenko N.N., Nemova T.N. Steel destruction under the action of hightemperature heterogeneous streams with a significant concentration of the particles. Inorganic Materials: Applied Research Physics and Chemistry of Materials Treatment. 2000. No. 5. Pp. 79–86.Жарова И.К., Кузнецов Г.В., Маслов Е.А. Термомеханическое разрушение бетонной пластины под действием высокотемпературной гетерогенной струи // Физика и химия обработки материалов. 2006. № 6. С. 61–68.Zharova I.K., Kuznetsov G.V., Maslov E.A. Termomekhanicheskoe razrushenie betonnoi plastiny pod deistviem vysokotemperaturnoi geterogennoi strui [Thermomechanical destruction of concrete plate under high-temperature heterogeneous flow]. Fizika i khimiya obrabotki materialov. 2006. No. 6. Pp. 61–68. (rus)Букатый В.И., Перфильев В.О., Шараухов Н.Н. Исследование цветовым пирометром динамики температуры мрамора и гранита при воздействии мощным лазерным излучением // Известия Алтайского государственного университета. 2005. № 1 (35). С. 93–96.Bukatyi V.I., Perfil'ev V.O., Sharaukhov N.N. Issledovanie tsvetovym pirometrom dinamiki temperatury mramora i granita pri vozdeistvii moshchnym lazernym izlucheniem [Color pyrometer measurements of temperature dynamics of marble and granite exposed to powerful laser radiation]. Izvestiya Altaiskogo gosudarstvennogo universiteta. 2005. No. 1 (35). Pp. 93–96. (rus)Волокитин Г.Г., Скрипникова Н.К., Волокитин О.Г. Разработка плазменных технологий для стройиндустрии // Актуальные проблемы современности. 2017. № 1 (15). С. 150–154.Volokitin G.G., Skripnikova N.K., Volokitin O.G. Razrabotka plazmennykh tekhnologii dlya stroiindustrii [Development of plasma technologies for construction industry]. Aktual'nye problemy sovremennosti. 2017. No. 1 (15). Pp. 150–154. (rus)Волокитин О.Г., Шеховцов В.В. Процессы плавления силикатов в плазмохимическом реакторе // Бюллетень науки и практики : электронный журнал. 2017. № 2 (15). С. 59–62.Volokitin O.G., Shekhovtsov V.V. Protsessy plavleniya silikatov v plazmokhimicheskom reaktore [Silicate melting processes in plasma chemical reactor]. Byulleten' nauki i praktiki: elektronnyi zhurnal. 2017. No. 2 (15). Pp. 59–62. (rus)Ерохин Б.Т. Теория внутрикамерных процессов и проектирование РДТТ. Москва : Машиностроение, 1991. 560 с.Erokhin B.T. Teoriya vnutrikamernykh protsessov i proektirovanie RDTT [Intra-compartment process theory and design of RDTT]. Moscow: Mashinostroenie, 1991. 560 p. (rus)Позняк И.М., Климов Н.С., Подковыров В.Л., Сафронов В.М., Житлухин А.М., Коваленко Д.В. Эрозия металлов при воздействии интенсивных потоков плазмы // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Термоядерный синтез. 2012. Вып. 4. С. 23–33.Poznyak I.M., Klimov N.S., Podkovyrov V.L., Safronov V.M., Zhitlukhin A.M., Kovalenko D.V. Eroziya metallov pri vozdeistvii intensivnykh potokov plazmy [Erosion of metals under intensive plasma flows]. Voprosy atomnoi nauki i tekhniki. Ser.: Termoyadernyi sintez. 2012. No. 4. Pp. 23–33. (rus)Петрографический кодекс России. Санкт-Петербург : ВСЕГЕИ, 2008. С. 144. 200 с.Petrograficheskii kodeks Rossii [Petrographic Code of Russia]. St.-Peterburg: VSEGEI, 2008. P. 144. (rus)Туманов А. Бетонные и железобетонные конструкции. Москва : Palmarium Academic Publishing, 2015. 104 c.Tumanov A. Betonnye i zhelezobetonnye konstruktsii [Concrete and reinforced concrete structures]. Moscow: Palmarium Academic Publishing, 2015. 104 p. (rus)Семериков И.С., Герасимова Е.С. Физическая химия строительных материалов. 2-е изд., стер. Москва : Флинта, 2017. 204 с.Semerikov I.S., Gerasimova E.S. Fizicheskaya khimiya stroitel'nykh materialov [Physical chemistry of building materials]. 2nd ed., Moscow: Flinta, 2017. 204 p. (rus)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.