авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 8 |
-- [ Страница 1 ] --

Министерство образования и науки Астраханской области

Астраханский инженерно-строительный институт

Перспективы развития

строительного комплекса

Материалы VI Международной

научно-практической конференции

(в рамках праздничных мероприятий, посвященных

20-летию Астраханского инженерно-строительного института)

22–26 октября 2012 г.

Том 1

Астрахань 2012 УДК 69 ББК 38 П27 Редакционная коллегия:

Д. П. Ануфриев, Л. В. Боронина, Е. М. Евсина, Е. В. Каргаполова, Л. П. Кортовенко, И. И. Потапова, Т. П. Толпинская Перспективы развития строительного комплекса [Текст] : матери алы VI Международной научно-практической конференции (в рамках праздничных мероприятий, посвященных 20-летию Астраханского инже нерно-строительного института). 22–26 октября 2012 г. / под общ. ред.

В. А. Гутмана, А. Л. Хаченьяна. – Астрахань : ГАОУ АО ВПО «АИСИ», 2012. – Т. 1. – 294 с.

В сборник материалов VI Международной научно-практической конференции, ор ганизованной в Астраханском инженерно-строительном институте, вошли статьи, по священные результатам научных и инновационных исследований в области получения современных строительных материалов, экономических проблем управления строи тельным комплексом, математического и имитационного моделирования социально экономических процессов, геотехнического строительства, проблем энергетики, архи тектуры и градостроительства.

ISBN 978-5-93026-016-8 (общ.) ISBN 978-5-93026-018-2 (том 1) © ГАОУ АО ВПО «АИСИ», Актуальные вопросы применения современных материалов, конструкций и методов расчета К ВОПРОСУ ВЛИЯНИЯ АКТИВИРОВАННОЙ ВОДЫ НА СВОЙСТВА ЗИМНЕГО БЕТОНА Р. Т. Бржанов Каспийский государственный университет технологий и инжиниринга им. Ш. Есенова, г. Актау (Казахстан) Около 5–8 % цемента перерасходуется из-за плохого состояния со ставляющих компонентов смеси. С учетом условий стройплощадки завы шение расхода цемента приводит к значительному перерасходу материа лов и, как следствие, удорожанию строительства.

Общее развитие науки о бетонах позволяет, в известной мере, управ лять свойствами этих материалов с позиций ресурсо- и энергосбережения, обеспечения высокого качества готовой продукции, создания высоко авто матизированных технологических линий приготовления бетонной смеси, и поэтому остается одним из актуальных направлений исследований в тех нологии строительного производства.



Развитие монолитного строительства требует на 35–40 % меньше ка питальных вложений, чем развитие предприятий по производству сборных конструкций.

Основными причинами, сдерживающими развитие монолитного строительства, являются следующие: низкая степень индустриализации по сравнению с полносборным строительством, слабая производственная ба за, невысокий уровень организации строительных работ и технологиче ских процессов возведения монолитных конструкций.

Долгое время понятие «индустриализация строительства» отож дествлялось с понятием «сборность», что привело к развитию строитель ства из сборных железобетонных конструкций и к значительному отстава нию в разработке и применении индустриальных методов возведения зда ний из монолитного бетона.

Растущий интерес к использованию монолитного бетона и железобе тона требует решения важных задач по повышению эффективности моно литного строительства. За последние годы выполнен ряд исследований, в результате которых наметились значительные сдвиги в повышении уровня организации и технологии возведения монолитных зданий и сооружений, в том числе в области совершенствования технологии приготовления бетон ной смеси.

Одним из направлений в области совершенствования этой техноло гии является активация сырьевых компонентов, в частности воды затворе ния. Имеющийся на сегодня парк бетоносмесительных установок, выпус каемых нашей промышленностью, может быть дополнен узлами, совер шенствующими технологический процесс приготовления смеси за счет ис пользования опыта исследований по активации сырьевых компонентов.

Существующие методы активации практически не требуют изменения ос новного технологического процесса приготовления бетонной смеси, одна ко существенно способствуют улучшению ее физико-механических (проч ность, морозостойкость, водонепроницаемость), технологических (удобо укладываемость, перекачиваемость) и эксплуатационных свойств, а также позволяют управлять процессом твердения и снижать расход цемента. Та ким образом, при сравнительно небольшом удорожании бетонных смесей существенно повышается эффективность использования бетонов.

Приготовление строительной смеси – важнейший технологический этап в комплексе бетонных работ. В процессе приготовления формируется потенциальный уровень характеристик качества бетона, который не может быть повышен на последующих технологических переделах.

Формирование свойств бетонной смеси начинается с ее приготовле ния и продолжается при транспортировании, укладке, уплотнении и твер дении. Эти операции во многом определяют качество бетона в конструк циях, его эксплуатационные характеристики.

Технология приготовления строительных смесей (цементной, рас творной и бетонной) с использованием воды затворения, предварительно обработанной электрическим полем, позволяет уменьшить влияние нега тивных факторов, повысить эффективность и интенсивность технологиче ского процесса приготовления смесей и получения бетонов и растворов с улучшенными свойствами (повышение качества и прочности, подвижности смеси, морозостойкости, снижения сроков распалубки конструкций и др.).





Использование методов активации компонентов смеси электриче ским полем в технологии приготовления бетонной смеси влияет как на процессы коагуляции, структуро- и гидратообразования, так и на возник новение конденсационно-кристаллизационной структуры цементного кам ня, которая образуется за счет непосредственного химического взаимодей ствия частиц с образованием жесткой объемной структуры [1].

Недостатком известных способов является большие энергозатраты на реализацию способа изготовления бетона и обеспечение прочности бе тона в ранние сроки твердения на морозе. В современной технологии це ментных бетонов такой очевидный путь повышения прочности гидратиро ванных вяжущих и эффективности бетонов за счет ускорения гидратации, как увеличение тонкости помола цемента от традиционного уровня по удельной поверхности 3000–3500 см2/г до 4500–6000 см2/г, оценивается се годня как не всегда оправданный по технико-экономическим соображени ям из-за значительного снижения производительности помольного обору дования, повышения энергозатрат и стоимости цемента [2].

Наиболее экономический целесообразным и технический осуще ствимым в технологии бетона является применение микровспененной во ды в качестве воды затворения.

Микровспененная вода может быть получена кавитацией, создавае мой различными устройствами – ультразвуком, вибрацией, центробежным раскручиванием и пр. Произведена радикальная диссоциация воды без электролиза с образованием водорода и кислорода (Г. А. Домрачеев.

Д. А. Селивановский, Москва):

тонкой струи об абразивные поверхности, прокачивание водно-воздушной смеси под давлением через съем ные абразивы;

подача тонкой струи воздуха или газо-жидкостной смеси в жид кость под давлением 3–7 атмосфер.

Кавитацию также можно создавать ультразвуком, разрядом конден саторов в воде (по Юткину), гидравлическим ударом, микровзрывам и.

различными резонансными технологиями, волновыми генераторами (Научный центр нелинейной волновой механики и технологий РАН).

Микровспененная вода за счет своего атомного строения имеет большую проницаемость и растворяющие свойства. За счет увеличения уг ла смачиваемости цемента при применении микровспененной воды. пол нее проходит реакция гидратации ее.

Гидратация цемента создает жесткую, неоднородную микрострукту ру. При введении воды в цемент для образования теста, которое твердеет со временем, в гидратированном цементном тесте наблюдаются следую щие микроструктурные фазы: 1) гель гидрата силиката кальция C-S-H, 2) гидроокись кальция СН, 3) гидрат сульфоалюмината, 4) моносульфат, 5) цементные частицы, не участвовавшие в гидратации, 6) воздушные пу стоты. От этих микроструктурных фаз зависят макроскопические такие свойства цементных материалов, как прочность, вязкость, ранневозрастная реология (текучесть) и долговечность. Контроль макроскопических свойств требует детального знания структуры данных фаз на уровне мель чайшего размера. Среди различных фаз первая C-S-H является наиболее важным продуктом гидратации и занимает 50–70 % от общего объема те ста. Эта главная связующая фаза управляет макроскопическими свойства ми цементного теста, но микро- и наноструктура C-S-H не очень хорошо изучены. В исследовании группа ученых использовала атомный микроскоп для получения картин образцов цементного теста в возрасте 6 месяцев.

Образцы касались портландцемента типа I с В/Ц = 0,5. На изображениях, полученных с помощью данного микроскопа, C-S-H выглядят как сфери ческие частицы различного размера в различных зонах.

Кроме того, впервые в исследованиях ученые экспериментально определили механические свойства на нано уровне переходной сопряжен ной зоны в растворе и бетоне. В бетоне на стыке цементного раствора и поверхностей частиц заполнителя есть зона высокой пористости и склон ности к образованию микротрещин. Эта зона называется переходной со пряженной зоной. Это самое слабое звено в бетоне нормальной прочности и она влияет на прочность бетона и долговечность. Среди исследователей принято считать, что свойства переходной сопряженной зоны должны учи тываться при моделировании общих механических свойств и характери стик проницаемости бетона. Но значения модуля, используемые в приме няемых моделях. не подтверждены ни теоретически, ни экспериментально из-за практических трудностей измерения таких мелких узких зон в 10– 20 микрон вокруг грубых частиц заполнителя. Исследователи с успехом использовали метод визуализации нанопенетрометра для рассмотрения этого феномена.

Скорость гидратации различных минералов цемента различна. Вна чале гидратируют слабые минералы цемента, которые экранируют гидра тацию более прочных минералов цемента и замедляют процесс набора прочности бетоном. При действии отрицательных температур эти слабые связи не могут противостоять силам расширения воды при замерзании.

Микровспененная вода затворения, имея хорошую проницаемость, раство ряет более прочные минералы цемента и создает необходимую для сопро тивления морозу прочность бетона.

Предварительные итоги экспериментов получены к.т.н., доцентом Р. Т. Бржановым и старшим преподавателем кафедры «Строительство»

СКГУ К. К. Жапаркановым на основе сравнительных испытаний прочно сти тяжелого бетона, приготовленного на обычной воде из городского во допровода и активированной (микровспененной) воды по технологии Б. Б. Аспандиярова и С. Ф. Ивлева. Состав бетона для обоих испытаний отличался лишь водой затворения бетонной смеси. Одна серия образцов после изготовления была помещена в холодильную камеру с температурой –20 °С, а другая хранилась при нормальных условиях.

Расход материалов на 1 м3 бетонной смеси составил: цемент – 330 кг, песок – 680 кг, щебень – 1325 кг, В/Ц – 0,5 [3].

Этот расход материалов был подобран для бетона В20 (М250) на це менте марки 300. Испытания были проведены на образцах кубах с разме ром ребра 100 мм.

В таблице 1 приведены сведения о результатах сравнительных испы таний бетона на микровспененной и обычной воде.

Таблица Результаты сравнительных испытаний На обычной воде На микровспененной воде Возраст Прочность, Прочность, № Прочность МПа Прочность (сутки) Мпа (кг/см2) МПа (кг/см2) (кг/см2) МПа (кг/см2) Замороженные Замороженные 1 3 13,1 (131) 11,1 (111) 15,4(15) 14,4(144) 2 13,3 (133) 11,3 (113) 16,6(166) 15,6(156) 3 13,7 (137) 11,7 (117) 16,2(162) 14,2(142) 4 7 16,8(168) 11,8(118) 18,2(182) 17,2(172) 5 15,5 (155) 12,5 (125) 19,0(190) 17,0(170) 6 15,5 (155) 12,8 (128) 18,8(188) 17,8(178) 7 28 25 (250) 22 (220) 29,7 (297) 29,2 (292) 8 24,7 (247) 21,7 (217) 29,4 (294) 28,7 (287) 9 25,8 (258) 23,8 (238) 29,7 (297) 28,5(285) Сравнительные испытания тяжелого бетона на обычной воде и мик ровспененной воде позволяют сделать следующие выводы.

1. Прочность бетона на экспериментальной воде выше прочности бе тона на обычной воде в среднем на 20 %, что позволяет экономить расход цемента на 10–15 % на 1 м3 бетона.

2. Интенсивность набора прочности бетона на экспериментальной воде возрастает более интенсивно в начальные сроки, что очень важно для зимнего бетонирования.

3. За счет микропористой структуры бетона уменьшаются деструк тивные процессы от расширения замерзающей воды в бетоне.

Литература 1. Юдина, А. Ф. Бетонная смесь на воде затворения, предварительно обработан ной электрическим полем / А. Ф. Юдина // Весь бетон : интернет-журнал. – 2008.

2. Ратинов, В. Б. Добавки в бетон / В. Б. Ратинов, Т. И. Розенберг. – М. : Стройиз дат, 1989. – 188 с. – Библиогр.: с. 177–186.

3. Бржанов, Р. Т. Способ приготовления бетонной смеси : иновационный патент № 25941 / Р. Т. Бржанов, В. К. Бишимбаев. – Бюллетень изобретении РК № 8 от 15.08.2012 г.

ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ АКТИВИРОВАННОЙ ВОДЫ ДЛЯ ЗИМНЕГО БЕТОНА Р. Т. Бржанов Каспийский государственный университет технологий и инжиниринга им. Ш. Есенова, г. Актау (Казахстан) А. Р. Бржанова Северо-Казахстанский государственный университет им. М. Козыбаева, г. Петропавловск (Казахстан) Основную опасность для бетона, при производстве зимнего бетони рования, представляет отрицательная температура воздуха, воздействую щая на твердеющий бетон. Наибольший ущерб от раннего замораживания наблюдается в бетонах с большим В/Ц (0,6-0,75) и большим расходом це мента [1].

Для обеспечения потребительских качеств бетона при зимнем его из готовлении используют ряд методов зимнего бетонирования.

Выделяют основные две группы методов зимнего бетонирования:

беспрогревные и прогревные. Во многих случаях при выборе метода про изводства работ в зимнее время необходимо учитывать обеспечение в за данные сроки морозостойкости, водонепроницаемости, прочности и воз можности загружения его нагрузкой. С этой целью при производстве бе тонных работ в зимних условиях используются методы с внесенной из вне тепловой энергией – электропрогрев, индукционный, инфракрасный, паро и воздухопрогрев, методы использующие тепловую энергию, внесенную в бетонную смесь до ее приготовления и выделяемую за счет экзотермии цемента и методы понижающие температуру замерзания воды за счет при менения противоморозных добавок. Все эти методы исследованы доста точно полно, что нет необходимости их дальше описывать. Лишь отметим, что каждый метод зимнего бетонирования имеет свои особенности, как технологического плана, так и рецептурного.

Основными параметрами выбора технологии производства зимнего бетонирования являются: массивность бетонируемых конструкций;

крити ческая прочность бетона;

наличие развитой инфраструктуры по обеспече нию строительства энергоресурсами и оборудованием. Модуль поверхно сти характеризует массивность конструкций и равен отношению поверх ности охлаждения конструкции F, м2, к ее объему V, м3:

Мп = F/ V, м-1 (1) Для упрощения сложных вычислительных операций разработан таб личный метод расчета на ЭВМ. За основу табличного метода приняты сле дующие основные параметры: массивность и геометрия конструкций;

мар ка бетона и цемента;

расход цемента на 1 м3;

требуемая прочность бетона к моменту окончания его выдерживания.

Исследованиями отмечено, что расчетные значения средней темпе ратуры получаются одинаковыми для любого сечения конструкции. Эти методики не учитывают возможность раннего замораживания в пригра ничных слоях и изменения в структуре бетона вызванные градиентом тем пературы и влажности по толще бетонируемой конструкции. Общей осо бенностью всех методов расчета охлаждения бетона является то, что экзо термия цемента учитывается по значению тепловыделения для отдельных видов и марок цемента без учета скорости гидратации цемента в зависимо сти от температуры бетона.

Наиболее простым и не требующим дополнительных затрат является метод, обеспечивающий твердение бетона на морозе, за счет противомо розных добавок. Известно большое количество химических соединений, понижающих температуру замерзания воды. С учетом областей примене ния противоморозных добавок, по мнению В. Б. Ратинова и Т. И. Розенберга, их можно разделить на две большие группы.

Добавки, понижающие температуру замерзания жидкой фазы бетона.

К ним относятся некоторые сильные электролиты (нитрит натрия – НН, NаNО2), (хлорид натрия – ХН, NaCl), органические соединения (много атомные спирты, карболид).

Добавки, совмещающие в себе способность к сильному ускорению сроков схватывания цементного теста с антифризными свойствами. К этой группе добавок относятся поташ, смесь хлорида кальция с хлоридом натрия – ННХК, Са(NО2)2 + Са(NО3)2 + СаСl2, нитрат натрия – НН, NаNО2, нитрит-нитрат кальция – ННК, Са(NО2)2 + Са(NО3)2 и некоторые другие.

Кроме этих основных двух групп противоморозных добавок при зимнем бетонировании используются вещества со слабыми антифризными свойствами, но относящиеся к сильным ускорителям твердения цемента и вызывающие сильное тепловыделение на ранней стадии твердения бетон ной смеси. К таким добавкам относятся сульфаты трехвалентного железа и алюминия.

Зимнее бетонирование с противоморозными добавками не исключает применение других добавок. Важно при этом учитывать, чтобы не проис ходила их быстрая коагуляция, с соблюдением техники безопасности при смешивании добавок.

Химизм взаимодействия противоморозных добавок с силикатными фазами алита С3S и белита В-С2S, а также гидросиликата кальция похож к взаимодействиям сильных электролитов. Если добавки не содержат одно именных с клинкерами ионов, то они ускорят процессы гидратации. Одна ко вследствие изменения добавками диэлектрических характеристик воды и адсорбции на твердой фазе, оказывается их замедляющее действие на гидратационное твердение С2S и В-С2S Технологическими особенностями зимнего бетонирования с приме нением противоморозных добавок является их ограничение в дозировке, которая должна быть 10–15 % от массы затворения. По отношению к арма туре некоторые противоморозные добавки относятся к ингибирующим (нитрит натрия – НН, нитрит-нитрат кальция – ННК), стимулирующие этот процесс (хлорид кальция – ХК, хлорид натрия – ХН), нейтральные. К корро зии арматуры (поташ – п, нитрат кальция – НК, мочевина (карболид) – М).

Поэтому количество и вид применяемой добавки определяется из требова ний предъявляемых бетону по технологии изготовления и условий окру жающей среды. А при повышении концентрации добавок означенных вы ше, появляются высоты на поверхности конструкции, которые очень труд но устранить.

В последние годы были предложены и получили большое распро странение следующие методы электротермообработки бетона:

электродный прогрев;

нагрев в электромагнитном поле (индукционный);

контактный (обогрев различными электронагревательными устройствами, в том числе и инфракрасным изучением).

Прогрев бетона электрическим током, основан на принципе преобра зования электрической энергии в тепловую. Это основано на законе Джоу ля – Ленца:

Q = 3600 J2RT (2), где Q – количество тепла, выделяемого током, кДж;

J – сила тока, А;

R – сопротивление прогреваемого бетона, Ом;

T – время прохождения тока, ч.

Как видно из этой формулы, затраты в основном, зависят от прово димости тока бетоном. Удельное сопротивление бетона резко меняется в зависимости от количества и качества жидкой фазы. Изменение удельного сопротивления прямо связано со стадиями гидратации. В индукционный период, когда еще мало новообразований удельное сопротивление бетона велико, а в начале схватывания цемента сопротивление бетона падает, проводимость электрического тока возрастает. При достижении бетоном 50–60 % от проектной прочности сопротивление его возрастает в несколь ко раз, и поддержание в нем температуры на заданном уровне может быть обеспечено только значительным повышением напряжения. Введение в состав бетона химических добавок – электролитов, приводит к значитель ному уменьшению электросопротивления бетона.

Метод электропрогрева показал себя на практике как самый эконо мичный. Стоимость электропрогрева бетона составляет 7–10 % его стои мости, а электропрогрев железобетона 10–15 % его стоимости, включая 20 % затрат на оборудование. По сравнению с пропариванием и тепляками электропрогрев дешевле на 30–40 %.

Проблемы зимнего бетонирования актуальны и для зарубежной практики строительства [2]. Основной задачей технологии производства работ за рубежом тоже является защита бетонируемой бетонной конструк ции от воздействия отрицательных температур. Минимальное значение прочности, при которых допускается замерзание бетона, изменяются в больших пределах: от 2,4–4,4 МПа (США, Швеция), до 14,5 МПа (Швей цария). По национальным нормам США и Канады требуется бетон выдер живать до замораживания в течение 72 ч. при температуре не ниже 10 °С, а по нормам портландцементной ассоциации – в течение 3 суток при темпе ратуре не ниже 21 °С или в течение 5 суток при температуре 10 °С. в Да нии допускается замораживать бетона только после достижения им проч ности не менее 25 % от R28 и не менее 3,5 МПа, в Финляндии и Норвегии бетон до замораживания должен быть выдержан в течение 3 суток при температуре не ниже 5 °С и прочностью не менее от 4 до 8,5 МПа. Реко мендации по зимнему бетонированию РИЛЕМ в качестве критической прочности принимают 5 МПа.

Практическую и методическую пользу в плане прогнозирования и регулирования температурного поля бетонной конструкции, дает установ ления взаимосвязь между приведенным возрастом цементобетона на мо мент его замерзания 20 и временем до его замерзания л.. Это обстоятель ство позволяет регулировать и прогнозировать момент времени замерзания до набора критической прочности с надежностью 98%. Установлена ми нимальная прочность бетона в случае преждевременного замерзания слоя цементобетона, которая составляет 0,45 Rчб.

Для изучения влияния раннего замораживания на структуру цемент ного камня и бетона, выявления распределения пор по сечению образца были проведены макроскопические и микроскопические исследования об разцов. Эти исследования показали, что структура образцов замороженных в раннем возрасте существенно изменилось.

Так, структура образцов, замороженных при –20 °С сразу, через 3 и часов после замеса бетона и испытанных через сутки после оттаивания, очень рыхлая. В них много макро- и микротрещин разного направления.

Ширина трещин находится в пределах 0, 001-0,003 мм. Преобладают це почки из 3–5 пор размером 0,001–0,1 мм. Большая часть микротрещин проходит по границе сцепления клинкерных минералов.

В образцах, выдержанных до замораживания 9 и 12 часов при поло жительной температуре и испытанных через сутки после оттаивания, структура улучшилась: появилось больше изолированных пор, но общая пористость бетона больше, чем у образцов суточного нормального тверде ния.

Литература 1. Бржанов, Р. Т. Проблемы выбора методов зимнего бетонирования / Р. Т. Бржа нов // Вестник ПГУ. – 2009. – № 2. – С. 14–33.

2. Зарубежный опыт зимнего бетонирования : реферативная информация. – 2006. – Сб. № 9.

МЕТОД СКВОЗНОГО ОБУЧЕНИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ И ПРИКЛАДНОЙ МЕХАНИКЕ ДЛЯ СТУДЕНТОВ СПЕЦИАЛЬНОСТИ «АРХИТЕКТУРА»

А. В. Надеждин Астраханский инженерно-строительный институт, г. Астрахань (Россия) До недавнего времени студенты строительных вузов, обучающиеся по специальности «Архитектура», изучали предмет теоретическая и при кладная механика. Этот предмет, как известно, состоял из трех разделов:

теоретическая механика, сопротивление материалов и строительная меха ника. Освоение данной дисциплины давало цельное представление о меха нической компоненте современной естественнонаучной картины мира и, тем самым, способствовало формированию системы фундаментальных знаний. Что в дальнейшем позволяло специалисту решать различные науч но-технические задачи в теоретических и прикладных аспектах.

Переход к ГОСам III поколения означает новый этап модернизации изучения данного курса. Теперь разделы данного курса «Теоретическая механика» и «Сопротивление материалов» входят в вариативную часть ГОСа, а «Строительная механика» относится к его базовой части. Что, в прочем, не уменьшает их роли в формировании у студентов подлинно научного мировоззрения. Изучая теоретическую механику, студент знако мится с такими понятиями как связи и их реакции, сосредоточенные и рас пределенные силы, работа, мощность, энергия – все эти понятия имеют общенаучное значение и многие из них будут в дальнейшем применяться при изучении базовой части естественнонаучного цикла.

Для его успешного освоения студентам-бакалаврам специальности «Архитектура» поможет учебное пособие «Теоретическая и прикладная механика» [1], в котором подробно излагаются все три раздела курса. В пособии весьма наглядно просматривается метод сквозного обучения со временного студента строительной специальности. Вначале он изучает условия равновесия тела или составной конструкции в статике, затем ре шает подобную задачу в разделе «Динамика» (как известно, принцип воз можных перемещений помогает решать задачи динамики методами стати ки). В разделе «Сопротивление материалов» при прочностном расчете сту денту также необходимо определить опорные реакции и внутренние уси лия для отдельного элемента конструкции, и в строительной механике необходимо определить внутренние усилия для всей конструкции в целом.

Таким образом, курс «Теоретическая и прикладная механика» обеспечива ет логическую связь между физикой и математикой, применяя математи ческий аппарат к описанию физических явлений, и, кроме того, между естественнонаучными дисциплинами и общетехническими и специальны ми дисциплинами. Это наглядно прослеживается в примере, взятом из предлагаемого пособия:

Рассмотрим статически неопределимую раму, изображенную на рис. 1а, при следующих исходных данных: Р = 3 кН, q = 2 кН/м, l = 3 м, h = 4 м, ЕJ = const.

Расчет предлагаемой конструкции выполняем в следующей последо вательности:

1. Устанавливаем степень статической неопределимости рамы n (в данном случае n = 2).

2. Выбираем основную систему, удалив лишние связи (рис. 1б).

а) б) Рис. 1. К расчету статически неопределимой рамы:

а) заданная система;

б) основная система 3. Составим канонические уравнения метода сил:

11 х1 12 х 2 1Р 0;

(1) 21 х1 22 х2 2 Р 0.

4. Вычислим коэффициенты и свободные члены для системы канонических уравнений с помощью интеграла Мора, для чего строим эпюры (рис. 2а–г).

1 1 2 11 2 33 3, EJ EJ 2 1 1 2, 22 4 3 4 2 4 4 EJ 3 EJ 11 12 21 33 4, EJ 2 EJ 1 2 31 1 6,75 9 15,, 1P 2, 25 3 6 3 3 EJ EJ EJ 3 22 1 2 6 1 2.

2P 2, 25 3 4 4 3 6 2 3 6 2 2 EJ EJ 3 2 2 18 18 15, x1 EJ x2 EJ EJ 0;

x1 18 x2 272 98 0.

EJ EJ EJ 5. Решим систему канонических уравнений (1–2) и определим лиш ние неизвестные: x1 0,25688 x2, кН, кН.

а) б) в) г) Рис. 2. Грузовая и единичные эпюры изгибающих моментов 6. На основании результатов расчетов (рис. 3) строится окончатель ная эпюра изгибающих моментов (рис. 4а) с использованием формулы:

M M q M p M 1 x1 M 2 x2.

Рис. 3. К окончательному расчету статически неопределимой рамы б) Эпюра Q, кН а) Эпюра М, кНм в) Эпюра N, кН Рис. 4. Эпюры внутренних силовых факторов 7. По эпюре M строится эпюра Q, а затем эпюра N (рис. 4б–в).

В данном пособии студенту предлагается методика расчета много пролетной статически определимой арки, расчет статически неопредели мой системы, расчет вантовых систем, определение давления грунтов на массивные подпорные стенки, расчет подпорных стенок на устойчивость.

Рассматриваемые расчеты помогут будущему инженеру-строителю при исследовании обеспечения условий прочности, жесткости и устойчивости строительных конструкций.

Литература 1. Надеждин, А. В. Теоретическая и прикладная механика : учеб. пособие для строительных вузов, обучающих по специальности «Архитектура» / А. В. Надеждин и др. – Астрахань : Миг, 2007. – 187с., ил.

МОДИФИКАЦИЯ НЕФТЯНЫХ БИТУМОВ РАЗЛИЧНЫМИ ДОБАВКАМИ Н. А. Белова, Н. А. Страхова Астраханский инженерно-строительный институт, г. Астрахань (Россия) Известно, что качество битума определяется в основном тремя фак торами: составом сырья окисления, условиями окисления и аппаратурным его оформлением, а также составом товарного битума. Важными фактора ми, определяющими качество товарных битумов, является как химический состав исходного сырья окисления, так и химический состав полученного продукта. Химический состав сырья окисления можно изменять, вводя в исходный гудрон различные добавки, позволяющие получать окисленный продукт требуемого качества. Другим способом воздействия на состав и качество целевого продукта является введение этих добавок в уже окис ленный гудрон (битум). Подбор добавок (модификаторов), улучшающих технологические свойства битумов и сырья для их получения, является ак туальной задачей получения битумов дорожных марок.

Модификация битума и сырья для его получения фосфагенами – трифосфонитрилхлоридом (ТФНХ) и полифосфонитрилхлоридом (ПФНХ) позволяет расширить температурный интервал эластичности – его пласти ческого состояния. Фосфагены добавляли к разогретому до 125 °С битуму марки БН-11 (содержание асфальтенов – 17,2 %, мальтенов – 82,7 %) пор циями при интенсивном перемешивании в течение 1,5 часов. Дополни тельно в битум добавлялся хлорид алюминия [1].

Для улучшения структуры битума в качестве модифицирующей до бавки авторы [2] использовали КПАВ – четвертичное аммониевое соеди нение с углеводородным радикалом С17–С19 в количестве 0,06 % масс.

Смесь гудрона и асфальта (75:25 масс) окисляли в реакторе периодическо го действия с рабочим объемом 400 мл при температуре 235–250 °С, рас ходе воздуха 1–1,5 л/мин и продолжительностью окисления 110–180 ми нут. При этом существенно, на 6 °С возрастает температура размягчения и почти в 1,5 раза уменьшается глубина проникания иглы в битум, повыша ется индекс пенетрации. В присутствии ПАВ достигается более глубокое окисление углеводород сырья и более полное использование поступающе го с воздухом кислорода. В целом соотношение масла и асфальтенов в присутствии добавки понижается, вследствие чего, повышается темпера тура размягчения и уменьшается глубина проникания иглы при 25 °С, и в отходящих газах окисления уменьшается в 1,5–2 раза содержание кисло рода и на 30% продолжительность окисления [2].

Модифицирование сырья для получения битумов – мазута проводи ли в аппарате с вихревым слоем (АВС) типа В-105К-04, введением эле ментной серы при интенсивном перемешивании до образования однород ного раствора при 140 °С. Затем, полученный раствор подвергался вакуум ной перегонке и остаток, выкипающий выше 500 °С, содержал 17 % масс.

асфальтенов и соответствовал битуму дорожной марки БНД 200/300 [3].

В качестве полимерных модификаторов битума применяли резино вую крошка, атактический полипропилен, термопласты (стирол бутадиенстирол.). В качестве пластификаторов использовали индустри альное масло И-20, И-40 и остаточный экстракт селективной очистки ма сел, состоящий более чем на 70 % из ароматических углеводородов [4].

Таким образом, используя добавки различной химической природы в состав сырья для получения битумов или в товарный битум, возможно по лучение битумов дорожных марок улучшенного качества.

Литература 1. Поконова, Ю. В. Модификация битумов фосфагенами / Ю. В. Поконова, Л. М. Митрофанова // Химия и технология топлив и масел. – 2005. – № 4. – С. 46–48.

2. Пустынников, А. Ю. Модификация сырья при получении окисленных битумов / А. Ю. Пустынников, В. Г. Рябов, Б. П. Туманян, А. Н. Нечаев // Химия и технология топлив и масел. – 2001. – № 3. – С. 16–17.

3. Щугорев, В. Д. Получение дорожных битумов из газоконденсатных мазутов / В. Д. Щугорев, В. И. Гераськин, Н. А. Страхова, Б. И. Белинский, Л. П. Кортовенко, О. Ю. Павлюковская // Химия и технология топлив и масел. – 2001. – № 3. – С. 4. Кутьин, Ю. А. Применение полимерных материалов различного типа для мо дификации тяжелых нефтяных остатков / Ю. А. Кутьин, Э. Г. Теляшев, Т. М. Ризванов, Т. Г. Биктимирова, Г. Н. Викторова, А. Ф. Ишкильдин // Нефтепереработка и нефтехи мия. – 2002. – № 2. – С. 38–40.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НАНОТЕХНОЛОГИЙ В ПРОИЗВОДСТВЕ СЕРОБЕТОНА Б. Н. Середин, Л. П. Кортовенко, Н. А. Страхова Астраханский инженерно-строительный институт, г. Астрахань (Россия) В настоящее время в Российской Федерации на рынке строительных материалов и конструкций ощущается дефицит экономичных и при этом качественных строительных конструкций, вследствие чего страдает сектор строительства жилья эконом класса. Себестоимость производства строи тельных конструкций и изделий с использованием традиционных вяжущих высока.

В связи со сложившимися обстоятельствами на рынке строительных материалов, создание высокоэффективных и экономичных строительных конструкций и изделий является приоритетной задачей.

В то же время производство строительных материалов, отвечающих требованиям времени, в условиях жесточайшей конкуренции возможно только на основе современных технологий, а именно технологии изделий до уровня нанотехнологии, поскольку именно в этом диапазоне размеров исходных компонентов возможно осуществление необходимых техноло гических операций. В этом примере сохраняется существенность иерархи ческой связи ЕСКД (единая система конструкторской документации) и ЕСТД (единая система технической документации): сначала конструкция – и только потом технология, позволяющая эту конструкцию создать.

Астраханская область не обладает материально-сырьевой базой для производства высококачественных строительных материалов промышлен ного и гражданского строительства. Необходимые компоненты для произ водства строительных материалов, строительства дорог: цемент, песчано гравийные смеси, нефтяные битумы и прочее, завозят с других регионов.

Создание высокоэффективных строительных конструкций и изделий раз личного назначения обусловлена замещением традиционно вяжущего це мента – модифицированной серой, за счет чего строительные конструкции приобретают уникальные качественные характеристики (прочность, хими ческую стойкость и прочее) и низкую себестоимость.

Создание принципиально новой технологии производства серного вяжущего, в основе которой используется химическое взаимодействие се ры с модификатором в аппарате вихревого слоя [1], позволит получить строительные серобетонные конструкции, обладающие всеми необходи мыми свойствами современной индустриализации.

Литература 1. Страхова, Н. А. Серное вяжущее для бетонов / Н. А. Страхова, Д. А. Розенталь, Л. П. Кортовенко // Газовая промышленность. – 2001. – № 4. – С. 61.

ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ БИТУМОВ ИЗ НЕФТЕШЛАМОВ Б. Б. Утегенов, Л. П. Кортовенко, Н. А. Страхова Астраханский инженерно-строительный институт, г. Астрахань (Россия) При переработке нефти на нефтеперерабатывающем заводе (НПЗ), при хранении и транспортировке нефтепродуктов образуется большое ко личество загрязненных производственных стоков, отходы переработки ко торых (нефтешлам) направляются в шламонакопители. В зависимости от схемы очистки и влажности образующиеся осадки составляют 0,5–1,0 % об. отработанной сточной воды.

Целью данной работы является определение качественного и ко личественного состава нефтяного шлама – твердых продуктов зачистки из бункеров судов, и выявление возможности утилизации их в качестве ком понента дорожного битума [1].

Для изучения состава и свойств нефтяных углеводородов и установ ления их количественного состава были использованы следующие методы:

экстракция органической части шлама прямогонным бензином;

фильтрование;

перегонка и испарение.

Нефтяной шлам характеризуется невысоким содержанием органиче ской части (24,6 % по массе), фракционный состав которой (ГОСТ 2177) следующий, % масс.:

н.к. 10 20 30 При этом количество нефтяных углеводородов органической части шлама, выкипающих до 350 °С составило 4,9 % масс.

Выделенный нефтепродукт характеризуется следующими свойства ми: плотность при 20 °С – 968 кг/м3, коксуемость – 7,14 % масс., золь ность – 4,95 % масс., содержание воды – 0,8 % масс., пенетрация 360–480, при 25 °С, 0,1 мм. Высокое значение пенетрации нефтепродукта можно объяснить высоким содержанием легких углеводородов. Таким образом, для использования органической части нефтешлама в качестве нефтяного вяжущего – битума, необходимо предусмотреть ее вакуумную перегонку или использовать в качестве компонента битумного сырья для получения окисленных битумов, а также компаундированных битумов, что требует дополнительных исследований.

Литература 1. Страхова, Н. А. О расширении базы сырьевой базы нефтяных битумов / Н. А. Страхова, Л. П. Кортовенко, А. Р. Хаметова // VI конгресс нефтепромышленни ков России : материалы Международной научно-практической конференции. – Уфа, 2005. – С. 99–101.

СЕРОБЕТОН И АППАРАТ ВИХРЕВОГО СЛОЯ Р. И. Шаяхмедов, А. П. Журавлев ООО «Инжиниринг», г. Астрахань (Россия) Вот уже 50 лет серобетон является перспективным строительным материалом. Чем же он привлекателен?

1. Вместо дорогостоящего портландцемента, используемого в раз личных бетонах, можно использовать попутную серу, стремительно деше веющую вследствие перепроизводства (реализация по цене отхода).

2. Вместо минерального наполнения с заданным фракционным со ставом можно использовать отходы их производства (отсев дробления щебня), который в карьерах по переработке щебня подлежит утилизации.

3. Вместо дорогостоящих полимерных добавок, улучшающих каче ство бетонов, можно использовать полимерную модификацию той же се ры, которой в жидкой сере содержится до 30 массовых %.

То есть вместо трех дорогих компонентов используются три по чти бесплатных Так почему же серобетон все еще ходит в перспективных?

1. Доля полимерной серы в серобетоне с течением времени, неуклонно снижается, поскольку она переходит в моноклинную форму.

Нужны химические стабилизаторы полимерной серы.

2. Температура плавления серы 120 °С. Это делает серобетон терми чески неустойчивым. Нужны термические стабилизаторы.

3. Сера биофильна. В присутствии влаги и органики анаэробные ти оновые бактерии едят серу как сахар. Нужны ингибиторы микробиологи ческой коррозии.

4. При горении серы выделяются серные окислы. Нужны антипиро гены.

5. По общепринятой классификации сера относится к слабо ядови тым веществам. При этом она сублимируется даже в твердом виде. То есть поверхность деталей серобетона должна иметь изолирующий слой.

Все эти добавки увеличивают стоимость серобетона и сводят на нет все его экономические преимущества.

Актуально вместо этих веществ использовать тоже отходы, или не дорогие вещества, предварительно изменив их свойства в нужном направ лении без использования дорогостоящего химического оборудования, при чем без ухудшения прочностных характеристик самого серобетона.

ООО «Инжиниринг» предлагает потребителям аппарат вихревого слоя (далее АВС). С его помощью можно активизировать:

мазут (жидкая фракция нефтешламов), так что он становится пре красным стабилизатором полимерной серы;

металлосодержащие отходы (твердую фракцию нефтешламов, со держащую мелкодисперсное железо, пиритные огарки и золу), так, что они становятся термическим стабилизатором твердой элементарной серы;

галогеносодержащие отходы, так, что они становятся ингибитора ми микробиологической коррозии (кроме того галогены являются стабили заторами полимерной серы);

песок, так что он, является антипирогеном и улучшает прочност ные характеристики серобетона;

отработанные масла, так что они, будучи внесенными в состав при изготовлении серобетона становятся прекрасными изоляторами.

При совместной обработке мазута и жидкой серы в АВС, в зоне электрических разрядов, кавитационных взрывов и наночастиц металла молекулы полимерной серы укрепляются мостиками из органических ра дикалов. Это предохраняет их от распада, подобно тому, как серные мо стики предохраняют от распада гигантские белковые молекулы.

В результате получается стабильное серополимерное вяжущее, в ко тором полимерная сера заменена сополимерной.

При обработке песка (речного, барханного, доломитного) в аппарате вихревого смешения, в зоне электрических разрядов песок дробится, с об разованием химически активных поверхностей, реагирующих с серополи мерным вяжущим подобно тому, как свежий надрез на стекле реагирует даже с парами воды. То есть, при таком применении аппарата в серобетоне физическая адсорбция во многом замещается химической абсорбцией. Это повышает прочность изделий из него.

Активированный песок, чья доля в изделиях из серобетона может быть доведена до массовых 80–90 % является прекрасным антипирогеном.

Измельченные в аппарате минеральные составляющие, богатые окислами металлов (пиритные огарки, зола), в серобетоне образуются сульфиды и полисульфиды, чья температура плавления тем больше, чем выше доля металлов в минеральном составляющем.

Отработанные масла, активизированные в АВС, превращаются в разновидность олифы, которой можно покрывать строительные детали из серобетона, что предотвратит сублимацию элементной серы.

Все три технологии разработаны и апробированы в ООО «Инжини ринг»:

получение серополимерного вяжущего;

активизация минерального наполнителя;

производство и нанесение изолирующего слоя.

Средняя прочность образцов серобетона (на разных минеральных наполнителях) на сжатие составила от 43,2 МПа до 51 МПа.

Средняя прочность при сжатии серии контрольных образцов в насыщенном водой состоянии – 262,9 кг с/см2 – 311 кг с/см Средняя прочность при сжатии серии основных образцов, после од нократного замораживания – 305,6 – 360 кг с/см2.

Сопротивление бетона проникновения воздуха – 152,2 с/см3.

Водонепроницаемость более W-20.

При мировом годовом профиците серы в 10 млн тонн производство изделий из серобетона может составлять 100 млн тонн в год.

На сегодняшний день ООО «Инжиниринг» построило в Казахстане на основе аппарата вихревого смешения две установки по получению се рополимерного вяжущего и две установки по модификации бензинов с по лучением экотоплива (на основе применения аппарата ООО «Инжини ринг» разработало и другие технологии).

ООО «Инжиниринг» помимо того, что принимает заказы на изготов ление аппарата, может реализовать, на соответствующих условиях, черте жи для их изготовления, и осуществлять авторский надзор за внедрением разработанных технологий.

РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ОБУЧЕНИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Е. В. Пономарева, О. А. Хохлова, А. В. Хохлов Астраханский инженерно-строительный институт, г. Астрахань (Россия) Современное социально-экономическое состояние страны указывает на необходимость повышения творческого потенциала и конкурентоспо собности выпускников высших учебных заведений. В этом процессе осо бая роль отводится усилению фундаментальной подготовки студентов по естественнонаучным дисциплинам, в частности, по теоретической механике.

Применение информационно-коммуникационных технологий в про цессе освоения курса теоретической механики приводит к повышению эф фективности обучения за счет изменения уровня его индивидуализации и дифференциации, использования дополнительных мотивационных рыча гов. Внедрение современных средств информационно-коммуникационных технологий дает возможность дифференциации процесса обучения за счет выбора заданий разного уровня сложности, организации самостоятельного продвижения по темам курса теоретической механики успевающих и воз врата к недостаточно изученному материалу отстающих студентов, т. е. обеспечивает каждому студенту возможность заниматься в индивиду альном темпе, в соответствии со своими способностями. В связи с этим становится актуальной разработка новых методических подходов к ис пользованию информационных технологий для развития личности обучае мого, в частности, формирования у студента умения прогнозировать ре зультаты своей деятельности, разрабатывать стратегию поиска путей и ме тодов решения задач – как учебных, так и практических [1, 2].

Существует множество методов и организационных форм обучения теоретической механике, ориентированных на новые виды учебной дея тельности и новые образовательные результаты: это использование рей тинговой системы оценки знаний обучаемых, общение в дистанционном режиме (телеконференции, форумы, чаты), автоматизированная выдача и проверка индивидуальных заданий, организация самостоятельной работы с помощью видеолекций и презентаций и т. п.

Все это позволяет повысить мотивацию, эффективность и качество изучения студентами теоретической механики, интенсифицировать учеб ный процесс, активизировать самостоятельную работу студентов и сделать процесс обучения увлекательным и интересным.

В современных условиях основной акцент в преподавании теорети ческой механики ставится не только на формирование у студентов умений решения типовых задач по каждому разделу курса, но и на приобретение навыков математического моделирования поведения механических систем.

Это достигается усилением математизации учебного курса и использова нием эффективных аналитических и численных методов исследования ма тематических моделей механических систем.

Для реализации процесса обучения теоретической механике с ис пользованием информационных технологий на кафедре «Промышленное и гражданское строительство» разработана и внедрена в учебный процесс программа для ЭВМ, предназначенная для статического расчета плоской составной конструкции, состоящей из двух и более тел.

Предлагаемая программа рассматривает условия равновесия плоских составных конструкций, соединенных нитью или стержнем (рис. 1а), сво бодно опирающихся друг на друга (рис. 1б), а также соединенных шарнир но (рис. 1в).

а) б) в) Рис. 1. Способы соединения плоских составных конструкций Рис. 2. Окно программы при составлении расчетной схемы системы, изображенной на рис. 1в Возможности программы позволяют построить расчетную схему в соответствии с индивидуальными условиями (рис. 2), генерируемыми ав томатически, составить и решить систему уравнений равновесия рассмат риваемой системы сил, произвести проверку правильности решения и вы полнить анализ полученных результатов [3].

В дальнейшем планируется расширить возможности программы, до бавив модули, предназначенные для решения задач статики по теме «Центр тяжести твердого тела» (круг решаемых вопросов: определение центра тяжести плоской и пространственной фигуры, а также плоской и пространственной линии). Кроме того, при решении задач на тему «Равно весие плоской составной конструкции» добавятся новые виды внешних и внутренних связей.

Литература 1. Давыдов, В. В. Проблемы развивающего обучения: Опыт теоретических и экс периментальных исследований / В. В. Давыдов. – М., 1986.

2. Режим доступа: http://ntfmfkonf.ucoz.ru/publ/vnedrenie_i_ispolzovanie_ innovacionnykh_tekhnologij_v_dejatelnosti_ou_problemy_i_perspektivy/lichnostno_orientiro vannoe_obuchenie_na_osnove_primenenija_sredstv_informatizacii_pri_osvoenii_kursa_teore ticheskoj_mekhaniki/20-1-0-162, свободный. – Заглавие с экрана. – Яз. рус.

3. Программа для статического расчета плоской составной конструкции (система двух и более тел) : свид-во о гос. регистрации программы для ЭВМ № / О. А. Хохлова, Е. В. Пономарева, А. В. Хохлов ИССЛЕДОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ БИТУМА С СОПОЛИМЕРОМ ЭТИЛЕНА С БУТИЛАКРИЛАТОМ И ГЛИЦИДИЛМЕТАКРИЛАТОМ Д. А. Аюпов, А. В. Мурафа, Л. И. Потапова Казанский государственный архитектурно-строительный университет, г. Казань (Россия) До последнего времени наилучшими модификаторами битумов счи тались каучуки и термоэластопласты, которые, не взаимодействия с биту мом химически, растворялись в нем, придавая свойства полимера. Однако даже лучшие битум-полимерные композиции такого типа имеют некото рые недостатки. Например, самые популярные модификаторы битума – блоксополимеры СБС при введении в битум не решают проблему подвер женности его атмосферному старению ввиду большого количества двой ных связей в основной цепи. Общим недостатком таких композиций явля ется расслаиваемость их под действием разностей плотностей битумов и полимеров.

Второй перспективный подход – модификация битумов реакционно способными добавками. Такие модификаторы можно вводить в меньших количествах, а получающиеся композиции не расслаиваются. Безусловным лидером среди таких добавок на рынке сегодня является «Элвалой 4170», производимый концерном «Дюпон». По данным производителей, Элвалой расширяет диапазон рабочих температур, придает битуму эластичность и повышает адгезию битума. Элвалой представляет собой бесцветные про зрачные гранулы и является сополимером этилена с бутилакрилатом и глицидилметакрилатом (рис. 1).

Рис. 1. Структурная формула Элвалоя Химическая реакция, по замыслу производителей, должна протекать между эпоксигруппой, содержащейся в глицидилметакрилате, и кар боксильными группами асфальтенов (рис. 2).

Рис. 2. Химическая реакция Элвалоя с асфальтенами Этот модификатор был опробован на дорожных остаточных битумах в Канаде и США.

Для сравнительного анализа изменений, происходящих в групповом и химическом составе битума при его модификации Элвалоем, в настоя щей работе использовался метод ИК-спектроскопии.

Результаты ИК-спектроскопии исходного и модифицированного 1%-ом Элвалоя битумов представлены на рис. 3 и в табл. 1. При этом в со ответствии с методикой проведения сравнительного анализа химического состава соединений с использованием ИК-спектроскопии, полученные спектры накладывались с масштабированием по СН2-группам, содержание которых не зависит от условий проведения эксперимента. Такое сравнение дает возможность проследить изменения в их количестве относительно друг друга.

Рис. 3. ИК-спектры исходного битума и битума, модифицированного 1%-ом Элвалоя Таблица - Экспериментальные частоты (см ) и оптические плотности некоторых полос в ИК спектрах в районе 500-4000 см- БНД 90/ Оптическая Частоты, (см-1) Отнесение плотность 1688 20 (C=O) 1602 57 (CCar) БНД 90/130 + 1% Элвалой 1695 30 (C=O) 1602 52 (CCar) Анализ полученных результатов исследований битумов марки БНД 90/130 показал наличие характерных для битумов интенсивных полос в области 3000-2800 см-1 (валентные колебания (СН) и СН2 групп), 1460 см- (деформационные колебания (СН2)) и 1377 см-1 (деформационные колеба ния (СН3)). Указанные полосы всегда присутствуют в спектрах предельных углеводородов, парафинов, масел [1]. В спектрах компонентов четко видна полоса пропускания при 720 см-1, которая соответствует деформационным колебаниям (СН2) групп в свободных парафиновых цепях. Отчетливо про является характеристический триплет 747, 812, и 870 см-1 – признак нали чия ароматических структур.

Значительно большей интенсивностью характеризуются полосы пропускания в области 1600-1700 см-1, свидетельствующие о присутствии кислородосодержащих соединений. Полоса около 1602 см-1 характеризует валентные колебания непредельных С=С связей, в основном, циклического строения, и прежде всего бензольные кольца. Большая полуширина и сложная структура данной полосы свидетельствуют о широком распреде лении по составу ароматических соединений — асфальтенов в битумах. В области 1688 см-1 находятся полосы карбонильных и карбоксильных С=О групп, возникающие при окислении органических соединений.

Наиболее информативными с точки зрения проведения сравнитель ного анализа являются:

1) высокочастотный пик 3344 см-1 (в исходном битуме). Частота и малая полуширина этого пика однозначно позволяют отнести его к ва лентным колебаниям гидроксильных групп ОН, не ассоциированных ка ким-либо типом водородной связи [2]. Модификация битума Элвалоем приводит к изменениям частоты валентных колебаний (ОН) в высокоча стотной части: интенсивность увеличивается, а максимум смещается от 3344 см-1 (спектр битума) к 3440 см-1 (модифицированного битума). Это изменение связано с некоторой перестройкой в структуре водородных свя зей битума при введении в него Элвалоя.

2) характерная полоса поглощения карбонильной группы, которая в спектре модифицированного битума имеет большую интенсивность, чем в спектре исходного и смещается с 1689 до 1695 см-1.

Известно [1], что в асфальтеновых веществах концентрируются сво бодные радикалы, которые являются одним из факторов, определяющих склонность асфальтенов к ассоциации. Наличие свободных радикалов обу словлено тем, что в асфальтенах сосредоточено больше всего конденсиро ванных ароматических структур, которые создают явление парамагнетиз ма. Это приводит к межмолекулярному взаимодействию, способствующе му образованию надмолекулярных структур.

Очевидно, по изменению в области валентных колебаний (ОН) и ча стично по полосам (С=О), (характеризуют водородные связи карбоксиль ных групп), можно предположить образование межмолекулярных водо родных связей [2].

Анализ приведенных спектров указывает на повышенное содержание в модифицированном битуме высокомолекулярных асфальтенов с некото рым увеличением структурирующих смол, поскольку наблюдается усиле ние полос поглощения карбонильной группы при 1689 см-1(смещение в модифицированном битуме до 1695 см-1) и ароматических колец при см-1. Кроме того, при взаимодействии с модификатором в битуме снижает ся содержание масляной фракции, в частности, парафино-нафтеновых уг леводородов, характеризующихся парафиновыми цепями с полосой спек тра при 720 см-1.

Снижение концентрации парафино-нафтеновых углеводородов в би туме приводит к повышению лиофильности асфальтенов, которые сольва тируются и набухают в ароматических углеводородах и нерастворимы в парафино-нафтеновых. Такой битум отличается тем, что асфальтены могут взаимодействовать своими полярными (лиофобными) участками поверх ности, образуя агрегаты и зародыши коагуляционной структуры, а на лио фильной внешней стороне асфальтенов ориентированно адсорбируются смолы.

Нами были также сняты ИК-спектры чистого Элвалоя 4170 (рис. 4) и модельной системы – битума БНД 90/130, избыточно модифицированного десятью процентами Элвалоя (рис. 5).

Рис. 4. ИК-спектр Элвалоя Рис. 5. ИК-спектр БНД 60/90 + 10 % Элвалоя Достоверным подтверждением прохождения химической реакции между Элвалоем и битумом является отсутствие в спектре модифициро ванного битума полосы эпоксидной группы – 911 см-1, явно присутствую щей в ИК-спектре Элвалоя.

Таким образом, при модификации битума сополимером этилена с бутилакрилатом и глицидилметакрилатом действительно имеет место хи мическое взаимодействие карбоксильных групп асфальтенов битума с эпоксидными группами глицидилметакрилата, что приводит к получению однородного материала. Указанные изменения группового химического состава и структуры битума под действием данного модификатора не мо гут не отражаться на основных свойствах битума.

Литература 1. Беллами, Л. Инфракрасные спектры сложных молекул / Л. Беллами. – М., 1963.

2. Пиментел, Дж. Водородная связь / Дж. Пиментел, А. Л. Мак-Клеллан. – М., 1964.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВА С ПОМОЩЬЮ МОДИФИЦИРОВАННОГО УРАВНЕНИЯ ВАН-ДЕР-ВААЛЬСА М. И. Головацкий, Е. А. Джалмухамбетова, А. У. Джалмухамбетов Астраханский государственный университет, г. Астрахань (Россия) Проведение научных исследований методом математического моде лирования позволяет получать детальные сведения о свойствах и законо мерностях исследуемого объекта. Варьируя переменные соответствующей математической задачи, можно выявить основные закономерности, оце нить вклад каждого из параметров моделируемого объекта, оценить влия ние внешних воздействий на него, уточнить исходные гипотезы и всесто ронне изучить механизм протекания сложного природного явления. Веще ство может находиться в различных состояниях в зависимости от условий, в которых оно пребывает. С изменением условий изменяется состояние вещества, оно может переходить из одного агрегатного состояния в другое, например, при нагревании жидкие вещества могут переходить в газообраз ное состояние. Чтобы успешно пользоваться материалами, необходимо знать их термодинамические свойства вещества. Эти свойства отражаются с помощью термодинамических уравнений состояния. Целью данного со общения является моделирование термодинамических состояний ван-дер ваальсовой модели вещества.

Рассмотрим термодинамическую модель вещества, подчиняющегося трехпараметрическому уравнению состояния, полученному модификацией уравнения Ван-дер-Ваальса [1]:

a P n v b kT, (1) v где k – постоянная Больцмана;

P – давление, Т – абсолютная температура, v = V/N – удельный объем газа, равный объему, приходящемуся на одну частицу;

a, b и n – положительные постоянные. При значении параметра n = 2 уравнение (1) совпадает с уравнением Ван-дер-Ваальса, а при n = 5/3 – со вторым уравнением Дитеричи. Постоянная а учитывает притя жение, а b – отталкивание молекул.

Из условий термодинамической устойчивости в критической точке:

P 2P 3P 0, 2 0, 3 0, (2) v v v T T T можно получить значения критических параметров системы: vc;

Pc;

Tc. Ес ли перейти к приведенным термодинамическим переменным: v v vc, T T Tc, p P P, то уравнение (1) можно представить в виде приведенно c го уравнения (n 1) (n 1) 4n (n 1) T. (3) p v n (n 1)v (n 1) В уравнение (3) не входят постоянные a и b, определяющие свойства конкретного вещества, то есть оно одинаково для всех веществ, описывае мых одним и тем же значением параметра n, определяющего термодина мическую модель. Само по себе уравнение состояния (3) не может описы вать фазовые превращения вещества. Для этого оно должно быть дополне но правилом Максвелла, определяющим условия равновесного сосуще ствования жидкой и газообразной фаз. На рис. 1 пунктирной линией изоб ражена изотерма, соответствующая значению приведенной температуры T 0,85. В соответствии с правилом Максвелла необходимо ввести в изо терму такой горизонтальный участок, чтобы площади, ограниченные кри вой над этим участком и под ним были равны. Численная реализация тако го правила с использованием математических компьютерных пакетов не представляет особой трудности, что в частности было продемонстрирова но в работе [2]. Сплошная линия на рис. 1 изображает изотерму уравнения (3) с учетом правила Максвелла. При заданной температуре численно рас считываются давление равновесия жидкой и газообразной фаз, то есть дав ление насыщенного пара: p0 0,50448 По пересечению горизонтальной.

прямой линии, соответствующей давлению насыщения, с пунктирной кри вой изотермы определяются значения удельного объема жидкой и газооб разной фаз: v 0, 55336 и v 3,12772.

1 Рис. 1. Изотермы уравнения (3) без учета (пунктирная линия) и с учетом правила Максвелла (сплошная линия) Для расчета указанных термодинамических характеристик вещества, моделируемого с помощью модифицированного уравнения Ван-дер Ваальса, была разработана в среде Delfi программа, представляющая собой независимое приложение. Программа имеет удобный интерфейс, позволя ющий задавать значения параметра n, приведенной температуры и интер вала значений удельного объема. Она предоставляет хорошие возможно сти визуализации термодинамических состояний, включая состояния рав новесия фаз.


Численное моделирование фазовых превращений основывалось на расчетах, которые осуществлялись в следующей последовательности. Ва рьировалась с малым шагом T приведенная температура, для каждого значения которой рассчитывались значения равновесного давления p0, удельного объема v и v жидкого и газообразного состояния вещества при 1 этом давлении. Сформированные таким образом матрицы расчетных дан ных позволяют численно исследовать ряд термодинамических свойств ве щества, которое моделируется уравнением (3) с заданным значением пара метра n.

Зависимость p0 (T ) давления насыщенного пара от температуры, представленная графически, изображает кривую кипения термодинамиче ской модели. Построенные по расчетным данным термодинамические ха рактеристики фазовых переходов приведены для двух моделей (n = 2 и n = 1.5) на рис.2а и 2б. Случай n = 2, как отмечалось выше, соответствует уравнению Ван-дер-Ваальса.

qk Pk qbm Pbm 0. 0.7 0.8 0.9 1 0.7 0.8 0.9 T k Tb m T k Tb m а б Рис. 2. Температурные зависимости: а) давления насыщенного пара (n = 2 и 1,5);

б) удельной теплоты парообразования (n = 2 и 1,5) На рис. 2а изображены кривые зависимости приведенного давления насыщенного пара от приведенной температуры. Линия со сплошными квадратами расчетных точек соответствует модели n = 2, а линия с конту рами квадратов – модели n = 1.5. Сравнение с экспериментальными дан ными показало, например, что линия n = 1,5 оказывается достаточно близ кой к кривой кипения аргона. Линия со сплошными кружками на рис. 2б отражает температурную зависимость удельной теплоты перехода модели Ван-дер-Ваальса с параметром n = 2, а линия с контурами кружков – моде ли n = 1,5. Около критической точки T 1 кривые ведут себя как степен 1/ ные функции вида (1T ) с разными коэффициентами.

Предложенная методика расчетов, в сочетании с разработанным программным обеспечением может быть использована в предсказатель ных расчетах термодинамических характеристик веществ с помощью мо дифицированного уравнения Ван-дер-Ваальса.

Литература 1. Вукалович, М. П. Уравнение состояния реальных газов / М. П. Вукалович, И. И. Новиков. – М. : Госэнергоиздат, 1948. – 340 с.

2. Головацкий, М. И. Моделирование термодинамических состояний вещества в среде Mathcad / М. И. Головацкий, Е. А. Джалмухамбетова, А. У. Джалмухамбетов // Вопросы управления в социально-экономических процессах и информационной сре де : материалы Всероссийской научной конференции (Астрахань, 22 апреля 2010 г.). – Астрахань : Издат. дом «Астраханский университет», 2010. – С. 179–182.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НОВОГО ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОГО СОРБИРУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ КОНДИЦИОНИРВАНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА В ЗАКРЫТЫХ ПРОСТРАНСТВАХ Е. М. Евсина, Т. О. Ермилова Астраханский инженерно-строительный институт, г. Астрахань (Россия) А. М. Евсин Технический центр «Газпром добыча Астрахань», г. Астрахань (Россия) Проблема охраны воздушного бассейна сводится к ликвидации вредных выбросов в атмосферу вообще или к замене высокотоксичных веществ, содержащихся в этих выбросах, на менее токсичные (практически нетоксичные) компоненты. Основным является обработка газовых выбро сов различными техническими приемами для удовлетворения санитарных требований по чистоте выбросных газов.

Для обезвреживания газовых выбросов применяют сорбционные, химические, конденсационные методы и методы окисления (термического и каталитического). В ряде случаев они достаточно эффективны или каж дый сам по себе или в сочетании друг с другом. Универсального метода, позволяющего добиться обезвреживания токсичных продуктов в широком интервале концентраций для различных технологических процессов, не существует. В каждом конкретном случае применяется наиболее пригод ный метод (или сочетание методов), определенный технико экономическим расчетом.

Следует отметить, что создание различного рода очистных и филь трующих устройств нередко связано с большими капиталовложениями и эксплуатационными затратами, что приводит к ухудшению таких хозрас четных показателей, как себестоимость выпускаемой продукции, рента бельность и фондоотдача [1].

Ранее нами был предложен новый высокоэффективный сорбент СВ ДА [2], полученный смешиванием тонкоизмельченных 100 г портландце мента – 500, 100 г опок Астраханской области с 100 см3 10%-ного водного раствора поваренной соли и формированием гранул, необходимых разме ров (от 0,5 до 5 см в диаметре), сформированную массу после схватывания и затвердевания помещают в проточную воду и выдерживают до тех пор, пока вода не будет иметь отрицательную реакцию на хлорид-ион, после высушивания при 80–85 °С гранулы помещают в 40%-ный водный раствор диэтаноламина (ДЭА) на 1 час, далее гранулы переносят на сито, при этом удаляется избыток ДЭА, а гранулы подсушивают в токе воздуха (вентиля тор) при 20–40 °С. Сорбент СВ-ДА предназначен для очистки атмосферно го воздуха от кислых газов, таких как сероводород, диоксид серы, диоксид углерода. Заявленный сорбент СВ-ДА, содержит смесь опоки с портланд цементом-500, содержащий в пересчете на оксиды (масс. %): CaO – 40, SiO2 – 35, Al2O3 – 15 и дополнительно диэтаноламин-5 (масс. %) и воду, 5 (масс. %).

Вместе с тем, недостатком данного способа, взятого нами в качестве прототипа, является неспособность очищать в комплексе другие кислые газы, а также низкая поглотительная способность МЭА к сероводороду.

Нами предлагается новый сорбент, полученный смешиванием тон коизмельченных 25 г портландцемента – 500, 25 г опок Астраханской об ласти с 5 г NaCl и 45 г воды и формированием гранул необходимых разме ров (5–7 мм в диаметре). Продукт нагревают при 105 °С в течение 6 часов, выдерживают еще трое суток при температуре от 20 до 40 °С, после за твердевания вымачивают в водопроводной воде до отрицательной реакции на хлорид – ионы. Высушивают до влажности примерно 2 % при 95– 100 °С. Готовый продукт вымачивают в 10%-ном растворе диэтаноламина (ДЭА), содержащим до 1 % хлорид цетилпиридиния (ХЦП), и высушивают до воздушно-сухого состояния (влажность до 8 %).

Полученный сорбент содержит, (масс, %): оксид кальция (CaO) – 50,0;

диоксид кремния (SiO2) – 30,0;

оксид алюминия (Al2O3) – 11,4;

диэта ноламин (NH(CH2)4OH2) – 0,5;

хлорид цетилпиридиний – 0,01;

вода (Н2О) – 8,0;

остальное – примеси.

Изучена возможность очистки атмосферного воздуха от групп ток сикантов. Для этого использовали одновременное генерирование несколь ких токсикантов.

Опыты показывают, что дезактивируется не только SО2, H2S, CO2, но также уничтожаются все болезнетворные микроорганизмы. Воздух в бок сах охлаждался кондиционерами БК-2500, но в одном случае воздух очи щался заявленном сорбентом, находящемся в пенале и расположенном вдоль потока выходящего воздуха.

Таким образом, сорбционная очистка атмосферного воздуха от кис лых газов, болезнетворных микроорганизмов, с использованием заявлен ного сорбента, имеет высокую эффективность.

Литература 1. Алыкова, Т. В. Моделирование механизмов адсорбции ряда органических ве ществ на алюмосиликатах / Т. В. Алыкова, Н. М. Алыков, Н. Н. Алыков, Н. И. Воронин, К. П. Пащенко // Изв. вузов. Химия и хим. технология. – 2003.– № 6. – С. 31–34.

2. Евсина, Е. М. Новый высокоэффективный сорбирующий материал для очистки атмосферного воздуха в замкнутых пространствах [Текст] / Е. М. Евсина, Н. М. Алы ков // Экологические системы и приборы. – 2012.– № 9. – С. 31–34.

ОТ МОДУЛЯ «КИСЛОВОДСК» ДО МОДУЛЯ «ПЯТИГОРСК»

40 лет отрасли легких металлоконструкций комплектной поставки А. С. Марутян, М. Б. Григорян, С. И. Экба Северо-Кавказский федеральный университет, г. Пятигорск (Россия) Самый дальний угол пристанционной площади городского автовок зала Кисловодска замыкает проходная завода металлических конструкций.

Его цеха 40 лет назад были в числе первых новостроек промышленной зо ны города-курорта. Отсюда начинала свое развитие одна из самых моло дых отраслей отечественной стройиндустрии – серийное производство легких металлических конструкций комплектной поставки, в обиходе называемых модулями. Первенца отрасли по месту освоения его серийного изготовления нарекли собственным именем «Кисловодск». Модули этого типа во всех модификациях представляют собой структурные конструк ции, которые невозможно перепутать ни с какими другими из-за их харак терной пространственно-стержневой кристаллической решетки. Конструк ции с такой решеткой отличаются выразительностью архитектурного об лика и компонуются из многократно повторяющихся стержневых и узло вых элементов. Их производство отвечает самым прогрессивным требова ниям высоких технологий, обеспечивает столь необходимые в современ ных условиях рабочие места и экологически безопасно для курортного го рода [1, 2]. В 1938 г. инженеры немецкой фирмы «Меро» разработали ори гинальные узловые соединения, основной элемент которых представляет собой металлическую шарообразную деталь с резьбовыми гнездами для ввинчивания в них и стыкования под разными углами от 8 до 16 стержней.

Это техническое решение оказалось из ряда вон выходящим изобретением, так как послужило начальным толчком для развития современных струк турных конструкций, весьма распространенных в различных зданиях и инженерных сооружениях. Первая конструктивная система «Меро», полу чившая широкое признание, была предложена в 1942 г. М. Менгеринхау зеном (Германия). За непродолжительный промежуток времени во всех промышленно развитых странах разработали свои варианты и модифика ции: «Мобилар» и «Юнистрэт» (США), «НС» (Япония), «Триодетик» (Ка нада), «Меро» и «Октоплат» (ФРГ), «ИФИ», «Веймар» и «Берлин» (ГДР), «Мостосталь» (Польша), «Варитек» (Швецария), «Спейс-Дек» (Англия), «Пирамитек» (Франция) и т. д. В нашей стране в числе первых структур ных конструкций были модули типа «Берлин».

Ими, в частности, перекры то здание кисловодского автовокзала. В московском архитектурном инсти туте известные соединения «Меро» были усовершенствованы. Узлы «МАрхИ» оказались настолько технологичными, что на их базе институт «Гипроспецлегконструкция» и разработал серийные модули «Кисло водск». В последующие годы был создан целый ряд легких металлических конструкций комплектной поставки: структуры типа «ЦНИИСК» и «Москва», рамные системы «Канск» и «Орск», блоки из ферм «Молодеч но» и «Тагил», покрытия из балок «Алма-Ата» и т.д. За то же время по из готовлению структурных модулей типа «Кисловодск» специализированны Ташкентский, Выксунский, Киреевский и другие заводы металлических конструкций. В результате такого развития мощности отрасли по изготов лению модулей «Кисловодск» настолько возросли, что ими ежегодно пе рекрывали до 200 га (20 млн кв. м) площадей. Однако при всем этом моду ли «Кисловодск» были весьма дефицитными и имели повышенный спрос.

Если перечислить события в хронологической последовательности, то по лучится такая цепочка: декабрь 1971 г. – пуск опытного ЗМК в Кисловод ске;

май 1972 г. – правительственное постановление по массовому изго товлению легких металлоконструкций;

1973 г. – опытный статус кон струкций изменен на типовой с наименованием «Кисловодск»;

сентябрь 1986 г. – еще одно (повторное) правительственное постановление по даль нейшему совершенствованию таких конструкций. Над ними в нашей стране работали В. Трофимов, В. Файбишенко, А. Прицкер, И. Пименов, С. Аванесов, Р. Хисамов, А. Усанов, А. Каминский, Б. Пушкин и другие ученные и специалисты. Первые серийные конструкции такого вида полу чили название «Кисловодск» во многом благодаря Б. Нугзарову – тогдаш нему управляющему трестом «Кававтострой», в составе которого был пу щен опытный завод металлических конструкций. Признанием его заслуг является тот факт, что в составе авторского коллектива он стал лауреатом премии Совета министров Союза ССР [3–5].

Легкие металлические конструкции комплектной поставки выгодно отличаются не только своими технико-экономическими характеристиками.

Их преимущества по сравнению с другими строительными конструкциями заметно возрастают за счет повышенной сейсмостойкости. Эти преимуще ства оказались особенно востребованными после разрушительного земле трясения 1966 г. в Ташкенте. Именно поэтому Ташкентский ЗМК был спе циализирован по изготовлению модулей «Кисловодск» раньше многих других заводов отрасли. Надежность пространственно-стержневых, балоч ных, рамных, ферменных, сводчатых, оболочечных, складчатых и других облегченных конструкций подтвердилась еще раз, когда произошло не ме нее разрушительное землетрясение 1988 г. в Армении. В 1996–1997 гг. на территориях Краснодарского и Ставропольского краев специалистами МЧС России с применением мобильного диагностического комплекса бы ли выполнены работы по зонированию сейсмического риска. Результаты проведенных работ показали, что существующие здесь застройки не соот ветствуют принятым нормам по сейсмостойкости, имеют умеренные по вреждения (особенно в жилом фонде), снижающие сейсмостойкость, в це лом, до 20 %. Зонами повышенного сейсмического риска являются густо населенные районы Кавказских Минеральных Вод в Ставропольском крае и прибрежная часть Черного моря от Сочи до Туапсе в Краснодарском крае [6]. События, которые начались 11 марта 2011 г. на островах Японии, еще раз заострили внимание на всей проблематике сейсмостойкого строи тельства.

Рис. 1. Схема консольной модификации двухъярусного пространственно-стержневого покрытия Рис. 2. Схемы большепролетного пространственно-стержневого покрытия: а – план (общий вид);

б – консольное опирание;

в – бесконсольное опирание;

г – подстропильно бесфонарная конструкция;

д – подстропильно-фонарная конструкция Перспектива развития легких металлоконструкций открывается с дальнейшим совершенствованием их компоновки из типовых стержневых и узловых элементов по унифицированному («заводскому») сортаменту, что многократно расширяет границы области рационально применения в зданиях и сооружениях различного назначения. Не менее перспективна техническая модернизация стержневых элементов, их узловых соединений и конструктивных систем в целом. Одно из подобных технических реше ний представляет собой двухъярусную конструкцию, в которой вылет кон соли по сравнению с типовыми секциям (блоками) увеличен в два и более раза (рис. 1). Ее отличительной особенностью является расположение настила из профилированных листов между структурами верхнего и ниж него ярусов [7]. При этом прогоны под настилом одновременно выполняют функции верхнего пояса нижней структуры и нижнего пояса верхней структуры. Для их изготовления круглые трубы необходимо заменить прямоугольными или составными стержневыми элементами [8]. Узловые элементы верхней и нижней структур стянуты шпильками, пропущенными сквозь прогонно-поясные стержни, листы настила и втулки. Последние предохраняют гофры профилированных листов от смятия и обеспечивают герметичность настила. Продолжением разработки и модернизации подоб ных пространственно-стержневых систем стала их компоновка из трех гранных ферм, образующих разреженную структуру, включающую двухъ ярусную подстропильно-фонарную (или продстропильно-бесфонарную) конструкцию, а также одноярусные конструкции – стропильные, обвязоч ные, связевые (рис. 2) [9]. Нижний ярус подстропильно-фонарной кон струкции расположен на одном уровне со стропильной частью покрытия, а верхний ярус позволяет разместить в нем световые и аэрационные фонари.

Верхний ярус подстропильно-бесфонарной конструкции расположен на одном уровне со стропильной частью покрытия, а нижний ярус имеет вы сотные отметки не ниже опорных узлов на колоннах. Основой кровельного ограждения служит профилированный настил, который опирается на про гонно-поясные стержни, воспринимающие кроме продольных усилий по перечные местные нагрузки. Все покрытие оперто на колонны, располо женные по его периметру с шагом, равным или кратным 6,0 м. Опорные зоны покрытия могут иметь консоли или бесконсольное решение.

Пространственно-стержневое покрытие с подстропильно-фонарной конструкцией и бесконсольным опиранием разработано для спортком плекса в Витязево (Анапский район Краснодарского края), состоящего из двух игровых площадок под одной крышей. Пространственное облегчен ное покрытие имеет размеры в плане 4836 м, и спроектировано с учетом расчетной сейсмичности 9 баллов. Конструкции покрытия, включая блоки фундаментных (анкерных) болтов под трубчатые колонны, изготовлены комплектно на Кисловодском заводе металлических конструкций (ЗАО «Завод металлоконструкций») в 2005 г., а смонтированы на строительной площадке и подняты в проектное положение летом 2006 г. (рис. 3). Они отличаются не только относительной новизной технического решения на базе унифицированных элементов системы «Кисловодск», но и весьма вы сокими технико-экономическими характеристиками. В строительстве но вых объектов эти характеристики заметно улучшаются также за счет уни фицированных узловых и стержневых элементов, не вновь изготовленных, а повторно использованных из бывших в эксплуатации. В качестве приме ра можно привести предприятие по розливу минеральной воды на желез нодорожной станции Скачки в Пятигорске, где при повторном применении доля бывших в эксплуатации элементов, замененных новыми, составила менее 2% от общего объема, включающего три модуля размерами в плане 36 36 м (рис. 4).

а) б) Рис. 3. Облегченная пространственно-стержневая конструкция покрытия в процессе монтажа: а – вид изнутри;

б – вид снаружи Рис. 4. Общий вид конструкций на станции Скачки:

год изготовления – 1966, год повторного применения – Область рационального использования в новом строительстве уни фицированных элементов из «заводского» сортамента, бывших в эксплуа тации, можно расширить при помощи новых технических решений. К чис лу таких решений относится узел на врезных фасонках зигзагообразной формы, разработанный применительно к пространственно-стержневым конструкциям преимущественно из круглых труб (рис. 5) [10]. Рассматри ваемое узловое соединение имеет достаточно универсальное техническое решение. Так, узел с врезными фасонками упрощается, когда через его внутриузловую полость проходит цельный стержневой элемент одного из пересекающихся направлений (рис. 5б), и количество торцевых заглушек сокращается вдвое. При этом также упрощаются фасонки, врезанные в цельный элемент, которые могут иметь плоскую форму. В качестве друго го примера использования разработанного узлового соединения можно привести один из вариантов усиления типового узла структурных кон струкций системы «МАрхИ», «Кисловодск» (рис. 5в) [11]. В этом варианте усилия пересекающихся поясных элементов передаются при помощи бол товых нахлесточных соединений выступающих частей врезных фасонок зигзагообразной формы, а узловой коннектор типа «МАрхИ» и его кре пежные детали воспринимают усилия только от раскосных элементов ре шетки пространственно-стержневой конструкции. Необходимая и доста точная надежность такого узлового соединения подтверждена результата ми пробного (контрольного) испытания опытного образца (рис. 5г), вы полненного в масштабе 1:1 и исследованного в заводской лаборатории [12]. При этом была отработана технология изготовления монтажного сты ка на болтах, а также уточнена практическая методика его расчета.

а) б) в) г) Рис. 5. Схемы узлового соединения пересекающихся стержней: а – соединение разрезных элементов из трубчатых профилей круглого сечения;

б – соединение стержневых элементов, которые в одном из направлений неразрезные;

в – узел трубчатых стержней из унифицированных элементов типа «МАрхИ», «Кисловодск»

(вариант усиления при реконструкции, раскосные элементы решетки условно не показаны);

г – снимок фрагмента опытного образца узлового соединения после его разрушения в лабораторных условиях;

1 – пересекающиеся стержни;

2 – торцевые заглушки;

3 – врезные фасонки зигзагообразной формы;

4 – выступающие части фасонок;



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 8 |
 

Похожие работы:





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.