Preview

НАУКА и ТЕХНИКА

Расширенный поиск
№ 6 (2015)
Скачать выпуск PDF

СТРОИТЕЛЬСТВО 

3-8 639
Аннотация

Одним из важнейших направлений в строительном материаловедении является разработка бетона нового поколения – сверхплотного и высокопрочного, ультрапористого, высокотеплоэффективного, особокоррозионностойкого и др. Выбор такого направления обусловлен экстремальными эксплуатационными воздействиями на бетон, а именно: постоянно возрастающей на него нагрузкой и разнообразной динамикой таких нагрузок; необходимостью эксплуатации бетонных изделий в широком температурном диапазоне и при подверженности различным химико-физическим воздействиям.

Бетон нового поколения представляет собой высокотехнологичные смеси с добавками, приобретает и сохраняет требуемые свойства при твердении и службе в любых эксплуатационных условиях. Отличительной особенностью бетона нового поколения является многокомпонентность, что подразумевает использование разнообразных минеральных дисперсных компонентов, двух- и трехфракционного мелкого и крупного заполнителей, комплексных химических добавок, комбинаций  полимерной и стальной арматуры.

Проектный уровень прочности и эксплуатационных свойств бетона нового поколения достигается качественным подбором состава, выбором технологии изготовления, уходом за бетоном, доведением качества бетонных изделий до требуемого уровня технического состояния на стадии эксплуатации. Вместе с тем для получения высокотехнологичного бетона необходимо направленное формирование его структуры.

Наряду с традиционными способами регулирования структуры бетона нового поколения перспективной также является его модификация наноразмерными частицами кремнезема, при введении которых в минеральную матрицу вяжущего происходит ее структурирование. В результате получаются наномодифицированные материалы с совершенно новыми свойствами.

Основная проблема создания наномодифицированных бетонов – равномерное распределение наноматериала в объеме цементной матрицы, что особенно важно в случаях добавления модификатора в микроколичестве. Для решения этой проблемы необходима дополнительная среда, образующая в композите непрерывную фазу. Эту функцию может выполнять жидкая или дисперсная фаза.

9-18 468
Аннотация

Использование химических добавок в практике ведения бетонных работ при отрицательных температурах – удобный и экономичный метод. Гамма используемых противоморозных добавок весьма широка. Рекламируются многочисленные новые добавки, характеристики которых практически не изучены. Оценка эффективности противоморозных добавок, к сожалению, длительна и не дает исчерпывающей информации о процессах структурообразования бетона, в связи с чем разработка оперативной и доступной для строительных организаций методики настоятельно необходима.

Исследованы процессы замерзания водных растворов противоморозных добавок и твердения цементного теста с ними. Предложена методика определения температуры замерзания водных растворов химических добавок различного назначения. На примере добавок нитрата кальция и формиата натрия установлена идентичность температуры замерзания водного раствора химической добавки и цементного теста с равной концентрацией добавки в поровой жидкости теста. Показана возможность оценки эффективности действия противоморозных добавок по кинетике изменения температуры цементного теста с добавками посредством его последовательного замораживания и размораживания. Предложена методика оперативной оценки области применения химических добавок для бетонирования изделий при отрицательных температурах. Методика не требует дефицитного и дорогостоящего испытательного оборудования, применима в рядовых строительных организациях, доступна работникам низкой квалификации. Показана возможность разработки оригинальной методики проектирования состава бетона, основывающейся на оперативных определениях эффективности одинарных и комплексных противоморозных добавок.

19-23 460
Аннотация

Проблема качества химических добавок сводится в большинстве случаев к проблеме объективной независимой их оценки. Поскольку при поставке продукта для испытаний и их проведении никакой идентификации не производится, наблюдается разночтение в результатах испытаний и в конечном итоге страдает качество строительной продукции. В связи с этим предлагается внести изменения в новую редакцию СТБ 1112 и ГОСТ 30459, чтобы при поставках химических добавок для сертификационных испытаний документ о качестве добавки содержал эталон IR-спектров с активными компонентами. Одновременно этот эталон должен прикладываться и к результатам испытаний добавки по нормируемым критериям эффективности по ГОСТ 30459. Такие нормы заложены в аналогичных европейских стандартах.

Приведен стандартный метод идентификации органических добавок по IR-спектрам, характеристические полосы поглощения для добавок типа «Лигнопан» и нафталинформальдегидного суперпластификатора С-3. Однако, поскольку по величине полос поглощения нельзя судить о количестве функциональных групп в продукте, а только об их наличии, рекомендуется применять так же и другие методы. В качестве дополнительной характеристики рекомендовано определение величины дипольного момента молекулы добавки-пластификатора. Ранее авторами была разработана методика и определены дипольные моменты добавок-суперпластификаторов как в порошкообразном виде, так и в виде водных растворов, установлена корреляционная связь водоредуцирующей способности добавки с величиной дипольного момента. Производителям пластифицирующих добавок для бетонов предлагается наряду с IR-спектрами в технической документации указывать величину дипольного момента молекулы как обобщенной характеристики, определяющей ее пластифицирующие свойства.

24-29 443
Аннотация

Разработан состав сухой смеси для изготовления неавтоклавного пенобетона естественного твердения на основе портландцемента, пенообразователя Ufapore, минеральных добавок (сульфоалюминатная добавка РСАМ, микрокремнезем МК-85, базальтовое волокно), пластифицирующей и ускоряющей добавки «Цитрат-Т» и редиспергируемого порошка Vinnapas-8034 H. Установлено, что при затворении сухой смеси водой при В/Т = 0,4–0,6, последующего механического вспучивания и отверждения пеномассы формируется пенобетон плотностью 400–800 кг/м3, прочностью 1,1–3,4 МПа, с низким водопоглощением (40–50 %), без усадочных трещин. Введение в состав сухой смеси ускоряющей и пластифицирующей добавки «Цитрат-Т» приводит к повышению реологических свойств вспененной пеномассы и сокращению времени ее схватывания и твердения. Проведенное с помощью растрового электронного микроскопа исследование микроструктуры поверхности сколов пенобетона показало, что введение в состав сухой смеси базальтового волокна и редиспергируемого порошка Vinnapas-8094 H способствует формированию более мелкодисперсных кристаллогидратов, что позволяет целенаправленно изменять морфологию кристаллогидратов и дает возможность управлять процессом структурообразования пенобетона.

30-36 352
Аннотация

Предложен способ оценки предельно допустимой и текущей степеней физического износа элементов зданий на базе второй теории прочности по критерию наибольших линейных деформаций с учетом уменьшения величины модуля упругости в случае проявления ползучести материала, который направлен на практическую оценку динамики значений вероятности отказа или разрушения элемента здания в процессе эксплуатации в течение срока службы.

Для оценки физического износа упруго-пластичных элементов зданий производят измерения по внешним признакам роста деформации, определяют среднюю деформацию в начале эксплуатации и через определенный промежуток времени, величину предельно допустимой полной относительной деформации, характеризующей предельно допустимый износ элемента с учетом пластичности, а далее, по разности средних величин начальной и предельно допустимой деформаций с учетом пластичности по вероятности отказа или условиям сопряжения с другими элементами здания путем деления этой разности деформаций на 100 % износа формируют процентную шкалу износа, а путем деления этой разности деформаций на величину срока службы элемента – временную шкалу износа, характеризующие меру износа элемента здания за счет роста вероятности его разрушения. При этом «ветхий» период эксплуатации строительных элементов и конструкций не должен входить в паспортный срок службы, который в первую очередь должен гарантировать необходимый уровень безопасности.

37-43 432
Аннотация

В настоящее время при возведении монолитных бетонных и железобетонных конструкций основные показатели качества зависят от структурообразования и твердения бетона, особенно в зимних условиях. Поэтому режим тепловой обработки влияет на свойства бетона, характеризующие его прочность, пористость, долговечность, морозостойкость и др. В этой связи выбор режимов и их корректировки целесообразно отрабатывать на моделях. Удобство математического моделирования заключается в воспроизведении процесса функционирования во времени. Однако явные математические соотношения получаются только для сравнительно простых систем или ценой определенных предположений и допущений. В связи с этим целесообразно использовать наряду с математическим и физическое моделирование путем изготовления, тепловой обработки и испытания опытных образцов.

Создание эффективной, научно обоснованной технологии тепловой обработки монолитного бетона невозможно без информационного обеспечения и производственных условий. В предлагаемой математической модели тепловой обработки монолитных конструкций определена последовательность выполнения некоторых операций. Определяли формы, геометрические размеры, площадь. Для проведения расчетов режимов тепловой обработки вводили необходимые теплотехнические характеристики опалубочных систем бетонируемых конструкций. Модель учитывала три основных стадии тепловой обработки: подъем температуры, изотермический прогрев и остывание. Приведены формулы их определения, в том числе общий расход теплоты: на подъем температуры бетонной смеси, для прогрева 1 м3 бетонной смеси, в результате экзотермической реакции цемента на 1 м3, для нагрева арматуры на 1 м3, на испарение влаги, для нагрева опалубочной системы. Определены потери теплоты: в окружающую среду, в процессе прохождения через наружную поверхность опалубки, при подъеме температуры одного конструктивного элемента и 1 м3 его бетонной смеси. Показано определение часового расхода теплоты на подъем температуры бетонной конструкции в целом.

Предложенная методика позволяет определить требуемые параметры процесса тепловой обработки бетонных смесей, оптимизировать режимы тепловой обработки, быстро корректировать создавшуюся ситуацию, автоматизировать процесс и, при необходимости, сопоставлять отдельные решения в виде графиков и диаграмм.

44-48 396
Аннотация

Рассмотрены вопросы применения добавок в холодные асфальтобетоны из эмульсионно-минеральных смесей. Актуальность данной проблемы заключается в необходимости обоснования и регламентирования использования добавок для регулирования свойств холодных асфальтобетонов. Обобщены результаты анализа нормативных, литературных и других источников, касающихся применения добавок в холодные асфальтобетоны из эмульсионно-минеральных смесей.

Предлагается и обосновывается классификация добавок в холодные асфальтобетоны по их функциональному назначению (основное назначение действия добавки) на: повышающие прочность, водостойкость, долговечность; регулирующие формирование и технологические модификаторы. В зависимости от назначения предложены критерии технической эффективности использования добавок. Для каждого из критериев предлагаются методики определения одного или нескольких качественных показателей, изменение которых указывает на эффективность добавки. Приводятся формулы для нахождения эффективности добавок, предназначенных для сокращения периода формирования холодных асфальтобетонов из эмульсионно-минеральных смесей. В качестве примера представлены расчет и анализ эффективности добавок для регулирования (ускорения) формирования структуры холодных асфальтобетонов по ранее опубликованным экспериментальным данным. Эффективность добавок, регулирующих формирование, определена на основании функций изменения во времени предела прочности на сжатие и динамического модуля упругости холодных асфальтобетонов из эмульсионно-минеральных смесей.

Приводится примерный перечень материалов, которые могут или в настоящее время применяются в качестве регулирующих добавок в холодные асфальтобетоны. Предложенная классификация и критерии могут служить основанием для целенаправленного регулирования составов и свойств холодных асфальтобетонов из эмульсионно-минеральных смесей.

49-53 409
Аннотация

 

Проблема низкой долговечности дорожных одежд с асфальтобетонными покрытиями является одной из важнейших в дорожной отрасли: фактические сроки службы асфальтобетонных покрытий в России не превышают 3–5 лет. Плохое состояние автомобильных дорог – тормоз для развития народного хозяйства, что приводит к значительным ежегодным экономическим потерям. В настоящее время эта задача не имеет однозначного решения. Даже при кажущемся хорошем состоянии дорог Европы и Америки проблема низкой долговечности стоит не менее остро и в этих странах. Данные вопросы с каждым годом становится все более актуальнами.

Проведенные автором научные исследования позволили выдвинуть гипотезу, что проектируемые дорожные конструкции не обладают необходимой прочностью еще не стадии конструирования, потому что в расчетах на прочность совершенно не учитывается вибрация дорожных конструкций. Особенно актуальным учет вибрационного нагружения становится в наши дни, поскольку значительно изменился характер нагружения дорожных конструкций. В результате прогибы дорожной конструкции уменьшаются, но возросшая их вибрация ускоряет процессы разрушения и существенно снижает долговечность конструкций.

Разработанная теория вибрационного разрушения позволяет регулировать вибрационный механизм, формировать виброзащищенные дорожные конструкции, а также прогнозировать их остаточный ресурс, что дает возможность более эффективно разрабатывать ремонтные мероприятия.

54-62 441
Аннотация

Представлена технология устройства облегченной пластиковыми пустотообразователями предварительно напряженной в построечных условиях плиты перекрытия. Эффективность такого конструктивного решения обусловлена действием предварительного обжатия бетона растянутой зоны при снижении собственного веса конструкции за счет устройства пустот. Приведена классификация систем предварительного напряжения и даны рекомендации по выбору системы в зависимости от особенностей проектируемой конструкции. Рассмотрены основные изделия и материалы, необходимые для производства работ, требования к напрягаемой канатной арматуре, ее основные характеристики.

Принципиальная схема облегченного предварительно напряженного перекрытия предусматривает устройство так называемого скрытого кессона. Пучки арматурных канатов размещаются в пределах полос, проходящих над опорами (над вертикальными несущими конструкциями каркаса), а в ячейках между полосами устраиваются пустоты посредством закладки полых пластиковых изделий, объединенных каркасами. Приведены технологическая последовательность операций при устройстве облегченного предварительно напряженного перекрытия и схемы размещения оборудования, а также характеристики применяемых агрегатов (проталкивающее приспособление для арматурных канатов, гидравлический домкрат с питающим гидравлическим насосом, смесительная станция, инъекционный насос и др.). Даны рекомендации по производству работ в зимнее время. Рассмотрены вопросы контроля качества поступающих на строительную площадку материалов и изделий, а также непосредственно работ по предварительному напряжению пустотной плиты.

Выполненный анализ технологии позволяет сделать вывод о ее высокой пригодности для импортозамещения. Следует рассмотреть возможность применения технологии на объектах различного назначения в сравнении ее с другими конструктивными решениями по основным технико-экономическим показателям. 

54-62 486
Аннотация

Одним из перспективных направлений в обеспечении сохранности и увеличения сроков службы дорожных одежд является строительство автомобильных дорог с цементобетонными покрытиями. Современные тенденции обеспечения качества дорожного строительства предусматривают необходимость контроля и управления процессами твердения и последующего разрушения материала при формировании и эксплуатации цементобетонного конгломерата, составляющего основу дорожного покрытия. Актуальность мониторинга процессов формирования и разрушения цементобетонных материалов показывает и многолетняя практика эксплуатации автомобильных дорог на их основе. В качестве инструмента для решения данной задачи предложен и опробован метод импедансной спектроскопии.

Для проведения испытаний изготавливали экспериментальные образцы цементобетона, в которых в качестве мелкого заполнителя использовали фракционированный кварцевый песок и гранитный отсев с размерами частиц от 0,63 до 2,5 мм. Изучены зависимости сопротивления (импеданса) от частоты переменного тока для образцов различной природы и гранулометрического состава. Комплексную величину импеданса измеряли с использованием потенциостата Gamry G300, а анализ спектров и расчет параметров эквивалентной схемы проводили с использованием программы EIS Spectrum Analyzer.

Сравнение спектров импеданса изготовленных образцов цементобетона позволило выявить тенденции изменения параметров спектра при твердении и последующем контакте с влагой для образцов каждого типа. Установлена эквивалентная электрическая схема, характеризующая физико-химические процессы, сопровождающиеся переносом заряда в цементобетонном конгломерате. Показана возможность использования импедансной спектроскопии для решения ряда актуальных задач в области технологии цементобетона, в частности связанных с использованием техногенных отходов (гранитных отсевов в качестве мелкого заполнителя), а также оптимизации минерального и гранулометрического состава цементобетонной смеси для дорожных покрытий. Развитие подхода к исследованию свойств цементобетонных материалов на основе анализа спектров импеданса позволит количественно характеризовать протекающие в них процессы, в частности твердение и коррозию бетона.

74-78 436
Аннотация

Автодорожный комплекс объективно отражает сущность эффективного перевозочного процесса, осуществляемого транспортными средствами по автомобильным дорогам. Он подчеркивает равнозначность вклада транспортных средств и дорог в единый перевозочный процесс. Эффективное функционирование экономики государства жестко зависит от наличия развитой и надежно функционирующей сети автомобильных дорог. Страны с развитой экономикой, которые в основном завершили создание национальной сети дорог, продолжают вкладывать деньги в дорожное хозяйство, что стимулирует развитие отраслей промышленности, сельского хозяйства, торговли и др. их развитие и эффектное функционирование возможно лишь при сбалансированном, комплексном развитии автодорожного комплекса страны, функционирование которого сопряжено с неразрывной деятельностью автомобильного транспорта и дорожной инфраструктуры. Взаимодействие этих двух компонентов единой экономической системы определяется техническими характеристиками автомобильного транспорта  и транспортно-эксплуатационными показателями автомобильных дорог. В условиях формирования рыночных механизмов хозяйствования развитие методов оптимальной организации управления функционирования автодорожного комплекса является важной задачей народного хозяйства страны. Для обеспечения состояния дорог, отвечающего требованиям как современного, так и перспективного автомобильного движения, потребуется дальнейший рост капиталовложений, включая инвестиции. Управление состоянием сети автомобильных дорог сводится к определению такого набора регулирующих воздействий на дорожные условия, которые позволят минимизировать издержки в автотранспортном комплексе. Таким регулирующим воздействием служат выработка и реализация наиболее эффективных ремонтных мероприятий. Цель достигается путем решения задачи обеспечения минимизации затрат на перевозки в автотранспортном комплексе при реализации наиболее эффективных ремонтных мероприятий на этапе жизненного цикла автомобильной дороги.

79-85 422
Аннотация

Перспективным способом защиты мостов и тоннелей от агрессивного воздействия воды является обмазочная гидроизоляция на основе органоминерального вяжущего. Его структурная прочность может быть увеличена за счет введения частиц, сопоставимых с размерами асфальтенов, а эластичность дисперсионной среды – благодаря введению полимеров. Эти теоретические предпосылки указывают на возможность одновременного обеспечения гибкости при низких температурах и повышенной теплостойкости для мастик на основе органоминеральных вяжущих. В этой связи поставлена цель получить мастику с высокой гибкостью и повышенной теплостойкостью с применением высокодисперсной активированной торфяной золы. Для достижения указанной цели использовали: дробленую резину по ТУ 38.108035–87; дивинилстирольный термоэластпласт ДСТ-30Р-20ПС; битум марки 20/30 по СТБ ЕН 12591–2010; золу от сжигания торфа на Лидском торфобрикетном заводе; индустриальное масло широкого назначения селективной очистки с повышенным индексом вязкости; суперпластификатор – натриевую соль продукта конденсации сульфооксидата ароматических угле­во­дородов с формальдегидом и нейтрали­зации гидроокисью натрия (тип 1). С применением этих материалов разработаны составы и технология приготовления органоминеральных мастик. Их испытания показали, что модификация мастик высокодисперсной торфяной золой, активированной суперпластификатором НСПКСАУсФ-1, различными полимерными добавками, содействует повышению их теплостойкости, эла­стичности, водонепроницаемости, а также позволяет регулировать их технологические и эксплуатационные свойства. Экспериментально подтверждено, что торфяная зола может успешно исполь­зоваться для приготовления высококачественных гидроизо­ля­ционных мас­­тик, так необходимых для защиты мостовых и тоннельных конструкций. Это обеспечит не только большой экономический эффект, но и будет способствовать улучшению экологической обстановке в местах сжигания торфа и захоронения золы.



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2227-1031 (Print)
ISSN 2414-0392 (Online)