В настоящее время при строительстве дорогих покрытий почти 98 % составляют битумоминеральные материалы (в том числе асфальтобетон). Для снижения их стоимости широко применяются огромные запасы местных минералов (кварцевые пески) и отходы промышленности в виде отработанных формовочных смесей (побочный продукт литейного производства). Такой подход экономически и экологически вполне оправдан, но требует теоретического обоснования, поскольку в естественном состоянии адгезионное взаимодействие в системе битум - кварцевая подложка (SiO2 более 95 %) является слабым, а при воздействии воды - еще снижается. В связи с этим объективно возникает необходимость коренного совершенствования технологии битумоминеральных композиций для обеспечения надежности дорожных покрытий с использованием кремнеземных компонентов.Все представления об усилении адгезионной связи в системе «кварцевая минеральная подложка - битум» традиционно носят физико-химический характер, и в них используются в основном методы коллоидной химии. В статье сделана попытка рассмотреть этот вопрос на основе молекулярно-кинетической теории строения вещества, учитывая, что общепринятые расчеты межмолекулярных взаимодействий компонентов в системе «SiO2 - органическое вяжущее (ОВ) вещество» отсутствуют.В качестве теоретической предпосылки используется следующее общеизвестное в физике положение: так как каждый атом и молекула любого вещества имеют собственные электромагнитные поля, то действие внешних электромагнитных полей вызывает их взаимодействие, приводящее к возбуждению электронов, деформациям и разрыву химических связей. Анализ литературы свидетельствует о том, что существующие электрические связи между компонентами систем SiO2-ОВ дают основания для применения различных электрофизических методов, воздействующих на эти компоненты с целью усиления их адгезионного взаимодействия.С учетом указанных позиций в статье рассмотрены вопросы определения энергии связи при физической адсорбции и адгезии в системе SiO2-ОВ.
Наука и техника
2014. — Выпуск 5
Содержание:
Процесс помола характеризуется высокой энергоемкостью и низкой производительностью. Эффективность шаровых мельниц, применяемых в настоящее время для помола, достаточно низкая. Только 3-6 % подаваемой электроэнергии идет на измельчение материала. Остальная часть в форме теплоты, вибрации и шума теряется. Проблема снижения энергозатрат на помол весьма актуальна.Повышение эффективности и качества технологического процесса измельчения сырьевых компонентов при производстве строительных материалов с целью снижения энергоемкости помола является одной из приоритетных задач энерго- и ресурсосбережения в строительной отрасли. Для уже существующих производств повышение эффективности измельчения целесообразно проводить путем модернизации имеющегося на предприятии оборудования и существующих технологических, управленческих и других процессов, связанных с помолом минерального сырья. Чтобы снизить энергоемкость измельчения, необходимо выполнить комплексный реинжиниринг технологического процесса измельчения различных материалов, основанный на использовании новых модификаций мелющих тел, физических и химических интенсификаторов помола, современных информационных технологий и средств промышленной автоматики. Применение современных информационных технологий и средств промышленной автоматики позволяет вести процесс измельчения с производительностью, максимально достижимой для существующих мощностей за счет автоматического управления и учета непрерывных изменений технологических параметров. Кроме того, это дает возможность управлять процессом в реальном времени путем оперативной перестройки режимов технологического оборудования.В статье рассмотрен подход к разработке методологии реинжиниринга технологического процесса измельчения сырьевых компонентов при производстве стройматериалов. Изложено современное состояние техпроцесса помола. Отмечена необходимость совершенствования технологического оборудования, используемого при измельчении сырьевых компонентов с целью повышения эффективности и качества, энерго- и ресурсосбережения. Показана возможность использования различных интенсификаторов помола, позволяющих повысить производительность измельчения. Рассмотрена концепция автоматизации системы управления процессом измельчения минерального сырья. Предложена концептуальная модель комплексирования различных методов и средств интенсификации процесса измельчения. Изложены методологические основы моделирования техпроцесса переработки минерального сырья при производстве цемента и силикатных изделий. Определены контролируемые параметры, необходимые для создания компьютерных моделей техпроцесса помола. Обосновано применение при создании компьютерных моделей имитационного моделирования. Рассмотрена методика имитационного моделирования техпроцесса. Указано на возможность использования аналитических и вероятностных методов. Разработаны и построены имитационные модели работы шаровой мельницы на основе экспериментальных данных и вероятностных функций. Показана возможность управления технологическим процессом измельчения сырьевых компонентов на них.За счет реализации предлагаемого комплекса организационно-технических решений можно повысить производительность помола до 30-50 % и существенно снизить энергозатраты на измельчение минерального сырья при производстве цемента и силикатных изделий. Объединенная методология реинжиниринга технологического процесса измельчения, включающая все перечисленные способы интенсификации, значительно повысит качество конечной продукции и снизит ее себестоимость, что будет способствовать повышению ее конкурентоспособности и привлекательности для потребителей.
Ключевые слова
Анализ нормативных документов за последние 40 лет показал много различий в методологии и результатах расчетов определения физических свойств и показателей надежности строительных материалов и элементов конструкций. Разнообразие рекомендуемых нормативных документов указывает на существенную неопределенность принципов выбора уровней надежностей определения прочностных свойств бетонов, которые зависят от вероятностных характеристик. Значительное разнообразие видов распределения значений физических свойств строительных материалов и изделий зачастую приводит к необходимости использования эмпирических характеристик статистических коэффициентов физических свойств.В течение последних 60 лет почему-то забыта методика оценки доверительных пределов для дисперсии по критерию хи-квадрат при малой выборке, которая была описана К.А. Браунли под редакцией академика А.Н. Колмогорова. Поэтому используемая до настоящего времени методика статистической оценки надежности расчетных величин прочности бетона может оказаться неудовлетворительной, особенно при малом количестве (менее 50) определений. Учитывая возможные отклонения плотности вероятности реализации параметра от нормального закона, общий уровень учета статистической изменчивости следует принимать не менее 0,98.В статье предлагается новая методика определения минимально необходимого количества измерений физического свойства строительного материала или изделия и надежности этой оценки в соответствии с рекомендацией К.А. Браунли, отредактированной А.Н. Колмогоровым.
Ключевые слова
Для достижения обеспечения максимальной эффективности инвестирования в эксплуатацию транспортной сети необходимо как можно более точно оценить надежность и остаточный ресурс сооружений. Применяемые в настоящее время в Республике Беларусь критерии остаточного ресурса для транспортных сооружений не позволяют выполнить ее с достаточной степенью объективности.В статье предлагается применить в качестве критерия оценки технического состояния транспортных сооружений и остаточного ресурса величину снижения их надежности в процессе эксплуатации. Нормативные документы, регламентирующие процедуру оценки технического состояния транспортных сооружений, предусматривают выполнение прочностных расчетов конструкций по проектным данным. Такой подход для эксплуатируемых сооружений является слишком оторванным от реальности, поскольку транспортные нагрузки имеют большой статистический разброс, характеризуются цикличностью, носят динамический характер, могут перемещаться вдоль и поперек сооружения, изменяются во времени как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе.С введением в действие на территории Беларуси СТБ ISO 2394-2007 «Надежность строительных конструкций» открылась техническая возможность для перехода от детерминистического подхода к оценке надежности и технического состояния эксплуатируемых сооружений (рассматривающего виртуальное воздействие на реальное сооружение условной проектной нагрузки) к вероятностному подходу (оперирующему с воздействиями реальных нагрузок в определенный период времени, которые могут быть определены экспериментально). Применение параметра надежности, определенного вероятностным методом, в качестве критерия остаточного ресурса транспортных сооружений позволит значительно повысить точность такой оценки благодаря математически выверенному учету особенностей реальных воздействий на конкретное транспортное сооружение и, таким образом, привести критерии оценки остаточного ресурса транспортных сооружений в соответствие с мировым уровнем развития строительной науки и техники.
Ключевые слова
Представлены результаты исследований по проблеме рационального использования минеральных ресурсов, в частности показана возможность расширения интервала пригодности сырья и его использования для получения строительных продуктов в зависимости от химического и минералогического состава отходов. Анализ проведенных исследований показывает, что в технологии производства пористых строительных материалов возможно импортозамещение антрацита, бурого и каменного угля на местные виды топлива - фрезерный торф и его некондиционный продукт.Разработана математическая модель процесса сушки и на основе ее решения предложена технология тепловой работы агломерационной машины с расчетом ее длины при заданных скоростях движения палет. Прямоточное движение дымовых газов и нагреваемых материалов является основной особенностью применяемых в производстве ленточных агломерационных машин. При этом весь процесс сушки можно разделить на два периода: постоянной и падающей скорости сушки. Результаты вычислений показали, что скорость сушки зависит от влагосодержания, но не зависит от теплообменного критерия Био. Однако скорость нагревания является функцией и температуры, и Biq. Механизм переноса влаги при различных методах сушки один и тот же в среде как с постоянной, так и с переменной температурами. Применение данной математической модели дает возможность значительной экономии энергоресурсов, затрачиваемых на сушку.Приведены методики расчета технологически важных оптимальных параметров процессов агломерации с применением фрезерного торфа.
Ключевые слова
Показано, что функциональная ограниченность зенит-приборов и появление современных высокоточных электронных тахеометров должны привести к вытеснению первых последними в геодезических работах по вертикальному проецированию осевых точек возводимых зданий и сооружений. Однако в ТКП 45-1.03-26-2006 электронный тахеометр в функции зенит-прибора не рассматривается.Специальные эксперименты и практические работы УП «Геокарт» доказали, что электронный тахеометр, снабженный компенсатором малых наклонов и призменной зенитной насадкой на окуляр, в соответствии со своей конструкцией может применяться как прибор вертикального проецирования при установке визирной оси зрительной трубы в зафиксированное вертикальное положение. Для получения сравнительных характеристик точности вертикального проецирования тахеометром TOPCON GPT 7501 и зенит-прибором PZL-100 соответствующие исследования проведены на строящемся высотном здании бизнес-центра по ул. М. Танка в г. Минске. Исходная точка внутренней разбивочной сети находилась на отметке ±0,0, отметка палетки равнялась +49,5 м (перекрытие 15-го этажа), высота проецирования относительно прибора составила Н = 47,8 м. Для исключения погрешности центрирования оба прибора последовательно устанавливали на одной и той же подставке через специально изготовленное адаптивное устройство. Расхождение положения на палетке окончательных точек проекции, полученных двумя приборами, составило 1,2 мм, что свидетельствует о практической равноточности использованных зенит-прибора и тахеометра в функции вертикального проецирования.Дополнительное преимущество электронного тахеометра перед специальными приборами вертикального проецирования состоит в том, что в случае некоторой несоосности геодезических отверстий в межэтажных перекрытиях тахеометр позволяет, отклоняясь от вертикали, выполнять вынос исходной точки на монтажный горизонт наклонным проецированием в точку с плановыми координатами, отличными от координат исходной в пределах видимой площади палетки. Такая точка может быть обозначена точечным светодиодом, помещенным на палетке. Ее пространственные полярные и прямоугольные координаты на горизонтальной плоскости определяются угловыми измерениями с отсчетами по обоим угломерным кругам электронного тахеометра и высотой проецирования.Производственная практика и проведенные эксперименты привели к следующим выводам. Современный электронный тахеометр, снабженный окулярной насадкой для визирования зрительной трубой в зенитном направлении, можно и следует эффективно использовать для вертикального проецирования точек внутренней геодезической основы возводимого здания или сооружения. Названный прибор обеспечивает перенос точек координатной основы на монтажный горизонт не только по вертикали, но и с наклоном проецирующего луча в пределах последовательной видимости отверстий в межэтажных перекрытиях, что позволяет адаптировать траекторию проецирования к конкретным условиям ее прохождения.
Ключевые слова
В связи с ростом этажности жилых и общественных зданий массового назначения (до 20-25 этажей) потребность индустриализации их строительства вызывает необходимость в конструкциях стыков сборных колонн, способных воспринимать повышенные нагрузки (до 10-12 МН и более). Выполненный в статье анализ известных конструкций контактных стыков колонн каркасных зданий показывает, что, в принципе, они являются достаточно эффективными. Однако эти стыки чувствительны к точности изготовления торцов колонн. При сравнительно небольших перекосах торцов несущая способность стыков может существенно уменьшиться. Чтобы исключить этот недостаток, было решено ввести в конструкцию стыка деформируемую центрирующую прокладку из мягкой стали. За счет пластического деформирования она обеспечивает перемещение к оси колонны действующего в ней продольного усилия. В результате обеспечивается наиболее выгодное для конструкции стыка положение места передачи сжимающего усилия у продольной оси колонны.Учитывая требования строительных норм и результаты многих работ, были выполнены экспериментальные исследования контактных стыков с деформируемой центрирующей прокладкой, основные результаты которых представлены в статье. На основании полученных данных сформулированы предложения по расчету и конструированию этих стыков. Показано, что применение центрирующей прокладки при соответствующем косвенном армировании бетона у стыка позволяет обеспечить требуемые несущую способность и надежность.
Ключевые слова
В Беларуси для строительства сооружений используется бетон прочностью не более 60 МПа. В то же время во всех индустриально развитых странах широко применяется высокопрочный бетон прочностью на сжатие выше 60 МПа. В Евросоюзе высокопрочный бетон включен в нормативные документы, что заложило прочную основу для его применения. Высокопрочный бетон получают с использованием высокодисперсных кремнеземистых добавок, например микрокремнезема и пластификаторов (супер- пластификаторов), при этом водоцементное отношение должно быть не более 0,4.Рассмотрены теоретические аспекты создания высокопрочных бетонов для мостовых конструкций. Показано положительное влияние высокодисперсных добавок на структуру и физико-механические характеристики цементных композиций, а именно: снижение общей пористости цементного камня в бетоне при увеличении объемной концентрации и дисперсности наполнителя; связывание гидроксида кальция аморфизированным микрокремнеземом; повышение активности минеральных добавок при их тонком измельчении; ускорение начальной стадии химического твердения цементных систем с высокодисперсными частицами добавок, служащими центрами кристаллизации; образование кластеров «вяжущее - добавка» за счет высокой поверхностной энергии частиц высокодисперсных добавок; упрочнение контактной зоны между цементным камнем и заполнителями в бетоне; высокопрочные бетоны значительно быстрее набирают прочность, чем традиционные.Разработана технология приготовления высокопрочного бетона с использованием высокодисперсных минеральных добавок и суперпластификатора. Применение такого бетона обеспечит более высокую плотность, водо- и газонепроницаемость, повышенную стойкость к агрессивной окружающей среде, сокращение расхода бетона и арматуры и соответственно транспортировочной и монтажной массы, более высокую начальную прочность, раннюю распалубку и предварительное обжатие, увеличение длины пролетов мостовых конструкций, уменьшение поперечного сечения конструкций при сохранении их несущей способности, работающих прежде всего на изгиб. Повышение долговечности мостовых конструкций позволяет увеличить межремонтный период мостовых сооружений, что приведет к значительной экономии материальных и трудовых ресурсов. В ближайшем будущем произойдет постепенное замещение обычных традиционных бетонов многокомпонентными.
Ключевые слова
Проведен анализ требований к существующим теплоизоляционным слоям в ограждающих конструкциях стеновых панелей, даны общие принципы по разработке систем теплоизоляции, обоснована необходимость разработки новой конструкции стеновой панели с повышенными теплотехническими качествами. Предлагаемая конструкция стеновой панели отличается от существующих тем, что ее наружный слой выполнен из перфорированных в верхней и нижней частях защитных листов с уложенным на них перфорированным слоем алюминиевой фольги. Функцию одного из слоев утеплителя выполняет воздушная прослойка, а второй слой выполнен в виде нескольких слоев микромодулей, разделенных перфорированной алюминиевой фольгой и сеткой. Внутренний слой бетона отделен от слоев микромодулей также алюминиевой фольгой. Защитные листы и сетка могут быть выполнены из алюминия или полиэтилена.Расположение пустотелых ячеек микромодулей в зоне отрицательных температур предотвращает накопление конденсата. Расположение перфорированных слоев алюминиевой фольги между слоями микромодулей приводит к увеличению термического сопротивления панели за счет снижения лучистой составляющей при наличии нескольких экранов и не препятствует паропроницанию слоев теплоизоляции из микромодулей. Вместе с тем размещение неперфорированного слоя фольги на внутреннем слое панели препятствует проникновению водяных паров из помещений в слои теплоизоляции из микромодулей.Технологические принципы заключаются в том, что расположение отверстий перфорации в верхней и нижней зонах защитных листов позволяет удалять избыточную влагу из слоев теплоизоляции и воздушной прослойки, что также приведет к повышению теплотехнических качеств, увеличению долговечности и надежности в эксплуатации конструкции в целом. Проведенные расчеты тепловлажностных полей в наружных конструкциях подтверждают преимущества представленного технического решения.
Ключевые слова
Эффективность использования изделий машиностроения определяется уровнем их работоспособности. Затраты, связанные с обеспечением работоспособности, за период эксплуатации превосходят в 6-10 раз начальную стоимость изделий. Причем в процессе их использования эти затраты увеличиваются при снижении выходных параметров, обеспечивающих эффективность применения изделия по назначению. Важно учитывать эти изменения на этапах изготовления изделий машиностроения. Достижение максимального эффекта на этапе эксплуатации жизненного цикла изделия возможно только в результате комплексных и взаимоувязанных мероприятий при проектировании, производстве и использовании по назначению конкретного объекта c учетом динамики его выходных параметров. Анализ динамики выходных параметров при его эксплуатации позволит определить предельные значения производительности, эксплуатационных затрат и наработки для получения максимальной прибыли на единицу наработки.В статье на примере гидрофицированных экскаваторов пятой размерной группы приведена динамика основных выходных параметров на этапе эксплуатации их жизненного цикла; выявлен основной фактор, влияющий на интенсивность снижения производительности гидрофицированной машины; обоснована целесообразность учета динамики выходных параметров при оценке эффективности ее использования; предложена методика определения наработки окупаемости затрат на приобретение машины и оптимальной наработки этапа эксплуатации, ее жизненного цикла, соответствующей получению максимальной прибыли.В настоящее время при определении целесообразности создания машин закладываются постоянные значения основных выходных параметров (производительности, себестоимости машиночаса), соответствующих началу эксплуатации. Фактически они значительно изменяются в процессе наработки машины, что важно учитывать при ее создании и использовании по функциональному назначению, включая обеспечение ее работоспособности. Предложена методика реализации стратегии поддержания и восстановления работоспособности строительных и дорожных машин. Методика ее реализации предлагается в статье на основе затрат на изготовление машины и динамики основных выходных параметров на этапе эксплуатации ее жизненного цикла.
Ключевые слова
Статья посвящена вопросам реконструкции и нового строительства дренажных систем в соответствии с Государственной программой сохранения и использования мелиорированных сельскохозяйственных земель Республики Беларусь. На основании анализа почвенных, гидрологических и топографических изысканий на восьми объектах реконструкции и нового строительства установлено, что переувлажнение сельскохозяйственных земель в основном произошло из-за заиления каналов, дрен и устьев коллекторов, плохой организации стока поверхностных вод с полей и уплотнения подпахотного горизонта. Проектные мероприятия проводились в соответствии с действующими нормативными документами. При проектировании новых объектов и реконструкции существующих дренажных систем применяли полиэтиленовые гофрированные трубы. Диаметры полиэтиленовых коллекторов рассчитывали по общеизвестным формулам гидравлики в зависимости от модуля дренажного стока и водосборной площади. Поверхностный сток из понижений отводили в основном с помощью ложбин стока, открытых воронок и колодцев-поглотителей. Состав технических решений применяемых при реконструкции мелиоративных систем определяли не только гидрогеологическими условиями и современным техническим состоянием элементов существующей дренажной системы, но и планируемым сельскохозяйственным использованием осушенных земель.Рассмотрены примеры различных подходов к объектам нового мелиоративного строительства на высокоплодородных почвах и к объектам реконструкции мелиоративных систем в разных почвенно-гидрогеологических условиях республики. Приведены основные технико-экономические показатели. Показано, что технические решения, заложенные в проектах нового строительства и реконструкции мелиоративных систем, обеспечат существенное улучшение водного режима почв и их эффективное сельскохозяйственное использование.
Ключевые слова
Проведено моделирование нестационарных процессов при дуговой сварке в среде защитного газа крестообразных соединений, состоящих из арматуры различных диаметров. Рассмотрены изменения и особенности напряженно-деформированного состояния в крестообразном соединении. Расчеты максимально приближены к реальной ситуации: используется трехмерная геометрическая и конечно-элементная модель, задача рассматривается как упругая контактная с учетом силовой нагрузки. С помощью метода конечных элементов произведен анализ сварного узла, состоящего из арматуры диаметров 4-10 мм. Выполнен расчет сварного соединения с учетом геометрической нелинейности. Показано, что растяжение арматуры под действием нагрузки вызывает в сварном шве неравномерное распределение напряжений и значительная их концентрация наблюдается в местах переходов от сварного шва к основному металлу. Анализ полученных эквивалентных напряжений в узлах и деталях конструкции сварного шва показал, что для рассмотренных условий нагружения они не превышали допустимых для всех диаметров. Выполнено сопоставление значений напряжений, рассчитанных по предложенному методу, с экспериментально полученными значениями. Выявлено, что при приложении к соединению разрывной нагрузки (установленной экспериментально) значения напряжения на границе соединения и сварного шва достигают предела текучести, и соответственно происходит разрушение соединения. Установлено, что запас прочности для такого типа соединений в среднем составляет от 30 до 60 %. Представленные расчетные данные хорошо согласуются с экспериментальными, что говорит о правильности выбора расчетных схем и нагрузок.
Ключевые слова
В статье обоснована необходимость создания системы технологических машин многоотраслевого строительного комплекса - от разработки сырьевой базы и производства строительных материалов (лесозаготовительная и горнодобывающая отрасли, деревообработка, производство щебня, цемента, бетона и т. д.) до возведения конкретных объемных и плоскостных сооружений и их эксплуатации. Обращено внимание на постоянное обновление технологий строительства и появление новых строительных материалов, что требует для их эффективного применения соответствующих технических средств, создание которых при сложившихся условиях запаздывает. Это приводит к насыщению республиканского машинного парка импортной техникой, соответствующей по параметрам внедряемым технологиям и строительным материалам.Для успешного импортозамещения необходимо создание перспективной системы технологических машин под новые технологии и материалы. Опыт производства отдельных фрагментов системы машин указывает на схожесть машин независимо от отрасли строительного комплекса. Это позволяет создавать многофункциональные технические средства, имеющие не только одинаковые базовые машины, но и манипуляторное оборудование, отличающееся лишь исполнением конечного элемента рабочего органа. Установлено, что многофункциональность способствует существенному снижению финансовых затрат на обновление машинных парков и увеличению тиража однотипного оборудования. Показано, что система машин своевременно подсказывает, какие технические средства необходимо создавать, чтобы реализовывать безотходные технологии в строительном комплексе, завершающиеся производством конкретных полезных продуктов
Ключевые слова
Планировочная структура городов играет важную роль в определении направлений их развития в ходе разработки градостроительной документации (генеральных планов и проектов детальной планировки). Существующие исследования малых городов Ирана освещают вопросы архитектурного наследия и не затрагивают характерные особенности планировки малых городов, такие как форма их плана, сеть улиц, их конфигурация. Не установлено, как планировочная структура малого города оказывает влияние на потенциал его устойчивого развития.В результате обследования 16 малых городов Ирана выявлено, что большинство городов имеют компактную форму плана, которая обусловлена равнинным рельефом, а также необходимостью рационально использовать ценные сельскохозяйственные земли. Вместе с тем, освоение территории под застройку в границах города носит неравномерный характер. Установлено, что города имеют крайне малоозелененных территорий. Рядом с плотно застроенными кварталами часто находятся незастроенные пустыри, принадлежащие частным лицам. Это вызвано особенностями иранского законодательства, не ограничивающего срока освоения участка. Параметры улично-дорожной сети городов (ширина в красных линиях, наличие таких элементов поперечного профиля, как озеленение вдоль проезжей части) не соответствуют действующим в Иране рекомендациям. Наиболее распространена смешанная или свободная система улиц, которая обусловлена сменой градостроительных условий в процессе длительного развития. Частая сеть узких улиц формирует систему мелких кварталов разнообразного очертания и нуждается в совершенствовании. В большинстве обследованных городов нет обходных дорог для грузового транспорта, а также существует транспортный транзит через исторический центр.