Комплексные нанодисперсные системы с многослойными углеродными нанотрубками и нанокремнеземом имеют значительное влияние на процессы гидратации, твердения, набора прочности строительных композитов, предопределяя их долговечность. Исследования с использованием сканирующего электронного микроскопа и Х-лучевого микроанализа с обнаружением в инфракрасном спектре показали, что главный эффект модификации в случае добавления комплексных нанодисперсных систем обеспечивается направленным влиянием процессов гидратации с последующей кристаллизацией новообразований. Установлено, что при добавлении дисперсии углеродных нанотрубок и нанокремнезема формируется структурная матрица в виде чрезвычайно плотной оболочки из кристаллогидратных новообразований на поверхности твердой фазы, что обеспечивает прочную вяжущую матрицу в цементном бетоне. Эффект добавления углеродных нанотрубок анализировался и количественно оценивался исследованием в каждом случае одного образца с нанотрубками и одного без них с помощью наноиндентора и сканирующего электронного микроскопа. Чтобы количественно оценить эффект добавки углеродных нанотрубок на характеристики материала на микромеханическом уровне, необходимо решить сложную задачу. В то же время возможно исследовать поверхность бетонного образца с разрешением в 1 микрон. При этом необходима подготовка образцов для наноиндентирования с исключением всех эффектов дефектности углеродных нанотрубок, показанных сканирующим электронным микроскопом. Вместе с тем более адекватным методом оценивания в данном случае должен быть пикоиндентор, который комбинирует испытательный метод наноиндентирования с оптическим потенциалом сканирующего микроскопа. Такое оборудование находится в стадии полевых испытаний в Венском техническом университете. Исследование основано на том, что главный эффект модифицирования минеральной вяжущей матрицы с использованием включенных комплексных нанодисперсных систем и нанокремнезема обеспечивается непосредственным влиянием процессов гидратации и последующей кристаллизацией новообразований. Сканирующий электронный микроскоп и Х-лучевой микроанализ с обнаружением в инфракрасном спектре показали, что введение дисперсии многослойных углеродных нанотрубок совместно с нанокремнеземом обеспечивает построение вдоль цементной матрицы очень плотной оболочки вновь образованных гидратов на поверхности твердой фазы. Структурированные поверхностные слои формируют отдельные ячейки в модифицированной цементной матрице, что обеспечивает формирование предельно наполненной системы и предопределяет структуры модифицированной цементной матрицы благодаря формированию пространственной упаковки. Следовательно, основным фактором, повышающим характеристики цементного бетона, модифицированного углеродными нанотрубками и нанокремнеземом, является структурная модификация гидросиликатов кальция относительно композиции и морфологии новообразований.
Наука и техника
2017. — Выпуск 2
Содержание:
В современных представлениях о роли высокодисперсных добавок в бетонных смесях отмечается положительное влияние оптимального количества золы от сжигания твердого топлива на структуру и физико-механические характеристики цементных композиций: упрочнение контактной зоны между цементным камнем и заполнителями с образованием кластеров «вяжущее - наполнитель» за счет высокой поверхностной энергии частиц наполнителя; снижение общей пористости цементного камня в бетоне при увеличении объемной концентрации и дисперсности наполнителя; связывание гидроксида кальция аморфизованным кремнеземом пуццолановых наполнителей; повышение пуццоланической активности наполнителя при его тонком измельчении и др. Экспериментальными исследованиями установлено, что использование в сырьевых смесях портландцементного клинкера образцов золы от сжигания бурых углей Лельчицкого месторождения способствовало увеличению жизнеспособности и активности цемента. Получены образцы бетона с улучшенными физико-механическими свойствами благодаря введению в их состав 2-14 % (от массы цемента) золы от сжигания бурого угля и 1,6-2,1 % натриевой соли продукта конденсации сульфооксидата ароматических углеводородов с формальдегидом. Эффективность выполненной работы подтвердилась решением вопросов увеличения жизнеспособности цементного теста, активности цемента, прочности бетона. Не менее важной решаемой проблемой является защита окружающей среды от загрязнений золой от сжигания высокозольных бурых углей.
Ключевые слова
Разработана упрощенная методика расчета нормативного коэффициента теплопередачи жилого здания. Выполнены исследования по влиянию на суммарные теплопотери размеров здания уровня теплоизоляции наружных ограждений и доли регенерации теплоты в системе вентиляции. Рассмотрены здания простой геометрической формы («спичечный коробок») с числом этажей 1; 2; 4; 8; 16, жилой площадью от 100 до 25600 м2 при уровне теплового сопротивления стен 1; 3 и 5 м2оС/Вт и доле регенерации теплоты вентиляционного потока воздуха 0; 0,5 и 0,66. Результаты исследования показали, что при увеличении габаритов здания происходит резкая трансформация размеров и структуры наружных ограждений: доля площади перекрытий сокращается в три раза; доля площади стен увеличивается в два раза. В шесть раз уменьшается доля площади поверхности наружной оболочки здания по сравнению с ее отапливаемой площадью. Отнесенный к отапливаемой площади средний коэффициент теплопередачи здания становится меньше в три раза. Показано, что для дальнейшего снижения нормативных теплопотерь жилых зданий наиболее эффективными путями являются: рекуперация теплоты в системе вентиляции (и тем глубже, чем выше уровень теплозащиты и холоднее климат зоны сооружения здания); укрупнение размеров зданий за счет уменьшения их числа; сверхнормативное повышение теплозащиты малоквартирных зданий и коттеджей; кубическая форма двух-, трехэтажных зданий для Крайнего Севера.
Ключевые слова
В многослойных ограждающих конструкциях зданий для защиты теплоизоляционного слоя от увлажнения рекомендуется использовать паронепроницаемый слой на внутренней стороне системы утепления, так как относительная влажность внутреннего воздуха обычно выше, чем наружного, и диффузия водяных паров направлена из помещения наружу. При наличии с внешней стороны слоя с большой паропроницаемостью часть влаги может скапливаться в толще конструкции и утеплителя, а разница действительных и максимально возможных парциальных давлений приводит к выпадению конденсата. Для повышения теплозащитных качеств ограждающих конструкций возникает необходимость создания паронепроницаемого защитного экрана. Этому соответствует конструкция панели с паронепроницаемым экраном в виде неперфорированной алюминиевой фольги. Расположение данного экрана у внутреннего слоя панели препятствует проникновению водяных паров из помещения в ограждающую конструкцию и в слой утеплителя. При этом в отдельных слоях ограждающей конструкции в зависимости от их теплофизических характеристик могут возникать зоны конденсации и соответственно увлажнение их. Проведен расчет тепловлажностного режима ограждающих конструкций с расположением паронепроницаемого слоя (неперфорированной алюминиевой фольги) в толще ограждающей конструкции между различными слоями. Анализ графиков тепловлажностных режимов многослойной наружной ограждающей конструкции показывает, что наиболее рациональной является конструкция с расположением неперфорированного экрана - алюминиевой фольги - между внутренним слоем бетона и слоем перфорированного утеплителя. При этом другие экраны между отдельными слоями выполнены перфорированными.
Ключевые слова
Рассмотрены причины несоответствия параметров внутреннего воздуха в теплый период года для помещений общественных зданий с большой площадью светопрозрачных конструкций. Основная причина некомфортной воздушной обстановки - заниженное значение расхода приточного воздуха из-за расчета воздухообмена по кратностям или норме воздухообмена на одного сотрудника, которые являются определяющей величиной только для холодного периода и переходных условий. То есть кратности и норма воздухообмена не учитывают насыщенность современных офисов оборудованием, теплопоступления от которого составляют значительную величину. Проведены анализ и сравнение существующих норм воздухообмена для Республики Беларусь, Российской Федерации, стран Европы и США. Выполнен расчет поступлений теплоты и воздухообмена для помещения общественного здания в теплый период года для ассимиляции избытков явной теплоты при различных ориентациях светопрозрачного фасада; приведена структура теплопоступлений в помещение. Исходя из воздухообмена, определена требуемая норма расхода приточного воздуха на одного сотрудника, произведено сравнение с существующей нормой воздухообмена. Требуемая норма превышает нормативную в среднем в 12 раз. Но данное обстоятельство не говорит о необходимости увеличения нормы во столько раз, так как это повлечет повышение капитальных и эксплуатационных затрат. В связи с этим рассмотрены варианты улучшения микроклимата в помещениях зданий с большой площадью светопрозрачных конструкций: автоматическое регулирование теплоотдачи отопительных приборов в холодный период года; использование кондиционирования воздуха и увеличение разности температур приточного и удаляемого воздуха в теплый период.
Ключевые слова
В нынешних нормативных документах 100%-й износ принимается за крайний предел эксплуатации строительного элемента или конструкции. При использовании вероятностной степени физического износа и определении необходимости ремонта за 100 % следует принимать физическое состояние строительных элементов и конструкций, соответствующее минимально допустимому уровню надежности. В статье приведено описание нового метода определения необходимости и вида ремонта здания и его элементов на базе вероятностной оценки их физического износа, которая сопрягается с остаточной надежностью. Такой метод расчета производится путем определения начального и предельно допустимого значений вероятности отказа или разрушения и плотности распределения вероятности, по которым выбирают масштаб износа по времени, обеспечивающий повышенный удельный рост вероятности отказа или разрушения в начальный обкаточный период эксплуатации элемента. Затем периодически проводится плановая оценка износа элементов здания. В случае превышения планового уровня роста вероятности 0,4-0,5 от критического выполняется средний текущий ремонт, а в случае достижения уровня вероятности 0,8 и более от критического - капитальный ремонт для снижения значения вероятности до близкого к начальному. Текущая плановая оценка физического износа производится по нормативным косвенным признакам, а при превышении интенсивности физического износа планового уровня немедленно переходят к определению прочностных свойств элементов здания приборными физическими методами. Учитывая относительную новизну вероятностной оценки необходимости и вида ремонта здания и его элементов в процессе их эксплуатации, следует выполнить дополнительные теоретические и статистические исследования для включения этого метода в строительную нормативно-техническую документацию.
Ключевые слова
Освещены особенности производства строительных работ при реконструкции зданий. Для наглядности проанализирован практический опыт выполнения работ по замене несущих конструкций. Акцентировано внимание на особенностях принятия организационно-технологических решений в связи с устройством конструкций временного усиления. Это вызвано необходимостью обеспечения пространственной жесткости и устойчивости примыкающих и существующих строительных конструкций здания. Иными словами, на период замены отдельных строительных конструкций примыкающие остаются без связей, обеспечивающих устойчивость отдельных конструктивов и здания в целом. Такая ситуация может привести к деформациям конструкций или их обрушению. Поэтому работы должны выполняться последовательными захватками, которые обеспечивают неизменяемость примыкающих конструкций. Представлены примеры практического решения замены несущих конструкций перекрытий и участка наружной несущей стены одного из зданий в условиях стесненности. В процессе замены междуэтажного перекрытия выполнены работы по временному усилению железобетонных колонн. Для этого были использованы распорные стальные балки, обеспечивающие устойчивость колонн в плоскости. При частичной разборке стены применен вариант устройства временной вертикальной несущей конструкции в виде портала. Данная конструкция воспринимала нагрузки от перекрытия до полной перекладки участка несущей стены и обустройства иных конструкций согласно проектным решениям. Представленные организационно-технологические решения будут полезны строителям и проектировщикам при разработке проектно-технологической документации реконструкции зданий.
Ключевые слова
Перспективность строительства дорожных бетонных покрытий, начатого в 30-е гг. прошлого века в США, подтверждена долговечностью их эксплуатации. Вместе с тем исследования показывают, что бетонные покрытия по ряду причин склонны к деформации, а это вызывает трудности при ремонте. Особенно интенсивно деформации проявляются после пятидесяти лет эксплуатации дорог. Практически неизбежны такие явления, как образование микротрещин, шелушение, деформации при промерзании угловых граней бетонных плит, разрушение деформационных швов и т. д. Эти дефекты характеризуются значительным объемом и присутствуют на всех без исключения дорогах. Следует отметить, что многих из перечисленных недостатков можно избежать при условии принятия своевременных мер по упрочнению поверхностного слоя бетонного покрытия методом пропитки составами, содержащими гидрофобизатор и золь кремнезема. В качестве гидрофобизатора использовали выпускаемые промышленностью метилсиликонат калия, олигометилгидридсиликонат, ТЭОС, которые создают на поверхности пор бетона труднорастворимую пленку, препятствующую проникновению воды в бетон. Образующийся в процессе растворения и гидролиза минералов цементного клинкера гидроксид кальция связывается в гидросиликаты содержащимся в пропитанном растворе золем кремнезема. Эти гидросиликаты кальматируют поры бетона и упрочняют его поверхностный слой за счет дополнительной твердой фазы, по химическому составу родственной гидросиликатам кальция, образующимся при твердении цемента.
Ключевые слова
В возведенных в конце 80-х - начале 90-х гг. ΧΧ ст. и эксплуатируемых в настоящее время четырех дымовых железобетонных трубах тепловых электростанций обнаружено практически полное отсутствие осадок, что не учитывается современными нормативными документами. Фундаменты данных труб разработаны в это же время, защищены патентами России и Беларуси и представляют собой кольцевые основания из погруженных вплотную друг к другу железобетонных свай, образующих своеобразную «стену в грунте» и объединенных монолитным железобетонным ростверком. Ростверк является прямым продолжением стен стволов труб. Одна из этих труб возведена в России, а три - в Беларуси. Поскольку и грунтовые условия, и нагрузки резко отличаются друг от друга, можно говорить о закономерности наблюдаемого явления. Несмотря на то что кольцевые фундаменты значительно снижают расход бетона и стали, уменьшают время строительства и объем трудозатрат, они не получили должного внимания у научной общественности и проектировщиков. В статье на конкретных примерах возведенных труб показана возможность применения расчетов, в которых эффективно используется пассивный отпор грунта. И расчеты, и конструкции существующих фундаментов позволяют оценить вероятность предлагаемой методики для аналогичных фундаментов, замкнутых в плане, не только для промышленных зданий и сооружений.
Ключевые слова
В настоящее время наблюдается быстрый рост рынка накопителей энергии. Имеются предпосылки для их распространения в Беларуси. Несмотря на развитие технологии, вопросы оптимизации систем накопления электроэнергии и их работы в условиях конкретных систем «генератор - накопитель - потребитель» (ГНП) не получили необходимой проработки. Вместе с тем настройка и оптимизация системы ГНП могут дать конкурентное преимущество тем или иным системам накопителей, поскольку применение аккумуляторных батарей в неоптимальных условиях зарядки-разрядки снижает их ресурс. Оптимизация системы ГНП может включать использование гибридных систем накопителей совместно с разнородными химическими и механическими накопителями, с настройкой параметров контроллера системы и др. В научных работах представлено немало эмпирических и аналитических методов расчета электрических нагрузок, использующих в качестве исходных данных усредненные по времени значения фактического потребления электроэнергии, средние квартирные нагрузки, эмпирические или статистические коэффициенты формы и коэффициенты максимума электрической нагрузки группы однородных потребителей. Однако такие модели не отвечают требованиям детального имитирования работы небольших систем, когда моделирование должно соответствовать нестационарному, неусредненному, стохастическому характеру нагрузки. В статье изложен простой подход к детальному имитационному моделированию электрических нагрузок относительно небольших объектов, таких как многоквартирный дом или небольшое сельскохозяйственное производство. Модель сформулирована как в физическом, так и в алгоритмическом виде, что позволяет легко реализовать ее в любой среде программирования. Представлена сходимость интегрального потребления электроэнергии, задаваемого моделью, к статистически средним параметрам. Рассчитана автокорреляционная функция, показывающая два масштаба автокорреляции имитационных графиков нагрузок. Проанализированы Фурье-спектры сгенерированных графиков нагрузок. Модель электрической нагрузки может использоваться независимо или как составная часть общей модели системы ГНП. Она также может применяться для настройки систем контроля и учета энергоресурсов (АСКУЭ) и различных исследовательских целей.
Ключевые слова
Исследован магнитный режим трехфазного трансформатора с симметричным магнитопроводом рамной конструкции на схемной модели. Схема состояла из трех нелинейных катушек, соединенных звездой без нулевого провода. Вебер-амперные характеристики катушек соответствовали одноименным параметрам отдельных рам магнитопровода. Принимали, что магнитный поток каждой рамы замыкается на себя, не переходя в другую раму магнитопровода. Электромагнитное состояние схемы замещения описывали системой дифференциальных уравнений, которые решали с помощью стандартной программы MathCad. В результате рассчитаны функции магнитной индукции рамы и намагничивающего тока и их гармонические составы, определена зависимость реальной амплитуды индукции магнитного поля от амплитуды индукции основной гармоники. В процессе проведения экспериментов выявлено, что: амплитуда индукции основной гармоники магнитного поля в рамах магнитопровода больше расчетного значения индукции на 15,5 %; вследствие нелинейности вебер-амперных характеристик рам и свойств трехфазной системы в функциях магнитной индукции отдельных рам возникают гармонические составляющие, кратные трем; высшие гармоники функции магнитной индукции рамы, накладываясь на основную гармонику, уменьшают реальную амплитуду индукции магнитного поля практически до расчетного значения индукции в рабочем диапазоне реальной амплитуды, при этом коэффициенты высших гармоник изменяются незначительно; в намагничивающих токах отсутствуют гармонические составляющие, кратные трем.