Самым распространенным и надежным материалом, без которого не обходится современное строительство, является бетон. Развитие строительного производства подталкивает к новым решениям в улучшении качества бетонной смеси и бетона. Наиболее востребованные и значимые показатели бетонной смеси – прочность при сжатии и подвижность бетонной смеси. С каждым годом исследований наноматериалов в качестве модифицирующих компонентов бетона становится больше, а результаты указывают на перспективность их применения. Наночастицы, обладающие большой удельной поверхностью, отличаются химической активностью, могут ускорять гидратацию и повышать прочностные показатели за счет зародышеобразования и последующего формирования C–S–H, уплотнения микроструктуры материала. Широкую базу воспроизводства имеют золь нанокремнезема, который может быть использован взамен микрокремнезема с индустриальных предприятий, и углеродный наноматериал. В статье представлены исследования данных видов наноматериалов и результаты их применения в цементных бетонах. Исследования показали, что эффект наблюдается также при введении добавки, содержащей только один вид наночастиц. Установлена зависимость получаемых характеристик цементных бетонов от количества данных наноматериалов. Выявлено, что наилучшие результаты были получены с добавкой, в которой совместно использовались вышеперечисленные наноматериалы. Прочность на сжатие образцов тяжелого бетона, улучшенная комплексной нанодисперсной системой, составила 78,7 МПа, что превышает прочность образца, содержащего добавку углеродных нанотрубок в паре с суперпластификатором, на 37 %. Изучен механизм действия представленной комплексной добавки.
Наука и техника
2021. — Выпуск 3
Содержание:
Производство бетонных и железобетонных изделий в условиях Республики Беларусь и в странах с аналогичными климатическими условиями требует проведения тепловой обработки в теплотехнологических установках с целью достижения продукцией заданной прочности в назначенное время, на что расходуется большое количество тепловой энергии. Назначение режимов работы оборудования в этом случае сопряжено с целым рядом трудностей, когда речь идет о новых изделиях сложной пространственной конфигурации и структуры. Критериями оптимальности таких режимов выступают, как правило, продолжительность и температурные пределы обработки, обеспечивающие требуемую прочность при минимальном потреблении энергии. В условиях серийного производства в случае конструктивно простых объектов назначение режимов тепловой обработки осуществляется опытным путем. Как показывает анализ, полученные таким образом режимы не отвечают названным выше критериям, особенно с позиций энергосбережения. В статье с использованием ранее разработанной авторами математической модели предлагаются зависимости для расчета оптимальных режимов тепловой обработки бетонных изделий, отличающихся сложной пространственной формой и многокомпонентной структурой. Метод основан на трехмерных уравнениях переноса с учетом внутренних источников тепловыделений, обусловленных протекающей реакцией гидратации активных компонентов цементного клинкера, и граничных условий, соответствующих структуре обрабатываемого изделия, а также виду теплотехнологического устройства для ускоренной гидратации. Предложены уравнения для расчета количества подводимой к обрабатываемому изделию тепловой энергии, обеспечивающей заданную прочность в назначенное время. На примере выпускаемого промышленного бетонного изделия и для условий реально применяемого устройства ускоренной гидратации выполнено сравнение двух предельных режимов тепловой обработки: с изотермической выдержкой и без нее. В результате расчетов получены зависимости энергопотребления, температурных полей и степени гидратации в изделии для обоих режимов и разработан соответствующий рассматриваемому случаю энергосберегающий режим тепловой обработки. Показано, что используемый численный метод позволяет решать задачи подобного типа и добиваться экономии тепловой энергии.
Ключевые слова
В статье изложена методика оценки термонапряженного состояния бетонного массива фундаментной плиты, изготовленной из самоуплотняющейся бетонной смеси. Предлагаемая методика заключается в предварительном расчете температурных полей в твердеющем бетоне. Объектами исследований являлись самоуплотняющаяся бетонная смесь и конструкционный бетон в массиве конструкции. Приведен и обоснован выбор материалов для приготовления бетонной смеси. Для оценки термонапряженного состояния использован состав самоуплотняющегося бетона. С целью снижения величины саморазогрева бетона применяли вяжущее с пониженной экзотермией. Выполнены исследования по оценке удельного тепловыделения рекомендованного цемента в зависимости от начального водоцементного отношения. Изучено влияние химической добавки на скорость и величину удельного тепловыделения цемента. Приведены основные теоретические положения и алгоритм расчета термонапряженного состояния бетонного массива. Для расчета ожидаемых температур и их распределения в массиве конструкции использовали метод конечных разностей, а для оценки термонапряженного состояния рассчитывали температурные напряжения в сечениях бетонного массива. Выполненные расчеты температурных полей позволили оценить максимально возможные температуры и температурные перепады по сечениям бетонного массива в зависимости от начальной температуры бетонной смеси и среднесуточной температуры наружного воздуха. Анализ распределения температур выявил наиболее опасные сечения бетонного массива. На основании результатов расчета температурных полей проведена оценка термонапряженного состояния бетонного массива. Выполнен расчет температурных напряжений в наиболее опасных сечениях бетонного массива. Показано, что характеристикой термонапряженного состояния бетонного массива может служить расчетная величина температурного напряжения. Образование температурных трещин в бетонном массиве возможно при превышении расчетного значения температурного напряжения над фактической прочностью бетона на растяжение. Сравнение расчетных и фактических значений температур в сечениях фундаментной плиты позволило сделать вывод о правильности выполненных расчетов температурных полей и, как следствие, о возможных температурных деформациях.
Ключевые слова
При проектировании дорожных одежд применяется сложная система алгоритмов, основанных на математических вычислениях и инженерных решениях, с расчетом оценочных критериев. Именно соблюдение нормированных требований по расчетным критериям позволяет считать конструкцию дорожной одежды надежной, а автомобильную дорогу безопасной и удобной для движения транспорта в течение принятого срока службы. При расчете на прочность, исходя из прогнозной интенсивности движения и состава потока транспортных средств, проводится расчет по основным критериям: допускаемому упругому прогибу, сдвигу в слоях из неукрепленных материалов и в асфальтобетоне, а также по предельным растягивающим напряжениям в монолитных материалах с заданным уровнем надежности. Однако в принятых концепциях расчета прочности и надежности дорожных одежд непосредственно учитывается только силовое воздействие. Для учета факторов окружающей среды необходимо разработать комплексный показатель результирующего воздействия всех факторов. В статье приведен комплекс факторов, влияющих на безопасность движения транспорта, на дорожные деформации и высоту неровности, в частности на увеличение динамического воздействия на дорогу и амплитуду колебания колеса автомобиля на дороге с неровной поверхностью (при отрыве от поверхности дороги), совпадение частоты колебаний автомобиля с собственными частотами колебаний дорожной одежды и, как следствие, на поведенческие особенности вождения. Обоснованы доводы о том, что в прогнозных моделях не учитывается ряд факторов, оказывающих существенное влияние на процессы формирования необратимой деформации в слоях материалов дорожных конструкций.
Ключевые слова
Дорожно-транспортные происшествия автомобилей с подвижным составом железных дорог приводят к наиболее тяжелым последствиям. Многие железнодорожные переезды являются местами длительных задержек транспортных средств как до, так и после дорожно-транспортного происшествия. Во многих случаях пересечения автомобильных дорог с железнодорожными путями резко ограничивают пропускную способность автомобильной дороги. Железнодорожные переезды требуют самого пристального внимания службы организации дорожного движения, поскольку должны включать не только устройства для движения автомобилей, но также пешеходные и запасные пути. Несмотря на то что проблема дорожно-транспортных происшествий на железнодорожных переездах не является новой, во всем мире продолжаются исследования и анализы статистики в данной области. В статье рассмотрены железнодорожные переезды на республиканских автомобильных дорогах Казахстана. Выполнены исследования направлений повышения безопасности движения на таких переездах. Изучены ситуации на железнодорожных переездах дорог республиканского значения, а также возможные ограничения и нормативные требования. Приведены результаты детального сбора данных на объектах, что послужит основанием для совершенствования нормативно-технической базы дорожного сектора Казахстана по улучшению безопасности дорожно-транспортной инфраструктуры с учетом существующих стандартов. Даны рекомендации по внедрению и обобщению передового международного опыта в организации дорожного движения на железнодорожных переездах, что будет способствовать адаптации Республики Казахстан в условиях развития транспорта и коммуникаций.
Ключевые слова
Проблема гашения шума на рельсовых путях, возникающего при движении поезда, решается достаточно просто, если рельс с прокладками уложить внутри продольно расположенной ленточной шпалы-механизма. Результат – слоистая рельсовая нить, состоящая из лент: лента рельса с упругими прокладками по трем сторонам, лента шпалы-механизма и балластного слоя. Единение слоев осуществляется благодаря собственной массе. Это – статика пути без внешней нагрузки. Обжатие рельса – эффективное свойство рельсовых путей – образуется в шпале-механизме под воздействием вертикальных сил с подвижками и их горизонтальных производных. При нагружении пути обжатие осуществляется многократно с последующей разгрузкой. При этом каждые предшествующие изменения условий в работе пути учитываются в дальнейшем цикле нагружения и разгрузки. Рельсовый путь с обжатием рельса – разновидность самоприспосабливающейся линейной системы, необходимая при частых изменениях нагрузки и условий эксплуатации для бесшумного исполнения функционального предназначения. Специфика такого пути в том, что движением колеса создаются вибрация рельса и шум, которые тут же гасятся обжатием с демпфированием. Баланс между возникновением шума и его гашением достигается соотношением длин плеч полушпалы как рычага. Условием появления сдвига сил обжатия в направлении от вертикального плеча полушпал служат неодинаковые осадки горизонтального плеча полушпалы L-образной формы и внецентренное ее нагружение. В результате исследований установлены преимущества рельсового пути с обжатием рельса, что является гарантом устойчивости расчетных параметров при продолжительной эксплуатации пути. Стоимость рельсового пути с обжатием рельса в результате экономии стали, снижения расходов на производство работ и эксплуатационные потребности уменьшается в два раза.
Ключевые слова
В настоящее время появилось множество исследований в области совершенствования городского общественного транспорта. Осуществляется поиск таких решений, которые позволят сделать данный транспорт более значимым и доступным для людей с ограниченными физическими возможностями, увеличить его пропускную способность, сократить выбросы загрязняющих веществ, повысить энергоэффективность путем внедрения перевозок по требованию, усовершенствовать рециклинг материалов и вторичное производство. В статье представлены основная концепция и технические решения новаторской транспортной системы HMASSUT Prometheus (гибридная модульная автономная система устойчивого городского транспорта «Прометей»), сочетающей концепции персонального скоростного транспорта и электромобиля на уровне автономии L4 (в соответствии с классификацией SAE (Общества автомобильных инженеров)). Дана оценка эффективности инновационной транспортной системы с использованием применяемых в дорожной инженерии показателей. Приведена концепция моделирования и оптимизации транспортной сети совместно с теорией клеточных автоматов.
Ключевые слова
Для повышения эффективности эксплуатации тепловых сетей, размещенных в непроходных каналах, ранее предложено схемно-структурное решение регенеративно-утилизационного теплоиспользования в системах централизованного теплоснабжения. Невозможность создания натурной экспериментальной установки, охватывающей нужный диапазон факторов и область их изменения, сложность проведения пассивного эксперимента на существующих теплотрассах привели к необходимости разработки виртуальной модели на базе программного комплекса ANSYS. На этой виртуальной модели проведен шестифакторный эксперимент. Получены уравнения регрессии для определения напора, требуемого для обеспечения продувки канала воздухом, а также теплообмена с трубопроводами прямой и обратной сетевой воды, расположенными в канале, и теплообмена с грунтом вокруг канала. Кроме того, выведена регрессионная зависимость для нахождения интегрального потока теплоты от перечисленных омываемых поверхностей к потоку воздуха. Осуществлен переход от безразмерных факторов к натуральным. С помощью карт Парето определены наиболее значимые факторы. В части 1 статьи проведена верификация полученных зависимостей. С использованием стандартных статистических методов оценок на базе рассчитанных значений критериев Фишера, Стьюдента и других определена адекватность уравнений регрессии. Приведены и проанализированы поверхности отклика с помощью двумерных сечений для ряда факторов при фиксированных значениях одних и изменении двух наиболее характерных, физически весомых для данной функции отклика. На базе анализа регрессионных зависимостей выполнена их валидация. Полученные регрессионные уравнения охватывают практически весь спектр возможных диаметров теплотрасс, что позволяет использовать их при разработке энергосберегающих проектов.
Ключевые слова
В последние годы экономический фактор играет все более важную роль при выборе технологий изготовления деталей машин с заданными значениями нормируемых параметров геометрической точности и качества рабочих поверхностей. Применительно к процессам поверхностного пластического деформирования это проявляется в поиске эффективных приемов управления трением в паре «инструмент – заготовка», которое, в конечном итоге, определяет картину распределения и величину напряжений и деформаций в заготовке и инструменте. Получить строгое аналитическое решение задачи по установлению связи между условиями на поверхности, трением и напряженно-деформированным состоянием контактируемых тел не представляется возможным. В этой связи на передний план выходит построение математических моделей, решение которых возможно численными методами. В статье приводятся результаты численного исследования (вычислительного эксперимента) конечно-элементной модели деформирования заготовки в различных условиях контактного взаимодействия и трения одним из методов поверхностного пластического деформирования – поверхностным дорнованием отверстий. Критерием оценки условий контактного взаимодействия и трения выбран коэффициент трения. Показано, что изменение коэффициента трения в процессе поверхностного дорнования не оказывает заметного влияния на формирование поля напряжений в деформируемой заготовке как в осевом, так и в радиальном и окружном направлениях. Вместе с тем при повышении коэффициента трения в паре «инструмент – заготовка» и соответственно силы механического сопротивления деформации заготовки наблюдается их рост. Вычислительным экспериментом подтверждено наличие внеконтактных деформаций заготовки и инструмента при поверхностном дорновании, а также снижение величины остаточных деформаций в заготовке с уменьшением коэффициента трения. Оценка баланса перемещений контактных поверхностей заготовки (внутренняя поверхность обрабатываемого отверстия) и инструмента показала, что деформации инструмента в упругой области могут привести к существенному снижению реального натяга поверхностного дорнования отверстий.
Ключевые слова
. В Киевском национальном университете строительства и архитектуры разработаны новые виды упругих устройств – скобовидная пластинчатая и скобовидная пластинчато-листовая рессоры. Скобовидная пластинчатая рессора представляет собой упругую пластину, концы которой отклонены от ее средней части в одну и ту же сторону и выполнены в виде консолей, снабженных приспособлениями для шарнирного крепления. Средняя часть пластины, расположенной параллельно линии действия нагрузки, выполнена с переменным по длине сечением. В каждом сечении ось, относительно которой момент инерции сечения максимален, перпендикулярна плоскости изгиба рессоры, спроектированной как балка равного сопротивления. Обоснована целесообразность применения скобовидной пластинчатой рессоры для усовершенствования эластичной подвески кабин грузовых автомобилей. Разработаны рекомендации по выбору наиболее перспективного устройства с целью внедрения их в серийное производство, а также методики инженерного расчета таких рессор. Объектами исследований являлись устройства, предназначенные для амортизации динамических нагрузок в машинах и приборах, отличающиеся тем, что они имеют скобовидную форму и подвергаются изгибу в плоскости наибольшей жесткости своих поперечных сечений, а также амортизационные подвески с использованием этих рессор, в частности подвески кабин автомобилей КамАЗ. Внедрение исследования может существенно уменьшить металлоемкость и трудоемкость изготовления упругих устройств, а также окажется полезным при проектировании и эксплуатации эластичных подвесок автомобилей.
