МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ МИНИСТЕРСТВО АРХИТЕКТУРЫ И СТРОИТЕЛЬСТВА РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Сборник докладов Международной научно-технической конференции Под редакцией академика НАН Беларуси, доктора технических наук, профессора Б.М. ХРУСТАЛЁВА доктора технических наук, профессора С.Н. ЛЕОНОВИЧА Минск БНТУ 2017 УДК 69.05(06) ББК 38.6я43 Т38 Р е ц е н з е н т ы : доктор технических наук, профессор В.В. Тур, зав. кафедрой «Технология бетона и строительные материалы» Брестского государственного технического университета; кандидат технических наук Н.И. Шепелевич, зав. лабораторией конструкций инженерных сооружений РУП «Институт БелНИИС» В сборнике трудов Международной научно-технической конференции «Технология строительства и реконструкции» (TCR-2015) представ- лены материалы завершенных научных проектов Государственной про- граммы научных исследований «Строительные материалы и технологии» (2011–2015 гг.), проведенной на базе головной организации Белорусского национального технического университета 24.11–27.11.2015 г. на основа- нии решения Президиума НАН Беларуси в целях объективной приёмки законченных работ. В сборнике изложены результаты научных исследований и научно- методических разработок в области научно-технологических принципов методологии определения комплекса теплофизических характеристик ма- териалов, научно-инженерных принципов проектирования, теплотехниче- ских расчётов, создания энергоэффективного топлива на основе нефтедре- весных отходов, технологии строительного производства и технологии реконструкции зданий и сооружений. ISBN 978-985-583-054-3 © Белорусский национальный технический университет, 2017 3 СОДЕРЖАНИЕ Пленарный доклад Кузьмин А.В. Новая технологическая платформа «Строительство и архитектура» 10 Хрусталев Б.М., Сизов В.Д. Разработка научно-технологических принципов методологии определения комплекса теплофизических характеристик материалов для проекта нормативных документов с целью создания эффективных ограждающих конструкций сооружений различного назначения с заданными свойствами, обеспечивающими их ресурсо- и энергосберегающие качества при изготовлении и эксплуатации 17 Хрусталев Б.М., Акельев В.Д. Научные, инженерные принципы проектирования, теплотехнические расчеты пневмоопорных конструкций для климатических условий Республики Беларусь 21 Хрусталёв Б.М., Пехота А.Н. Энергоэффективное топливо на основе нефтедревесных отходов 26 Лапидус А.А. Интегральный потенциал эффективности организационно- технологических и управленческих решений строительного объекта 32 Ершов М.Н., Корчуков А.С. Реконструкция-реставрация шуховской радиобашни в г. Москве. Проблемы реставрации технически сложных памятников истории и культуры 37 Zhdanok S.A. Nanostrructured carbon implementation in construction materials industry 52 Лесовик В.С. Новая парадигма проектирования и синтеза строительных композитов 58 4 Снежков Д.Ю., Леонович С.Н. Разработка научных основ, методического и нормативного обеспечения (стандарт предприятия) системы неразрушающего мониторингового контроля прочностных показателей бетона монолитных конструкций в период их возведения и эксплуатации 76 Снежков Д.Ю., Леонович С.Н. Мультиволновой ультразвуковой контроль бетона 90 Пойта П.С. Разработка на основе комплексных экспериментально- теоретических исследований научных принципов и основ совершенствования методов расчета несущей способности забивных свай в сложных инженерно-геологических условиях 103 Драган В.И. Разработка новых эффективных большепролетных металлических конструкций системы «БрГТУ» и методика оценки их надежности на стадии проектирования 107 Тур А.В. Провести исследования и разработать рекомендации по оценке живучести и защите от прогрессирующего обрушения конструктивных систем с перекрытиями из сборных плит безопалубочного формования 116 Тур В.В. Провести исследования и разработать рекомендации по проектированию самонапряжённых бетонных элементов с рабочей арматурой из полимерного композита, армированного волокнами 122 Леонович С.Н. Алгоритм расчета трещиностойкости бетона в раннем возрасте при капиллярной усадке по обобщенному критерию 126 Леонович С.Н. Моделирование капиллярной усадки и трещинообразование бетона в раннем возрасте 136 Шепелевич Н.И. Методика расчета и проектирования подземных трубопроводов из железобетонных труб 161 5 Шевко В.В. Об этажности производственных зданий 170 Пастушков Г.П. Методы оценки работоспособности эксплуатируемых железобетонных плитных пролетных строений автодорожных мостов 174 Вавилов А.В. Обоснование системы машин для заготовки щепы с труднопроезжаемых участков мелиоративного строительства 177 Василевич Ю.В. Разработка теории и методологии виброзащиты зданий и сооружений, подвергающихся интенсивным вибрационным воздействиям, на основе внедрения новых эффективных виброгасящих материалов и строительных технологий, обеспечивающих долгосрочную эксплуатационную надежность виброзащищаемых объектов и требуемый санитарно-гигиенический комфорт по уровням вибрации и шума 182 Снежков Д.Ю., Леонович С.Н. Контроль прочности бетона неразрушающими методами: повышение достоверности на основе их комбинирования 184 Полейко Н.Л., Леонович С.Н. Повышение водонепроницаемости бетона при восстановлении эксплуатационной пригодности конструкций 200 Грушова Е.И. Разработка аддитивов для модификации структуры асфальтенов – полимерной основы нефтебитума 210 Дятлова Е.М. Разработка ресурсосберегающей технологии получения алюмосиликатных огнеупоров на основе природных и обогащенных каолинов Республики Беларусь для теплотехнических установок в производстве строительных материалов 213 6 Ковчур С.Г. Разработка научных основ ресурсосберегающей, ипмортозамещающей технологии изготовления кирпича керамического с использованием промышленных отходов 218 Кузьменков М.И. Разработка композиционных материалов строительного назначения на основе магнезиального цемента 221 Мечай А.А. Разработка составов и технологических параметров получения расширяющих сульфоферритных добавок для напрягающих бетонов 227 Павлюкевич Ю.Г. Разработать физико-химические основы и технологические процессы получения листового стекла, упрочненного ионным обменом 231 Сафончик Д.И., Грасевич Н.А. Исследование физико-механических свойств фиброармированных цементных систем, получаемых на основе отходов ПТК «Химволокно» ОАО «Гродно Азот» 234 Шаповалов В.М. Разработка новых битумно-полимерных материалов с использованием отходов нефтемаслоперерабатывающих производств и высокодисперсного кремнезема для поверхностной защиты строительных конструкций 241 Веренько В.А. Разработка основ теории и методологии выбора стратегии ремонта асфальтобетонных покрытий, обеспечивающих повышение их надежности и долговечности 247 Занкович В.В. Разработка теоретических основ и методологии повышения деформационной устойчивости асфальтобетонных смесей путем модификации полимерами различной природы и свойств с обоснованием показателей технико-экономической эффективности в разрезе жизненного цикла дорожных покрытий улиц и дорог 255 7 Снарский А.С. Автоматизированный мобильный технологический комплекс для сварки строительных металлоконструкций на базе энергоэффективного инверторного оборудования 258 Латыш А.В., Леонович С.Н., Коледа Е.А. Контроль качества бетона монолитных железобетонных конструкций 263 Коледа Е.А., Леонович С.Н., Латыш А.В., Грушевская Е.Н. Фибробетонные промышленные полы: дефекты, технология и система контроля качества 275 Коледа Е.А., Леонович С.Н. Характеристики трещиностойкости фибробетона как определяющий фактор качества 282 Evgeny E. Shalyi, Sergei N. Leonovich, Lev V. Kim, Alexey G. Dzhogolyuk DURABILITY OF THE JAPANESE CONCRETE STRUCTURES ON SAKHALIN ISLAND 288 Литвиновский Д.А., Леонович С.Н. Критерии хрупкости высокопрочного конструкционного бетона при воздействии высоких температур: конструкции изготовляемые и эксплуатируемые 293 Коледа Е.А., Латыш А.В., Грушевская Е.Н., Коворотный П.А., Леонович С.Н. Особенности набора прочности монолитного бетона при изменении рецептуры и отказе от прогрева 302 Потапов В. В., Грушевская Е.Н., Леонович С. Н., Коледа Е.А. Влияние гидротермального нанокремнезёма на свойства цементных композиций 305 8 УВАЖАЕМЫЕ ГОСТИ, УЧАСТНИКИ И ОРГАНИЗАТОРЫ КОНФЕРЕНЦИИ! От имени Российской академии архитектуры и строительных наук, научно-исследовательского центра «Строительство» и от себя лично рад приветствовать Вас. Строительство как никакая другая отрасль российской экономи- ки имеет выраженный инфраструктурный характер. Строительная деятельность распространяется практически на все виды создавае- мых основных фондов и производственных мощностей, возводи- мых зданий и сооружений различного назначения. Вместе с динамично развивающейся промышленностью строи- тельных материалов и изделий, которая призвана наполнить отече- ственный рынок качественными импортозаменяющими товарами и услугами, строительство во многом определяет генеральные планы и архитектурный облик российских городов, развитие их транс- портной, инженерной и энергетической систем. Через строительство обеспечивается безопасность среды обита- ния человека. Особенно это актуально для городских территорий, где человек практически всю свою жизнь проводит либо внутри построенных объектов, либо рядом с ними. От того насколько ком- фортна эта среда обитания, зависит психологическое состояние об- щества, продолжительность жизни его членов и уровень рождаемо- сти детей. Эти стремления и определили концепцию деловой программы Международной научно-технической конференции «Технология строительства и реконструкции» (ТСР-2015). Международная научно-техническая конференции «Технология строительства и реконструкции» в этом году имеет особый вес, осо- бое значение, так как приурочена к юбилею Белорусского нацио- нального технического университета – 95-летию! Примите искрен- ние пожелания процветания. 9 Также всем участникам конференций желаю найти среди много- образия тем и докладов то, что будет интересно и полезно. Наде- юсь, работа на секциях будет сопровождаться плодотворной и кон- структивной дискуссией. Успешной Вам работы на конференции и в повседневном научном труде! Президент РААСН, генеральный директор АО «НИЦ «Строительство» А.В. КУЗЬМИН 10 ПЛЕНАРНЫЙ ДОКЛАД ПРЕЗИДЕНТА РААСН А.В. КУЗЬМИНА НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПЛАТФОРМА «СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА» Отмечу создание новой технологической платформы «Строи- тельство и архитектура». Вначале хотел бы остановиться на некото- рых терминах, которые необходимы для нашего общего понимания этого вопроса. Первое - хотелось бы сказать, что не может быть идеальной среды жизнедеятельности - нет того, к чему мы все должны стремиться. Есть приверженность людей к тому или иному образу жизни, и в данной ситуации и сельский образ жизни должен быть комфортен, и городской, и жизнь людей в Москва-Сити, и тех, кто предпочитает жить или работать в исторической застройке. И все это мы должны учитывать. Возможно, в одних случаях нужны одни нормативы, в других – другие, возможно даже необходима разработка новых нормативов – таких, о которых сегодня мы даже не задумываемся. Возможно, нужно думать не о том, сколько мет- ров должно быть до школы, а сколько метров - до леса, речки. А в школу будет возить комфортабельный школьный автобус. Поэтому первое, что мне хотелось бы сказать: архитекторы не должны стре- миться к идеальной среде жизнедеятельности, которая, в конечном счете приведет к единообразию не только среды, но и сознания лю- дей. Конечно, бывают ситуации, например, когда после войны воз- никла необходимость обеспечения большого количества людей жильем – и появилась политика возведения хрущевских пятиэта- жек. Но это была вынужденная мера на определенный период. Приведение же понятия «комфортная среда жизнедеятельности» к формированию идеальной среды как для многоэтажных жилых домов, так и для особняков приведет не к созданию «городов Солн- ца», а к однообразию, усреднению, в том числе и личности. Поэто- му мы должны добиваться того, чтобы стремление людей, каждого человека к комфортной среде находило отклик при выполнении ар- хитектурных проектов, чтобы не исчезали те привлекательные ин- дивидуальные особенности территорий, которые дороги этим лю- дям. Хотел бы обратить внимание и на взаимодействие двух поня- тий – с одной стороны, социальные гарантии, с другой стороны, – 11 стандарт качества. Что такое социальная гарантия? Это не бывает прямая линия, которая идет по возрастающей – это то, что государ- ство может обеспечить своим гражданам. А есть еще стандарт качества – это то, о чем человек мечтает и хочет получить. В данной ситуации архитектор должен понимать, что в плане комфортности среды может дать государство. А к чему гражданин, как заказчик, может и должен стремиться. Например, стандарты качества жизни у жителей села Михайловское и Рублев- ки разные. В данной ситуации мы должны помнить о качестве сре- ды обитания в целом, начиная со своего дома, офиса, города, стра- ны и мира в общем. Если мы начнем создавать комфортную среду только на отдельных уровнях, то возникнут в городах благополуч- ные районы, но могут возникнуть и гетто. Только взаимодействие – от градостроительства через архитектуру и строительство на всех уровнях мы можем получить качество среды жизнедеятельности. А теперь несколько слов о нашей истории и о той ситуации, в которой сейчас находится Россия. Когда мы слышим о Великом пе- реселении народов, то сразу вспоминаем: вандалы, готы, гунны, франки… Но ведь Россия всего за 100 лет пережила два великих переселения народов. Начало положила столыпинская реформа, а далее весь путь Советского Союза был связан с освоением новых территорий в азиатской части, которые ныне дают главное богат- ство нашей стране. А эвакуация во время войны – только в 1941 го- ду за Уральский хребет перевалило более 10 миллионов, переехали производства, было создано 1500 новых производств, и люди закре- пились на них, и не все возвратились из эвакуации. Потом были це- лина и БАМ, и в целом была освоена огромная территория. Что произошло за последние 10 лет? Опять великое переселение наро- дов – 3 млн человек переехали из-за Уральского хребта в европей- скую часть России. Причем в основном – на территорию Москов- ского региона. Здесь нет победителей. Рассмотрим Московский регион в новых условиях, где по сути складывается зона дискомфортной среды. Есть где жить, но жилье однообразное, в основном высотное, 17–25 этажей, но мест прило- жения труда нет, недостаточно развита инфраструктура. Зона эта постоянно растет. Что мы архитекторы должны делать? В первую очередь мы должны посмотреть те градостроительные регламенты, которые могут гарантировать сохранение качества среды жизнедея- 12 тельности. Приведу пример: в 1990-е годы у ряда людей появились деньги, и они уехали из центра, построили себе индивидуальное жилье – в 7–9 км от МКАД. Они искали другой среды. Сейчас ря- дом с их заборами строят 17-этажные дома – от чего уехали, к тому вернулись. Сейчас по поручению губернатора Московской области мы должны разработать регламенты – где какую среду необходимо сохранить, где должна остаться малоэтажная застройка, а где мож- но строить высотное жилье. В каждой территории мы должны сохранять и использовать то ценное, что там имеется. Если посмотреть на запад Московской области – там есть зона Бородино, там были остановлены фашисты, там есть замечательное водохранилище и город Верея. А теперь представьте, если там построить несколько 17-этажных домов – мы потеряем уникальность этого региона. Наша задача – сохранять ис- торические ландшафты, рассматривать и понимать каждую терри- торию, и применительно к каждому индивидуальному прецеденту создавать комфортную среду жизнедеятельности. Есть еще одна проблема – борьба за людские ресурсы, которых на нашу территорию в масштабах страны явно недостаточно. Если раньше человеку необходимы были только работа и дом, то теперь ему хочется удобства и комфорта. Многие люди, заработавшие на Севере и Дальнем Востоке деньги, переехали в Подмосковье. По- этому главное сейчас – обеспечение разноплановой занятости насе- ления, с учетом возрастных особенностей и качества жизни, - поня- тия, включающего две составляющих – безопасность и комфорт. Архитекторы вместе с властью должны анализировать и учиты- вать все эти составляющие, иначе в нашей стране постоянно будет ситуация переселения народов. Несколько иных примеров. Вопрос геофилософии (градофилософии). Как уже говорилось выше – ар- хитектор должен видеть, что может привлечь внимание туристов в конкретном регионе. Для Иркутской области, например, – это Бай- кал. Байкал знают во всем мире. Если мы говорим о развитии Ир- кутской области – мы должны думать о Байкале. ЮНЕСКО призна- ло памятниками природы только 193 места, 10 из них в России, 9 – в ее азиатской части, одно из них – Байкал. Если проанализировать как добраться – очевидна зона комфортного посещения Байкала по- тенциальными туристами, в число которых попало 18 млн россиян и 300 млн китайцев. А что такое наши регионы по территории? Ес- 13 ли наложить Иркутскую область на карту Европы – один край по- падает на Калининград, другой – на Париж. Если посмотреть на до- роги – в Иркутской области 18000 км дорог, а в Европе в разы больше и комфортнее. Не только потому, что не строят дороги, а потому что другой ландшафт – тайга, горы. Потому вывод: не будет развита авиация, обеспечивающая связь между регионами – не буде развития региона. При этом сама Иркутская агломерация требует развития железной дороги – поездов, электричек. Третий вопрос – как ехать на Байкал. Можно из Иркутска, а можно ведь и из Улан- Уде. Каким должен быть Иркутск, чтобы турист ехал через него? Приятная среда для проживания, возможность комфортно долететь, комфортно добраться до Байкала. А что сейчас мы видим в центре Иркутска – офисы, торговые здания. Возможно нужно говорить о передислокации некоторых функций в другие районы города для создания комфортной среды в историческом центре. На сегодняш- ний день и связь с Байкалом не очень привлекательна. Поэтому те- ма «привлекательный исторический Иркутск» должна стать отдель- ной программой для власти и архитекторов, и как минимум 4 ее со- ставляющие должны быть проработаны: снижение функциональной нагрузки, оптимизация организации транспорта, привлекательность для туриста и повышение качества среды в целом. Хотелось бы показать, что могут быть разные подходы к созда- нию комфортной среды – в последние годы в мире появился термин «медленный город». Его девизы: «удовольствие превыше прибы- ли», «человек важнее работы», «неспешность приятнее суеты». Придумали это итальянцы. Сейчас 200 городов мира объединились в направление «медленный город» – город, в котором важнее всего пешеход, где необходимо учитывать все нюансы исторической за- стройки, где преобладает местное над всеобщим, глобальным, тем, что приходит со стороны. Это очень кропотливая работа, которая позволяет сохранить самое главное, самое важное, что есть на кон- кретной территории. Был проведен такой анализ и сопоставление этой концепции с рядом городов. Например, если рассмотреть Сер- гиев Посад как центр православия. Исходя из общей ситуации, вы- яснилось, в чем проблема Сергиева Посада – это близость к Москве. Он оказался городом транзитного однодневного туризма, который не приносит денег. Кроме того, в городе нет гостиниц. При анализе мы попробовали охранную зону Версаля наложить на 14 Сергиев Посад. Охранная зона Версаля – 30 км. Во все стороны строить можно, но не больше 2–6 этажей. Благодаря этому сохраня- ется масштаб не только локально, но и в целом территории. Такая зона вокруг Сергиева Посада позволит сохранить замечательные панорамы, связки между объектами и многие другие составляющие исторического ландшафта. Лозунги медленного города - «противо- стояние усреднению» и «уход от глобализации». Именно к этому мы должны стремиться. Хорошим примером является Курск. В го- роде сохранен очень правильный человеческий масштаб, и не хоте- лось бы, чтобы Курск шел теми дорогами, что и многие города, по- глощаемые высотной застройкой. Масштаб – это именно то, что сохраняет индивидуальность города. Что такое среда жизнедея- тельности в разрезе технологической платформы «Строительство и архитектура»? Задачи платформы: разработка программ реализации НИОКР, финансируемых с участием государства; разработка про- грамм развития законодательной и нормативно-правовой базы от- расли, содействующих инновациям, реализация проектов создания производств, использующих инновационные технологии, развитие профессионального образования. Платформа состоит из 6 секторов: строительные технологии и техника, информационная среда и управление процессами, строительные материалы, культурное наследие, ресурсоэффективность, безопасность и экология, комму- никации. Сектор «культурное наследие» закреплен за РААСН. Остановимся на этом, так как вопрос комфортности жизнедея- тельности связан с культурным наследием. Часто так получается, что непонимание вопросов, связанных с культурным наследием, приводит к тому, что страдают люди, живущие на таких территори- ях. В связи с этим можно поставить ряд вопросов: 1. Сегодня 41 город России признан историческим городом. А кто за это отвечает? Кто разработал методики сохранения? Мин- культуры определил перечень, теперь отрабатывает и определяет границы, зоны охраны. По мнению Минстроя, отвечать за это должны регионы. В данной ситуации РААСН должна вынести на платформу такое направление, как определение методик сохране- ния исторических городов. Исторический город – это не только наследие, это жители, которые попадают в непонятную ситуацию. Им говорят только о том, что нельзя делать. А что можно? 15 2. В каждом городе есть территории, на которых живут по раз- ным правилам. Есть особо охраняемые природные территории, есть памятники, есть достопримечательные места, есть остальные места, где можно делать что хочешь. Но, возможно, нужно рассматривать территорию города как единую, вспомнить о таком понятии, как малая родина? В большом городе каждый житель должен помнить свою малую родину – тот или иной район города, где они выросли. Есть федеральные и муниципальные памятники, не так давно стал решаться вопрос о приватизации памятников архитектуры. Главное, что нужно наладить на платформе – геоинформационную систему, позволяющую отслеживать, кто за это отвечает, приватизировано или нет, где границы, сколько будет стоить реставрация. Необходим план-график работ по сохранению наследия, составленные вместе с властью и бизнесом. 3. На сегодняшний день законодательство по памятникам – это рай для экспертов, для субъективизма. Если по охране природы есть да или нет, то здесь все зависит от экспертов. Необходима разра- ботка прозрачных правил игры. Часто эксперт предлагает несколь- ко вариантов, оставляя выбор за заказчиком, а заказчик выбирает наиболее экономически выгодный, но вредный для памятника. Все уже поняли относительно движимых объектов культурного насле- дия (ювелирных украшений, картин и т.д.), что копия всегда хуже оригинала. Но в памятниках архитектуры этого нет – можно снести памятник и «воссоздать» его. И это неправильно. Необходимо про- свещение заказчиков. В качестве примера рассмотрим 2 из 10 прин- ципов принца Чарльза: материалы тоже важны; чтобы улучшить облик зданий, нам нужно применить местные строительные мате- риалы и не забывать про характерные для данного региона строи- тельные традиции; Вернемся к задачам платформы. Уже удалось кое-что сделать. Сегодня ведется работа по включению в критические технологии еще одной – технологии управления производственными процесса- ми, жизненным циклом продукции объектов строительства и ин- фраструктуры. Вышел закон о стратегическом планировании. Но необходимо далее работать - над системой расселения и размеще- ния производительных сил. Также на сегодняшний день отсутствует технический регламент по обеспечению безопасности строительно- го проектирования, а это очень важно, особенно для предотвраще- 16 ния чрезвычайных ситуаций. Почему наши градостроительные тре- бования разбросаны по разным законам? Это затрудняет работу с ними на местах. Необходимо также уйти от практики строить толь- ко для перерезания ленточки – необходимо все нормативы пере- смотреть и изначально проектировать, оценивать и прогнозировать в целом весь жизненный цикл здания. В завершение хотелось бы вспомнить слова Ф.Л. Райта: «Врач может похоронить свою ошибку, а архитектор – разве обсадить сте- ны плющом». 17 РАЗРАБОТКА НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИНЦИПОВ МЕТОДОЛОГИИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПЛЕКСА ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ПРОЕКТА НОРМАТИВНЫХ ДОКУМЕНТОВ С ЦЕЛЬЮ СОЗДАНИЯ ЭФФЕКТИВНЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ СООРУЖЕНИЙ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ С ЗАДАННЫМИ СВОЙСТВАМИ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИМИ ИХ РЕСУРСО- И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ КАЧЕСТВА ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ХРУСТАЛЕВ Б.М., СИЗОВ В.Д. Белорусский национальный технический университет Теоретический анализ краевых задач теплопроводности показы- вает, что комплексное определение теплофизических характеристик возможно при помощи методов, основанных на решении уравнения нестационарного поля температур. Эти методы свободны от многих недостатков, присущих стационарным методам, однако дают более высокую погрешность в определении искомых величин. Основное преимущество нестационарных методов состоит в том, что из дан- ных одного непродолжительного опыта можно установить тепло- проводность и температуропроводность исследуемого материала, а в квазистационарном режиме – и стационарную зависимость этих величин. Методы, определяющие теплофизические характеристики, бази- рующиеся на закономерностях нестационарного теплового потока, принято разделять на следующие три группы: • методы регулярного теплового режима; • методы, основанные на определении параметров нестацио- нарного температурного поля в первой стадии его развития; • методы квазистационарного теплового режима. Все перечисленные методы в той или иной мере можно исполь- зовать для контроля термического сопротивления. Из полученных зависимостей видно, что изменение температуры поверхности и средней температуры (т.е. охлаждение конструкции) 18 зависит от термического сопротивления материала ограждения R и времени воздействия . Рис.1. График зависимости R при  = 5 Вт/(м2°С) Для более тщательного анализа изменений температур поверх- ности, в центре пластины и на противоположной поверхности для решения уравнения была составлена программа, позволяющая опе- ративно и качественно решить данную задачу при различных начальных условиях. Разработанный аппаратный комплекс состоит из датчиков теп- ловых потоков (тип SKJ-RW1), включающих в себя датчики темпе- ратур поверхности (с диапазоном измерения -40+150°С, точностью ±0,25°С), датчиков температуры воздуха (тип SKJ-W1 с диапазоном измерения -40…+150°С, точностью ±0,25°С), узловых точек в по- мещении, узловых точек вне помещения, центральный блок радио- приема и радиопередачи сигналов от узловых точек с возможно- стью визуализации на экране прибора и передачи этих сигналов по- средством встроенного устройства связи стандарта GSM с последующим получением через интернет на компьютер, располо- женный в лаборатории. 19 Рис. 2. Графики изменения температур при  = 0;  = 0,5 и  = 1,0 в различные промежутки времени и при различных величинах термических сопротивлений Рис. 3. Аппаратный комплекс 20 Рис. 4. График зависимости R при  = 5 Вт/(м2°С) Рис. 5. График зависимости R при  = 10 Вт/(м2°С) 21 НАУЧНЫЕ, ИНЖЕНЕРНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПНЕВМООПОРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ДЛЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ХРУСТАЛЕВ Б.М., АКЕЛЬЕВ В.Д. Белорусский национальный технический университет Рис. 1. Пневмоопорные объекты в окружающей среде Численное моделирование трехмерной конвекции с использова- нием двумерных модельных уравнений: - уравнение неразрывности ; 22 - уравнение Клапейрона–Менделеева - гидродинамики - уравнение теплопроводности Рис. 2. Термограмма и фотосъемка наружной поверхности оболочки объекта ; ; . 23 Рис. 3. Диаграмма режимов конвекции (Ху, Еске, Ахлерс, 1994г., Кришнамурти, 1970, 1973) Рис. 4. Схема предлагаемого комплекса пневмоопорной оболочки 24 Рис. 5. К определению осреднения геометрических параметров элементов трубки тока в каркасе: а — расположение контактов сквозных пор в кубической кладке шаров; б — среднее поперечное сечение сквозных пор; в — элемент хаотической структуры с осредненными параметрами Рис. 6. К учету хаотического характера кладки частиц в каркасе: а — трубки тока в каркасе; б — элемент трубки тока первого типа; в — элемент трубки тока второго типа 25 Рис. 7. Оболочка («Акадмия футбола», 2015 г.) 26 ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОЕ ТОПЛИВО НА ОСНОВЕ НЕФТЕДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ ХРУСТАЛЁВ Б.М., ПЕХОТА А.Н. Белорусский национальный технический университет Рис. 1. Отношение объема использования отходов химического производства и производств, связанных с ними к объемам их образования на территории Беларуси с 2008 по 2013 год Рис. 2. Объемы образования древесных отходов по видам на территории Республики Беларусь 27 В этих условиях расширение использования горючих отходов производства в качестве энергоресурсов приобретает особую акту- альность как экономическую так и экологическую. Рис. 3. Схема опытно-промышленной установки для производства топлива твердого многокомпонентного на основе горючих отходов Последовательность операций необходимых для получения различных видов твердого топлива Последовательность операций для брикетирования твердого топлива многоком- понентного на основе нефтесодержащих и древесных отходов Рис. 4. Совершенствование и изменение технологической схемы производства твердого топлива Подготов- ка сырья Сушка до влажности 5 –12% Брикети- рование Готовая продук- ция Подготовка сырья Сушка до влажности 10 –20% Брикетиро- вание Готовая продукция 28 Преимущества: - исключение возможности самовоспламенения нефтесодер- жащих отходов в процессе брикетирования твердого топлива; - возможность использования вязких нефтеотходов и насы- щенные нефтепродуктами опилок, сорбентов, ветоши и т.п. - сушка сформованного топлива производят в сушильных ка- мерах, в теплое время года – при температурах наружного воздуха. Рис. 5. Внешний вид топлива полученный на первых этапах эксперимента Рис. 6. Внешний вид высушенного топлива Рис. 7. Вид сушки в естественных условиях Рис. 8. Вид контейнера с формованным топливом в стационарной сушилке Таблица 1 – Результаты сравнения элементных составов горючей массы различных видов твердого топлива Вид топлива Рабочий состав топлива (по массе), % C O2 H2 N2 SO2 Топливо твердое многокомпонентное с содержа- нием нефтешламов 25 % * 61,42 31,05 6,43 0,33 0,77 Топливо твердое многокомпонентное с содержа- нием смеси отработанных нефтепродуктов 30 % * 58,88 36,09 4,56 0,20 0,27 Дрова 51,00 42,30 6,10 0,60 – Торф 58,00 33,60 6,00 2,10 0,30 29 Рис. 9. Зависимость производительности P установки от доли нефтешламов x в смеси с различной влажностью Рис. 10. Зависимость производительности P установки от влажности при содержании в смеси нефтешламов долей = 0.22 30 Разработанная математическая модель позволила, с учётом ис- пользуемых компонентов, физико-химического состава и особенно- стей энергоустановки, рассчитать оптимальный с энергетической и экологической точек зрения подбор компонентного состава топлива. Такой подход позволяет превратить использование топлива твердого многокомпонентного на энергоустановках работающих на твердом топливе без дополнительных экономических затрат по пе- реоборудованию. Рис. 11. Зависимость безразмерной концентрация q выбросов от доли компонентов Рис. 12. Технико-экономическое обоснование производства топлива из горючих отходов 31 1 – ТТМ «Марка-2» при W = 15 %; 2 – дрова поленик (кругляк), при W = 15 %; 3 – дрова колотые при W = 15 %; 4 – торфобрикет при W не более 16 %; 5 – топливный брикет RUF при W = 12 %; 6 – топливный брикет Piny-key при W = 9 %; 7 – топливные гранулы при W = 7,7 %; 8 – уголь бурый марки Б-2; 9 – уголь антрацит марки АМ Рис. 13. Экономический эффект Рис. 14. Внешний вид 136 248 380 249 345 416 409 355 323 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Виды топлива 400 300 200 100 У д е л ьн а я ц е н а т о п л и в а , р уб . /к Д ж 32 ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И УПРАВЛЕНЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ СТРОИТЕЛЬНОГО ОБЪЕКТА ЛАПИДУС А.А. Московский государственный строительный университет Выбор технологических и организационных решений, осуществ- ляется на стадии проектирования, и впоследствии может изменяться в зависимости от возникающей оперативной обстановки при подго- товке к выполнению работ, а также в процессе их производства. В настоящее время одной из наиболее актуальных тем для ис- следования в области подготовки и производства строительных ра- бот, является разработка интегральной модели организационно- технологических и управленческих решений, позволяющей выби- рать оптимальные критерии создания конечного продукта и мони- торинга их выполнения. Ранее, в ходе проведенных исследований, раздельно изучались единичные интегральные показатели качества, учитывающий влия- ние организационно-технологических решений при формировании строительной площадки, обобщенный показатель экологической нагрузки при возведении строительного объекта, формирование генподрядной структуры, выбора оптимальных проектных решений. Постановка задачи. Насколько выбранное название «потенци- ал» отражает метафизическую суть рассматриваемого явления; Ка- ким образом можно сформировать методологию изучения понятия «интегральный потенциал эффективности строительного проекта»; Какие исследования, базирующиеся на основах высшей математи- ки, могут быть положены в основу создания математической моде- ли «потенциала». Потенциал. В качестве «области, сферы» исследования в дан- ном случае предлагается взять строительство. «Совокупность всех имеющихся возможностей» в контексте строительного проекта представляется как стремление к достижению оптимальных конеч- 33 ных показателей – качества, надежности, безопасности, долговечности. Речь идет не о каком-то одном из вышеперечисленных факторов, а именно о «совокупности» - совместной или, с точки зрения мате- матики, интегральной, оценке рассматриваемого объекта. Под про- ектом понимается весь подготовительный, проектный и производ- ственный цикл строительства рассматриваемого объекта. Таким образом, рассматриваемого нами понятие интегрального потенциа- ла может иметь следующее трактование: «Цельная совокупность всех имеющихся возможностей строительного проекта». Теоретическая основа. Теоретической основой для обоснования данного подхода к рассмотрению строительного объекта как струк- туры, ее моделирования и проектирования может служить систем- ная методология, наиболее полно реализованная в системотехнике строительства. Строительная система - это совокупность всех этапов строитель- ного процесса и его участников, имеющая объектно- ориентированную направленность и реализуемая в условиях воз- действия установленных факторов внешней среды. Схематичная формализация проекта, выделение в его составе структурных эле- ментов позволяет создать модель, которая может быть подвергнута дальнейшему исследованию. Анализ модели позволяет сделать вы- вод о наличии в структуре устойчивых связей – это позволяет рас- сматривать их как стандартные самостоятельные элементы и изу- чать поведение всей системы, исследуя её отдельны части. Инвестиционно-строительный проект рассматривается с точки зрения системотехники и, используя сложившуюся терминологию системотехники строительства. Исследуемая модель формируется из организационно-технологических модулей (ОТМ) - потенциалов, представляющих собой совокупность групп процессов, объединен- ных единым организационным подходом, технологической после- довательностью, функциональным назначением, а также иными ор- ганизационными, технологическими и управленческими факторами. Изучение рассматриваемых моделей показывает наличие в них устойчивых связей, стандартных самостоятельных элементов. Ис- следование поведения этих устойчивых связей, позволяет прийти к пониманию поведения всей системы с целью ее математического описания. 34 Влияние данных факторов на конечный показатель будет оказы- ваться на протяжении всего жизненного цикла проекта. Оценка данного влияния – ключевое звено в задаче мониторинга требуемо- го конечного показателя объекта строительства – его безопасности и обеспечения комфортности жизнедеятельности людей. Интегральный потенциал строительного объекта в целом зависит от составляющих его организационно – технологических модулей. Данные, характеризующие ОТМ, интегрируются в общую структу- ру, описывающую проект. В случае изменений в каком-либо ОТМ произойдет воздействие на соответствующий параметр на выходе рассматриваемой системы и отразятся на надежности и безопасно- сти всего строительного объекта. Существенное отличие потенциала от используемых методов оценки конечного показателя в интегральном подходе к факторам, его формирующим. Актуальным является исследование интеграль- ного параметра, который мог бы обобщить отдельные показатели организационных, технологических и управленческих параметров по отдельным элементам, с учетом их временных изменений. Пред- ставить интегрального потенциала в виде детерминированной вели- чины, позволяющей производить всесторонний анализ строитель- ного проекта, на основе обоснованной объективной оценки. Рис. 1. Декомпозиция интегрального потенциала строительного объекта 35 Для исследования модели интегрального организационно- технологического потенциала вводятся следующие обозначения: PI – интегральный (integral) потенциал (potential), представляющий обобщенный параметр, характеризующий достижение требуемых конечных показателей строительства. Графически совокупность свойств, влияющих на интегральный потенциал (PI), можно пред- ставить в виде дерева целей. На самом высоком уровне этого дерева – его вершине располагается наиболее сложное свойство - инте- гральный потенциал (PI), на средних ярусах – сложные, а на ниж- нем – наиболее простое свойство. Вне зависимости от типа объекта, его размеров и применяемых технологий количество уровней может варьироваться, но структура останется неизменной. Наиболее оптимальный подход для решения поставленной зада- чи видится в применении методики моделирования факторных систем. Рассмотрим функцию y=f(vi), которую можно представить в виде y=f(v1,v2,…,vn), где {v1,v2,…,vn } – совокупность организационных, технологиче- ских и управленческих факторов, в нашем случае потенциалов Предположим, что зависимость между потенциалами линейная, тогда она может быть выражена следующим уравнением IP =Σi=1 pi=p1+p2+…+pn , где IP – интегральный потенциал объекта. Введем понятие единичного интегрального потенциала строи- тельного объекта, характеризующего изменение i -го организацион- но-технологического потенциала SIPi – (Single Integral Роtential) Как и в случае с интегральным потенциалом IP, вводим условное обозначение промежуточного показателя потенциала, полагая, что зависимость носит линейный характер. Получаем выражение SIPi= Σi=1xi=x1+x2+…+xn, где SIPi – интегральный потенциал строительного объекта, изменя- емое от i -го организационно-технологического потенциала (Single Integral Роtential), а {x1,x2,…,xn } – конечное множество факторов, влияющих на интегральный потенциал. 36 Принимаем во внимание сложность строительного объекта, при производстве которого разные факторы будут иметь разную силу влияния. Для учета этого показателя введем в формулы коэффици- енты весомости, отражающие силу влияния той или иной подсисте- мы на интегральный потенциал объекта. Назовем их «вес потенциа- ла» и «вес фактора», тогда выражения примут вид IP=Σi=1 Wi vi = W1 v1+ W2 v2+…+ Wn vn , где Wi – коэффициент весомости, соответствующий i -му потенци- алу. SIPi =Σi=1 wi xii= w1x1+w2x2+…+wnxn , где wi – коэффициент весомости, соответствующий i-у оказываю- щему влияние фактору. С учетом того, что vi= SIPi =wix, применив метод подстановки, получим выражение для оценки влияния организационно- технологических решений в процессе реализации строительного проекта на интегральный потенциал качества IP =Σi=1 (Wi* SIPi)=W1* w1 x1+W2* w2 x 2+…+Wn*wn xn . Метод анализа, основанный на интегральном потенциале, позво- ляет реализовывать комплексный подход к оценке воздействий на объекте строительства. Его особенностью является способность учитывать множество факторов, имеющих влияния на строитель- ство в различные периоды времени, учитывать комплексное влия- ние от группы параметров. Интегральный потенциал позволяет удовлетворить потребность отрасли в управлении качеством в строительстве в течении всего жизненного цикла проекта, чего не могут обеспечить инструменты, применяемые на данный момент. Исследование рассматриваемого интегрального потенциала яв- ляется актуальным направлением, позволяющим учитывать влияния от организационно-технологических решений (ОТР) при реализа- ции строительного проекта, выраженными различными обобщён- ными факторами – единичными интегральными потенциалами. Па- раметры интегрального потенциала (IP) должны позволить системе обрести гибкость, позволяющую ей подстраиваться под изменения, которые неизбежно происходят на объекте, и вместе с тем стре- миться к оптимизации организационных, технологических и управ- 37 ленческих решений в процессе достижения конечного показателя строительства. Предстоит серьезная исследовательская работа, на первом этапе который, следует сформировать комплексы единичных интеграль- ных потенциалов, построить их математические модели, изучить их влияние друг на друга и на конечный показатель, и, наконец, на ос- нове единичных интегральных потенциалов, построить математиче- скую модель и всесторонне исследовать интегральный потенциал организационно-технологических и управленческих решений стро- ительства. РЕКОНСТРУКЦИЯ-РЕСТАВРАЦИЯ ШУХОВСКОЙ РАДИОБАШНИ В Г. МОСКВЕ. ПРОБЛЕМЫ РЕСТАВРАЦИИ ТЕХНИЧЕСКИ СЛОЖНЫХ ПАМЯТНИКОВ ИСТОРИИ И КУЛЬТУРЫ ЕРШОВ М.Н., КОРЧУКОВ А.С. Московский государственный строительный университет Аннотация: Широкая полемика сопровождает проблему рестав- рации Шуховской радиобашни в Москве. Неполные сведения и не- компетентность создают мифы, которые должны быть опровергну- ты, чтобы действительно сохранить башню. Сохранение культурного наследия во всех его формах и всех ис- торических периодов основано на ценностях, составляющих основу наследия. Наша способность к их осознанию во многом зависит от источников информации об этих ценностях, их правдивости и до- стоверности. Рассматриваемая в таком аспекте и утвержденная «Венецианской хартией», подлинность выступает в качестве наибо- лее существенного, определяющего фактора наследия и связанных с ним ценностей. Источники информации могут содержать сведения о форме и замысле памятника, используемых материалах (субстан- ции памятника), функциональном использовании, традициях и тех- нологиях, местоположении и окружении, его духе и выразительно- сти, а также о других внутренних и внешних факторах. Другим до- кументом, в котором были закреплены основные позиции научной 38 реставрации в строгих рамках подлинности, является специальная международная декларация «Нарский документ о подлинности», в котором говорится следующее: «…подлинность выступает в каче- стве наиболее существенного, определяющего фактора наследия и связанных с ним ценностей. Понимание значения подлинности иг- рает фундаментальную роль во всех научных исследованиях по проблемам культурного наследия…». Россия, наряду с другими важными документами в области охраны памятников и в сфере реставрации, ратифицировала: • 01.05.1964 г. Международную хартию по консервации и ре- ставрации памятников и достопримечательных мест (ВЕНЕЦИАНСКАЯ ХАРТИЯ); • 01.11.1994 г. НАРСКИЙ ДОКУМЕНТ о подлинности; Венецианская хартия четко разграничивает понятия консервация и реставрация. Она определяет реставрацию как исключительную меру сохранения и выявления эстетических и исторических ценно- стей памятника, основанную на уважении подлинности материала и достоверности документов. Основным действием по отношению к памятнику должна быть консервация, которая предполагает сохра- нение памятника в рамках свойственного ему окружения и масшта- ба и, прежде всего, постоянство ухода за ним. Тем не менее, статья 10 Венецианской хартии дает некоторую свободу в применении современных технологий: «В случае, если традиционная техника окажется непригодной, укрепление па- мятника может быть обеспечено при помощи современной технологии консервации и строительства, эффективность ко- торых подтверждена научными данными и гарантирована опытом». Федеральный закон N 73-ФЗ от 25 июня 2002 г. "Об объектах культурного наследия (памятниках истории и культуры) народов Российской Федерации" определяет: «В Российской Федерации га- рантируется сохранность объектов культурного наследия (памятни- ков истории и культуры) народов Российской Федерации в интере- сах настоящего и будущего поколений многонационального народа Российской Федерации… Государственная охрана объектов куль- турного наследия (памятников истории и культуры) является одной из приоритетных задач органов государственной власти Российской Федерации, органов государственной власти субъектов Российской 39 Федерации и органов местного самоуправления», далее четко опре- деляются формы и границы возможных работ: «Статья 41. Консервация объекта культурного наследия - науч- но-исследовательские, изыскательские, проектные и производ- ственные работы, проводимые в целях предотвращения ухудшения состояния объекта культурного наследия без изменения, дошедшего до настоящего времени облика указанного объекта, в том числе противоаварийные работы. Статья 42. Ремонт памятника - научно-исследовательские, изыскательские, проектные и производственные работы, проводи- мые в целях поддержания в эксплуатационном состоянии памятни- ка без изменения его особенностей, составляющих предмет охраны. Статья 43. Реставрация памятника или ансамбля - научно- исследовательские, изыскательские, проектные и производственные работы, проводимые в целях выявления и сохранности историко- культурной ценности объекта культурного наследия». В соответствии с официальными данными [1], под негативным воздействием антропогенных факторов в 2010 г. в России находи- лось более 22 тыс. памятников истории, культуры и монументаль- ного искусства (более поздние данные пока не публиковались). Под негативным влиянием естественных факторов находится более 9,5 тыс. памятников. В 2010 г. по неполным данным, зафик- сирована утрата 28 памятников (в 2009 г. – 36 памятников). Среди факторов риска для объектов наследия эксперты наиболее часто выделяют следующие: всевозможные атмосферные воздействия, в том числе и агрессивное воздействие загрязненного воздушного бассейна, транспортную и промышленную вибрацию, подтопление, разнообразные эрозионные процессы, визуальное изменение исто- рических панорам, а также сочетания этих факторов. Шуховская радиобашня - новаторская для своего времени гиперболоидная кон- струкция, выполненная в виде несущей стальной сетчатой оболоч- ки. Расположена в Москве на улице Шаболовка. Построена в 1920- 1922 годах по проекту инженера В. Г. Шухова. Изначально в 1919 году проект башни на Шаболовке был разработан В. Г. Шуховым с расчётной высотой 350 метров. Из-за дефицита металла во время гражданской войны разработка была реализована по другому вари- анту проекта в виде конструкции высотой 148,5 метра. 14 марта 1920 года началось строительство радиобашни, которая неодно- 40 кратно прерывалась из-за отсутствия материалов. После аварии при подъёме 4-й секции башни В. Г. Шухов был приговорён к условно- му расстрелу с отсрочкой исполнения приговора до завершения строительства. В начале марта 1922 года монтаж несущих кон- струкций был завершен. 19 марта 1922 года началась трансляция радиопередач с башни. С установкой двух траверз для антенн и флагштока высота Шуховской башни достигла 160 метров. Шуховская башня имеет оригинальную сетчатую конструкцию, благодаря чему достигается минимальная ветровая нагрузка. По форме секции башни - это однополостные гиперболоиды вращения, сделанные из прямых прокатных и составных профилей, упираю- щихся концами в кольцевые основания. Ажурная стальная конструкция сочетает в себе прочность и лег- кость: проект неосуществленной Шуховской башни высотой 350 метров имел расчетную массу всего лишь 2200 тонн (Эйфелева башня при высоте 324 метра весит около 7300 тонн). Конструкция башни представляет собой решётчатую простран- ственную систему из шести секций. Стержневой каркас каждой секции образован стойками внешнего и внутреннего ряда, оси кото- рых расположены как прямолинейные, образующие гиперболоиды вращения. Стойки внешнего ряда, при взгляде снаружи, наклонены в правую сторону, внутреннего – в левую. Каждая из стоек закруче- на вокруг своей оси так, что полка профиля стойки, в каждой точке по высоте, расположена по касательной к гиперболоиду плоскости. В пределах секции стойки раскреплены промежуточными кольцами жёсткости, расположенными без привязки по высоте к узлам пере- сечения стоек. В местах сопряжения секций друг с другом располо- жены основные кольца, выполненные в виде горизонтальных коль- цевых ферм. Стойки первой секции опираются на кольцевой буто- вый фундамент. Каждая стойка крепится к фундаменту двумя анкерными болтами. Фундамент выполнен высотой 2,9 м и шири- ной 1 м. В настоящий момент узлы опирания стоек первой секции обетонированы на высоту 0,5 м от уровня земли. Крепление эле- ментов и деталей в узлах сопряжения стоек между собой и с коль- цами до относительной отметки +49,830 выполнены исключительно с помощью заклепок, а выше - с помощью заклепок и болтов. Начиная с 1937 года в связи с установкой нового оборудования башня частично реконструировалась и достраивалась. 41 Рис. 1. Основные параметры и метод монтажа Шуховской радиобашни 42 Первоначальный проект башни, расчеты и чертежи реконструк- ции 1937 года не сохранились. Комплексный капитальный ремонт башни ни разу не выполнялся.  1937г. - устроены вертикальные двухстенчатые фермы по высоте башни для прокладки фидера и три площадки на относительных отметках + 142,000, 144,000 и 148,000;  1973г. - установлены дополнительные промежуточные кольца усиления в третьей и пятой секциях и вертикальная кольцевая ферма в верхней части пятой секции и обетонировано основание башни;  1991 г. - башня надстроена антенным блоком высотой 10 м (VII секция). До настоящего времени башня находится в эксплуатации, но утратила свое функциональное назначение антенного сооружения. В 2011 году – ЦНИИПромзданий (http://cniipz.ru) – провел наиболее полное за всю историю башни комплексное обследование, были выполнены с помощью лазерного сканирования ее точные обмеры. Был выполнен проект реставрации-реконструкции (генпро- ектировщик ПСП «КиН» (http://kin.ru), прошедший историко- культурную экспертизу Москомнаследия. На сегодняшний день башня признана аварийной из-за большого объема разрушений, вызванных в основном щелевой коррозией в узлах соединения секций и отдельных стержней. Потеря сечений в некоторых узлах составляет более 50% [2]. Проект реставрации предусматривает разборку верхней антен- ной секции (не являющейся предметом охраны), снятие с помощью вертолета двух верхних секций с переносом их для реставрации на временную площадку. Оставшиеся четыре секции должны реста- врироваться на месте посредством поочередной разборки и обра- ботки отдельных узлов. Чтобы башня не потеряла устойчивость, внутри ее предполагает- ся сооружение временной опорной конструкции (башни), которая с помощью опирающихся на нее регулируемых домкратов будет вы- свобождать из работы отдельные узлы. Работа усложняется практи- чески полным отсутствием строительной площадки вокруг башни: она находится внутри территории, принадлежащей другому соб- ственнику. После окончания реставрационных работ предполагает- 43 ся возврат V и VI секций на место и устройство ранее утраченного навершия в виде траверсы. В последнее время в связи с судьбой Шуховской радиобашни в прессе развернулась неоднозначная шумиха по поводу ее возмож- ной разборки или переноса. Цель этой статьи – снять нездоровый ажиотаж, который поддерживается прессой и некоторыми отдель- ными представителями архитектурной общественности. Правитель- ство России 27 декабря 2010 г. выпустило Постановление за N 1165, в котором на объект "Реконструкция радиобашни Шухова, г. Москва, ул. Шухова, д.10, стр.2," выделялось 135 млн руб. Сле- дует обратить внимание, что в Постановлении речь идет только о бюджетном финансировании проектирования и реконструкции, но не реставрации… После окончания проектирования, смета на реставрационно- реконструктивные работы составила 340 млн руб. в ценах 2012 го- да. Сейчас эта сумма составляет около 500 млн руб. Те, кто хотя бы немного знакомы с формированием цен на реставрационные работы не будут оспаривать тот факт, что реставрация – это более дорогое мероприятие, чем просто реконструкция [3].Нехватка бюджетных средств побудила госсобственника башни – ФГУП РТРС (http://moscow.rtrs.ru) вновь обратиться в Правительство РФ с во- просом либо об увеличении финансирования, либо о разборке баш- ни и консервации ее элементов до решения вопроса о ее полной ре- ставрации. Аварийное состояние сооружения в центре города явля- ется ведущим аргументом в этой инициативе. Волна возмущений архитектурной общественности вполне понятна, но не всегда кон- структивна. Появилось множество нереальных предложений о со- хранении башни: от призыва за помощью к иностранным специали- стам до срочного накрытия ее стеклянным саркофагом, который кстати говоря, будет стоить дороже полной реконструкции башни и потребует сноса части зданий телецентра ВГТРК. Мотивация этих активистов сводится к частичной потере аутентичности конструк- ций как минимум из-за необходимости удаления части заклепок при реставрационных работах. Дело в том, что башня (четыре нижних секции) собрана на заклепках. Заклепочное соединение работает на обжим соединяемых деталей за счет горячей клепки: остывающая предварительно разогретая до 1000ºС заклепка создает усилие в не- сколько тонн. 44 Р ис . 2 . А на ли ти че ск ая к ар то чк а. Ф ак то ры , у сл ож ня ю щ ие р ес та вр ац ию и с од ер ж ан ие Ш ух ов ск ой р ад ио ба ш ни 44 45 Р ис . 3 . К ор ро зи он ны е ра зр уш ен ия в у зл ах и с те рж ня х ба ш ни . С хе м а де йс тв ия п ро ду кт ов щ ел ев ой к ор ро зи и в у зл ов ом за кл еп оч но м с ое ди не ни и (с пр ав а) 45 46 Рис. 4. Башня стоит на площадке, практически повторяющей ее периметр, принадлежащей ее балансодержателю ФГУП РТРС, эта площадка, в свою очередь, находится внутри территории телецентра ВГТРК – стороннего юридического лица В результате длительного действия щелевой коррозии, образу- ются продукты ее действия – шлам, который имеет больший объем и создает усилие в узле, вызывающее отрыв головок заклепок, что и наблюдается в последнее время. Разборка узлов башни для удаления продуктов коррозии и вос- становления целостности элементов невозможно без удаления за- клепок, повторное же применение заклепок на ослабленном металле невозможно из-за риска его разрушения при клепке, которая сопро- вождается мощными ударами при обжиме каждой заклепки. Предложенная проектом реставрации замена заклепок на высо- копрочные болты, имитирующие по форме заклепки – единственно возможное решение. Тем более, что сам Шухов собирал V и VI сек- ции башни на болтах, которые в то время были гораздо дороже за- клепок, и при наличии средств, нижние секции наверняка были бы 47 собраны им тоже на болтах. В дневниках Шухов постоянно жало- вался на сложности с поставками болтов… Еще раз обратимся к определениям, принятым в международной терминологии реставраторов: Субстанция памятника – сформированное художником, ре- месленником, работником или машиной вещество, из которого вы- полнен памятник. В субстанции памятника заложена его аутентичность. Утраты субстанции памятников архитектуры, художественных произведе- ний, а также памятников материальной культуры являются необра- тимыми. Принципы реставрации позволяют замену на новый мате- риал тех составляющих, которые по своей изначальной природе яв- ляются заменяемыми (напр., покрытие крыши). Аутентичность - одна из ценностей памятника, которая свиде- тельствует, что объект или предмет являются действительным, ори- гинальным посланием прошлого. Рис. 5. Предложение архитектора Юрия Волчка и архитектурного бюро «Четвертое измерение» 48 От степени аутентичности памятника зависят: его документаль- ная ценность, т.е. способность передачи информации по технике выполнения, исполнителю и вероятной дате создания и эмоцио- нальная ценность, обусловленная тем, что позволяет непосред- ственно воспринимать оригинальное художественное произведение или материальное свидетельство событий прошлого. Объект или предмет, в котором произошла замена его оригинальной субстанции на новую, становится макетом памятника в натуральную величину с ограниченной познавательной ценностью. Возникающий конфликт между ГОСТ Р 53778-2010 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния», на основании которого башня отнесена к категории аварийных и цитируемым выше Федеральным законом N 73-ФЗ от 25 июня 2002 г. "Об объектах культурного наследия (памятниках истории и культуры) народов Российской Федерации" не позволяет балансодержателю Шуховской радиобашни принять единственно верное решение, которое удовлетворило бы всех. Технически слож- ное сооружение возрастом более 90 лет, находящееся в условиях техногенных воздействий мегаполиса, собранное из некачественной стали в тяжелые для страны годы, ставшее для нас символом отече- ственного радио и телевидения, памятником истории и инженерно- го искусства, к сожалению, не могло не разрушаться. Принятая технология «вывешивания» позволяет последователь- но выводить элементы из напряжённого состояния, что дает воз- можность размыкать или демонтировать элементы для их замены или восстановления. Как показали результаты обследования, бόль- шая часть элементов всё ещё может эксплуатироваться при условии их восстановления специальными методами. Большинство из этих методов имеют общее название металлиза- ция или напыление (наплавление) - покрытие поверхности изделия металлами и сплавами для сообщения физико-химических и меха- нических свойств, близких к свойствам металлизируемого (исход- ного) материала. В результате предварительно проведенных испы- таний явно предпочтительной по показателям достижения макси- мальной прочности, однородности и долговечности является технология лазерной наплавки, хотя она предполагает демонтаж отдельных элементов с их обработкой в условиях приобъектного цеха. 49 Сам Шухов относился к башне достаточно утилитарно, как к ан- тенному сооружению, и записи в его дневниках говорят о том, что он при завершении монтажа был доволен ее внешним видом: «…что целесообразно, то смотрится хорошо…», но более всего он гордился эффективностью своих башен, часто сравнивая их с гро- моздкой и тяжелой Эйфелевой башней. Старшая сестра Шуховской – Эйфелева башня стоит с 1989 года: 18038 элементов, 2500000 заклепок, площадь поверхности – 200000м2. Только для каждой ее покраски раз в четыре года тратит- ся 60 тонн специальной краски: 25-30 маляров красят ее 18 месяцев, стоимость работ – около 4 млн евро (это половина той суммы, кото- рая нужна для полной реставрации Шуховской радиобашни). Ежегодно выборочно заменяется от 1 до 4 % металлоконструк- ций башни и это не мешает ей оставаться с 1991 года в составе па- мятника Всемирного наследия Юнеско «Берега Сены в Париже» под №17. Ежегодное количество посетителей парижской башни в XXI веке составляет около 6 миллионов человек в год, каждый из которых платит за вход по 10 евро. У нашей башни нет такого бюд- жета и не может быть такого туристического потенциала, но она по общему признанию мировой архитектурной общественности явля- ется №1 среди памятников русского авангарда XX века. Рис. 6. Состав приобъектного роботизированного модуля для восстановления конструкций Шуховской радиобашни методом лазерного наплавления 50 Рис. 7. Схема восстановления повреждений от щелевой коррозии в составе узла Красным цветом показаны полости от коррозии, восстановленные с помощью ла- зерного наплавления и отшлифованные. Сборка узла произведена на высокопроч- ных болтах, имитирующих заклепочное соединение и обработанных анаэробным составом от раскручивания резьбы (показано синим) Сейчас проводятся работы по устройству внутри башни новой опорной конструкции на отдельных фундаментах в виде шести- гранной четырех-секционной трубчатой стальной башни с возмож- ностью ее наращивания до 6 секций. В верхней части каждой секции сквозь тело шуховской башни выпускаются по 6 консольных балок, на которые через систему тро- сов, хомутов и домкратов будет передаваться часть вертикальной нагрузки от конструкций шуховской башни. Индивидуальная регулировка натяжения, совмещенная со слож- ной системой мониторинга, позволит высвобождать отдельные уз- лы шуховской башни в разных уровнях одновременно для проведе- ния реставрационных работ. На первом этапе эта башня будет выполнять функцию противо- аварийной конструкции до выделения средств на полноценную ре- ставрацию-реконструкцию. 51 а б Рис. 8. Устройство внутри башни новой опорной конструкции на отдельных фундаментах в виде шестигранной четырех-секционной трубчатой стальной башни для проведения реставрационных работ: а – внешний вид (3D модель); б – конструкция регулируемого крепления новой башни к элементам шуховской башни; внизу – монтаж опорной башни по состоянию на 18 ноября 2015 г. Библиографический список 1. Отчёт о научно-исследовательской работе по теме «Оценка состояния куль- турного наследия народов Российской Федерации: 2011 год» Российский научно- исследовательский институт культурного и природного наследия имени Д.С.Лихачёва. URL:http://www.mkrf.ru/upload/mkrf/mkdocs2012/19_11_2012_2.pdf 2. Ершов, М.Н. Обследование несущих конструкций Шуховской башни / М.Н. Ершов [и др.] // Технология и организация строительного производства. – 2012. - №1. С. 23-26. 3. Ершов, М.Н. К 90-летию сооружения радиобашни В.Г. Шухова на Шаболов- ке. Реконструкция (реставрация) башни гениального русского инженера / М.Н. Ершов, Д.В. Еремин, А.С. Корчуков // Техническое регулирование. Строительство. Проектирование и изыскания. - 2012. - № 1. С. 16-20. 4. Ершов М.Н. Реставрация-реконструкция технически сложных памятников истории и культуры: Монография. – М.: Изд-во АСВ, 2015. – 296 с. 52 NANOSTRRUCTURED CARBON IMPLEMENTATION IN CONSTRUCTION MATERIALS INDUSTRY ZHDANOK S.A. NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF BELARUS Nanotube Fullerenes Graphene Nanodiamond Carbyne Fig. 1. Different Carbon Allotropic Forms CNT can be described as a sheet of graphite rolled into a cylinder. Constructed from hexagonal rings of carbon. Can have one layer or mul- tiple layers. Can have caps at the ends making them look like pills. Fig. 2. Carbon Nanotubes R=с=с=с=с=с=с=с=с=с=с=с=с=с= с=с=с=сR=с=с==R 53 MWNT – Consist of 2 or more layers of carbon – Tend to form unordered clumps SWNT – Consist of just one layer of carbon – Greater tendency to align into ordered bundles – Used to test theory of nanotube properties Fig. 3. Carbon Nanotubes Classification Fig. 4. 1kg/hour CNT production facility 54 Fig. 5. Nanostrructured carbon dispersion Fig. 6. Measurement of dispersed composition of the carbon nanomaterial as produced (Horiba particle Size distribution analyzer LA-950) Fig. 7. Cavitation based art nano carbon dispersion unit 55 1000 нм Fig. 8. SEM Picture of suspension Fig. 9. Carbon dispersion facility Fig. 10. Particles Size Distribution of ART NANO CARBON After Dispersion in Hydrodynamic Cavitation Facility 56 Fig. 11. Particles Size Distribution of ART NANO CARBON After Dispersion and Refining Fig. 12. Particles Size Distribution of C150P “BAYER” Carbon Nanotubes After Dispersion in Hydrodynamic Cavitation Facility Fig. 13. Comparison of “ART Nano” Carbon Nanotubes and Korean( «Nano-Vision Tech») Carbon Nanotubes 57 Fig. 14. Illustration of Different Size Nanostructured Carbon Particles Distribution Concentration 0.1% volume in 1 мм3. А – Agglomerated particles (Bayer, Nano-Vision Tech), d = 100 мкм, N = 2; Surface=S В –carbon fibers, l = 5 мкм, N = 255; Surface=36S С – graphene plates, l = 45 мкм, δ = 10 нм, N = 6.6×10˄4 Surface=1600S D – ART-Nano CNT, l = 2 мкм, d = 20 нм, N = 4.4×10˄8 Surface=1000000S Fig. 15. Cemex-art carbon concrete additives strength tests results Fig. 16. Dependence of concrete strength on curing period for mixture #1 ART NANO CARBON content: 5.85 g/t of cement Strength increment on 28th day: 29% Fig. 17. Dependence of concrete strength on curing period for mixture #2 ART NANO CARBON content: 5.85 g/t of cement Strength increment on 28th day: 79% 58 НОВАЯ ПАРАДИГМА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СИНТЕЗА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОМПОЗИТОВ ЛЕСОВИК В.С. Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова Экологические проблемы современности:  появление дыр в озоновом слое, который защищает все живое; на планете от смертельных космических лучей;  исчезновение многих тысяч видов животных и растений;  мировой океан все меньше и меньше способен регулировать; природные процессы;  тотальное загрязнение атмосферы, дефицит чистого воздуха;  сокращение запаса полезных ископаемых;  повсеместное уменьшение площади лесного покрова. В 2010 году в атмосферу было выброшено рекордное количество углекислого газа – 30,6 гигатонн, что на 1,6 гигатонн больше, чем в 2009 году. За 2008 г. увеличили выбросы в атмосферу 10,8 тыс. предприя- тий (2006 г. – 10,7 тыс., 2005 г. – 9,4 тыс., 2004 г. – 9,2 тыс.). Поло- вину всех образовавшихся отходов составляют отходы угледобычи в Кемеровской области – 1910 млн т (неопасные отходы). Более 100 млн т отходов в 2008 г. образовалось в Мурманской, Свердлов- ской, Белгородской, Иркутской областях, Республике Карелия, За- байкальском крае. Общий объем сброса загрязненных сточных вод, как и в про- шлые годы, несколько снизился и составил 17,1 км3 (98,3% к уров- ню 2007 г.), однако на 0,1 км3 вырос сброс сточных вод без всякой очистки (2007 г. – 3,4 км3). Человечество стоит на пороге самого критического периода сво- его развития:  проблемы развития (сосуществования) органического и неор- ганического мира;  истощение запасов углеводородов;  деградация окружающей среды; 59  экстремальные метеоусловия;  дефицит пресной воды. Как результат природные и техногенные катастрофы, на лицо политический, экономический и социальный кризис. Более половины населения земли оказывается в ситуации, когда приходится дышать воздухом, содержащим вредные вещества в концентрациях в 5 и более раз превышающих предельно допусти- мые нормы. По данным Европейской экономической комиссии ООН, через российскую границу в воздушных потоках с запада на восток идет в 4 раза больше серы чем в обратном направлении. От загрязнения воздуха страдает не только человек, но также животные и растения. Загрязнение атмосферы таит в себе угрозу здоровью людей, наносит большой экономический ущерб. Загрязнение возду- ха вызывает патологии связанные с воздействием пыли, сернистого ангидрита, серной кислоты и диоксида азота. Около 30 % городских жителей имеют проблемы со здоровьем, и одна из основных причин этому – воздух с низким содержанием кислорода. Объем кислорода на морском побережье его количество составляет в среднем 21,9 %. Объем кислорода большого города составляет уже 20,8 %. А в помещении и того меньше, так как и без того недостаточное количество кислорода уменьшается за счет ды- хания людей в помещении. За сутки человек в среднем вдыхает 8,63 м3 воздуха, а за год эта цифра составит 3110 м3. Учитывая, что концентрация пыли в промышленных городах, может составлять 0,5...1,0 мг / м3 , за год в нос поступает около 3 кг пыли! А за всю жизнь?! 15 – 20 лет назад мы не думали о том, что будем покупать воду в бутылках. Около 1,3 миллиарда человек на планете пользуются в быту только загрязненной водой. В начале XX века писатель- фантаст Александр Беляев написал фантастический роман «Прода- вец воздуха». Уже в скором времени события этого романа могут стать повседневной реальностью. Не исключено, что воздух станет товаром для продажи. Наряду с проблемами загрязнения воздуха, почвы и воды чело- вечество столкнулось с проблемой борьбы с шумом. Всё это обу- словлено тем, что вредное воздействие шума на организм человека, на животный и растительный мир бесспорно, установлено наукой. 60 Человек и природа все больше страдают от его пагубного воздей- ствия. Долгое время влияние шума на организм человека специально не изучалось, хотя уже в древности знали о его вреде и, например, в античных городах вводились правила ограничения шума. В настоя- щее время ученые во многих странах мира ведут различные иссле- дования с целью выяснения влияния шума на здоровье человека. Их исследования показали, что шум наносит ощутимый вред здоровью человека. Из ежегодно получаемой энергии 51 % используется, 49 % теряется при хранении, транспортировке, и превращении из од- ного вида в другой. Техногенный метасамотоз (ТМ). Стадия в эволюции СМ, харак- теризующийся приспособлением композита к изменяющимся при эксплуатации зданий и сооружений условиям. Химическое взаимо- действие в системе «Вяжущее заполнитель-наполнитель-добавки- поровый раствор –окружающая среда» с изменением химического состава, при котором растворение исходных компонентов и синтез новообразований происходит почти одновременно. Одними из ме- ханизмов ТМ являются противоречия между вещественным соста- вом и текстурой СК и новыми термодинамическими условиями в которое они попадают во время строительства и эксплуатации зда- ний и сооружений. Весь комплекс сложнейших физико-химических превращений при эксплуатации строительных композитов, может привести к упрочнению материала при увеличении нагрузки при условии пра- вильного проектирования и соблюдения технического регламента при производстве. При несоблюдении условий, или в случае нагрузки на материал превышающей проектные значения, композит может разрушиться в том числе, за счет процессов на рис 1. Трансдисциплинарное исследование. Разобщенность наук осо- бенно негативно отражается на данном этапе эволюции вида Homo Sapiens; можно сказать на критическом этапе взаимоотношений ор- ганического и неорганического мира. В настоящее время необходи- мы комплексные трансдисциплинарные исследования. Стирается разница между органическим и неорганическим миром. Система «Человек-Материал-Среда обитания» это сложная открытая систе- ма, для исследования которой возможно трансдисциплинарная наука – геоника (геоммиметика). 61 Рис. 1. Процессы влияющие механизм техногенного метасаматоза Трансдисциплинарное исследование основывается на широко- масштабном использовании и переносе знаний, закономерностей, познавательных схем из одних дисциплин в другие с получением эмерджентных свойств – свойств которыми не обладают отдельные звенья (дисциплины), но они являются следствием эффекта целост- ности системы. Рис. 2. Переход к трансдисциплинарным исследованиям 62 КИБЕРНЕТИКА – наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в различных системах, будь то машины, живые организмы или общество (Норберт Виннер 1948): БИОНИКА – исследование объектов органического мира с це- лью создания новых образцов техники (Джек Стайл 1960); ГЕОНИКА – исследование объектов неорганического мира с це- лью создания новых технологий производства материалов (Лесовик В.С.). Рис. 3. Направления геоники Информация, полученная при изучении строения поризованных вулканических горных пород позволила получить высокоэффектив- ные теплоизоляционно-конструкционные стеклокомпозиты нового поколения с пределом прочности при сжатии в 3,5 раз выше чем у традиционного пеностекла. Природный аналог полученного мате- риала – вулканическое стекло и вспененные высокопоризованные базальты, обладающее высокими физико-механическими показателями. 63 Р ис . 4 . И ск ус ст ве нн ы е м ат ер иа лы и и х пр ир од ны е ан ал ог и 63 64 Рис. 5. Строение полосчатых горных пород Исследование строения полосчатых горных пород позволило увеличить адгезию (предел прочности на отрыв) в 3,8 раза. А с учетом применения специально разработанного кладочного раствора позволяет увеличить прочность кладки в 25 – 30 раз. Рис. 6. Исходная структура и автоклавная обработка Закон сродства структур. Подразумевается проектирование сло- истых композитов и ремонтных систем на нано-, микро- и макро- 65 уровне аналогичных базовой матрице, что приводит к существен- ному повышению адгезии и долговечности материалов. Рис. 7. Многокомпонентная система работающая как единое целое Использование положений закона сродства структур позволило увеличить адгезию ремонтных смесей в 2,8 раза. Прочность при сжатии в возрасте 28 суток увеличилась в 2 раза. Прочность при изгибе увеличилась в 1,5 раза. Адгезия возросла в 2,8 раза. Дефор- мация усадки ниже допустимых норм. Морозостойкость возросла в 1,5 раза. Интеллектуальные материалы это композиты при проектирова- нии которых заложена система взаимодействия с окружающей сре- дой, позволяющая материалам реагировать на внешние воздействия и положительно влияющая на триаду «человек-материал- среда обитания». Вода в породе находится в сложном взаимодействии с ее мине- ральным каркасом, границы и соотношения между ними условны и постоянно изменяются: пар; химически связанная вода; физически связанная вода (пленочная и капиллярно-удержанная); свободная или гравитационная вода. В условиях жаркого климата, когда наблюдается дефицит жидкой фазы в самом бетоне, частички туфа, входящие в состав вяжущего, в процессе твердения отдают капил- лярно-удержанную воду, а это приведет к активизации процессов структурообразования и синтезу более плотной однородной струк- туры материалов в процессе твердения и эксплуатации бетонов. 66 Рис. 8. Микроструктура вулканического туфа В условиях эксплуатации при различных нагрузках микротре- щины, самоликвидируются за счет взаимодействия влаги, содержа- щейся в частицах туфа, с непрореагировавшими клинкерными ми- нералами. Частицы туфа в процессе эксплуатации отдают запасен- ную ими капиллярно-удержанную воду, а это приведет к активизации процессов структурообразования и синтезу более плотной однородной структуры материалов в процессе твердения и эксплуатации бетонов, это так называемые интеллектуальные композиты. Проведение таких мероприятий позволило повысить предел прочности при сжатии бетона до 128 МПа, предел прочности на растяжение при изгибе 35 МПа, модуль упругости до 83x10-3 МПа. Реализация концепции проектирования строительных компози- тов будущего позволило создать высокопрочные бетоны с пределом прочности при сжатии до 170 МПа. Предложить системы внутрен- него ухода в условиях жаркого климата, которые позволяют повы- сить эффективность строительных композитов в условиях жаркого климата. 67 Рис. 9. Гранулы порошка SiO2, полученные криохимической сушкой Разработаны принципы повышения эффективности огнезащит- ных и гидрофизических свойств строительных материалов из дре- весины, заключающаяся в автоклавной обработке поверхности ма- териала композицией из высокодисперсных базальта, сапонит- содержащего отхода (ССО) обогащения кимберлитовых руд и негашеной извести. Рис. 10. Автоклавная обработка поверхности материала композицией из высокодисперсных базальта, сапонит-содержащего отхода (ССО) обогащения кимберлитовых руд и негашеной извести 68 Предложена и научно обоснована модель структурообразовани- минерального слоя в поровом поверхностном слое древесины, про- никающего по всей поверхности образца на глубину 300-400 мкм. Сформированный в автоклавном режиме из минеральных ново- образований защитный слой на поверхности древесины обладает прочной однородной пространственной структурой из сцементиро- ванных гидросиликатами кальция частиц базальта. Рис. 11. Поверхность модифицированного образца и поверхность контрольного образца древесины 69 Теоретическая основа оптимизации высокопористой структуры ячеистого бетона. Разработка более совершенных способов пориза- ции формовочных масс, а также путей совершенствования техноло- гии неавтоклавных ячеистых бетонов и улучшения их физико- механических и эксплуатационных свойств обусловливает необхо- димость разработки принципов формирования пористой структуры материалов для улучшения качества неавтоклавных ячеистых бето- нов и устранения имеющихся недостатков традиционных техноло- гий. Предложены подходы для получения неавтоклавного газобето- на с высокими строительно-техническими свойствами, включаю- щие разработку специальных композиционных вяжущих с модификаторами структуры ячеистого бетона и разработку техно- логических приемов оптимизации высокопористой структуры ячеи- стого бетона при изготовлении изделий, монолитного газобетона и сухих смесей. Рис. 12. Внутренняя структура 70 Таблица 1 – Характеристики ингредиентов Аддитивные технологии или технологии послойного синтеза, се- годня одно из наиболее динамично развивающихся направлений в строительства. Сегодня 3D печать вызывает самый живой интерес общественности. За достаточно короткий промежуток времени, прошедший с момента появления первых 3D-принтеров, люди научились печатать посуду, одежду, игрушки, расходные материа- лы для принтеров и сами принтеры, машины, и даже человеческие органы и ткани. Следующим шагом на пути развития технологии 3D-печати стала печать строительных конструкций и жилых домов. Родоначальником отрасли стал Чарльз Халл, основатель компании 3D Systems. В 1986 году инженер собрал первый в мире стереолито- графический 3D-принтер, благодаря чему цифровые технологии сделали огромный рывок вперед. Приблизительно в то же время Скотт Крамп, позже основавший компанию Stratasys, выпустил первый в мире FDМ-аппарат. С тех пор, рынок трехмерной печати стал стремительно расти и пополняться новыми моделями уникаль- ного печатного оборудования. 71 Р ис . 1 3. Х ар ак те р ра сп ре де ле ни я по р по р аз м ер ам м он ол ит ны х га зо бе то но в в за ви си м ос ти о т ви да в яж ущ ег о 71 72 Работы по созданию технологии и оборудования для 3D – адди- тивных технологий продолжаются во многих странах мира, но но- вого научного подхода к созданию эффективных композитов для таких технологий нет. В настоящее время без учета эволюционных изменений в окружающей среде, теоретически обосновать и разра- ботать новые виды эффективных композитов невозможно. Рис. 14. Пример элементов полученных 3D-принтерами Уникальный 3D-принтер-манипулятор, который может строить бетонные конструкции. Разработала эту новинку голландская ком- пания CyBe Additive Industries. Новый робот-манипулятор ProTo R 3DP разрабатывался с нуля, на основе постоянного экспе- риментирования. Для распечатки дома применяется уникальная установка. Она состоит из четырех 3D-принтеров шириной 10 м и высотой 6,6 м. В качестве строительного материала используется смесь цемента и отходов горнодобывающей промышленности. Рис. 15. Установка их из четырех 3D-принтеров 73 Р ис . 1 6. К ом по зи ци он ны е во до ст ой ки е ги пс ов ы е вя ж ущ ие 73 74 2 ч ас а 7 су т 28 с ут Р ис . 1 7. С во йс тв а ко м по зи ци он ны е ги пс ов ы х вя ж ущ их 0 0 0 74 75 Внедрение результатов. На основе технологии по регенерации, и повторного использования асфальтобетона с помощью ресайклинга разработаны составы композиционного вяжущего, на основе кото- рого осуществлен капитальный ремонт 175 км дорог Белгородской области. Разработана система управления процессами структурообразо- вания при твердении цементно-бетонной смеси за счет использова- ния органоминеральных добавок и создания высокоплотной упа- ковки заполнителей. Синтезированный таким образом материал об- ладает повышенными эксплуатационными характеристиками и долговечностью. Однослойная бетонная дорога в Курской области, Суджанский район (длина 5 км, ширина 6 м). Технология производства высокоэффективной пластифицирую- ще-воздухововлекающей добавки для цементно-бетонных смесей с использованием местного сырья. Сырьем для производства пласти- фицирующе-воздухововлекающей добавки являются боенская кровь, щетина, роговица (рога и копыта) и мицелий Добавка снижа- ет водопоглощение затвердевшего раствора более чем на 20 %. Ис- пытания показывают устойчивый прирост прочности в пределах 30 %,и возможное снижение расхода цемента от 5 до 10 %, без снижения качества продукции. Выход растворной смеси увели- чивается на 2-3% при одновременном повышении марки раствора. Замечено тиксотропное поведение раствора и его длительная жиз- неспособность. Выпущено более 5 тыс.тонн продукции. Внедрение разработки было осуществлено на предприятиях ООО «Первая строительная компания», ООО «Завод ЖБК-1» (г. Белгород) и на заводе по производству сухих строительных смесей «БИРС» (г. Москва). Технологическая линия по производству пенобетона с использо- ванием композиционных вяжущих. Технологические линии (ООО «ЭЦ Экостройматериалы») успешно работают на предприя- тиях России, Украины, Казахстана, Латвии, Таджикистана, Бело- руссии, Узбекистана, Грузии, Киргизии, Ирана, Уганды, Марокко, Эквадора, Кабо-Верде, Болгарии и Ливии – произведены более миллиона куб.метров пенобетона. 76 РАЗРАБОТКА НАУЧНЫХ ОСНОВ, МЕТОДИЧЕСКОГО И НОРМАТИВНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ (СТАНДАРТ ПРЕДПРИЯТИЯ) СИСТЕМЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО МОНИТОРИНГОВОГО КОНТРОЛЯ ПРОЧНОСТНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ БЕТОНА МОНОЛИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ В ПЕРИОД ИХ ВОЗВЕДЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ СНЕЖКОВ Д.Ю., ЛЕОНОВИЧ С.Н. Белорусский национальный технический университет В настоящее время в Беларуси действуют 3 вида стандартов (рис. 1): национальные; стандарты РФ и стандарты Евросоюза, ко- торые не согласуются между собой по отдельным позициям, в част- ности, - по критериям соответствия прочности бетона проектным показателям. Рис. 1. Действующие нормативы, регламентирующие определение прочности бетона в конструкциях Одним из путей адаптации неразрушающих испытаний бетона к используемой технологии выполнения бетонных работ может стать введение в повсеместную практику системы стандартов предпри- ятия (СП). Стандарт предприятия имеет применение только на том предприятии, которое его выпустило. СП позволяет конкретизиро- вать методы контроля, их адаптацию к конкретным технологиям 77 данной организации, установить свои критерии соответствия. Разу- меется, СП не должны противоречить межгосударственным и наци- ональным стандартам. СТП «Контроль прочности бетона строящихся и эксплуатиру- емых зданиях и сооружениях ультразвуковым методом» Разработанный стандарт предприятия использовался на строи- тельстве горно-обогатительного комбината «Гарлык» (Туркмения), а также при возведении несущих монолитных каркасов ряда высот- ных зданий в г. Минске. Рис. 2. Объекты мониторингового контроля прочности бетона неразрушающими методами испытаний 78 Основные отличительные позиции стандарта:  методика определения неоднородности бетонного массива конструкции по упруго-прочностным показателям, на основе по- верхностного и сквозного прозвучивания конструкции методом профилирования; косвенный параметр – дифференциальная ско- рость vд распространения акустического импульса;  методика комбинирования данных ультразвукового импуль- сного метода по ГОСТ 17624-2012 [7], СТБ EN 12504-4-2014 [10] и метода упругого отскока по СТБ 2264-2012;  адаптированность по критериям соответствия класса по прочности бетона монолитных конструкций с СТБ EN 13791- 2012 [9]. Возможным дополнением и расширением методики ГОСТ по оценке неоднородности бетона в изделии может служить методика выявления неоднородности/неравнопрочности бетона путем ультра- звукового профилирования. Физической основой разработанной методики выявления неравнопрочности бетона на основе профили- рования поверхности конструкций является зависимость средней скорости распространения импульса от базы измерения, когда часть пути акустический импульс проходит по участкам наружного слоя бетона с пониженной скоростью, а часть пути – с большей скоро- стью - через внутренние области массива. Схемы профилирования представлены на рисунках 3, 4. Рис. 3. Схема поверхностного прозвучивания бетона методом профилирования 79 Скорость распространения ультразвука Vд для метода поверх- ностного профилирования рассчитывают как среднее арифметиче- ское единичных значений скорости для каждого шага профилиро- вания dLi, которые рассчитываются по формуле 3 , 10 i i iд dt dL V , м∙с-1 , (1) где dti – приращение времени распространения ультразвука для i–го шага профилирования, мкс; dLi – шаг профилирования - расстояние между соседними пози- циями центров зон установки преобразователей, мм. По мере увеличения базы измерения приращение времени рас- пространения ультразвукового импульса dt = ti+1 - ti будет опреде- ляться приращением пути его распространения по внутренним сло- ям бетонного массива, что позволяет определить VHi - скорость уль- тразвукового импульса во внутренней области массива: Скорость распространения ультразвука Vд метода сквозного профилирования для случая ортогонального расположения граней конструкции рассчитывают как среднее арифметическое единичных значений скорости для каждого шага базы прозвучивания δLi, кото- рые рассчитываются по формуле 3 22 , 10 21    i ii i i iд dt dLdL dt L V  , м∙с-1 , (2) где δLi – приращение базы прозвучивания, мм; dL1i, dL2i – шаги профилирования, мм. При иной форме сечения конструкции, расчет скорости распро- странения производят по формуле (1), определяя приращение базы измерения исходя из геометрических соотношений. Шаг профили- рования dL следует использовать одинаковым для всех позиций установки преобразователей. Длина шага, как показывают данные натурных испытаний, не должна быть меньше 100 мм. Данное огра- ничение связано, главным образом, с проявлением вариации скоро- сти из-за структурной неоднородности бетона. 80 Рис. 4. Схема сквозного прозвучивания бетона методом профилирования Преимуществом такого равностороннего углового профилирова- ния, является то, что для обнаружения неоднородности в сечении нет необходимости использовать сложные расчетные алгоритмы, ограничившись расчетом величины Vд. К недостатку следует отне- сти заметное изменение базы измерения, что может служить причи- ной дополнительной погрешности в оценке скорости УЗК. Рекомендуется по результатам измерений произвести построе- ние профиля контроля скорости, откладывая по одной оси графика значения базы прозвучивания, по другой – время регистрации уль- тразвукового импульса. 1 – идеализированный профиль; 2 – реальный профиль прозвучивания Рис. 5. Построение профиля контроля 81 Построение профиля контроля позволяет косвенно выявить не- однородность массива бетона по прочности, оценивая скорость уль- тразвука во внутренней области сечения конструкции на участке LHI и сравнивая ее со значением LLO для периферийной области сечения. Скорость ультразвука на участке LHI будет соответствовать мак- симальному значению отношения приращения базы прозвучивания dL к приращению времени прохождения dt = ti+1- ti Полученное максимальное значение скорости распространения VHi следует при- нимать в качестве единичного значения скорости ультразвука на контролируемом участке при расчете прочности бетона конструк- ции. Пониженное значение скорости во внутренней области сечения по отношению к скорости ультразвука в приповерхностном слое бетонной конструкции находившейся в эксплуатации длительное время, может являться косвенным признаком карбонизации припо- верхностного слоя бетона. Для снижения инструментальной погрешности измерения вре- мени распространения ультразвукового импульса рекомендуется испытания методом сквозного профилирования при базах прозву- чивания превышающих 300 мм производить с использованием вяз- кого контакта преобразователей с поверхностью бетона. Рис. 6. Прозвучивание бетона методом сквозного профилирования 82 4500 3500 2500 С к ор ос ть у .з . ( ди ф ф .з н ач ен и е) ,м /с φ, град. Рис. 7. Зависимости дифференциальной скорости распространения ультразвукового импульса от направления трека прозвучивания фундамента монолитной колонны Комбинирование оценок прочности бетон: аддитивный метод Комбинирование выполняется путем объединения оценок проч- ности бетона ультразвуковым методом и методом упругого отскока. Под комбинированным контролем понимается многопараметровый контроль. Результатом является общая оценка контролируемого па- 83 раметра. При этом каждый из косвенных параметров должен обла- дать свойством дополнительности по отношению к другим. Это приводит к взаимной компенсации некоторых погрешностей и по- вышению точности и достоверности результата. В зависимости от конкретной задачи и условий контроля комбинирование может вы- полняться по разным алгоритмам. fC,1 = Ψ(P1) fC,2 = Ω(P2) x ω1 x ω2 + P1 P2 Z fC=ω1·fC,1 + ω2·fC,2 Оценка прочности каждым методом весовые коэфф. Косвенные параметры Комбинированная оценка прочности каждым методом fc* Условие эффективности: 0 ,r , при fC* - const Рис. 8. Алгоритм объединения оценок прочности разных методов испытаний На рисунке приведены диаграммы испытаний прочности бетона колонн находившихся на момент испытаний в замороженном со- стоянии более 5 суток Температура бетона на момент испытаний составляла -8ºС. До замораживания твердение бетона обеспечива- лось применением электропрогрева в течение полутора суток сразу после укладки бетонной смеси, с последующим выдерживанием без снятия опалубки. Характерным для замороженного бетона явилась смена знаков поправок для неразрушающих методов испытаний практически по всем испытанным колоннам: ультразвуковой метод стал давать завышенные оценки, а метод упругого отскока – зани- женные. Кроме смены знака отклонений оценок прочности значи- тельно увеличились и сами отклонения, если для конструкций твер- девших и испытанных в нормальных условиях отклонения оценок 84 прочности (в среднем) находились в пределах 3,5 – 4,5 МПа, то для замороженного бетона этот показатель возрос до 8 – 13 МПа. Рис. 9. Кинетика твердения бетона в цикле замораживания и оттаивания Характерным явилось и отрицательное значение коэффициента взаимной корреляции оценок прочности молотком Шмидта и уль- тразвуковым методом: rSh,us = - 0,24. Приведенные результаты согласуются с представлениями о фи- зике процессов использованных неразрушающих методов. При ма- лых значениях влажности замена поровой влаги льдом приводит к увеличению динамического модуля упругости бетона, а это, в свою очередь, дает приращение скорости распространения ультразвуко- вого импульса и, соответственно, - завышение оценки прочности. Снижение оценок метода упругого отскока также можно объяснить увеличением модуля упругости бетона при постоянной прочности. Полученные данные показывают, что для оценки прочности бе- тона fc,is в проектном возрасте (28 сут) комбинированным методом, после его оттаивания в течение 4 суток при положительной темпе- 85 ратуре не требует введения каких-либо корректирующих коэффи- циентов при использовании следующей зависимости: k fkf f Icuscisc    1 ,, , , (3) где k – весовой коэффициент (k = 1,31); fc,US, fc,I – оценки прочности бетона ультразвуковым методом и методом упругого отскока. Применение формулы (3) для оценки прочности замороженного бетона дает завышение около 3 МПа, что составляет около 7%, что само по себе является удовлетворительным результатом, учитывая, что погрешности для отдельных методов входящих в комплекс со- ставляю: для ультразвукового метода – 13 МПа (33%), для метода упругого отскока – 6 МПа (15,4%). Для коррекции комбинирован- ного метода испытаний следует скорректировать весовой коэффи- циент k зависимости (3) до значения 1,93. Экстраполирующий (мультипликативный) алгоритм комбини- рования Все приведенные выше данные неразрушающих методов полу- чены испытанием поверхности изделий, что во многих случаях не может гарантировать достоверности оценки прочности массива бе- тона. Изготовление монолитных изделий при низких температурах, с использованием электродного прогрева или прогрева проводом, может приводить к заметным различиям температурного режима, а значит и различию показателей прочности наружных и внутренних слоев бетона, особенно при использовании металлической опалубки с недостаточной теплоизоляцией. Аналогичный эффект может вы- звать раннее снятие опалубки, без принятия должных мер по удер- жанию в бетоне влаги и тепла. Поэтому, весьма важной для повы- шения достоверности контроля прочности бетона на основе ком- плекса неразрушающих методов выглядит потенциальная способность ультразвукового метода прохождения «чувствовать» состояние внутренних участков бетонного монолита, чем не обла- дает ни один из известных механических методов. Свойство комплементарности (дополнительности) может рас- сматриваться в различных аспектах. Оно может выражаться отрица- тельным коэффициентам корреляции объединяемых оценок кон- 86 тролируемого параметра, а может быть выражено различием в про- странственной локализации контролируемых областей бетона каж- дого из методов.. Комбинирование позволяет распространить (экс- траполировать) с помощью калибровочного метода данные т.н. «опорного» метода на условия, в которых он не может быть приме- нен. Например – выполнить контроль «виртуальным механически методом» в удаленной от поверхности области бетона. На рисунке показаны границы областей бетона, физико- механические свойства которых проявляют себя в оценках проч- ностных показателей бетона склерометрическими методами и уль- тразвуковым методом прохождения. Измерения выполняются ме- тодом индентирования и ультразвуковым методом прохождения. Область 5 определяется диаметром отпечатка индентора 4 и радиус зоны пластической деформации бетона, а именно она определяет оценку прочности, приблизительно равен двойному диаметру отпе- чатка – 6...16 мм. 1 – контролируемое изделие; 2 – область бетона, участвующая в передаче ультразвукового импульса от излучателя к приемнику; 3 – излучающий и приемный ультразвуковые преобразователи; 4 – индентор; 5 – область индентирования бетона Рис. 10. Схема измерений комбинированным методом «индентирование – ультразвуковой импульсный метод» 87 Область 2 – зона влияния на показатели ультразвукового метода. Границы зоны зависят от расстояния между преобразователями 3 , длины волны ультразвука и ее типа, и метода регистрации времени распространения ультразвукового импульса. В соответствии с алгоритмом основу мультипликативной формы объединения составляет весовой (экстраполирующий) коэффициент для «опорного» метода. В этом случае второй из объединяемых ме- тодов является калибровочным для «опорного», например, ультра- звуковой метод может быть калибровочным для метода динамиче- ского индентирования. Ультразвуковой импульсный метод исполь- зован в качестве калибровочного. С его помощью производится коррекция данных метода динамического индентирования. Рис. 11. Алгоритм объединение показателей неразрушающих методов контроля бетона в комплекс с использованием калибровочного метода 88 Рис. 12. Объединение показателей неразрушающих методов контроля бетона в комплекс с использованием калибровочного метода Применительно к схеме реализация алгоритма следующая. В од- ной и той же зоне контроля производятся испытания методом ин- дентирования и ультразвуковым методом; значения косвенных па- раметров этих методов – I1 и V1. Прочность бетона fc участка кон- троля определяют в зависимости от разницы динамических модулей упругости поверхностного слоя бетона E*д и внутренней области бетона участка контроля Eд,V из системы уравнений   2,790,1150,0026θ eθ θ1 1 c 2 c Vc,Ic, )0.091( c V      ff fff EE (4) где fc – прочность бетона в контролируемого участка конструкции, МПа; fc,I и fc,V – соответственно оценки прочности бетона участка контроля конструкции методом индентирования и ультразвуковым импульсным методом, МПа; Θ – безразмерный коэффициент. ; , 89 Список литературы 1. Бетон. Часть 1. Требования, показатели, изготовление и соответствие: СТБ EN 206-1-2011. 2. Бетонные и железобетонные конструкции: СНБ 5.03.01-02. – Минск: Минстройархитектуры, 2003. – 139 с. 3. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам: ГОСТ 10180-90. – Введ. 01.01.91. – М.: 1991. – 16 с. 4. Бетоны. Правила контроля прочности: ГОСТ 18105-2010. – Введ. 01.09.12. – М.: 2010. – 16 с. 5. Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности: ГОСТ 17624-2012. – Введ. 01.01.88. – М.: 1988. – 12 с. 6. Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций: ГОСТ 28570-90 – Введ. 01.01.91. – М.: 1991. – 14 с. 7. Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности: ГОСТ 17624-2012. – Введ. 01.01.2014. – М.: 2014. – 19 с. 8. СТБ 2264-2012 Испытание бетона. Неразрушающий кон- троль прочности. 9. СТБ EN 13791-2012 Оценка прочности на сжатие конструк- ций и элементов сборного бетона в реальных условиях. – Минск: РУП «Стройтехнорм», 2012. 10. СТБ EN 12504-4-2014 Методы контроля бетона в конструк- циях. Часть 4. Определение скорости распространения ультразвуко- вого импульса 11. Снежков, Д.Ю. Неразрушающий контроль бетона в моно- литном строительстве: совершенствование средств и методов / Д.Ю. Снежков, С.Н. Леонович. – Минск: БНТУ, 2006. – 218 с. 12. Снежков, Д.Ю. Неразрушающий контроль бетона монолит- ных конструкций / Д.Ю. Снежков, С.Н. Леонович // Строительная наука и техника, №4(25), 2009. С. 76-84. 13. Pucinotti, R. The use of multiple combined non destructive test- ing in the concrete strenght assessent: applications on laboratory speci- mens / R. Pucinotti // [Electronic resource], 2003. Mode of access: http://www/ndt.net/article/hsndtct2007/files/Pucinitti_Crisci_etat.pdf. Date of access: 02.02.2008. 90 МУЛЬТИВОЛНОВОЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КОНТРОЛЬ БЕТОНА СНЕЖКОВ Д.Ю., ЛЕОНОВИЧ С.Н. Белорусский национальный технический университет Введение. Прочность является показателем предельного состоя- ния бетона как конструкционного материала, но она не может слу- жить исчерпывающей характеристикой его деформационных свойств, которые для расчетов железобетонных конструкций, рас- четов их совместной работы играют не меньшую роль, чем проч- ность бетона. В настоящее время ни в отечественных нормативах, ни в нормативах стран СНГ, ни в стандартах Евросоюза вопросы определения упруго-деформативных свойств бетона конструкций неразрушающими методами не рассматриваются. Основной причи- ной этого является отсутствие апробированных методик определе- ния упруго-деформативных показателей бетона конструкций и со- ответственно – адаптированных к такого рода методикам прибор- ных средств испытаний. Методика исследования. Возможной основой для решения ука- занной задачи может служить методика мультиволнового акустиче- ского контроля бетона. Заметим, что вопросы совместного исполь- зования для оценки физико-механических свойств бетона акустиче- ских волн различных типов не нашли в настоящее время адекватного отражения в действующих нормативах. Ни старой ре- дакцией ГОСТ 17624-87, ни новой – ГОСТ17624-2012 [1], ни СТБ EN 12504-4-2014 [2] не регламентируется тип используемой волны зондирующего бетон импульса. Фактически же во всех без исключения существующих приборах ультразвукового контроля прочности бетона в качестве информационного параметра исполь- зуется скорость/время распространения импульса только продоль- ной волны. Мультиволновой контроль бетона в конструкциях Существенное преимущество мультиволнового ультразвукового контроля заключается в том, что совместная интерпретация пара- метров прохождения волн различных типов позволяет получать ин- формацию об упругих параметрах бетона. Для однородной изо- 91 тропной среды известны [3, 4] соотношения, позволяющие по соот- ношению скоростей распространения продольной и поперечной волн рассчитать упругие модули: 2 2 1 5,0              L T L T д V V V V (1)    1 )21)(1( 22L д V E (2) Д Д RV      1 12.185.0 (3) где Eд – динамический модуль Юнга; νд – динамический коэффици- ент Пуассона; VT – скорость распространения поперечной упругой волны; VL – скорость распространения продольной упругой волны; VR – скорость распространения поверхностной упругой волны. Находящиеся в обращении типовые приборы ультразвукового контроля не позволяют выполнить оценку скорости распростране- ния поперечной волны. Одна из основных причин затруднений обу- словлена тем, что используемые одинарные электроакустические преобразователи не позволяют раздельно излучать и принимать только какой-либо один тип волны, что, в свою очередь, связано со значительной реверберацией ультразвуковых колебаний в самом преобразователе – излучающем и приемном. При этом за время ре- верберации может происходить многократная смена поляризации вектора колебаний протектора излучателя, а в приемном преобразо- вателе – взаимная трансформация и смешивание всех принятых ко- лебаний. Характер реверберации во многом случаен – ревербераци- онные процессы экземпляров преобразователей даже одного типа могут значительно отличаться. Пространственной селективностью одинарные Рецензор с точечным акустическим контактом практи- чески не обладают, что исключает использование разницы в про- странственной локализации волновых импульсов [5, 6]. В то же время энергетические показатели импульса волны Релея позволяют осуществить его селективный прием с использованием типовых приборных средств испытаний. ; ; , 92 Контроль протяженных бетонных и железобетонных конструк- ций удобно производить при одностороннем доступе к поверхно- сти, когда инициирующий и приемный преобразователи устанавли- ваются на одной стороне (грани) конструкции [7, 8]. Поэтому метод так называемого поверхностного прозвучивания, регламентируе- мый ГОСТ 17624, получил в практике ультразвукового контроля прочности бетона наибольшее распространение, и вполне резонно его же использовать и для мультиволнового контроля. На рисунке показаны временные диаграммы акустических им- пульсов в плоскости, перпендикулярной поверхности испытуемого образца в направлении распространения волны, на расстоянии 150 мм от точки возбуждения, полученные моделирования распро- странения упругих волн методом конечных элементов Gl R L Рис. 1. Временные диаграммы импульсов смещения узлов КЭ модели направлении, нормальном к поверхности в точках на расстоянии 150 мм от точки возбуждения нормальным к поверхности импульсом: L – импульс, инициированный продольной подповерхностной волной; R – импульс волны Релея; Gl – колоколообразная огибающая импульса волны Релея; длительность инициирующего полусинусоидального импульса давления – 7 мкс Обозначению L соответствует импульс продольной волны, пер- вое вступление импульса волны Релея обозначено R. Первое вступ- 93 ление этого типа колебаний, обусловленное волной Релея, имеет фазу, противоположную фазе импульса продольной волны, и дости- гает в амплитуде 1,7·10-10 м, что более чем на порядок превышает уровень первого вступления продольной волны – 1·10-11 м. Ярко выражена поверхностная локализация волны Релея: на глубине 1,3 см наблюдается снижение ее интенсивности и изменение фазы колебаний. Принимая во внимание, что импульс продольной волны существующих ультразвуковых приборов надежно регистрируется на расстоянии 15...25 см от точки возбуждения и что затухание мощности волны Релея прямо пропорционально расстоянию от точ- ки возбуждения, можно рассчитывать, что ее импульс будет надеж- но регистрироваться обычными приборами ультразвукового кон- троля на расстоянии порядка 1,5...2 м от точки возбуждения. На рисунке приведен начальный участок временной диаграммы принятого ультразвукового импульса, прошедшего через бетон, для случая его поверхностного прозвучивания в натурных условиях ис- пытаний. Кривая а соответствует сигналу, полученному при макси- мальном усилении, кривая b – при 30-кратном его ослаблении атте- нюатором на входе приемного тракта прибора. Импульсу продоль- ной волны на рисунке соответствует около трех-четырех периодов колебаний в интервале времени 85…130 мкс. Спецификой ультразвукового контроля бетона является исполь- зование волн, частота которых лежит в диапазоне 35..100 кГц. Со- ответственно при типичной скорости распространения импульса ультразвуковой продольной волны около 4000 м·с-1 длина волны колебаний находится в пределах от 4 до 11 см. При длине волны около 8 см пространственная длительность импульса в бетоне со- ставляет 30...35 см, заполняя собой больше половины базы измере- ния к моменту приема первого его вступления. Значительная колебательность диаграммы на рисунке, в отличие от поведения идеализированной модели на рисунке 1, обусловлена реверберационными процессами в использованных ЭАП. Посколь- ку скорости распространения поперечной SH волны и волны Релея примерно в два раза меньше скорости продольной волны, то начальные участки импульсов этих волн будут накладываться на «концовку» импульса продольной волны, что и видно на рисунке в области временных отметок 120...130 мкс. 94 -0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 L R a b U,В Время, мкс Рис. 2. Временная диаграмма принятого ультразвукового импульса: L – импульс продольной волны; R – начальная часть импульса волны Релея; база измерения – 50 см; частота – 55 кГц. (направление вектора колебаний протектора, нормальное к поверхности бетона) При меньших базах происходит более «плотное» наложение им- пульсов, что затрудняет их временнýю селекцию. Надежно разде- лить волновые составляющие возможно, либо используя большие базы прозвучивания и производя селекцию волновых составляю- щих по времени, либо учитывая дополнительные отличительные признаки, в частности, разницу в уровне сигналов. Экспериментальное исследование процесса распространения волн зондирующего ультразвукового импульса продольной волны и волны Релея в крупноразмерном бетонном образце на больших базах прозвучивания При инициировании колебаний нормальной к поверхности сило- вым воздействием интенсивность продольной волны в направлении вдоль контролируемой поверхности минимальна и сильно зависит от характера акустического контакта и коэффициента Пуассона ма- териала [6]. Несмотря на это, данный тип волн является единствен- ным используемым в настоящее время для контроля физико- механических параметров бетона, поскольку регистрация време- 95 ни/скорости распространения данного типа импульса имеет самую простую техническую реализацию. Для увеличения амплитуды колебаний продольной подповерх- ностной волны вектор возбужения ориентируют в направлении рас- пространения волны – вдоль поверхности. Поскольку продольная волна по мере распространения вовлекает в колебательный процесс все больший объем материала, передавая ему энергию инициирую- щего импульса, то ее интенсивность по мере удаления от точки воз- буждения снижается – так называемое геометрическое рассеивание. Для материала без потерь мощность колебаний в точке измерения будет обратно пропорциональна квадрату расстояния от точки воз- буждения. При нормальном к поверхности векторе возбуждения максимум интенсивности поперечной волны наблюдается в направлении око- ло 50 от нормали. Из всех типов объемных волн на долю попереч- ной волны приходится наибольшая энергия. По этому показателю поперечные волны представляют интерес в качестве зондирующего сигнала. Именно этот тип волны используется в ультразвуковых дефектоскопах-томографах бетона [9, 10], применяемых для обна- ружения дефектов сплошности бетонного массива. Геометрическое рассеивание энергии поперечной волны также прямо пропорцио- нально квадрату расстояния от источника. Волна Релея распространяется только вдоль поверхности масси- ва, захватывая приповерхностный слой материала. Её уровень силь- но зависит от состояния поверхности (неровностей, неоднородных включений). Так как волна Релея вовлекает в колебательный про- цесс слой материала постоянной толщины, то ее затухание будет заметно меньше, чем у других типов волн, геометрическое рассеи- вание энергии волны Релея прямо пропорционально расстоянию от источника возбуждения. Для проверки возможности регистрации импульса поверхност- ной волны и оценки метрологических показателей методики изме- рений была выполнена серия ультразвуковых измерений на натур- ном крупноразмерном образце. На рисунке 3 приведен общий вид испытательного образца и ис- пользованное оборудование, на рисунке и в таблице 1 – характери- стические размеры образца. 96 3 2 1 4 5 6 Рис. 3. Используемое измерительное оборудование: 1 – Notebook с программой регистрации акустических сигналов; 2 – аккумулятор источника питания АЦП; 3 – аналого-цифровой преобразователь (цифровой осциллограф) В-421; 4 – излучающий и приемный ЭАП; 5 – измеритель времени распространения ультразвукового импульса «Пульсар-1.2» с разветвителем сигналов; 6 – испытательный бетонный образец с разметкой точек установки ЭАП Таблица 1 – Характеристические размеры образца Характеристический размер, м А 2,36-2,38 В 0,58-0,60 С 0,59-0,60 X 0,39 Y 0,23 A B X 0,25 0,25 0,33 C G 1 2 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 Y Рис. 4. Схема установки ультразвуковых преобразователей на испытательном бетонном образце 97 Для оценки влияния на метрологические показатели типа аку- стического контакта измерения проводились тремя сериями, в каж- дой из которых менялся тип контакта ЭАП с поверхностью бетона. В серии ВВ оба преобразователя устанавливались без концентрато- ров через контактную смазку. В серии ВТ приемный ЭАП устанав- ливался через контактную смазку, излучающий – с сухим точечным контактом (СТК), с концентратором. В серии ТТ оба ЭАП исполь- зовались с СТК. Измерения в каждой серии производились при неизменной позиции приемного преобразователя в точке с коорди- натами X,Y. Координата X излучателя менялась ступенчато с шагом 25 см. Минимальная база измерения составляла 25 см, максималь- ная -175 см. В испытаниях использовались оригинальные ЭАП раз- работки НИЛ ПГС с основной модой резонансной частоты 75 КГц. Характер основного возбуждающего силового воздействия – нор- мальный к поверхности. На рисунках приведены временные диа- граммы акустических сигналов на базах измерения 25 см и 175 см для серии ВВ. Рис. 5. Временнáя диаграмма акустического сигнала на базе прозвучивания 25 см с использованием вязкого акустического контакта ЭАП: L – первое вступление подповерхностной продольной волны; R – первое вступление импульса волны Релея; горизонтальная координата соответствует оси времени, отметки – в микросекундах, вертикальная координата соответствует уровню сигнала предусилителя прибора «Пульсар-1.2», масштаб – 0,5 В/деление Сопоставляя диаграммы на рисунках, можно констатировать ка- чественное сходство сигналов. Основное их отличие заключается в значительной временной апертуре реальных акустических сигналов, обусловленной главным образом выраженным резонансным харак- 98 тером передаточной характеристики приемного и излучающего ЭАП. Причем, судя по периодической смене фазы колебаний, хо- рошо заметной на диаграмме, передаточная частотная характери- стика «излучающий ЭАП–бетон-приемный ЭАП» имеет несколько (не менее двух) резонансов. Рис. 6. Временнáя диаграмма акустического сигнала на базе прозвучивания 175 см с использованием вязкого акустического контакта ЭАП: L – первое вступление подповерхностной продольной волны; R – первое вступле- ние импульса волны Релея; горизонтальная координата соответствует оси времени, отметки – в микросекундах, вертикальная координата соответствует уровню сигнала предусилителя прибора «Пульсар-1.2», масштаб – 0,5 В/деление Как и ожидалось, характерным для всех диаграмм является зна- чительная амплитуда сигнала волны Релея. На диаграмме (см. рис. 6) первое вступление импульса продольной подповерх- ностной волны практически полностью маскируется шумами при- емного усилителя и визуально не регистрируется, импульс поверх- ностной волны фиксируется надежно. Это позволяет предположить, что для типовых составов конструкционного бетона измерительная база поверхностного прозвучивания может быть увеличена до 2...2,5 м без потери точности оценки времени распространения им- пульса и без необходимости применения алгоритмов накопления сигнала и его корреляционной обработки [11]. В таблице приведены данные для серии ВВ. Характеристическим параметром является дифференциальная скорость распространения акустических импульсов. 99 Таблица 2 – Данные регистрации параметров акустических волн серии ВВ Примечание: t0,L, t0,R – моменты времени появления первого вступления импульса продольной подповерхностной волны и волны Релея; Δt0,L, Δt0,R – разница текущего и предшествовавшего значений времени распространения; v,d,L, v,d,R – дифференциальные скорости импульсов продольной и поверхностной волн: v,d = ΔL/Δt0, где ΔL – шаг профилирования, для всех серий ΔL = 0,25 м. Относительные отклонения дифференциальной скорости рас- пространения ультразвуковых импульсов продольной подповерх- ностной волны и волны Релея от средних значений представлены на диаграмме. Рис. 7. Зависимость вариации дифференциальной скорости УЗ импульса продольной волны и волны Релея от базы измерения для серии ВВ: L – для импульса продольной волны; R – для импульса волны Релея 100 Следует отметить, что по данному показателю оценки скорости импульса волны Релея заметно превосходят оценки скорости про- дольной волны: коэффициент вариации скорости импульса волны Релея для серии ВВ равен 0,013; для продольной волны – 0,069. Сильная взаимная корреляция скорости импульсов (r = 0,705) ука- занных типов волн в серии ВВ может указывать на то, что превали- рующим фактором, влияющим на вариацию скорости импульсов, является вариация свойств бетона вдоль линии профилирования. Для серии ТВ коэффициент корреляции уменьшается до 0,45. Для этой серии преимущество волны Релея по показателю вариации дифференциального значения скорости сохраняется, хотя их соот- ношение снижается до двукратного. Для серии ТТ корреляция практически отсутствует (r = 0,037). Характерны «провалы» в регистрации первого вступления импульса продольной волны для базы, начиная с 0,75 м, – его амплитудное значение практически неразличимо на фоне шумов. В то же время несмотря на то, что импульс волны Релея регистрировался без за- труднений, вариация его скорости возросла почти в три раза и до- стигла значения 0,036. Отсутствие взаимной корреляции скорости импульсов указан- ных типов волн может быть обусловлено превалирующим влиянием нестабильности сухого точечного акустического контакта ЭАП и снижением соотношения сигнал/шум за счет потерь в акустическом контакте. В пользу данного предположения может свидетельство- вать монотонный рост коэффициента вариации отклонений скоро- сти по мере поэтапной замены ЭАП с вязким контактом на ЭАП с СТК. В таблице 3 приведены коэффициенты корреляции одноимен- ных скоростей импульсов между сериями. Таблица 3 – Коэффициенты корреляции скоростей импульсов ВТ ТТ Прод. волна Поверхн. волна Прод. волна Поверхн. волна ВВ 0,234 0,780 0,048 0,667 ВТ 0,603* 0,671 * Значение получено после отбрасывания неустойчивых данных времени распространения импульса продольной волны в серии ТТ. 101 Высокие значения коэффициентов корреляции для поверхност- ной волны указывают на присутствие во всех сериях одного и того же фактора, предположительно – неоднородности бетона по линии профилирования, влияющего на скорость распространения импуль- са. Для импульса продольной волны значительная случайная по- грешность в определении времени распространения, обусловленная низким соотношением сигнал/шум приемного тракта ультразвуко- вого прибора в сериях ВТ и ТТ, замаскировала влияние неоднород- ности бетона, что выразилось в отсутствии корреляции скорости продольной волны для серий. Выводы. Практическое применение поверхностной волны для целей диагностики состояния бетонного массива методом поверх- ностного прозвучивания и продольного профилирования на базах 1,5…2 м возможно с использованием типовых ультразвуковых электроакустических преобразователей с сухим точечным контак- том. Метрологические показатели методики определения скорости распространения ультразвукового импульса поверхностной волны позволяют снизить неопределенность оценки и, как следствие, – легко обнаруживать отклонения физико-механических свойств бе- тона по линии профилирования. В основу методики селекции акустических волн на базах по- верхностного прозвучивания бетона более 0,4...0,5 м может быть положено амплитудное разделение составляющих акустического сигнала. Библиография 1. Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности: ГОСТ 17624-2012. Введ. 01.01.2014. М., 2014. 16 с. 2. СТБ EN 13791-2012 Оценка прочности на сжатие кон- струкций и элементов сборного бетона в реальных условиях. Минск: Госстандарт, 2012. 18 с. 3. Неразрушающий контроль и диагностика: справочник / В.В. Клюев [и др.]. М.: Машиностроение, 2003. 656 с. 4. Ультразвук. Маленькая энциклопедия / редкол.: И.П. Голямина [и др.]. М.: Советская энциклопедия, 1979. 396 с. 102 5. Ковалев А.В., Козлов В.Н., Самокрутов А.А. Импульсный эхо-метод при контроле бетона. Помехи и пространственная селек- ция // Дефектоскопия. 1990. № 2. С. 29-41. 6. Снежков Д.Ю., Леонович С.Н. Неразрушающий контроль бетона в монолитном строительстве: совершенствование средств и методов. Минск: БНТУ, 2006. 218 с. 7. Леонович С.Н., Снежков Д.Ю., Мулярчик В.С. Результаты мониторинга прочностных характеристик монолитных бетонных плит на основе неразрушающих методов контроля // Вестник Брестского государственного технического университета. Ч. 2: Строительство и архитектура. 2004. С. 115-121. 8. Снежков Д.Ю., Леонович С.Н. Исследование неравно- прочности бетона на объекте монолитного строительства комплекс- ным неразрушающим методом // Известия вузов. Строительство / Новосибирский государственный архитектурно-строительный уни- верситет. 2009. № 8. С. 108-115. 9. Козлов В.Н., Самокрутов А.А., Шевалдыкин В.Г. Контроль бетона ультразвуковым эхо-импульсным томографом с сухим контактом // Контроль. Диагностика. 1998. № 1. С. 49-51. 10. Ultrasonic defectoscopy of concrete by means of pulse-echo technique / A.A. Samokrutov, V.N. Kozlov, V.G. Shevaldykin, I.A. Meleshko // 8th European conference for Non-Destructive Tensing. Barcelona, 17-21 June, 2002. 6 p. 11. Качанов В.К., Соколов И.В. Проблемы ультразвукового контроля протяженных сложноструктурных изделий с большим за- туханием сигналов // Дефектоскопия. 2007. № 8. С. 82-93. 103 РАЗРАБОТКА НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ НАУЧНЫХ ПРИНЦИПОВ И ОСНОВ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ МЕТОДОВ РАСЧЕТА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЗАБИВНЫХ СВАЙ В СЛОЖНЫХ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ ПОЙТА П.С. Брестский государственный технический университет Таблица 1 – Значения несущей способности забивных свай от величин осадки (S) и отказов (δ) № сваи Отказ δ, мм Осадка S, см Глубин забивки, м Несущая способность P, кН При забивке При добивке 1 2 3 4 5 6 1 0,8 0,2 14,0 9,3 690 2 0,9 0,2 19,5 8,7 690 3 0,91 0,16 20,0 8,7 650 4 0,83 0,22 17,0 9,0 665 5 0,63 0,16 14,0 7,8 730 6 0,5 0,22 10,0 3,3 596 8 0,63 0,18 12,0 8,3 690 9 0,5 0,2 8,1 7,7 663 10 0,8 0,2 11,0 7,5 690 11 0,7 0,2 16,0 7,5 690 12 0,1 0,17 17,0 9,0 665 104 Рис. 1. Графики связи отказов () и несущей способности свай (F) с деформационно-прочностными свойствами (𝑞𝑠 , 𝑓𝑠 , 𝜑, 𝐸) грунтов оснований Рис. 2. Графики связи отказов () и несущей способности свай (F) с деформационно-прочностными свойствами (𝑐, 𝑅0) грунтов оснований 1 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 2 7 10 , мм qs, МПа fs, кПа , град E, МПа 1 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 4 8 9 11 qs, МПа fs, кПа E, МПа Свая №2 Свая №9 11 8 7 5.6 3.0 6.3 7.2 4.0 3.0 2.0 1.3 0.9 1.0 0.9 2.2 6.0 15.0 23.2 40.6 32.2 65.3 155.0 25 23 24 25 22 10.0 20.0 31.0 27.8 5.0 6.3 60.1 32 26.0 0.9 40.6 22 5.0 2.2 32 23 11.0 3.8 82.5 24 20.0 11.1 5.6 5.9 4.0 3.9 2.7 1.9 0.6 15.1 155.0 25 27.8 , мм , град 1 2 7 10 120 240 360 480 600 Р, кН 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Lсв=9.0м Fн= 600кН F= 720кН Fткл= 690кН бк= 0.2см С, кПа Ro, кПа 1 4 8 9 11 2 4 6 8 10 12 Lсв=8.0м Fн= 600кН F= 720кН Fткл= 663кН бк= 0.22см С, кПа Ro, кПа Свая №2 Свая №9 S, см S, см 11 8 7 0.03 18.7 24.6 22.0 13.3 340 230 350 600 100 17.2 19 19.5 10.1 4.1 1 0.7 13.3 18.7 16.1 22.0 340 100 230 350 600 120 240 360 480 600 6.0 2.5 0.5 8.1 6.0 720 Р, кН 720 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 , мм 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 5.6 3.0 6.3 7.2 4.0 3.0 2.0 1.3 0.9 11.1 5.6 5.9 4.0 3.9 2.7 1.9 0.6 , мм 105 Рис. 3. Схема забивки свай на экспериментальном объекте 106 Рис. 4. Схема реализации задачи по выбору оптимального варианта свайного фундамента в условиях неопределенности Цели Матрица исходных показателей эффективности (Р) Альтернатива Показатель Х1  Xn a1 X11  X1n     am Xm1  Xmn Матрица группирования и нормализации показателей эффективности (Р) Альтернатива Показатель- требование Оценочный показатель Учитываемые условия 1 1X  1 iX 2 1X  2 nX 3 1X  3 sX a1 111X  1 1iX 2 11X  2 1nX 3 11X  3 1sX           am 1 1mX  1 miX 2 1mX  2 miX 3 1mX  3 msX Выбор коэффициентов весомости (qi) и рангов (ri) Матрица оценок (взвешенных показателей Pˆ ) Альтернатива Оценочный показатель Учитываемые условия 2 1X  2 iX 3 1X  3 iX a1 211X  2 1iX 3 11X  3 1iX        am 21mX  2 miX 3 1mX  3 miX Матрица критериев (К) Альтернатива Критерии k1  kn a1 k11  k1n     am km1  kmn Матрица предпочтительности (U) Альтернатива Значение предпочтительности (полезности) a1 U1   ai U1   am Um 1 2 6 7  n  107 РАЗРАБОТКА НОВЫХ ЭФФЕКТИВНЫХ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ СИСТЕМЫ «БРГТУ» И МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ИХ НАДЕЖНОСТИ НА СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДРАГАН В.И Брестский государственный технический университет Структурное покрытие представляет собой пространственную стержневую плиту с ортогональной сеткой поясов с размерами яче- ек 1,5х1,5 м. Конструкция имеет размеры в плане 18х22,5 м, высота структурной плиты по осям поясов 1,06 м. Структурная плита опи- рается на четыре колонны. Рис. 1. Летние театры эстрады в парках культуры и отдыха 108 Покрытие ледовой арены на 800 мест в г. Пружаны. Структур- ная плита опирается по контуру на сталежелезобетонные колонны с шагом 6м и образующие в плане прямоугольник с размерами сто- рон 39х63м. Ячейки поясов плиты имеют размер 3х3 м, высота пли- ты в осях – 3 м. Такая же конструкция применена на ледовых аре- нах в г. Кобрине (2010 г), г. Лунинце (2011 г), г. Ивацевичи (2011 г) Брестской области, выполнены проекты в г. Сморгони Гродненской области, в городах Новолукомле, Лепеле, Глубокое Витебской области. Покрытие Летнего амфитеатра в г. Витебске (2007 г). Пролет оболочки составляет 120,014 м, ширина покрытия переменная и из- меняется от 2,0 м на опорах до 71,0 м в средней части покрытия. Высота подъема осей вертикальных арок над фундаментами состав- ляет 18,5м, высота покры-тия по осям арок 3,32 м. Покрытие универсального спортивного зала в МКСК «Минск- Арена» (2008 г). Покрытие универсального спортивного зала с раз- мерами в плане 24,0х42,0 м выполнено из металлической структур- ной конструкции системы «БрГТУ». Высота структурной плиты 2,62 м, размеры ячеек 3,0х3,0 м. Такая же конструкция применена в ДЮСШ г.Калинковичи. Главный вход в МКСК «Минск-Арена» (2008 г). Покрытие ко- зырька над входом имеет криволинейное очертание в плане с ради- усом 64,8 м и шириной 17,7 м выполнено в виде структуры из круг- лых труб, соединенных полыми узлами системы «БрГТУ». Высота структурной оболочки 1700 мм, длина ячеек верхнего и нижнего пояса 2530 мм. Навес над западной трибуной стадиона «Спартак» (2009 г). Навес имеет размеры в плане 14,0 х 131,0 м и выполнен в виде структурной плиты из круглых труб. Высота структурной оболочки 1,414 м. Структурная плита сопрягается нижними и верхними узла- ми с ригелями пилонов на соединительную планку нижнего пояса пилона, подкрепленную двумя диафрагмами. Дворец водных видов спорта (г.Брест) (2011 г). Объемная несу- щая конструкция покрытия бассейна имеет размеры покрытия в плане 42,0х60,45 м, запроектирована в осях В-М – 27–32 в виде структурной цилиндрической оболочки с размерами ячеек поясов 3,0 х 3,0 м, высота оболочки 1,95 м. 109 «Олимпийский комплекс» штаб-квартиры НОК РБ (г.Минск) (2012 г). Диаметр купола в опорной части 46,39 м, высота купола 13,25 м. Несущая конструкция купола запроектирована с примене- нием металлической структурной конструкции системы «БрГТУ» с расстоянием между поясами 1,64 м. Амфитеатр в парке отдыха г.Молодечно (2012 г). Покрытие сцены амфитеатра запроектировано из двух структурных консолей со сложными криволинейными поверхностями. Сооружение имеет следующие генеральные размеры: ширина 25,9 м, длина 35,66 м, высота 15,06 м. Структурная оболочка ледового катка в г.Гомеле (2013 г). По- крытие имеет размеры в плане 49,092х57,82 м и представляет собой комбинированную пространственную структурную оболочку, в по- перечном разрезе близкую по очертанию к синусоиде. Культурно – оздоровительный центр с гостиницей в р-не ул. Но- вовиленской и Канатного переулка в г.Минске. Покрытие в виде си- стемы арок в осях Е-Ц, 13–16 в плане имеет трапецеидальное очер- тание и имеет следующие генеральные размеры (в осях поясов арок): основание трапеции по оси Е – 29,104 м, основание трапеции у оси Ц – 36,535 м; высота трапеции – 92,828 м; высотные отметки опор арочного покрытия: верхних поясов арок А1т, А1н по оси Е - +28,138м, нижних поясов арок А2т, А3т, А4т, А2н, А3н, А4н,по оси У/3 – +5,400 - +5,386м, нижних поясов арок А1т, А1н у оси Ц – 8.199м. Оценка надежности системы «БрГТУ». Разработана новая ме- тодика прямого расчета живучести металлической структурной конструкции системы «БрГТУ» на стадии проектирования, осно- ванная на нелинейном расчете большепролетных сооружений при проектных и запроектных нагрузках. Разработаны количественные критерии живучести структурных конструкций, основанные на полных диаграммах деформирования сооружения при проектных и запроектных нагрузках. Для всех запроектированных объектов на базе численного эксперимента получены: соотношение разрушаю- щей и проектной нагрузок, уровень накопленной сооружением де- формации при разрушающей нагрузке, отношение поврежденных стержневых элементов при предельной запроектной нагрузке к об- щему их количеству в структурной конструкции. Полученные кри- терии живучести позволяют обеспечить при проектировании требу- 110 емые индексы надежности металлической структурной конструк- ции системы «БрГТУ». Рис. 2. Схема нагружения фрагмента Рис. 3. Зависимость исчерпания живучести, представленная в координатах «суммарная нагрузка на фрагмент – перемещение узла в месте приложения нагрузки» Рис. 4. Диаграмма деформирования элемента в момент исчерпания его несущей способности, точка 1 соответствует напряженно – деформированному состоянию стержня в момент потери устойчивости 11 1 Р ис . 5 . К ри те ри и ж ив уч ес ти к уп ол а Н О К 111 11 2 Р ис . 6 . К ри те ри и ж ив уч ес ти А м ф ит еа тр а в па рк е г. М ол од еч но 112 11 3 Р ис . 7 . О пр ед ел ен ие п ар ам ет ро в на де ж но ст и ле до во го к ат ка в г . Г ом ел е 113 11 4 Р ис . 8 . О пр ед ел ен ие п ар ам ет ро в на де ж но ст и ле до во й ар ен ы в г .П ру ж ан ы 114 11 5 Р ис . 9 . О пр ед ел ен ие п ар ам ет ро в на де ж но ст и С ла вя нс ко го б аз ар а в г. В ит еб ск е 115 116 ПРОВЕСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТАТЬ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОЦЕНКЕ ЖИВУЧЕСТИ И ЗАЩИТЕ ОТ ПРОГРЕССИРУЮЩЕГО ОБРУШЕНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ СИСТЕМ С ПЕРЕКРЫТИЯМИ ИЗ СБОРНЫХ ПЛИТ БЕЗОПАЛУБОЧНОГО ФОРМОВАНИЯ ТУР А.В. Брестский государственный технический университет Прогрессирующее обрушение: один или несколько элементов конструктивной системы разрушаются внезапно (независимо от причин, вызвавших разрушение), что ведет к перераспределению усилий и очередному выключению (разрушению) других конструк- тивных элементов, не подвергавшихся непосредственно особому воздействию до тех пор, пока не будет достигнуто новое состояние равновесия, при котором часть конструктивной системы, если не все здание в целом, подвергнется обрушению. Непропорциональное обрушение: прогрессирующее обрушение характеризуется как непропорциональное, если размеры области результирующего обрушения превышают допустимые, установлен- ные соответствующими нормами, стандартами, рекомендациями. В силу этого, критерий непропорциональности может отличаться для различных стран в зависимости от принятого уровня допустимого риска. Особые (анормальные) воздействия Ad:  Идентифицированные: - известен или прогнозируем сценарий (качественная сторона); - можно установить количественное значение (взрыв природного газа, удары от столкновения транспортных средств с элементами конструктивной системы);  Неидентифицированные: Не известны количественные, а нередко и качественные характе- ристики воздействия (человеческие ошибки, саботаж, террористи- ческие и криминальные атаки и т.д.) 11 7 Р ис . 1 . П ос тр ое ни е ди аг ра м м ы 117 11 8 Р ис . 2 . С вя зи м еж ду п ли та м и 118 11 9 ди ск п ер ек ры ти я сф ор м ир ов ан ны й из п ли т бе зо па лу бо чн ог о ф ор м ов ан ия уз ел с ты ка п ли т. вр ем ен ны е оп ор ы . св яз и по т ор ца м п ли т 119 Р ис . 3 12 0 Д ем он та ж в ре м ен ны х оп ор . Н ач ал ьн ы й эт ап п ер ед ач и на гр уз ки н а ди ск п ер ек ры ти я. по лн ая п ер ед ач а на гр уз ки н а ди ск п ер ек ры ти я (п ол ны й от пу ск с тр оп к ра на ) де ф ор м ир ов ан но е со ст оя ни е св яз и по пе - ре чн ог о на пр ав ле ни я по сл е по лн ой п ер ед а- чи н аг ру зк и на д ис к пе ре кр ы ти я 120 Р ис . 4 121 Рис. 5. Верификация численной модели Рис. 6. Динамические диаграммы 122 ПРОВЕСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТАТЬ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ САМОНАПРЯЖЁННЫХ БЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С РАБОЧЕЙ АРМАТУРОЙ ИЗ ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИТА, АРМИРОВАННОГО ВОЛОКНАМИ ТУР В.В. Брестский государственный технический университет Целью настоящего исследования явилась разработка и верифи- кация научно-обоснованной модели сопротивления бетонных эле- ментов с гибридным армированием стальными стержнями и стерж- нями из полимерных композитов при действии изгибающих момен- тов и продольных и поперечных сил. Таблица 1 – Основные характеристики композитной арматуры ТГ «ЭКИПАЖ» Показатель Значения Стеклопластиковая арматура производ- ства ТГ «ЭКИПАЖ» Базальтопластиковая арматура производ- ства ТГ «ЭКИПАЖ» Диаметр (мм) 4-40 4-40 Длина (м) До 12 м (или скру- ченные в бухты) До 12 м (или скру- ченные в бухты) Внешний вид Однородный пру- ток, бежевого цвета, без пустот Однородный пру- ток, черного цвета, без пустот Относительное удлинение при разрыве (%) 2,5-3,0 2,5-3,0 Кратковременная проч- ность при растяжении (МПа) 700-900 800-1200 Модуль упругости при растяжении (МПа) 25000-30000 30000-40000 Модуль упругости при изгибе (МПа) 25000-30000 30000-35000 Коэффициент теплопро- водности (Вт/(м°С)) 0,5 0,3 Водопоглащение (%) 0,05 0,05 123 Таблица 2 – Основные физико-механические характеристики арматуры «ROCKBAR» Показатель Значения Базальтопластиковая арматура «ROCKBAR» Стеклопластиковая арматура «ROCKBAR» Диаметр (мм) 2.5-16 2.5-16 Длина (м) До 12 м ( до 8 мм – в бухтах) До 12 м ( до 8 мм – в бухтах) Кратковременная прочность при растя- жении (МПа) 1 200 1 000 Модуль упругости при растяжении (МПа) 55 000 45 000 Удельный вес (кг/м³) 2 000 2 000 Коэффициент тепло- проводности (Вт/м°С) <0,46 <0,56 Относительное удли- нение при разрыве (%) 2,5 2,5 Показатели безопасности: Электропроводность Диэлектрик (при необходимости воз- можно придание электропроводных свойств) Диэлектрик Коррозионная и хими- ческая стойкость Очень высокая Высокая Магнитные характе- ристики Не намагничивается Не намагничивается Теплостойкость (°С) До 300 До 150 124 Рис. 1. Модель сопротивления элементов с гибридным армированием Рис. 2. Диаграммы «bond-slip» 12 5 Р ис . 3 . П ер ер ас пр ед ел ен ие у си ли й в ра ст ян ут ой с та ль но й и ст ек ло пл ас ти ко во й ар м ат ур е 125 126 АЛГОРИТМ РАСЧЕТА ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ БЕТОНА В РАННЕМ ВОЗРАСТЕ ПРИ КАПИЛЛЯРНОЙ УСАДКЕ ПО ОБОБЩЕННОМУ КРИТЕРИЮ ЛЕОНОВИЧ С.Н. Белорусский национальный технический университет 1. Определение основных характеристик трещиностойкости бетона на любом уровне его иерархического строения Коэффициенты интенсивности напряжений в вершине трещино- видного дефекта в материале, структура которого содержит другие микро- и макроповреждения, отражают в своем численном значе- нии влияние этих повреждений на напряженно-деформированное состояние как вокруг дефекта, так и всего объема материала. Учесть это суммарное влияние возможно, рассмотрев все микро- и макро- дефекты на всех уровнях иерархического строения композита. Каж- дая из пор и трещин в бетоне создает некое поле напряжений вокруг себя. Если считать, что эти поры и трещины располагаются в объе- ме бетона с некоторой периодичностью, поля напряжений и дефор- маций накладываются друг на друга, что создает сложное напря- женно-деформированное состояние. Базируясь на рассмотренных выше [1,2] закономерностях процесса разрушения бетона, разделим все дефекты структуры, как исходные, так и развившиеся в резуль- тате силовых и не силовых воздействий, на пять основных видов: 1 – округлые пустоты – поры с выходящими на их границы суб- микротрещинами, образовавшимися в результате концентрации напряжений вокруг кругового отверстия; 2 – эллипсовидные пустоты – поры с выходящими на их границы микротрещинами; 3 – мезотрещиновидные дефекты в теле бетона (тип 1); 4 – краевые трещиновидные дефекты (тип II); 5 – радиальные и контактные трещины вокруг зерен и включе- ний (типы III и IV). Содержание пустот – пор и трещин видов 1…4 зависит от пори- стости бетона, а вида 5 – и от объемного содержания зерен мелкого или крупного заполнителя, причем эти трещины на границе це- ментного камня и зерен заполнителя характеризуют мезо- и макро- 127 уровень рассмотрения структуры бетона. Объемное содержание каждого вида пустот – пор и трещин в зависимости от пористости материала и объемного содержания заполнителя определяется экс- периментально. Каждому виду повреждений соответствует свое значение коэффициента интенсивности напряжений, степень влия- ния и величина которого на общую трещиностойкость материала зависит от количества данного вида пор и трещин в объеме бетона. Применяя принцип независимости действия сил и считая, что пу- стоты – поры и трещины распределены равномерно по всему объе- му материала, можно записать: – для субмикро, микро- и мезоуровней   4321 3 3 2 2 1 1 1   KnnnKnKnKnK , (1) где 4321 ,,,  KKKK – коэффициенты интенсивности напряжений соответственно в вершинах микродефектов I, 2, 3 и 4 вида; nI, n2, n3 – содержание микродефектов 2 и 3 видов в общем количестве микроповреждений; – для мезо- и макроуровней   54321 4 4 3 3 2 2 1 1 1   KnnnnKnKnKnKnK , (2) где 5K – коэффициент интенсивности напряжений в вершинах ра- диальных и контактных трещин на границе с зернами мелкого и крупного заполнителей; n4 – содержание краевых трещин в общем количестве повреждений. Величины 1K ... 5 K вычисляются по таблице в зависимости от содержания пустот – пор и трещин данного вида в общем количе- стве повреждений. Тогда окончательно: – для субмикро-, микро- и мезоуровней       ,1 1 4321 3322111 LDnnn LCnLaBnLRRLAnpK   (3) 128 где R = 5.10-7 м, L1 = 1 .10-8 м, L2 = 1 .10-8 м, L3 = 5 .10-5 м, L4 = 5 .10-5м, а = 5.10-6 м, L1…L4 – полудлина (длина) дефектов или пустот – пор, А, В, С, D – коэффициенты, приведенные в таблице над чертой; – для мезо- и макроуровней        ,21 1 5432144 3322111 LEnnnnLDn LCnLaBnLRRLAnpK    (4) где R = 5.10-7 м, L1 = 1 .10-8 м, L2 = 1 .10-8 м, L3 = 5 .10-3 м, L4 = 5 .10-3 м, agDL max5  , a = 5 .10-6 м; agDmax – максимальный диаметр зерна мел- кого или крупного заполнителя в матрице или бетоне; L5 – длина радиальной трещины; Е – коэффициент, приведенный в таблице над чертой. Величину КII можно определить по коэффициентам С, D и Е, приведенным в таблице под чертой. Отметим, что сдвиговые напряжения в вершинах пустот – пор типов 1 и 2 не возникают. То- гда на субмикро-, микро- и мезоуровнях   43 3 3 1   KnKnK , (5) – на мезо- и макроуровнях   543 4 4 3 3 1   KnnKnKnK , (6) где характерные размеры трещин 3…5 принимаются для каждого из уровней рассмотрения в соответствии с (1) и (2). Константу материала КС определяем по формуле    22 KKKC . (7) 2. Алгоритм расчета трещиностойкости (долговечности) бе- тона в раннем возрасте при капиллярной усадке по обобщенно- му критерию Разработан метод расчета долговечности бетона в раннем воз- расте при капиллярной усадке с использованием подходов механи- ки разрушения, который опирается на концепцию накопления 129 дефектов в структуре в виде пор, капилляров и трещин до их крити- ческой концентрации Сс. При этом рассматривается процесс на двух стадиях: на первой – процесс образования и развития дефектов и на второй – процесс, непосредственно сопровождающий разрушения (фрагментацию) при критической концентрации дефектов. В каче- стве теоретической основы метода приняты физические представ- ления о механизме приращения объема пустотности трещин в мо- дели бетона, представленной как двухуровневая структура: матрица твердеющего цементного камня с включениями и пустоты различ- ной формы (трещины) как результат внешних воздействий, изме- няющих напряженно-деформированное состояние. Установлен основной расчетный критерий метода – обобщенный суммарный параметр трещиностойкости 22 ccc KKK   , вычис- ляемый на основании модельных схем развития, объединения, ло- кализации системы трещин, их классификации по видам и относи- тельному количеству в объеме при начальной концентрации, воз- растающей до критической, что обусловлено капиллярной усадкой. Алгоритм расчета трещиностойкости при усадке содержит по- следовательность операций как для подбора состава по известным влияющим на капиллярное давление факторам и характеристикам свойств компонентов бетона, его технологическим параметрам в раннем возрасте, так и для определения остаточного ресурса бетона по образцам, отобранным из конструкций в раннем возрасте в усло- виях твердения. Алгоритм включает в себя: 1. Исходные данные о проектных параметрах внешних воздей- ствий: силовых (N, M, Q) и несиловых (t, W, P) воздействий; о ха- рактеристиках компонентов бетона: цемента (Rc), заполнителя (Ra), химических добавок. 2. Данные о свойствах бетона, его прочности Rb и Rbt, упругости Eb, трещиностойкости 0 crcR и v crcR в раннем возрасте. 3. Операции по расчету пустотности бетона (общей, капилляр- ной, гелевой, содержанию воздуха). 4. Операции по расчету b iK  , b iK  в вершинах дефектов I – V вида при капиллярной усадке. 13 0 Т аб ли ца 1 – К оэ ф ф иц ие нт ы и нт ен си вн ос ти н ап ря ж ен ий с у че то м с од ер ж ан ия п ус то т, к ап ил ля ро в, тр ещ ин в ц ем ен тн ом к ам не С од ер ж а- ни е по р n 1  n 5, %   1 1 1 L d l K в C        2 1 l a K в C        2 2 1 L d l K в C      3l K в C     3l C K C     4l K в C     4l D K C     2 5l K в     2 5l E K C     А В С D E 5 1, 73 3 1, 05 50 1, 01 22 /1 ,0 20 5 0, 23 03 /0 ,2 00 4 0, 64 3/ 0, 06 0 10 1, 91 2 1, 10 03 1, 02 12 /1 ,0 41 7 0, 31 16 /0 ,1 99 7 0, 65 1/ 0, 06 1 15 2, 06 7 1, 27 94 1, 04 80 /1 ,0 63 0 0, 39 92 /0 ,1 90 1 0, 65 7/ 0, 06 3 20 2, 23 5 1, 42 12 1, 06 47 /1 ,0 89 0 0, 45 70 /0 ,1 76 2 0, 68 2/ 0, 06 8 25 2, 50 6 1, 65 17 1, 10 10 /1 ,1 81 2 0, 56 40 /0 ,1 59 2 0, 70 1/ 0, 07 2 30 2, 97 3 1, 84 32 1, 15 35 /1 ,2 81 0 0, 68 10 /0 ,1 44 6 0, 79 3/ 0, 08 1 35 3, 08 4 2, 00 20 1, 40 32 /1 ,4 21 6 0, 76 32 /0 ,1 41 0 0, 85 4/ 0, 08 7 40 3, 51 2 2, 17 60 1, 55 47 /1 ,5 73 2 0, 87 20 /0 ,1 33 7 0, 89 2/ 0, 09 2 130 13 1 1 . И сх о д н ы е д ан н ы е: а ) п ро ек тн ы е п ар ам ет р ы в н еш н и х с и л о вы х (N ,M ,Q ) и н ес и л о вы х ( t, W ,P , к о н ц ен тр ац и я х и м и ч ес ки х в ещ ес тв ) во зд ей ст ви й ; б ) х ар ак те ри ст и ки к о м п о н ен т б ет о н а ц ем ен та (R c) , за п о л н и те л я( R а) , х и м и ч ес ки х д о б ав ок . Т ре б уе м ы й ( п р о ек тн ы й ) ср о к сл у ж б ы . 2 . Р ас ч ет ( п од б о р) с о ст ав а б ет о н а п о п р о ч н ос ти ( R , R bt ), д еф о р м ат и вн о ст и ( E b ) и т р ещ и н о ст о й к о ст и R 0 cr c. 3 . Р ас ч ет п о п од о б ра н н о м у со ст ав у б ет о н а ег о п ус то тн о ст и ; о б щ ей , г ел ев о й , ка п и л л яр н о й , д еф ф ер ен ц и ал ьн о й п о р и ст о ст и ц ем ен тн о го к ам н я и б ет он а п о ф о р м ул ам т аб л . 4 . Р ас ч ет к о эф ф и ц и ен то в и н те н си вн о ст и н ап р яж ен и й К И Н в в ер ш и н ах д еф ек то в I- V в и д а п р и у са д ке ( те м п ер ат ур н о -в л аж н о ст н ы х во зд ей ст ви ях ) I те м п ер ат ур - н ы й д и ап аз о н (в о д а) .       2 0 ,1, , 1 0 0 1 1 1 co s 2 4 W l g t t a K c c k c c t          ;       c c c w w t w t l b l tE K 2 ar cs in 2 1 2 , ,1, ,         2 , ,1, , c cs cs t cs t l tE K       ;   2 2 , ,1, , 4 2 b l P K c m c t      ;       c c c w w t m w t l b l tE K 2 ar cs in 2 2 , , ,1, ,          ;       c c c c c w w t l b l b l P K       1 1 2 1 5 ,0 1 ar cc o s 2 ,1, , ;       c cs cs t cs t l tE K , ,1, , 5 2 3 ,3 Д л я тр ещ и н ы н а ко н та кт е с за п о л н и те л ем              g r R M R M R l f r l P K t                  1 1 2 2 2 , ;                             ; si n 2 co s 1 1 2 1 1 1 1 si n 1 2 2 1 2 1 2 1 1 2 2 1 2 1 2 1 2 2 1 1 2 1 ,                                e X G G X G X G X G X G G e X G X G X G R p K t ;                              ; si n 2 co s 1 1 2 1 2 1 1 1 1 si n 1 2 2 1 2 1 2 1 1 2 2 1 1 1 2 si n 2 ln 2 1 1 2 1 2 1 ,                                      e X G G X G X G X G X G G e e X G X G X G R p R K t Р ис . 1 . ( на ча ло ) А лг ор ит м р ас че та т ре щ ин ос то йк ос ти ( до лг ов еч но ст и) б ет он а в ра нн ем в оз ра ст е из го та вл ив ае м ы х ко нс тр ук ци й пр и ка пи лл яр но й ус ад ке 131 13 2 5. Ра сч ет К И Н п ри у са дк е (т ем пе ра ту рн о- вл аж но ст но м во зд ей ст ви и) с у че то м ра сп ре де ле ни я по р и ка пи лл яр ов в о бщ ем к ол ич ес тв е де фе кт ов .   5 , 4 3 2 1 4 , 4 3 , 3 2 , 2 1 , 1 1 , , 1 W W W W W i iT W W i TW W K n n n n K n K n K n K n K n K                     ;   5 , 4 3 2 1 4 , 4 3 , 3 2 , 2 1 , 1 1 , , 1 s s s s s i iT W s i TW s K n n n n K n K n K n K n K n K                     6. Ра сч ет К И Н о т ка пи лл яр но го д ав ле ни я дл я ка ж до го и з 5 в ид ов т ре щ ин и с ум ма рн ог о КИ Н .     ; ; ; ; 1 4 4, 3 3, 2 2, 1 1 1, L D K L C K L a B K L d l A K b N b N b N b N                   ;          5 1 5 5, ;2 i N i N b N K K L E K 7. Ра сч ет п ре де ль но го зн ач ен ия К И Н 8. Ра сч ет м од ул я уп ру го ст и E b д ля д ан но го с ос та ва бе то на в р ан не м во зр ас те 9. Ра сч ет т ре щ ин ос то йк ос ти в р ан не м во зр ас те п ри ка пи лл яр но й ус ад ке           TW s TW W N cr c K K K K t , , 2 Р ис .1 . ( ок он ча ни е) А лг ор ит м р ас че та т ре щ ин ос то йк ос ти ( до лг ов еч но ст и) б ет он а в ра нн ем в оз ра ст е из го та вл ив ае м ы х ко нс тр ук ци й пр и ка пи лл яр но й ус ад ке 132 133 5. Операции по расчету критерия KИН при усадке (температур- но-влажностных воздействиях) с учетом распределения пор и ка- пилляров в общем количестве дефектов. 6. Расчет предельного значения КИН для данного состава. 7. Расчет модуля упругости Eb для данного состава. 8. Расчет долговечности бетона с учетом усадки (термовлаж- ностных воздействий). 9. Операции оценки результата и корректировки состава. Выводы 1. При теоретическом обосновании метода расчета трещино- стойкости при капиллярной усадке бетона в раннем возрасте с ис- пользованием подходов механики разрушения по обобщенному критерию сформулированы основные допущения. 2. Разработанная модель является иерархической системой, при- годной для описания процессов разрушения (деструкции) бетона в раннем возрасте на любых уровнях рассмотрения его структуры. Введя соответствующие характеристики для материалов заполните- ля и цементно-песчаного раствора, можно получить деформатив- ные, прочностные характеристики, параметры развивающихся тре- щин для бетона в случае изменения его влажности и температуры (при усадке). 3. Базируясь на рассмотренных закономерностях процесса раз- рушения бетона, предложено разделить все дефекты структуры, как исходные, так и развившиеся в результате силовых и несиловых воздействий, на 5 основных типов. Содержание пор и трещин пер- вых четырех типов зависит от пористости бетона, а типа V – и от объемного содержания зерен мелкого или крупного заполнителя. Каждому виду повреждений соответствует свой коэффициент ин- тенсивности напряжений, степень влияния и величина которого на общую трещиностойкость материала зависят от количества данного вида пор и трещин в объеме бетона. 4. Предложен новый научно обоснованный алгоритм расчета трещиностойкости при усадке бетона в раннем возрасте по обоб- щенному критерию, который содержит последовательность опера- ций расчета как для целей подбора состава с учетом влияющих на капиллярное давление факторов и по характеристикам свойств ком- понентов бетона, его технологическим параметрам, так и для опре- 134 деления остаточного ресурса бетона по его составу и свойствам, а также по образцам, отобранным из конструкций в раннем возрасте. Список литературы 1. Леонович, С.Н. Моделирование капиллярной усадки и трещинообразование бетона в раннем возрасте / Наука и техника. – 2017. – № 4. – с. 2. Прочность, трещиностойкость и долговечность конструк- ционного бетона при коррозионных и температурных воздействиях: монография в 2 ч. / С.Н. Леонович [и др.], под ред. С.Н. Леоновича. – Минск : БНТК, 2016. – 597 с. 3. Leonovich S. The influence of carbon dioxide on the durability of offshore concrete structures / S. Leonovich, E. Shalyi, N. Falaleeva, L. Kim // 26 (2016) International Ocean and Polar Engineering Confer- ence, ISOPE-2016, Rhodes, Greece, June 26 – July 1, 2016. 4. Leonovich S. Frost destruction and fracture mechanics of con- crete / S. Leonovich, Yu. Zaitsev, V. Tsuprik, L. Kim // Полярная механика: материалы третьей междунар. конфер., 27-30 сентября 2016, Владивосток [Электронный ресурс] / науч. ред. А.Т. Беккер; Инженерная школа ДВФУ, – Владивосток: Дальневост. федерал. ун-т, 2016. [1096 с.]. – 1 CD. – Систем. требования: процессор с ча- стотой 1,3 ГГц (Intel, AMD); оперативная память от 1 ГБ, Windows (XP; Vista; 7 и т.п.); Acrobat Reader; Foxit Reader либо любой другой их аналог. – ISBN 978-5-7444-3795-4; ISSN 2500-3542. – с. 687-693. 5. Снежков, Д.Ю. Мониторинг возводимых и эксплуатируе- мых железобетонных конструкций неразрушающими методами: монография / Д.Ю. Снежков, С.Н. Леонович. – Минск: БНТУ, 2016. – 331 с. 6. Снежков Д.Ю. Контроль железобетонных конструкций неразрушающими методами: монография [Электронный ресурс] / Д.Ю. Снежков, А.Т. Беккер, С.Н. Леонович, Л.В. Ким // Инженерная школа ДВФУ. – Владивосток: Дальвост. федерал. ун-т, 2016. – 137 с. – 1 СD. – Систем. требования: процессор с частотой 1,3 ГГц (Intel, AMD); оперативная память от 1 ГБ, Windows (XP; Vista; 7 и т.п.); Acrobat Reader; Foxit Reader либо любой другой их аналог. – ISBN 978-5-7444-3794-7. 135 7. Зайцев, Ю.В. Структура, прочность и механика разруше- ния бетонов при двухосном и трехосном сжатии: монография / Ю.В. Зайцев, С.Н. Леонович, У. Шнайдер. – Минск: БНТУ, 2011. – 382 с. 8. Эберхардштайнер, Й. Прочность, трещиностойкость и долговечность конструкционных строительных материалов при сложном напряженном состоянии: монография / Й. Эберхардштайнер, С.Н. Леонович, Ю.В. Зайцев. – Минск: БНТУ, 2013. – 522 с. 9. Леонович, С.Н. Прочность, трещиностойкость и долговеч- ность конструкционного бетона при воздействии высоких темпера- тур: монография / С.Н. Леонович, Д.А. Литвиновский, Л.В. Ким / Инженерная школа ДВФУ. – Владивосток: Дальневосточный федеральный университет, 2015. – 148 с. 10. Двухсолитонное решение задачи о разупрочняющемся стержне / Г.В. Земляков, М.А. Князев, Е.Е. Трофименко, С.Н. Леонович // Доклады НАН Беларуси, т.56, №3, 2012. – 3 с. 136 МОДЕЛИРОВАНИЕ КАПИЛЛЯРНОЙ УСАДКИ И ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЕ БЕТОНА В РАННЕМ ВОЗРАСТЕ ЛЕОНОВИЧ С.Н. Белорусский национальный технический университет 1. Введение. Состояние вопроса Современные технологии высококачественного бетона (high per- formance concrete (HPC)) базируются на следующих факторах: низ- ком В/Ц (0,2-0,3), комплексном применении микро- и нанокремне- зема и эффективных пластификаторов. При этом формируются композиты с плотной микропористой высокодисперсной структу- рой цементного C-S-H-геля [1]. Эта структура характеризуется сле- дующими показателями: объем пор не выше 4-6 %; содержание пор с r  20 нм до 30 % от общего объема пор. Высокая прочность и долговечность этих бетонов реализуются в мостах, тоннелях, со- временных дорогах, фундаментных плитах, каркасах высотных зда- ний. Эти уникальные сооружения характеризуются высоким моду- лем поверхности конструкций, что способствует влиянию влаж- ностных деформаций бетонов на напряженно-деформированное состояние, образование и развитие трещин [2-5]. Традиционно деформации бетона исследуют с момента его вы- сыхания в раннем возрасте при влажностной усадке на фоне про- цессов гидратации, сопровождаемых гидратационной усадкой. Влажностные деформации в конструкциях с высоким модулем по- верхности являются причиной развития значительных напряжений в начальный и эксплуатационный периоды при увлажнении- высушивании. Существует мнение [2-5], что гидратационная усадка меньше влияет на общую деформацию высококачественного це- ментного камня ввиду его микропористой плотной структуры. Под руководством академика Чернышова Е.Н. исследовано раз- витие влажностных деформаций при двух вариантах реализации процесса: послераспалубочное обезвоживание цементного камня в возрасте 1 суток, когда общая усадка складывается из гидратацион- ной (autogenous shrinkage) и влажностной усадки (drying shrinkage); 137 обезвоживание «старого» цементного камня (возраст более 1 года), когда усадка определяетсяся влажностной усадкой. За основу принята научная гипотеза о механизме влажностной усадки цементного камня и бетона, основанная на анализе совре- менных теоретических представлений и моделей усадки [6,7,8,9]. Таблица 1 – Гипотеза о механизме влажностной усадки Э та п Относитель- ная влаж- ность, % Феномен Изменение капиллярного давления, усадочных напряжений и деформа- ций 1 RH = 80-95 На начальном этапе высыхания вода уда- ляется из крупных пор, r = 100 нм Капиллярное давление невысоко. Величина уса- дочных напряжений и деформаций незначи- тельна 2 RH = 40-80 Удаление воды из пор радиусом 20 нм < r < 100 нм. Вследствие эффекта упругого восстанов- ления объема твер- дой фазы при уменьшении всесто- роннего сжатия воз- можно расширение системы Капиллярное давление возрастает. Влажностная усадка увеличивается 3 RH < 40 После удаления ка- пиллярно-связанной воды из порового пространства начи- нается удаление ад- сорбционно- связанной воды с поверхности твердой фазы, в итоге уменьшается ее сте- пень сжатия и увели- чивается сила упру- гого расширения Нарастающее влияние сил поверхностного натяжения. Исчезновение сил капиллярного давле- ния при удалении адсор- бированной жидкой фа- зы. Возрастающая роль усадки от межмолеку- лярных сил взаимодей- ствия частиц дисперсной системы (сближение) 138 На разных стадиях удаления воды из материала последовательно или параллельно может проявляться действие капиллярных сил и сил поверхностного натяжения, сил внутренних связей в кристалло- гидратах, сил упругого противодействия твердой фазы ее деформи- рованию. Исходя из этого величина влажностной усадки материала, закономерности этого процесса определяются силой связи структу- ры с водой. На различных этапах обезвоживания баланс сил связи структуры с водой и соответственно, величину усадки определяют следующие критериальные структурные характеристики: площадь поверхности и поверхностная энергия твердой фазы, объемная доля пор и их размеры. Происходящие при изменении состава цементно- го камня и бетона изменения указанных характеристик влияют на силу связи структуры с водой, величину влажностной усадки на каждом этапе обезвоживания. Таблица 2 – Характер воздействий и влияющие факторы на трещинообразование при капиллярной усадке Воздействия Физика процессов. Основные зависимости 1 2 Воздействия и вли- яющие факторы на трещинообразова- ние при капилляр- ной усадке а) Силы взаимо- действия между частицами б) Силы, являющи- еся результатом капиллярного дав- ления Гравитационные силы не показаны а) б) 139 Окончание таблицы 2 1 2 Силы взаимодей- ствия Суперпозиция Силы взаимодействия Сила взаимодействия Суперпозиция О тт аи ва ни е П ри тя ж ен ие Р ав но ве си е Расстояние между частицами а Результирующая сила Fres Сила Ван дер Ваальса Электростатическая сила Отталкивания Борна 1. Силы Ван дер Вальса AH  Постоянная Гамаке- ра; r – радиус частицы; a – расстояние между ча- стицами 212 a R AF HdW   где 21 212 rr rr R    2. Электростатические силы: 0, r – вакуумная и относительная диэлектри- ческие постоянные;  – зета потенциал; kB – постоян-ная Больцмана; Т – абсолютная температу- ра; е – элементарный за- ряд; z+, п+ b – валентность и концентрация эквивалент- ного симметричного элек- тролита       a a rel e e RF 1 1 2 20 где b Br nze Tk     22 0 2 140 Таблица 3 – Моделирование усадки Этапы моделирования / Схема расчета. Иллюстрации 1. Высыхание сус- пензии  Испарение воды  Формирование ме- нисков между по- верхностями частиц  Рост капиллярного давления  Движение частиц под действием раз- личных сил  Локализация де- формаций  Формирование трещин 2. Моделирование Fi – сумма сил, дей- ствующих на части- цу i, включая силы внутреннего взаи- модействия, капил- лярные и амортиза- ционные силы Fd, без гравитационных сил (сил тяжести) g – ускорение сво- бодного падения Схема расчета umF  , g m F m F u  1 , umFd  Моделирование Схема расчета сумма сил, действующих на частицу i, включая силы внутреннего взаимодействия, капиллярные и амортизационные силы Fd, без гравитационных сил (сил тяжести) ускорение свободного падения контактная жесткость 10;2 max min  k m t k – контактная жесткость 2. Модель капиллярного давления В работах [10-13] представлена модель капиллярного давле- ния и представлены экспериментальные данные его роста после распалубливания. 141 Модель капиллярного давления Капиллярное давление «прорыва» Капиллярное давление Текучесть Время Рис. 1. Модель капиллярного давления Рост капиллярного давления (экспериментальные данные) [ ] К ап и л л яр н о е д ав л ен и е [к П а] Т ем п ер ат у р а [ С ] Цементный раствор СЕМ III/А 32.5 N-LH, w/b=0.25 Температура (воздух) Капиллярное давление Температура (внутри) Температура (у поверхности) Время после распалубливания [мин] 40% относительная влажность см см см см см см см Рис. 2. Рост капиллярного давления (экспериментальные данные) [10-13] 142 Проанализированы факторы, влияющие на капиллярное давле- ние. Главное, получены экспериментальные данные по изменению капиллярного давления, объема испарившейся воды и объема об- разца бетона, используемые как исходные для расчета. Таблица 4 – Факторы, влияющие на капиллярное давление Влияющие факторы Зависимость капиллярного давления 1 2 1. Вид цемен- та. Зола-унос 20С, 45% относитель- ная влаж- ность К ап и л л я р н о е д ав л ен и е [м Б ар ] К ап и л л я р н о е д ав л ен и е [к П а] Зола- унос Время после распалубливания [мин] 2. Условия выдержива- ния после распалубли- вания а) Потеря влаги с по- верхности Зола-унос Время после распалубливания [мин] Поверхностное смачивание (увлажнение) П от ер и во ды [ кг /м 2 ] 143 Окончание таблицы 4 1 2 б) Капилляр- ное давление во времени в бетонном образце при постоянном пополнении количества испарившей- ся воды К ап и л л яр н о е д ав л ен и е [к П а] Время после распалубливания [мин] Восполнение испарившегося количества воды в) Капилляр- ное давление во времени в образце бето- на при нор- мально- влажностном твердении и без него К ап и л л яр н о е д ав л ен и е [] к П а] Без выдерживания Покрытый пленкой Время распалубливания [мин] 144 Раствор на цементе СЕМ I 42,5 R П от ер я во ды , из м ен ен ие о бъ ем а [с м 3 ] Капиллярное давление Объем испарившейся воды Изменение объема образца Время после распалубливания [мин] t=20C; RH=45% К ап ил ля рн ое д ав ле ни е [к П а] Рис. 3. Рост капиллярного давления и усадка 3. Общие положения расчета В качестве теоретической основы метода приняты физические представления о механизме приращения объема пустотности (тре- щин) в модели бетона, представленной как двухуровневая структу- ра: матрица твердеющего цементного камня с включениями и пу- стоты различной формы (трещины) как результат воздействий, из- меняющих нaпряженно-деформированное состояние в точке и объеме. Основным расчетным критерием метода является обобщенный суммарный параметр трещиностойкости ) + ( 22 CCc KKK  [или Кс()], вычисляемый на основании модельных схем развития, объединения, локализации системы трещин, их классификации по видам и относительному количеству в объеме при начальной кон- центрации, возрастающей до критической, что обусловлено физи- ческими процессами изменения температуры, состояния воды и фи- зико-химическими процессами накопления веществ новообразований. При теоретическом обосновании метода расчета усадочной тре- щиностойкости бетона с использованием подходов механики раз- рушения по обобщенному критерию приняты следующие допущения: 145 1. Бетон рассматривается как упругая квазиоднородная двухком- понентная среда, состоящая из: а) конструктивной части: матрицы – цементного камня со структурными элементами щебня, песка; б) деструктивной части: пустот: капилляров-трещин и пор (полостей с начальными трещинами в стенках). Исходные физико- механические свойства бетона (конструктивные) оцениваются прочностными и деформативными характеристиками Rb, Rbt, Eb и параметрами механики разрушения Ki, Gi, Ji. 2. Пустоты в матрице и контактных зонах представлены сопод- чиненной пятиуровневой системой по форме и размерам, кратным диаметру, под воздействиями по достижении критических размеров переходящие из уровня в следующий уровень по схеме: стабилиза- ция размеров – делокализация накопления – критическая концен- трация в единичном объеме – переход на следующий уровень. 3. Процесс формирования и движения трещин рассматривается как результат несиловых воздействий на основе принципов теории трещин из условия, что в вершине каждой трещины своего уровня в каноническом объеме бетона возникают поля деформаций и напря- жений, создающие схемы нормального отрыва и сдвига. Возника- ющее состояние оценивается соответствующими затратами энергии разрушения Gij и коэффициентами интенсивности напряжений ijijij EGK  . 4. В качестве обобщенной константы свойства трещиностойко- сти бетона во времени, его сопротивления образованию, накопле- нию в объемах микротрещин и формированию магистральных тре- щин критических величин принят параметр Ксij() как алгебраиче- ская сумма критических значений Kij во всей системе всех уровней трещин-пустот, заполняющих канонический объем до критической концентрации. 5. Внешние температурные, влажностные длительные воздей- ствия создают поля напряжений в вершинах пустот – трещин, оцен- ка которых учитывается параметром D с применением положений теории старения бетона:    DKK oicic  . (1) 6. Процессы разрушения бетона трещинами рассматриваются как обобщенное напряженно-деформированное состояние в некото- 146 ром каноническом объеме, обладающем физическими особенностя- ми, присущими композиту с прочностными и деформативными свойствами Rb, Rbt, . Особенности физических процессов страгива- ния микро- и макротрещин в исследуемом объеме достоверны и обоснованы экспериментальными данными по определению lcrc, Gi, Ji, KI и KII на образцах-кубах (призмах) размером сечения 100х100 мм с оптимальным диаметром крупных включений не более 15 мм. Деформативные и прочностные свойства в единичном объеме бетона любого состава обеспечиваются системой активных и реак- тивных сил в структуре:    ireactact RNN . (2) C изменением внешних условий, температуры, влажности, дав- ления в дефектах структуры П, К, Т, заполненных жидкостью, па- ром, льдом возникают усилия, изменяются размеры и количество дефектов, количество и свойство структурных связей, что влияет на уровень исходных свойств Ri, Ej и уровни их измеряемых пределов. 4. Теоретические обоснования и аналитические решения напряженного состояния и трещиностойкости бетона на основе обобщенного критерия Пусть некоторый элементарный объем цементного камня вклю- чает в себя некоторое количество пустот – капилляров, содержащих в зависимости от внешних условий определенное количество сво- бодной воды. Тогда модель капилляра (концентратора напряжений, инициирующего появление микротрещин), к стенкам которого при- ложены некоторые усилия, вызванные содержащейся в его объеме водой, можно представить в виде: (lc – дли- на капилляра; величина bc зависит от влажности соб- ственно цементного камня; ас – диаметр пустоты – капил- ляра). Параметрами модели в характерных точках t, W, Р диаграммы состояния будут следующие характеристики: Рис. 4. Модель капилляра, заполненного водой 147 lc и ас – начальные размеры пустоты – капилляра; W – влажность и t — температура цементного камня. Состояние 1. Условие: t = соnst, W  const, P  const. Капиллярные силы определим по формуле  coscc aP , (3) где  – поверхностное натяжение жидкости;  – угол смачивания или краевой угол на границе «жидкость – стенка капилляра». Исходя из анализа величины , которая при критической темпе- ратуре обращается в ноль, можно записать:  ktt 10 , (4) где tk = 370 o (для воды), 0 = 0,076 Н/м (t = 0 оС). Тогда сила, приложенная к берегу капилляра, определится из  3701cos0 taP cc  . (5) Точки приложения сил Рс зависят от W. Учитывая приращение количества воды в капилляре за счет изменения влажности,  10012 Wlb cc  . (6) При действии на верхнем и нижнем берегах трещины в точках, удаленных от центра трещины на расстояние b, равных нормальных сосредоточенных сил Р (но противоположных по направлению), коэффициент интенсивности напряжений (КИН) при нормальном отрыве КI определяется по формуле Ирвина [17]  222 bllPK I  . (7) В принятых обозначениях формула для плоского напряженного состояния имеет вид 148  22 422 cccC bllPK  , (8) а коэффициент интенсивности напряжений от действия капилляр- ных сил   ccccC gbllPK  22 422 . (9) Рис. 5. Действие на берегах трещины нескольких нормальных сосредоточенных сил Принимая во внимание (3.6) и (3.7), имеем         .100111cos24 421cos2 2 0 22 0 Wlgtta blglttaK cckc cccckc   (10) Таким образом, коэффициент интенсивности напряжений при нормальном отрыве от капиллярных сил определяется геометриче- скими размерами капилляра ас, lc, его заполнением влагой W и уг- лом смачивания , поверхностным натяжением при 0оС 0 и темпе- ратурой, расстоянием между капиллярами gc. Если развитие капилляра в длину не происходит, то величина изменения ширины (радиуса) капилляра определяется                         2222 цк 2222 2 ccccccc c p c bllbllnP Ega  (11) где gc — расстояние между двумя соседними капиллярами, являю- щееся функцией пористости (В/Ц); Ецк — модуль упругости це- ментного камня. , 149 С изменением ас при неизменном значении W смещаются и точ- ки приложения сил Рс: первоначально Рс1, затем Рс2. Рис. 6. Изменение точек приложения капиллярных сил при уменьшении диаметра капилляра Учитывая, что объем воды в капилляре V = (а2c1/4)(lc – 2bc1) остается неизменным, получим   2221221212 22 cccccccc alalabab  , (12) где ас2 = ас1 – p ca . Если же влажность цементного камня изменяется в процессе усадки, тогда               ,100110012 100122210012 2 21 2 2 2 1 2 2 2 12 WWaal WlaaaWalb ccc ccccccc    (13) где W – изменение влажности: знак «–» при увеличении W, знак «+» при уменьшении. Тогда интенсивность напряжений в вершине капилляра    2202 421cos2 cccckc blglttaK  . (14) Деформация усадки, если принять во внимание, что капилляры (микротрещины) равномерно распределены по объему бетона, определяется из 150  cccccsh aKlGP 2 , (15) где GIc — энергия разрушения цементного камня. В направлении, параллельном действию сил Рс, к капилляру при- ложены главные сдвигающие напряжения, вызывающие в вершинах капилляра деформации поперечного сдвига, описываемые коэффи- циентом интенсивности напряжений КII, величина которого clK  , (16) где  – главные касательные напряжения. Их определим, принимая во внимание, что капилляры равномерно распределены по площади бетона. С учетом (15) и (16)  cccc aglPK  . (17) В момент цк  KK рост микротрещины в длину будет опреде- ляться механизмом поперечного сдвига. Состояние 2. Условия: W = const; t  const; P  const. Рассмотрим цементный камень на макроуровне. Он состоит из негидратированного зерна и гидратированной массы, которая в свою очередь состоит из пустот – пор (капилляров) и кристалличе- ской системы (микроуровень). В гидратированной массе будут наблюдаться микродефекты двух типов: I — капилляры; II — трещины нормального отрыва, образовавшиеся из-за разности модулей упругости и коэффициен- тов линейного расширения негидратированного зерна и гидратиро- ванной массы. Тогда общая сопротивляемость цементного камня развитию температурных трещин в терминах коэффициентов ин- тенсивности напряжений определяются из      ttt KKK ,, цк , ; (18)      ttt KKK ,, цк , , (19) 151 где  tK , и   tK , – коэффициенты интенсивности напряжений в вер- шине капилляров, вызванные внутрикапиллярным давлением воды;   tK , и   tK , – то же в вершинах трещин типа II. Тогда в момент развития микротрещин и объединения их в маги- стральные макротрещины      tctctc KKK ,, цк , ; (20)      tctctc KKK ,, цк , . (21) Рассмотрим капиллярные микродефекты в температурном диа- пазоне: 1 (вода). Диапазон 1 (вода). На капилляр действует система сил. Силы Рс определяются капиллярным давлением; Рw – расширением воды при повышении температуры; Рcs – расширением кристаллической си- стемы;  – касательными напряжениями, возникающими от дей- ствия сил в капиллярах, ориентированных параллельно силам Р. Таким образом, CS t W t C t KKKK t ,1, , ,1, , ,1, , 1, ,          (22) или в момент локального разрушения CS tC W tC C tC KKKK tC ,1, ,, ,1, ,, ,1, ,, 1, ,,          . (23) Тогда       20,1,, 100111cos24 WlgttaK ccкcCt  . (24) Величина Рw определится из wwtw EtP  , , (25) а величина t,w на основании анализа опытных данных: t,w = 0,000067 + 0,0000076 t. (26) 152 Рис. 7. Система сил, действующих на заполненный водой капилляр При действии постоянной нормальной нагрузки интенсивностью  на симметричных концевых участках трещины, примыкающих к вершинам трещины в соответствии с решением Дж. Си [18], КИН при нормальном отрыве определяется по формуле     lalK arcsin21  . (27) Тогда КИН от температурного расширения воды, замкнутой ка- пиллярными силами в вершинах капилляра     cccwwt W t lblETK 2arcsin212, ,1, ,    . (28) Величина Рcs определится из cscstcs ETP  , . (29) При действии на берегах трещины постоянной нормальной () и сдвигающейся (τ) нагрузки КИН при нормальном отрыве и попе- речном сдвиге определяется по формулам Г.П.Черепанова [19] и В.В.Панасюка [20]: lK  ; (30) lK  . (31) 153 Рис. 8. Действие постоянных нормальных усилий на симметричных концевых участках трещин Рис. 9. Действие постоянной нагрузки на берегах трещины Тогда КИН от температурного расширения кристаллической си- стемы вычисляется из выражения 2, ,1, , ccscst cs t lETK    . (32) Если WtC cs tC C tC KKK ,1, , ,1, , ,1, ,         , то величина 1, ca уменьшается, и наоборот. Ширину раскрытия (радиус) капилляра определим из c c cs c b cc aaaa   1, , (33) где все входящие в (33) параметры определяются по формуле (11). Величина KII,t I,1 определяется по     2 , ,01, , 222 1 cc cccwwt cccscstkc t glblgtE gltEttcjsa K             . (34) В зависимости от ориентации замкнутых трещин или капилляров они могут быть заполнены жидкостью несимметрично, тогда ин- тенсивность напряжений в вершинах дефекта будет неодинакова. На такой капилляр действует система сил. При этом cs t mW t mC tt KKKK ,1, , ,,1, , ,,1, , 1, ,          , (35) 154 где   2,,1,,,,1,,,,1,, BCtACtmCt KKK   ; ACtK ,,1,, – коэффициент интен- сивности напряжений в точке А от действия сил Рс; BC tK ,,1, ,   – то же, в точке В;   2,,1,,,,1,,,,1,, BWtAWtmWt KKK   ; AWtK ,,1,, – КИН в точке А от действия сил Рw; BW tK ,,1, ,   – то же в точке В. Когда на верхнем и нижнем берегах трещины в точке, удаленной от центра трещины на расстояние b, приложены сосредоточенные нормальные, противоположные по направлению силы, КИН в соот- ветствии с решениями В.В. Панасюка, М.П. Саврука, А.П. Дацышин, Дж. Си, Г. Либовица, П. Париса, Дж. Ирвина, Г.П. Черепанова [21,22,23,19,17,18,24] определяются из выражения           221 blblMlblbliQPliKK    , (36) здесь и в дальнейшем величины IK и  IIK с нижним знаком отно- сятся к левой вершине трещины (х = –l), а с верхним – к правой (х = l). Рис. 10. Система сил, действующих на несимметрично заполненный водой капилляр Тогда коэффициент интенсивных напряжений от капиллярных сил в точках А и В соответственно     222,,1,, cccccc AC t lblblPK    , (37)     222,,1,, cccccc BC t lblblPK    , (38) 155    22,,1,,,,1,,,,1,, 422 blPKKK ccBCtACtmCt   . (39) Когда на берегах трещин на участке b  x  c приложены посто- янные нормальные () и сдвигающие () усилия, то, используя ре- шение Дж. Си и П. Париса [24], КИН равняются                               22 11 arcsinarcsin lblc lblc liiKK    . (40) Откуда КИН от действия сил Рw в точках А и В капилляра будут          2 , ,,1, , 212arcsin22 cccccwwt AW t lblbltEK , (41)          2 , ,,1, , 212arcsin22 cccccwwt BW t lblbltEK , (42)   cccwwt mW t lbltEK 2arcsin22, ,,1, ,    . (43) Рис. 11. Действие на берегах трещины сосредоточенных сил Рис. 12. Действие постоянной нагрузки на внутреннем участке верхнего и нижнего берегов трещины Интенсивность напряжений в каждой из вершин несимметрично заполненного водой капилляра может быть определена из cs t AW t AC t A t KlKKK ,1, , ,,1, , ,,1, , ,1, , 2          , (44) 156 cs t BW t BC t B t KlKKK ,1, , ,,1, , ,,1, , ,1, , 2          . (45) Рассмотрим краевые трещины или незамкнутые капилляры (ин- декс II), выходящие на поверхность (грань) образца. В первом температурном диапазоне на трещину (пору) действует система сил, при этом cs t W t C tt KKKK ,1, , ,1, , ,1, , 1, ,          . (46) Пусть к противоположным берегам трещины на расстоянии b от края полуплоскости приложены равные по величине, но обратные по направлению нормальные и касательные сосредоточенные силы. Тогда из решения, полученного В.В. Панасюком, М.П. Савруком, А.П. Дацышин [21,22,23] с помощью специальной аппроксимации сингулярного интегрального уравнения следует    clblciQPiKK   122 , (47) где  42 22 c . Тогда интенсивность напряжений в вершине краевого дефекта от действия капиллярных сил     ccccccccccCt lblPclblcPK  12122,1,, . (48) Когда на берегах трещины задана кусочно-постоянная нагрузка, а край полуплоскости свободен от напряжений, использовалось численное решение интегральных уравнений, на основе которого методом интерполяции Р. Хартранфт и Дж. Си построили аналити- ческое выражение для КИН [25,18]         lbflbliPiKK   1arccos22 . (49) 157 Рис. 13. Система сил, действующих на незамкнутый капилляр в первом температурном диапазоне Рис. 14. Полуплоскость с краевой трещиной при действии в произвольных точках ее берегов сосредоточенных сил Значения функции f(b/l) приведены Дж. Си [18] и могут быть ап- проксимированы выражением f(b/l) = 0,1215(1 – b/l). Интенсивность напряжений в вершине краевого дефекта от ли- нейного расширения пoровой воды            .11215,01arccos2 1arccos2,1,, cccccw cccccw W t lblblP lbflblPK     (50) Коэффициент интенсивности напряжений, вызванных расшире- нием кристаллической системы при увеличении температуры, определяется из выражения            .523,3 1215,015708,12 1arccos2 , , ,1, ,    ccscst ccscst ccs cs t ltE ltE ofolPK    (51) 158 Рис. 15. Действие кусочно-постоянной нагрузки на берегах краевой трещины в полуплоскости Выводы 1. В качестве теоретической основы метода приняты физиче- ские представления о механизме приращения объема трещин в мо- дели усадки бетона. 2. Основным расчетным критерием метода является обобщен- ный суммарный параметр трещиностойкости Kc. 3. Современные представления о механизме влажностной усадки, экспериментальные данные о величине капиллярного дав- ления (70 кПа через 180 мин. после распалубливания) позволяют выполнить аналитические решения для оценки напряженного со- стояния и трещиностойкости бетона в раннем возрасте на основе обобщенного критерия в терминах коэффициентов интенсивности напряжений. 4. Разработанный алгоритм расчета трещиностойкости при усадке позволяет учесть влияющие на капиллярное давление факто- ры: вид цемента, наличие модификаторов и минеральных добавок, условия выдерживания бетона после распалубливания (поверхност- ное смачивание, восполнение испарившейся воды, нормально- влажностное твердение). Список литературы 1. Kaprielov S., Sheynfeld A., Kardumian H., Dondukov V. Characteristics of the structure and properties of high-strength concrete, containing multicomponent modifiers including silica fume, fly ash and metakaolin // 16 International Baustofftagung (IBAUSIL). Weimar, Deutschland, September 20-23, 2006. Band 2, pp. 77-84. 159 2. Славчева, Г.С. Влажностная усадка модифицированного це- ментного камня в процессе раннего обезвоживания и после старе- ния / Г.С. Славчева, Е.М. Чернышов, Л.В. Ким // Современные тех- нологии и развитие политического образования: Дальневосточный федеральный ун-т, 19-23 сентября 2016. – Владивосток, РФ. 3. Yang Y., Sato R., Kawai K. (2005) Autogenous shrinkage of high-strength concrete containing silica fume under drying at early ages. Cem Concr Res 35(3): 449-456. 4. Semion Zhutovsky, Konstantin Kovler. Effect of internal curing on durability-relared properties of high performance concrete / Cement and Concrete Research 42 (2012). pp. 20-26. 5. Aïtcin P.C. The durability characteristics of high performance concrete: a review. Cement & Concrete Composites 25 (2003). pp. 409-420. 6. Ayano T. and Wittman F. (2002) Drying, moisture distribution, and shrinkage of cementbased materials. Materials and Structures 35(3): 134-140. 7. CEN EN 197-1, Cement-part 1: composition and specifications and conformity criteria for common cements, European Commission for Standardization (CEN), 2000, pp. 1-33. 8. ГОСТ 24544-81. Бетоны. Методы определения деформаций усадки и ползучести, 1982. 26 с. 9. ASTM C157/C157M-08 Standard Test Method for Length Change of Hardened Hydraulic-Cement Mortar and Concrete. ASTM International, West Conshohocken, PA, 2008, 7 p. 10. Slowik V., Schmidt M., Fritzsch R. (2008) Capillary pressure in fresh cement based marerials and identification of the air entry value. Cement & Concrete Composites 30(7) : 557-565. 11. Flatt R.J. Interparticle forces and superplasticisers in cement suspensions’. Phd thesis, No. 2040, 8 wiss Federal Institute of Technology (Zurich, 1999). 12. Flatt R.J. Dispersion forces in cement suspensions’. Cement and Concrete Research 34 (2004). pp. 399-408. 13. Flatt R.J. Towards a prediction of superplasticized concrete rheology. Materials and Structures 37 (2004). pp. 289-300. 14. Schmidt M., Slowik V. (2013a) Capillary pressure-controlled concrete curing in pavement construction. In: Proceedings of 2013 Airfield and Highway Pavement Conference. June 9-12, 2013, Los An- 160 geles, California, USA, American Society of Civil Engineers, 2013, 295-306. 15. Schmidt M., Slowik V. (2013b) Instrumentation for optimizing concrete curing. Concrete international 35(8), 60-64. 16. Slowik V., Schmidt M., Kässler D., Eiserbeck M. (2014) Capillary pressure monitoring in plastic concrete for controlling early- age shrinkage cracking. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, Volume 2441/ Concrete Materials 2014. 17. Irwin G.R. Analysis of stresses and strains near the end of a crack traversing plate// J. Appl. Mech. – 1957. – 24, №3. – pp. 361–364. 18. Sih G.C. Handbook of stress intensity factors. – Bethlehem: Lehigh University Press. 1973. – Vol 1. – 420 p. 19. Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения. – М. : Наука, 1974. – 640 c. 20. Панасюк В.В. Предельное равновесие хрупких тел с трещинами. – Киев: Наукова думка, 1968. – 246 c. 21. Панасюк В.В., Саврук М.П., Дацышин А.П. Распределение напряжений около трещин в пластинах и оболочках. – Киев: Наукова думка, 1976. – 246 c. 22. Саврук М.П. Двумерные задачи упругости для тел с трещинами. – Киев: Наукова думка, 1981. – 324 c. 23. Саврук М.П. Коэффициенты интенсивности напряжений в телах с трещинами. – Киев: Наукова думка, 1988. – 620 c. 24. Tada H., Paris P.C., Irwin G.R. The stress analysis of cracks – Hellrtown: Del Research Corp., 1973. – 385 p. 25. Hartranft R.J., Sih G.C. Alternating method applied to edge and surface crack problems// Methods of analysis and solutions of crack problems. – Leyden: Noord hoff intern. Publ., 1973. –pp.179–238. – (Mechanics of fracture; 1). 161 МЕТОДИКА РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ ИЗ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ТРУБ ШЕПЕЛЕВИЧ Н.И. РУП «Институт БелНИИС» 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК НА ТРУБЫ. 1.1 Нагрузки подразделяются на: постоянные и временные. Виды нагрузок и коэффициент надежности по нагрузке γf приведены в таблице 1. Таблица 1 – Коэффициент надежности от вида нагрузки № п/п Вид нагрузки и ее обозначение Коэффициент надежности,γf Постоянные 1 Собственный вес трубы, Gнсв 1,35 2 Давление грунта засыпки: - вертикальное, qv - горизонтальное, qn 1,2 1,2 (0,9) Временные, длительного действия 3 Давление, передающееся через грунт от временной по- движной нагрузки при расположении трубопровода в ме- стах регулярного движения транспорта (НГ60 или НК80): - вертикальное, pv - горизонтальное, pn 1,2 1,0 4 Гидростатическое давление грунтовых вод, рw , 1,1 (0,9) 5 Вес транспортируемой жидкости QJ 1,1 (0,9) Кратковременные нагрузки 6 Давление, передающееся через грунт от нагрузки класса Н10 или Н30 (в местах не регулярного движения автомо- бильного транспорта): - вертикальное, pv - горизонтальное, pn 1,2 1,2 (0,9) 7 Давление, передающееся через грунт от равномерно- распределенной нагрузки на поверхности 5 кН/м2 (в местах где движение транспорта невозможно): - вертикальное, pv - горизонтальное, pn 1,4 1,0 (0,8) Примечание. Значение коэффициента надежности по нагрузке γf , указанные в скобках, принимаются при расчете сечений для кото- рых нагрузка оказывает благоприятное (разгружающее) действие. 162 1.2 Давление грунта на трубы зависит от вида грунта и способа укладки. При строительстве трубопроводов открытым способом применяют три метода укладки труб: в траншею; под насыпь; в прорезь (см. рисунки 1–3). Рис. 1. Укладка труб в траншею на грунтовое профилированное основание Рис. 2. Укладка труб в насыпь на грунтовое профилированное основание Рис. 3. Укладка труб в прорезь на песчаную подушку 163 1.3. Грунты засыпки условно подразделяются на 4 группы. Таблица 2 – Группы грунтов Условная группа грунта засыпки Наименование грунтов Удельный вес γгр, кН/м3 Модуль деформации при уплотнении пазух, Eгр. МПа Нормальн. Повышен. Намывом 1 2 3 4 5 6 Г-I Пески, кроме пыле- ватых 16,7 7,0 14,0 21,5 Г-II Пески пылеватые 16,7 3,9 7,4 9,8 Г- III Супеси и суглинки 17,7 2,2 4,4 --- Г-IV Глины 18,6 1,2 2,4 --- 1.4. При засыпке трубопроводов должно производиться послой- ное уплотнение грунта в пазухах траншеи с обеспечением коэффи- циента уплотнения Ку не менее: 0,85 – при нормальной степени уплотнения; 0,93 – при повышенной степени уплотнения; 0,97 – при уплотнении песчаных грунтов намывом. Для обеспечения расчетной работы трубы уплотнение грунта должно производиться не менее чем на 30 см выше верха трубы. 1.5. Нормативное значение вертикального давления грунта qv определяется по формулам: - при укладке труб в траншее: qv = n Н  В/Dm  kтр.  ψ; (1) - при укладке труб в насыпи: qv = n Н  Dе /Dm  kн; (2) - при укладке труб в прорези: qv = n Н  Вп /Dm  kпр , (3) где Н, Dе , В, Вп, Вср и hc – геометрические размеры по рисункам; Если ψ ≤ Dе /B, то принимают ψ = Dе /B. 1.6. Значения коэффициентов kтр, kн и kпр принимают по табли- цам. 1.7. Нормативное значение горизонтального (бокового) давления грунта на трубы определяется по формулам: - при укладке труб в траншее qn = n Н  В/Dm  kтр.  тр; (4) - при укладке труб в насыпи qn = n (Н +0,5 De) De /Dm  н; (5) - при закрытой проходке qn = n hc τn. (6) 164 При укладке труб в прорезь боковое давление грунта не учиты- вается. Таблица 3 – Коэффициент для категорий грунтов H/Bср Коэффициент kтр при категории грунтов засыпки Г-I Г-II, Г-III Г-IV 0 0,2 0,4 1,000 0,962 0,928 1,000 0,968 0,937 1,000 0,974 0,948 0,6 0,8 0,896 0,867 0,910 0,883 0,925 0,902 1,0 1,2 1,4 0,839 0,806 0,796 0,862 0,831 0,823 0,882 0,865 0,849 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 0,725 0,630 0,555 0,490 0,435 0,750 0,660 0,585 0,520 0,470 0,780 0,690 0,620 0,560 0,505 Таблица 4 – Коэффициент kн для грунтовых оснований Вид грунта основания Модуль дефор- мации грун- та Eгр. МПа Коэффициент kн при отношении h/de > 2,5 и укладке труб на ненарушенное грунто- вое основание Плоское Профилированное с углом охвата 2α Бетонный фундамент с 2α = 120° 75° 90° Пески крупные и средние: - рыхлые; - средней плотности; - плотные менее 25 25< Eгр <40 Более 40 1,10 1,25 1,40 1,15 1,28 1,43 1,20 1,30 1,45 1,30 1,40 1,50 Пески мелкие: - рыхлые; - средней плотности; - плотные менее 20 20< Eгр <33 Более 33 1,10 1,25 1,40 1,15 1,28 1,43 1,20 1,30 1,45 1,30 1,40 1,50 Пески пылеватые: - средней плотности; - плотные Менее 18 18 и более 1,10 1,25 1,15 1,28 1,20 1,30 1,30 1,40 Супеси менее 9 9 ≤ Eгр < 22 22 ≤ Eгр < 40 Более 40 1,10 1,25 1,40 1,60 1,15 1,28 1,43 1,60 1,20 1,30 1,44 1,60 1,30 1,40 1,50 1,60 165 Окончание таблицы 4 Суглинки менее 7 7 ≤ Eгр < 17 17 ≤ Eгр < 30 Более 30 1,10 1,25 1,40 1,60 1,15 1,28 1,43 1,60 1,20 1,30 1,45 1,60 1,30 1,40 1,50 1,60 Глины менее 5 5 ≤ Eгр < 13 13 ≤ Eгр < 23 Более 23 1,10 1,25 1,40 1,60 1,15 1,28 1,43 1,60 1,20 1,30 1,45 1,60 1,30 1,40 1,50 1,60 Таблица 5 – Значение коэффициента kп hx /Dе 0 0,1 0,3 0,5 0,7 1,0 Коэффициент kп 1,0 0,83 0,71 0,63 0,57 0,52 5.4.12 Значения коэффициентов тр и н принимают по таблице в зависимости от категории грунта засыпки и степени его уплотнения. Таблица 6 – Значения коэффициентов тр и н Группа грунта засыпки Коэффициенты λтр, λн и η при степени уплотнения засыпки: Нормальной (не контролируемой) повышенной (контролируемой) Плотной, при намыве (кон- тролируемой) При укладке труб в траншею насыпь траншею насыпь траншею λтр η λн η λтр η λн η λтр η Г-I, 0,15 0,93 0,33 0,84 0,40 0,82 0,50 0,78 0,50 0,78 Г-II, Г-III, 0,10 0,95 0,25 0,88 0,30 0,85 0,40 0,82 ----- ----- Г-IV 0,05 0,97 0,15 0,93 0,20 0,88 0,30 0,88 ----- ----- 2.Определение внутренних усилия в стенке трубы. 2.1. Расчетная схема сечений стенки трубы приведена на рис. 4. Рис. 4. Расчетная схема трубы    166 На рис. 4 pv и pn – соответственно вертикальное и горизонтальное давление; p* - реакция основания трубопровода. 2.2. Изгибающие моменты М1,2,3 определяются по формулам М1,2,3 =  (pv - pn )  rm 2  b; или (7) М1,2,3 =  pv (1-  )  rm 2  b; (8) где  - коэффициент, учитывающий положение сечения и тип осно- вания; rm и b – средний радиус трубы и расчетная ширина сечения;  – коэффициент горизонтального давления. 2.3. Расчетная схема трубы по методу «упругого пространства H H 1 2 D e De B 2DeB 2De 3 42 1 M1,pl M1,pl M1,pl M1,pl 5 5 6 7 p p Рис. 5.Расчетная конечно-элементная модель трубы в траншее: 1 – стержневые конечными элементами 1; 2 – стержневых элементов с жесткостью на сжатие (зона контакта); 3 – плоские элементы грунта засыпки; 4 – элементы грунта ненарушенной структуры; 5 – зона уплотнения; 6 – зона контакта трубы с основанием. 167 3. Методика расчета ширины раскрытия трещин 3.1 Расчетная конечно-элементная модель фрагмента трубы представлена на рисунке. Рис. 6. Расчетная модель продольных сечений стенки трубы 3.2. Мозаика напряженно-деформированного состояния сечений стенки трубы при нагружении и места образования продольных трещин в стенке трубы приведены на рисунке 7. 168 Рис. 7. Мозаика напряженно-деформированного состояния сечений стенки трубы 169 3.3. Расчетную ширину раскрытия трещин wk, определяют по формуле: m m bt,m s,k )(w s  где s.m и bt,m — средние значения относительных деформаций рас- тяжения арматуры и бетона: ; , sm — среднее расстояние между трещинами, определяемое из конечно-элементной модели. В таблице 7 приведены результаты расчета ширины раскрытия трещин в продольных сечениях стенки трубы. Таблица 7 – Результаты расчета ширины раскрытия трещин Нагрузка, кН/м Ширина раскрытия трещин согласно различным методикам СНиП 2.03.01-В84* СНБ 5.03.01-02 СНиП 2.05.03-84 Опытные данные Расчетная модель Труба ТБ 100.25-5 115 0,19 0,20 0,23 0,1 0,12 135 0,23 0,25 0,26 0,2 0,21 155 0,32 0,36 0,37 0,28 0,30 Труба ТБ 200.25-3 110 0,12 0,13 0,13 0,08 0,09 125 0,27 0,29 0,29 0,2 0,23 140 0,49 0,55 0,56 0,42 0,44 Вывод. Результаты расчета ширины раскрытия трещин по разработан- ной методике наиболее близки к опытным значениям.     i ii sm n n      i ii mbt n n  , , 170 ОБ ЭТАЖНОСТИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ ШЕВКО В.В. Белорусский национальный технический университет При проектировании сложных производственных объектов с вертикально ориентированной технологической схемой (например, производство хлебопродуктов, растительных масел методом экс- тракции) существенным фактором является этажность здания. Согласно [1] этаж - часть здания, ограниченная по высоте полом и перекрытием или полом и покрытием. В указанных выше объек- тах междуэтажных перекрытий, в общепринятом смысле слова, нет. Внутри здания на разных высотных отметках имеются площадки из просечного стального листа, частично монолитные, опирающиеся на конструкции здания, предназначенные для установки и обслу- живания оборудования. Согласно [3] п.4.2 при определении этажности здания учитыва- ются площадки, ярусы этажерок и антресоли, площадь которых на любой отметке составляет более 40 % площади этажа здания. Ука- занная выше норма заимствована из СНиП 2.09.02-86* Производ- ственные здания п.4 [4]. С другой стороны по ТКП 45-2.02-142-2011* [5] перекрытие ха- рактеризуется предельными состояниями по огнестойкости: —потерей несущей способности вследствие обрушения кон- струкции или возникновения предельных деформаций R; —потерей целостности в результате образования в конструкции сквозных трещин или отверстий, через которые на необогреваемую поверхность проникают продукты горения и (или) пламя Е; —потерю теплоизолирующей способности вследствие повыше- ния температуры на необогреваемой поверхности конструкции до предельных значений I или достижение предельной величины плотности теплового потока на нормируемом расстоянии от необо- греваемой поверхности конструкции W. Площадки из просечного стального листа не являются между- этажными перекрытиями, т.к. не соответствуют, по меньшей мере, требованиям по потере целостности и теплоизолирующей способ- ности. Производственные здания с площадками из просечного 171 стального листа, частично монолитные, опирающиеся на конструк- ции здания, предназначенными для установки и обслуживания обо- рудования следует считать одноэтажными. Предельно допустимая площадь этажа здания в пределах пожар- ного отсека зависит согласно [2] от категории по взрывопожарной и пожарной опасности (ВПО), степени огнестойкости и этажности. Например, при требуемой площади этажа 3500 м2 и категории по ВПО А, здание IV степени огнестойкости может быть до шести этажей, V степени огнестойкости – до двух этажей, а VI степени огнестойкости – только одноэтажным. Для одноэтажного здания категории по ВПО А допустимая площадь этажа здания IV степени огнестойкости не нормируется (т.е. не ограничивается), V степени огнестойкости – 5200 м2, а VI степени огнестойкости – 3500 м2. Аналогичная ситуация по соотношению категории по ВПО, сте- пени огнестойкости, допустимой площади этажа в пределах пожар- ного отсека и этажности для зданий категории Б и В. Требование по пределу огнестойкости строительных конструк- ций в зависимости от степени огнестойкости производственных зданий выполненных в металлическом каркасе существенно влияет на стоимость огнезащитного покрытия строительных конструкций. Минимальный предел огнестойкости и класс пожарной опасности регламентируются степенью огнестойкости здания. В качестве примера, ниже приведены сравнительные данные по стоимости устройства огнезащитного покрытия маслоэкстракцион- ного завода (МЭЗ). Для корпуса подготовки семян к экстракции и корпуса экстрак- ции МЭЗ с производственной мощностью 2000 тонн в сутки пере- работки маслосемян рапса или соевых бобов основные объемно- планировочные, конструктивные характеристики и стоимость огне- защитного покрытия в зависимости от принятой этажности зданий приведены в таблицах 1-2. Основные производственные помещения: участок подготовки семян в корпусе подготовки семян к экстракции и участок экстрак- ции в корпусе экстракции имеют категорию по ВПО соответственно В1 и А и являются однообъемными. 172 Таблица 1 – Корпус подготовки семян к экстракции Корпус подготовки семян к экстракции К ат ег ор ия з да ни я по В П О п о [6 ] Э та ж -н ос ть О бъ ем з да ни я, м 3 Д оп ус ти м ая с те пе нь о г- не ст ой ко ст и по [ 5] Ф ак ти че ск ая п ло щ ад ь эт аж а, м 2 Д оп ус ти м ая п ло щ ад ь эт аж а по [ 2] М ас са м ет ал ло ко н- ст ру кц ий , т С то им ос ть о гн ез ащ ит ы м ет ал ло ко н- ст ру кц ий , ты с. B Y N В 6 65000 IV 9400 15200 1020 1060 В 1 65000 IV 9400 не норм. 1020 1060 В 1 65000 VI 9400 10400 1020 590 Таблица 2 – Корпус экстракции Корпус экстракции К ат ег ор ия з да ни я по В П О п о [6 ] Э та ж -н ос ть О бъ ем з да ни я, м 3 Д оп ус ти м ая с те пе нь ог не ст ой ко ст и по [ 5] Ф ак ти че ск ая п ло щ ад ь эт аж а, м 2 Д оп ус ти м ая п ло щ ад ь эт аж а по [ 2] М ас са м ет ал ло ко н- ст ру кц ий , т С то им ос ть о гн ез ащ и- ты м ет ал ло ко н- ст ру кц ий , т ы с. B Y N А 5 24000 IV 3200 4000 360 375 А 1 24000 IV 3200 не норм. 360 375 А 1 24000 VI 3200 3500 360 208 На основании приведенных выше данных, можно сделать сле- дующие выводы: 1. В зависимости от этажности производственного здания стои- мость устройства огнезащитного покрытия увеличивается в 1,8 раза. 173 2. Определение этажности производственных зданий с верти- кально организованным технологическим процессом по [3] не в полной мере соответствует современным технологиям. Литература 1. СТБ 1900-2008 Строительство. Основные термины и определения. 2. ТКП 45-2.02-34-2006 *Здания и сооружения. Отсеки пожарные. Нормы проектирования. 3. ТКП 45-3.02-90-2008 Производственные здания. Строительные нормы проектирования. 4. СНиП 2.09.02-85*. Производственные здания/Госстрой СССР. - М.: АПП ЦИТП, 1991. -16с. (отмененный). 5. ТКП 45-2.02-142-2011* Здания, строительные конструкции, материалы и изделия. Правила пожарно-технической классификации. 6. ТКП 474-2013 Категорирование помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности. 174 МЕТОДЫ ОЦЕНКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПЛИТНЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ АВТОДОРОЖНЫХ МОСТОВ ПАСТУШКОВ Г.П. Белорусский национальный технический университет Рис. 1. Схемы уширения и усиления балочных пролетных строений монолитной накладной плитой с устройством крайних сборно-монолитных балок с напрягаемой арматурой 175 Рис. 2. Изменение значений нагрузок от автотранспортных средств с течением времени Рис. 3. Расчетный пролет 17 6 Р ис . 4 176 177 ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМЫ МАШИН ДЛЯ ЗАГОТОВКИ ЩЕПЫ С ТРУДНОПРОЕЗЖАЕМЫХ УЧАСТКОВ МЕЛИОРАТИВНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА ВАВИЛОВ А.В. Белорусский национальный технический университет Цель исследований: предложить систему машин для заготовки щепы с труднопроезжаемых участков мелиоративного строитель- ства, обеспечивающую вовлечение при минимальных затратах не- используемого резерва древесно - кустарниковой растительности в энергетику. Решаемые задачи: 1. Изучить и проанализировать сложившийся машинный парк ме- лиоративных организаций Беларуси, конкретней машин, возмож- ных для задействования при заготовке щепы. 2. Обосновать основные требования и принципы формирования системы машин. 3. Выявить факторы, влияющие на выбор машин для заготовки щепы. 4. Исследовать обрабатываемую среду, взаимодействие с ней ма- шин, подобрать базовые машины и технологическое оборудование к ним для эффективного выполнения основных операций заготовки щепы. 5. Обосновать систему машин для заготовки щепы с труднопроез- жаемых участков. Основные требования и принципы формирования системы машин: 1. Обеспечение комплексной механизации при заготовке топлив- ной щепы, исключив трудоемкие процессы, выполняемые вручную. 2. Использование уже имеющихся и недостаточно задействован- ных машин, в том числе в смежных отраслях, путем придания им новых функций за счет применения сменных рабочих органов. 3. Применение машин, совмещающих выполнение нескольких технологических операций. 4. Внедрение прогрессивных технологических процессов, направ- ленных на снижение затрат по заготовке щепы. 17 8 Р ис . 1 . К ла сс иф ик ац ия ф ак то ро в, в ли яю щ их н а вы бо р м аш ин 178 179 Рис. 2. Машины для срезания и пакетирования ДКР на базе трактора Беларус Л1121-02 (с арочными шинами 1140х600) и манипулятора с грузовым моментом 50 кН.м и на базе экскаватора ЭО-3223 с шириной гусеницы 960 мм где V – объем ДКР, срезаемой за 1 рабочий цикл, м3; kв – коэффициент использования машины по времени, принима- ем kв =0,87; tц – время рабочего цикла срезающе-пакетирующей машины, с Рис. 3. Машины для сбора ДКР: машина БЕЛАРУС ОПЛ с трактором Беларус Л82.2-02 и манипулятором с грузовым моментом 42 кН.м. Тележка с арочными шинами 1300х750; машина БЕЛАРУС МПТ -461.1 ,, 3600 3 ч м t kV П Ц В ЭСП   18 0 Т аб ли ца 1 – Х ар ак те ри ст ик и м аш ин Наименование машины Марка машины Состояние производства Конструктивные и технологические особенности Базовая машина О сн ов ны е па ра - м ет ры Число обслуживающего персонала Операции, на которых применяется машина Завод- изготовитель Грузоподъем- ность, кг Масса, кг Грузовой момент, к.Н . м 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 М аш ин а дл я ср ез ан ия и па ке ти ро ва - ни я др ев ес но - ку ст ар ни ко - во й ра ст и- те ль но ст и - по дл еж ит р аз ра бо т- ке с ре за ю щ е- па ке ти ру ю щ ий ра бо чи й ор га н к м ан ип ул ят ор у с гр уз ов ы м м ом ен то м 50 к Н . м Т ра кт ор Л 12 21 - 02 с а ро чн ы м и ш ин ам и 11 40 х6 00 50 1 С ре за ни е и па ке ти - ро ва ни е др ев ес но - ку ст ар ни ко во й ра ст ит ел ьн ос ти (Д К Р ) на о бъ ек та х м ел ио ра ци и. О А О «А м ко до р- уп ра вл я- ю щ ая ко м па ни я хо лд ин га » М аш ин а дл я ср ез ан ия и па ке ти ро ва - ни я др ев ес но - ку ст ар ни ко - во й ра ст и- те ль но ст и - по дл еж ит р аз ра бо т- ке с ре за ю щ е- па ке ти ру ю щ ий ра бо чи й ор га н к м ан ип ул ят ор у с гр уз ов ы м м ом ен то м 50 к Н . м О дн ок ов ш ов ы й ги др ав ли че ск ий эк ск ав ат ор А м ко до р 92 3 (Э О -3 22 3) с ш ир ин ой г ус е- ни цы 9 60 м м 50 1 С ре за ни е и па ке ти - ро ва ни е др ев ес но - ку ст ар ни ко во й ра ст ит ел ьн ос ти (Д К Р ) на о бъ ек та х м ел ио ра ци и. О А О «А м ко до р- уп ра вл я- ю щ ая ко м па ни я хо лд ин га » М аш ин а дл я сб ор а др ев ес - но - ку ст ар ни ко - во й ра ст и- те ль но ст и Беларус ОПЛ Н ах од ит ся в п ро из - во дс тв е на М оз ы р- ск ом м аш ин ос тр ои - те ль но м з ав од е Т ра кт ор Б ел ар ус Л 82 .2 -0 2 (т ел еж - ка с а ро чн ы м и ш ин ам и 13 00 х7 50 ) 70 00 14 50 42 1 С бо р ср ез ан но й др ев ес но й ра ст и- те ль но ст и и до ст ав - ка е ё к ру би ль но й м аш ин е Мозырский машинострои- тельный завод 180 18 1 О ко нч ан ие т аб ли цы 1 М аш ин а дл я сб ор а ле со - се чн ы х от хо - до в Беларус МПТ-461.1 Н ах од ит ся в п ро из - во дс тв е на М оз ы р- ск ом м аш ин ос тр ои - те ль но м з ав од е Т ра кт ор Б ел ар ус Л 82 .2 -0 2 с ар оч - ны м и ш ин ам и 11 40 х6 00 90 00 89 50 42 1 С бо р ср ез ан но й др ев ес но й ра ст и- те ль но ст и и до ст ав - ка е ё к ру би ль но й м аш ин е Мозырский машино- строитель- ный завод М аш ин а дл я сб ор а ле со - се чн ы х от хо - до в Беларус МПТ-471 Н ах од ит ся в п ро из - во дс тв е на М оз ы р- ск ом м аш ин ос тр ои - те ль но м з ав од е Т ра кт ор Б ел ар ус Л 12 21 -0 2 с ар оч ны м и ш и- на м и 11 40 х6 00 10 00 0 92 59 50 1 С бо р ср ез ан но й др ев ес но й ра ст и- те ль но ст и и до ст ав - ка е ё к ру би ль но й м аш ин е Мозырский машино- строитель- ный завод Р уб ил ьн ая м аш ин а Беларус МР-25-02 Н ах од ит ся в п ро из - во дс тв е на М оз ы р- ск ом м аш ин ос тр ои - те ль но м з ав од е 17 70 42 1 И зм ел ьч ен ие Д К Р и ле со се чн ы х от хо до в на т оп ли вн ую щ еп у Мозырский машино- строитель- ный завод Т оп ли во во з МАЗ-631289 МПР с контейнером 30 м3 М А З- 63 12 89 20 00 0 1 С бо р щ еп ы в с ъе м - ны й ко нт ей не р, по гр уз ка , д ос та вк а ег о к эн ер го ис то ч- ни ку и в ы гр уз ка щ еп ы М А З и О О О К В - па рт нё р А гр ег ат ко нт ей не рн ы й Беларус ПК-12 с кон- тейнером 24 м3 Н ах од ит ся в п ро из - во дс тв е на М оз ы р- ск ом м аш ин ос тр ои - те ль но м з ав од е Т ра кт ор Б ел ар ус тя го во го кл ас са 2 12 00 0 50 00 - 1 С бо р щ еп ы в с ъе м - ны й ко нт ей не р, по гр уз ка , д ос та вк а ег о к эн ер го ис то ч- ни ку и в ы гр уз ка щ еп ы М оз ы р- ск ий м аш ин о- ст ро и- те ль ны й за во д 181 182 РАЗРАБОТКА ТЕОРИИ И МЕТОДОЛОГИИ ВИБРОЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ, ПОДВЕРГАЮЩИХСЯ ИНТЕНСИВНЫМ ВИБРАЦИОННЫМ ВОЗДЕЙСТВИЯМ, НА ОСНОВЕ ВНЕДРЕНИЯ НОВЫХ ЭФФЕКТИВНЫХ ВИБРОГАСЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ И СТРОИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ДОЛГОСРОЧНУЮ ЭКСПЛУАТАЦИОННУЮ НАДЕЖНОСТЬ ВИБРОЗАЩИЩАЕМЫХ ОБЪЕКТОВ И ТРЕБУЕМЫЙ САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИЙ КОМФОРТ ПО УРОВНЯМ ВИБРАЦИИ И ШУМА ВАСИЛЕВИЧ Ю.В. Белорусский национальный технический университет Рис. 1. Монтаж виброизоляторов при строительстве лечебно-диагностического корпуса в технической зоне Минского метрополитена 183 Рис. 2. Виброизоляция несущих стен здания современного многозального кинотеатра «Беларусь», расположенного над тоннелями действующего метрополитена мелкого заложения. Рис. 3. Тип полиуретанового виброизолятора, используемого при виброизоляции зданий. Рис. 4. Последовательность приведения виброизоляторов в рабочее положение 184 КОНТРОЛЬ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА НЕРАЗРУШАЮЩИМИ МЕТОДАМИ: ПОВЫШЕНИЕ ДОСТОВЕРНОСТИ НА ОСНОВЕ ИХ КОМБИНИРОВАНИЯ СНЕЖКОВ Д.Ю., ЛЕОНОВИЧ С.Н. Белорусский национальный технический университет Введение. Неадекватность по напряженно-деформированному состоянию бетона в зонах протекания измерительных процессов известных неразрушающих методов испытания ни между собой, ни процессу прессового испытания бетонного образца на одноосное сжатие по ГОСТ 10180-2012 «Бетоны. Методы определения проч- ности по контрольным образцам» составляет основную проблему неразрушающих испытаний прочности бетона конструкций. Прояв- ляется она в том, что косвенные параметры разных неразрушающих методов испытаний в разной степени подвержены влиянию измене- ний физико-механический свойств контролируемого бетона. Это значит, что оценки прочности разными неразрушающими методами могут различаться, поскольку они в разной степени зависят не толь- ко от фактической прочности бетона (определяемой прессовыми испытаниями образцов), но и от других его параметров: модуля упругости, динамической вязкости, структурной неоднородности и др. Чувствительность к указанным параметрам бетона у методов испытаний, имеющих различие в физической основе, тоже разная. Данное обстоятельство, с одной стороны, позволяет говорить о се- лективной чувствительности того или иного неразрушающего ме- тода к физико-механическим параметрам бетона, а с другой, - от- крывает возможность повышения точности и достоверности кон- троля путем объединения (комбинирования) нескольких неразрушающих методов. Особую актуальность вопрос достоверно- сти контроля приобретает в условиях монолитного строительства, где учет факторов, приводящих к вариации прочностных показате- лей бетона, затруднен. Исходным пунктом предлагаемого решения задачи комбиниро- вания является подбор неразрушающих методов, обладающих свой- ством комплементарности (взаимной дополнительности) [1, 2], вы- 185 ражающемся во взаимной полной или частичной компенсации не- которых погрешностей при определении прочности бетона. Алгоритм комбинирования. Имеется ряд публикаций [3, 4, 5, 6], в которых рассматриваются алгоритмы объединения на уровне косвенных параметров ультра- звукового импульсного метода и метода упругого отскока, - так называемый SonReb метод. Прочность бетона fc рассматривается как функция двух косвенных параметров - скорости ультразвукового импульса V и индекса отскока I. Большое [5, 6] многообразие зави- симостей fc = F(V, I) свидетельствует о значительной неопределен- ности результата объединения методов. Другой подход [1, 2] основан на объединении не косвенных па- раметров методов, а полученных каждым из методом оценок проч- ности бетона. Методически подбор комплементарных методов и алгоритм их объединение может базироваться: - на основе статистического анализа массива экспериментальных данных испытаний одних и тех же образцов бетона разными мето- дами при достаточно широком спектре факторов вариации прочно- сти, анализируя результаты испытания образцов на предмет их кор- реляции; - на основе анализа физики процессов, лежащих в основе изме- рений прочности бетона, уточняя характер влияния вариабельных факторов на косвенные параметры рассматриваемых методов испы- таний, включая в комплекс те методы, у которых чувствительность к вариабельным факторам разного знака. Обе методики комбинирования приводят в итоге к одинаковому алгоритму объединения – с использованием весовых коэффициен- тов, - так называемому аддитивному объединению вида           j j,cj j j j j,cj c f f f , (1) где fc,j – оценка прочности бетона j-м методом; μj – весовой коэффи- циент j-го метода. Алгоритм (1) при статистическом подходе является фактически алгоритмом обработки массива данных неравноточных измерений. 186 В качестве весовых коэффициентов используются величины об- ратно пропорциональные дисперсиям оценок прочности fc,j. Рис. 1. Алгоритм аддитивного объединения оценок прочности 2-х методов испытаний Трудности определения весовых коэффициентов на основе ре- презентативного массива данных испытаний заключаются не только в большом объеме экспериментальной работы, но и в необходимо- сти учета неисключенных систематических погрешностей, которые должны рассматриваться как случайные величины и могут быть представлены соответствующими многомерными законами распре- делений. Объем испытаний – количество совместных измерений контролируемого параметра M – будет определяться по формуле kn...nnM  21 , (2) где ni – количество испытаний при построении градуировочных за- висимостей для i-го метода в отдельности. Отдельные составляющие погрешностей могут быть коррелиро- ваны между собой, что дополнительно усложняет анализ данных. Эти связи между суммируемыми составляющими погрешности должны быть учтены. Среднее квадратическое отклонение суммы двух коррелированных оценок прочности бетона определяется вы- ражением 2 221 2 1 2  r , (3) 187    21 1 22111      n i ci,cci,c ffff n r , где r – коэффициент корреляции; σ1, σ2 - среднеквадратическое от- клонение оценок прочности бетона соответствующим методом. Если величины fc1 и fc2 слабо коррелированны, то r ≈ 0 и диспер- сия суммарной оценки σΣ 2 прочности будет равна сумме дисперсий 2 2 2 1  . (4) При близких значениях σ1, σ2 весовые коэффициенты μ1 и μ2 также будут приблизительно равны, дисперсия среднего арифмети- ческого fc1 и fc2 будет равна дисперсии для каждого из методов, то есть, выигрыш от комбинирования методов отсутствует. При сильной корреляции величин fc1 и fc2 , r ≈ ±1 21  . (5) Очевидно, что критерием для отбора двух комплексообразую- щих методов может явиться отрицательное значение коэффициента корреляции r. В этом случае показатель неопределенности σΣ ком- бинированной оценки прочности (или иного параметра) бетона бу- дет меньше, чем этот показатель каждого из методов в отдельности. Разработанный НИЛ ПГС кафедры «Технология строительного производства» БНТУ комплексный метод, использующий объеди- нение оценок прочности ультразвукового импульсного метода и метода упругого отскока, базируется на стандартных неразрушаю- щих методах и не требует внесения в них изменений, лишь допол- няется расчетной процедурой по формуле (1). Физическая основа методики комбинирования. Для изотропной, квазиоднородной, упругопластичной среды, зависимость показаний прибора метода упругого отскока - индекса отскока бойка I, в пер- вом приближении может быть представлена в следующем виде: 0 45 I E I * d / d    , (6) где σd – динамический предел прочности материала; Еd* – приве- денный динамический модуль упругости системы «испытуемый материал – индентор», ψ и I0 – коэффициенты, зависящие от физи- 188 ческих и конструктивных параметров ударного механизма склеро- метра: энергии удара, массы индентора и др. Присутствие параметра Еd* в формуле (6) вносит неоднознач- ность оценки прочностного показателя σd бетона по индексу отско- ка бойка I. Акустические методы, в частности, ультразвуковой импульсный по ГОСТ 17624-2012 «Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности» и СТБ EN 12504-2014 «Методы контроля бетона в кон- струкциях ч.4: Определение скорости распространения ультразву- кового импульса» в значительной мере свободны от этого недостат- ка. Даже при использовании поверхностного «прозвучивания» кон- струкции на базе измерения 12…15 см, толщина поверхностного слоя бетона, влияющего на распространения упругой волны, со- ставляет 3…4 см. Скорость распространения УЗК в бетонном мас- сиве определяется его упругими свойствами, в соответствии с фор- мулами классической акустики )21)(1( )1( 1    E c , lt c E c    61,0 )1(2 , (7) где сl , сt – скорости распространения продольной и поперечной упругих волн в массиве; ρ – плотность материала; Е, ν - динамиче- ские модуль упругости и коэффициент Пуассона соответственно. Алгоритм комбинированного метода оценки прочности бетона fc,comb базируется на коррекции данных метода упругого отскока по ГОСТ 22690-2015 «Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля», которые принимаются за опорные, поправкой, являющейся функцией разницы оценок проч- ности бетона ультразвуковым импульсным методом [1] и опорного метода, в соответствии с формулой )f(ff cbas,ccomb,c  , (8) где Δfc = fc,add - fc,bas; fc,bas, fc,add – оценки прочности бетона опорным (базовым) и дополнительным методами соответственно. Практиче- ски, поправочную функцию δ можно аппроксимировать линейной зависимостью вида k fk f cc    1 )( , где k – коэффициент, рассчитываемый по формуле 189 addc basc df df k , ,  . (9) С учетом формул (6), (7) выражение для k приобретает вид  4 * * 2* 22 , , , 112 )21( 5 4 c I c c cShc usc Shc E E EA f df df k             , (10) где fc,Sh, fc,us – соответственно, оценки прочности бетона склеромет- ром Шмидта и ультразвуковым методом; E*c – приведенный модуль упругости бетона; νс - коэффициент Пуассона бетона; E*I – приве- денный модуль упругости индентора. Результаты натурных испытаний. На рисунке приведены данные испытаний бетона монолитных колонн, имеющих близкие сроки набора прочности, неразрушающими методами, включая ме- тод отрыва со скалыванием (ОМШ-1), ультразвуковой импульсный метод (УЗ), метод ударного импульса (ИПС-МГ4) и описанный вы- ше комбинированный (комплексный) методом с объединением оце- нок прочности по формуле    1 21 ,is,is I,is ff f , (11) где fis,1 и fis,2 – оценки прочности бетона конструкции методами об- разующими комбинированный метод; Θ- относительный коэффици- ент влияния. Таблица 1 – Значения относительного коэффициента влияния Θ для бетона классов С25/30...С35/45 Срок тверде- ния бетона tH, сутки 1≤tH<2 2≤tH<4 4≤tH<7 7≤tH<28 28≤tH Θ 3.5 2.4 1.9 1.5 1.35 Ордината гистограмм соответствует разнице оценок прочности бетона колонн методом отрыва со скалыванием fc,СКОЛ и соответ- ствующим неразрушающим методом fc,I, то есть: Δfc,I = fc,СКОЛ - fc,I; 190 индексы горизонтальной оси графика соответствуют условным но- мерам колонн. Для первых двух методов испытаний использовались градуировочные зависимости «косвенный параметр – прочность бетона», полученные стандартной методикой совместных с прессо- выми испытаний образцов-кубов. Данные метода ударного импуль- са (прибор ИПС-МГ4.01) корректировались поправочной функцией вида fc,ИПС =29,3·ln(fc,basic) - 57,9, МПа, где fc,basic – оценка прочности бетона, полученная с использованием базовой градуировки прибора, fc,ИПС - оценка прочности бетона с учетом коррекции. Среднее значение прочности бетона fcm,СКОЛ данной группы ко- лонн по данным метода отрыва со скалыванием составило 45,2 МПа, при коэффициенте вариации Vc =10,8%. Как следует из таблицы, наименьший разброс оценок (показа- тель SТm/fcm,СКОЛ) обеспечивается совместным использованием мето- дов упругого отскока и ультразвукового импульсного. Рис. 2. Разница оценок прочности бетона монолитных колонн 500х500 мм (группа I) методом отрыва со скалыванием и неразрушающими методами: бетон проектного класса С35/45, срок твердения – 115…140 суток, (экспертный метод – отрыв со скалыванием) 191 Таблица 2 – Показатели погрешности оценки прочности бетона монолитных колонн неразрушающими методами Тип прибора Группа колонн I Группа колонн II STm/fcm,СКОЛ, % Коэфф. корелл. r Ср.прочн. для группы fcm, МПа STm/fcm,СКОЛ, % Коэфф. корелл., r Ср.прочн. для груп- пы fcm, МПа ОМШ-1 12,4*/7,7 0,92 42,0 8,0 0,96 42,9 УК1401 10,8*/9,6 0,85 46,2 9,2 0,87 44,8 комб. ОМШ+УК 8,1*/5,3 0,95 43,7 4,4 0,96 43,3 ИПС-МГ4 12,0/10,1 0,93 47,8 8,5 0,91 45,7 Скол-МГ4 0 1 45,2 0 1 43,9 SТm – среднее значение остаточного среднего квадратического отклонения оценок прочности бетона группы колонн неразрушаю- щим методом SТm =(Σ SТ)/n; * - данные получены без коррекции градуировочных зависимо- стей Остаточное среднее квадратическое отклонение SТ оценки проч- ности бетона каждой колонны для каждого из методов определя- лось по формуле 2 1 2      n )ff( S n j СКОЛ,c i j,cube.c i T , (12) где fc.cube,j i – оценка прочности j-го участка контроля i-м неразруша- ющим методом; fc,СКОЛ – оценка прочности бетона колонны по ГОСТ 22690-2012; n – количество испытаний (участков контроля). Полученные данные свидетельствуют в пользу использования комплекса «ультразвуковой метод – метод упругого отскока», 192 и адекватности рассматриваемой (6) физической модели процесса индентирования бетона. На рис. 3 приведены диаграммы испытаний прочности бетона колонн находившихся на момент испытаний в замороженном со- стоянии более 5 суток и после оттаивания. 1 – оценки прочности замороженного бетона ультразвуковым методом; 2 - оценки прочности замороженного бетона методом упругого отскока; 3 – оценки прочности бетона после оттаивания ультразвуковым методом; 4 - оценки прочности бетона после оттаивания методом упругого отскока; 5 – средняя прочность бетона всей группы колонн комбинированным методом Рис. 3. Прочность бетона монолитных колонн по данным неразрушающих методов испытаний: проектный класс бетона по прочности С35/45 Монолитные колонны бетонировались с использованием техно- логии электропрогрева греющим проводом, с последующим 3 – 5-суточным выдерживанием при положительной температуре около +2..+5ºС , после чего произошло снижение температуры до отрицательных значений. Испытания проводились в возрасте бето- на 14 – 16 суток, температура бетона на момент испытаний соста- вила -8..-10ºС. Полученным данным испытаний замороженного бе- тона соответствуют на рисунке диаграммы 1 и 3. Характерным яви- лось и отрицательное значение коэффициента взаимной корреляции 193 оценок прочности молотком Шмидта и ультразвуковым методом: rSh,us = -0,24. Приведенные результаты согласуются с представлениями о фи- зике процессов использованных неразрушающих методов. При ма- лых значениях влажности замена поровой влаги льдом приводит к увеличению динамического модуля упругости бетона, а это, в свою очередь, дает приращение скорости распространения ультразвуко- вого импульса и, соответственно, - завышение оценки прочности. Снижение оценок метода упругого отскока также можно объяснить увеличением модуля упругости бетона при постоянной прочности (6). На диаграммах приведены данные испытаний тех же колонн по- сле оттаивания в течение 4 суток при средней температуре воздуха +5ºС. Разброс оценок прочности каждым из методов заметно уменьшился, а коэффициент корреляции оценок прочности поменял знак и увеличился до значения 0,72. В приведенном примере можно отметить две особенности, сви- детельствующие в пользу применения комбинированного метода неразрушающих испытаний бетона в конструкциях: - показатели испытаний оттаявшего бетона (показаны треуголь- ными маркерами) не выходят за пределы области ограниченной значениями этих же показателей (круглые маркеры) для заморо- женного бетона; - средние значения прочности по данным комбинированного ме- тода для всей группы колонн (показаны горизонтальными линиями) практически совпадают, - для замороженного бетона fср = 42,1 МПа, для оттаявшего - fср = 45,5 МПа. На рисунке и в таблице приведены данные кинетики набора прочности бетона колонн в привязке к характерным периодам тем- пературы окружающего воздуха и к экспертным оценкам прочности методом отрыва со скалыванием. Полученные данные показывают, что для оценки прочности бе- тона fc,is в проектном возрасте (28 сут.) комбинированным методом, после оттаивания бетона в течение 4 суток при положительной тем- пературе можно обойтись без введения каких-либо корректирую- щих коэффициентов при использовании зависимости (11), при зна- чении весового коэффициента k = 1,31. 194 1 – интервал времени – 16 суток, температура воздуха -2..–10ºС; 2 – интервал времени – 8 суток, температура воздуха -10..–4 ºС; 3 – интервал времени – 4 суток, температура воздуха 0..+5 ºС; Рис. 4. Кинетика твердения монолитного бетона по данным неразрушающих методов испытаний Таблица 3 – Показатели испытаний прочности бетона монолитных колонн Срок твердения, сут 16 28 ΔfC, I -6 МПа (15,2%) -3,6 МПа (9,1%) ΔfC, US 13 МПа (33%), 2,8 МПа (7,2%) ΔfC, COMB 3,6 МПа (9,0%) -0,8 МПа (2,1%) fC, Pull Out 39.5 МПа 42,5 МПа Применение формулы (11) для оценки прочности замороженного бетона дало завышение около 3 МПа, что составляет около 7%, что само по себе является удовлетворительным результатом, учитывая, что погрешности для отдельных методов входящих в комплекс со- ставляю: для ультразвукового метода – 13 МПа (33%), для метода упругого отскока – 6 МПа (15,4%). 195 Экстраполирующий (мультипликативный) алгоритм комби- нирования Свойство комплементарности методов измерений может рас- сматриваться и в ином аспекте. Например, оно может выражаться различием в пространственной локализации «охватываемых» каж- дым из методов областей контролируемого бетона. Использование таких различий методов контроля приобретает смысл, если физико- механические свойства бетона в пределах указанных областей от- личаются. Специфичность условий укладки и твердения бетона мо- нолитных конструкций характеризуется большой вариабельностью факторов влияющих на его прочностные показатели. Преждевре- менное распалубливание конструкции, её замораживание- размораживание на ранней стадии набора бетоном прочности, и другие факторы могут приводить к заметному снижению прочности поверхностного слоя по отношению к внутренним глубинным обла- стям бетонного массива. Комбинирование методов потенциально позволяет обнаружить неоднородность бетонного массива по его физико-механическим свойствам, получить количественную оценку неоднородности, и, используя её, - «экстраполировать» контролиру- емый показатель поверхностного слоя на внутренние области. Рассмотренный выше популярный метод упругого отскока, судя по наблюдающейся тенденции развития механических методов кон- троля [1], трансформируется в более информативный метод дина- мического индентирования [7]. Он позволяет раздельно определить модуль упругости E и твердость бетона H, – параметр, имеющий более устойчивую корреляция с прочностью бетона, чем индекс от- скока. С помощью ультразвукового импульсного метода можно распространить (экстраполировать) твердость бетона, полученную методом динамического индентирования на внутреннюю подпо- верхностную область бетонного массива. В этом случае использует- ся потенциальная способность ультразвукового импульсного мето- да прохождения по ГОСТ 17624 «чувствовать» состояние внутрен- них участков бетонного массива, в отличие от механических методов индентирования, область «проникновения» в бетон кото- рых не распространяется более чем на 1 см. На рисунке показана схема испытаний с использованием экстра- полирующего комбинированного метода для определения прочно- сти бетона подповерхностной области бетонного массива конструк- 196 ции [8]. Опорным является метод динамического индентирования [7,9], который позволяет по косвенным параметрам определить мо- дуль упругости E поверхностного слоя бетона и его прочность fc,I. Область 5 - радиус зоны пластической деформации бетона - опреде- ляется диаметром отпечатка индентора 4. Свойства этой области определяют оценку прочности бетона в слое на глубину приблизи- тельно равной двойному диаметру отпечатка – 6...10 мм. Область 2 – зона влияния свойств бетона на показатели ультразвукового мето- да. Границы зоны зависят от расстояния между преобразователями 3, длины волны ультразвука и ее типа, и метода регистрации време- ни распространения ультразвукового импульса. 1 – контролируемое изделие; 2 – область бетона, участвующая в передаче ультразвукового импульса от излучателя к приемнику; 3 – излучающий и приемный ультразвуковые преобразователи; 4 – индентор; 5 – область индентирования бетона Рис. 5. Схема измерений экстраполирующим комбинированным методом «индентирование – ультразвуковой импульсный метод» В качестве калибровочного (экстраполирующего) использован ультразвуковой импульсный метод. С его помощью производится коррекция данных метода динамического индентирования. В каче- стве скорости распространения ультразвука на участке контроля берется наибольшее из массива значений L/T, полученных по 197 результатам профилирования участка контроля. Это значение будет соответствовать скорости c ультразвукового импульса в подповерх- ностной области бетона [1]. По скорости ультразвука c из соотно- шений (7) можно определить динамический модуль упругости Еd,c. Разница модулей упругости Еd,c – E может рассматриваться в каче- стве параметра экстраполяции прочности поверхностного слоя бе- тона fc,I в прочность бетона подповерхностного слоя fc. Прочность бетона fc участка контроля определяют в зависимости от разницы динамических модулей упругости поверхностного слоя бетона E и внутренней области бетона участка контроля Eд,c решением систе- мы уравнений   2,790,1150,0026θ eθ θ1 1 c 2 c USc,Ic, )0.091( c cd,      ff fff EE , (13) где fc – прочность бетона в контролируемого участка конструкции, МПа; fc,I и fc,US – соответственно оценки прочности бетона участка контроля методом индентирования и ультразвуковым импульсным методом, МПа; Θ – безразмерный коэффициент. Заключение. Несовпадение оценок прочности бетона при ис- пользовании разных неразрушающих методов испытаний является общеизвестным фактом. С формальных позиций, различие резуль- татов можно объяснять неточностью построения градуировочных зависимостей - их взаимным несоответствием, и требовать строгого соблюдения методик построения. В реальности, градуировочная зависимость может быть «точной» только для тех образцов бетона, по которым она строилась. Применение полученной зависимости для контроля бетона в натурных условиях всегда сопряжено с влия- нием на результат испытаний таких факторов, которые отсутство- вали в процессе градуировочных испытаний. Поэтому «неточность» градуировочных зависимостей является неизбежной при любых ме- тодиках их построения. Действующие ТНПА рекомендуют приме- нять процедуру коррекции градуировочных зависимостей данными экспертных методов испытаний, в частности, - метода испытания выбуренных кернов по ГОСТ 28570 и метода отрыва , 198 со скалыванием по ГОСТ 22690. Коррекция является эффективным методом повышения точности контроля, но эффективность эта до- стигается за счет частичной замены неразрушающего контроля раз- рушающим, при всех сопутствующих ему недостатках. Объединение нескольких методов неразрушающих испытаний прочностных показателей бетона обладающих свойством компле- ментарности позволяет не только улучшить точность оценки проч- ности за счет взаимной компенсации неточностей градуировочных зависимостей используемых методов, но и повысить информатив- ность контроля за счет расширения перечня контролируемых пара- метров бетона, в частности, - его модуля упругости. Данные натурных испытаний показывают, что приемлемую для практики точность контроля прочности бетона проектных классов по прочности С20/25..С35/45 можно получить на основе стандарти- зированных методов испытаний без использования процедуры кор- рекции их градуировочных зависимостей. Список использованной литературы 1. Снежков, Д.Ю. Основы мониторинга возводимых и эксплуа- тируемых железобетонных конструкций неразрушающими метода- ми / Д.Ю. Снежков , С.Н. Леонович - Минск: БНТУ, 2016. - 330 с. 2. Leonovich, S.N. Complex metod of strength estimation of the monolithic reinforced concrete structures / S.N. Leonovich, D.U. Snezhkov // Concrete structures stimulators of development: pro- ceedings of international FIB conference. – Dubrovnik, – 2007. - P. 947-954. 3. Джонс, Р. Неразрушающие методы испытаний бетонов / Р. Джонс, И. Фэкэоару. – М.: Стройиздат, 1974. – 295 с. 4. RILEM draft recommendation, TC-43-CND. Combined non- destructive testing of concrete. Draft recommendation for in situ concrete strength determination by combined non-destructive methods. Materials and Structures, 1993. – P.43-49. 5. Pucinotti, R. The use of multiple combined non destructive testing in the concrete strenght assessent: applications on laboratory specimens / R. Pucinotti // [Electronic resource], 2003. - Mode of access: http://www/ndt.net/article/hsndtct2007/files/Pucinitti_Crisci_etat.pdf. - Date of access: 02.02.2008. 199 6. Runkiewicz, L. Application of the Ultrasonic and Sclerometric Methods for the assessment of the structures made of high-strength con- crete (HSC) / L. Runkiewicz, M. Runkiewicz // [Electronic resource], 2003. - Mode of access: http://www/ndt.net/article/wcndt00/. - Date of access: 24.12.2007. 7. Matsulevich, O. Device with advanced facilities for nondestruc- tive testing of mechanical properties of concrete / O. Matsulevich, V. Rudnitsky, A. Kren // Proceedings of 10th European Conference on NDT [Electronic recource]. – Moscow, 2010, CD-ROM. – P.3. 8. Способ определения прочности бетона в конструкциях методом неразрушающего контроля: пат. № 20585 Респ. Беларусь, МПК G 01 N 33/38/ Д.Ю. Снежков, С.Н. Леонович; заявитель БНТУ (BY). - № а 20130687; заявл. 29.05.2013; опубл 09.08.2016 // Афiцiйны бюл./ Нац. центр iнтелектуал. уласнасцi. – 2016.- №6 (113). - С.111-112. 9. Способ определения твердости и модуля упругости бетона: пат. 16469 Респ. Беларусь, МПК7 G 01 N 33/38/ В.А. Рудницкий [и др.]; заявитель ГНУ «Ин-т прикладной физ. НАН Беларуси». - № а 20100971; заявл. 24.06.2010; опубл 30.10.2012 // Афiцiйны бюл./ Нац. центр iнтелектуал. уласнасцi. – 2012.- №5. - С.140. 200 ПОВЫШЕНИЕ ВОДОНЕПРОНИЦАЕМОСТИ БЕТОНА ПРИ ВОССТАНОВЛЕНИИ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ПРИГОДНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ПОЛЕЙКО Н.Л., ЛЕОНОВИЧ С.Н. Белорусский национальный технический университет Аннотация. Приводятся результаты исследований поровой структуры бетона с добавкой “Кальматрон” в зависимости от условий и сроков твердения, а также от содержания кольматиру- ющей добавки. Подтверждены предположения о том, что со вре- менем, в результате химических реакций, происходит кольматация капиллярных пор, снижается водопоглащение бетона, увеличива- ется его водонепроницаемость и морозостокость. Полученные результаты нашли применение в изготовлении же- лезобетонных конструкций, к которым предъявляются повышен- ные требования по водонепроницаемости и морозостойкости, на промышленных предприятиях строительной отрасли. Определены конструкции, где применение системы “Калмат- рон” наиболее эффективно. Введение. Учитывая тенденции последних лет использования в промышленности строительных материалов, отходов производства, применения для изготовления бетонных и железобетонных кон- струкций вяжущих с пониженным содержанием клинкерного фон- да, необходимо решать вопросы долговечности этих конструкций даже при эксплуатации в нормальных атмосферных условиях [1]. Водонепроницаемость – одна из основных технических характе- ристик, определяющих эксплуатационность и долговечность бетон- ных конструкций. Проницаемость бетона в значительной степени зависит от соста- ва бетонные смеси, качества уплотнения, ухода за бетоном, степени гидратации цемента и условий эксплуатации конструкций. Особо остро стоит вопрос восстановление водонепроницаемость бетона в условиях эксплуатаций, при которых выявлены признаки разруше- ния бетона. Технологический процесс изготовления конструкции, режима тепловлажностной обработки бетона сопряжены с большой вероят- 201 ностью образования температурных, усадочных и силовых трещин, наличия зон контакта свежеуложенной бетонной смеси и затвер- девшего бетона, водных пленок под арматурой и крупным заполнителем. Постоянная миграция влаги в массиве бетона за счёт капилляр- ного подсоса, испарения, перепада температур на различных по- верхностях являются определяющим фактором процесса интенси- фикации разрушения цементного камня. Установлено, что от параметра проницаемости в значительной степени зависит и морозостойкость, косвенно характеризующая долговечность бетона конструкции. Снижение проницаемости бе- тонных конструкций достигается различными способами, но наибо- лее эффективным и радикальным, по нашему мнению, является кольматация пор и капилляров бетона [2-4]. Экспериментальные исследования, анализ результатов. Для бетонных и железобетонных конструкций наибольший интерес представляют неорганические растворные смеси на основе цемент- ного вяжущего, реализующие проникающие и кольматирующие свойства в присутствии воды. К такого рода материалом относится система «Кальматрон», которая представляет собой серию цемен- тирующих материалов капиллярного действия, обеспечивающих водонепроницаемость бетона, цементно-песчаного раствора и дру- гих цементсодержащих капиллярно пористых материалов. Эффект водонепроницаемости обеспечивается за счёт ряда стро- го последовательно химических реакций, продолжающихся во вре- мени, проходящих внутри структуры бетона между его составляю- щими с компонентами, содержащимися в растворе смеси «Кальматрон» [4-6]. Состав «Кальматрон» – это жесткая однокомпонентная смесь проникающего действия, изготавливается согласно СТБ 1543-2005, EN 1504-2 (CE 1397-CPD-0198). Он представляет собой готовый к применению сухой сыпучий материал серого цвета с белыми вклю- чениями, состоящий из портландцемента, кварцевого песка и ком- плексной химической добавки. По физико-химическим показателям состав «Кальматрон» должен соответствовать требованиям, указан- ным таблице 1. 202 Таблица 1 – Физико-механические показатели состава «Кальматрон» Наименование показателя Нормативные значения Внешний вид Серый порошок с серы- ми включениями Влажность, % не более 1 Сроки схватывания, мин -начало, не менее -окончание, не более 30 180 Прочность при сжатии, МПа,не менее М25 Марка по морозостойкости, не менее F300 Марка по водонепроницаемости, не менее W10 Коррозионное состояние стальной арматуры Устойчиво-пассивное Удельная поверхность, см2/г 2874 Систему, повышающую долговечность бетонных конструкций обеспечивают составы «Кальматрон», которые применяются как в виде защитных покрытий на бетонных поверхностях, так и как до- бавки при изготовлении бетонных и железобетонных конструкций. Составляющие бетонной смеси с добавкой материала «Кальмат- рон» вводятся в бетоносмеситель в следующем порядке: песок, ще- бень гранитный фракции 5..10 и 10..20, состав «Кальматрон», це- мент. Время перемешивания сухих составляющих с составом «Кальматрон» не менее 2..3 минут, затем вводится вода, и смесь дополнительно перемешивается 2..3 минуты. Подвижность бетонной смеси составляла ОК=2..4 см для всех составов. Из каждого состава изготавливались контрольные образ- цы на определение показателей пористости, морозостойкости, во- донепроницаемости и водопоглощения. Прочность бетона опреде- лялась на образцах-кубах размером 100х100х100 мм согласно ГОСТ 10180-90. Результаты испытаний приведены в таблице 2. Таблица 2 – Результаты испытания образцов на прочность Номер состава Среднее значение, Rсж, МПа Прирост прочности, % 1 37,8 – 2 41,9 10,8 3 38,3 1,3 4 43,6 – 5 44,4 1,8 6 46,0 10,5 203 Анализ результатов испытания образцов на прочность при сжа- тии показывает, что оптимальным расходом системы «Кальматрон» является 16,6 кг бетона на 1 м3 бетона. Водопоглощение бетона определялось на образцах-кубах разме- ром 100х100х100 мм по ГОСТ 12730.3-78. Результаты испытаний по определению водопоглощения бетона приведены в таблице 3. Таблица 3 – Определение водопоглощения бетона Номер состава Средне значение водопо- глощения, % Снижение водопогло- щения, % 1 5,49 – 2 5,14 6,4 3 5,21 5,1 4 5,86 – 5 5,14 12,2 6 5,33 9,0 Анализ результатов в таблице показывает, что снижение водопо- глощения бетонных образцов с системой «Кальматрон» достигало от 5,1 до 12,2% в зависимости от состава бетона и расхода добавки. Водонепроницаемость бетона определялась на образцах- цилиндрах диаметром 150 мм по ГОСТ 12730.5-84 методом «мокро- го пятна». Водонепроницаемость бетонных образцов с системой «Кальматрон» увеличилась на 1..2 марки с W8 до W10-W12. Морозостойкость бетона определялась на образцах-кубах 100х100х100 мм по ГОСТ 10160.2-95 третьим методом. Составы 1, 3, 4 соответствуют марке по морозостойкости F150, а составы 2, 5, 6 соответствуют F200. При исследовании поровой структуры бетона с кольматирующей добавкой «Кальматрон» получены результаты подтверждающие изменение среднего размера и показателя однородности размеров открытых капиллярных пор в зависимости от условий и сроков твердения бетона [4]. Составы бетона приведены в таблице 4. 204 Таблица 4 – Составы бетона Номер состава Расход материалов на 1м3 бетона, кг Цемент Песок Щебень гранитный фракций «Кальматрон» 5..10 10..20 1 430 547 731 487 – 2 414 547 731 487 16,6 3 417 547 731 487 13,0 4 527 611 800 343 – 5 507 611 800 343 20,0 6 511 611 800 343 16,6 Величину показателя пористости определяли по кинетике водо- насыщения бетонных образцов, высушенных до постоянной массы дискретным взвешиванием через 2,25; 1,0; 24 и 48 часов. По результатам испытаний рассчитывали относительное водопо- глощение по массе в момент времени t1=0,25 и t2=1,0 ч. Кажущуюся пористость (интегральный объем открытых пор, до- ступный водопоглощению) оценивали значением объемного водо- поглощения. По этим величинам с помощью номограмм определяли вспомогательный параметр λ1 и параметр α, по которым рассчиты- вали параметр λ (λ1 и λ — величины, характеризующие некоторые средние размеры капилляров бетона, а величина α – однородность размеров капилляров). Параметры пористости λ и α, серий образцов определяли как среднее арифметическое значение результатов испытаний всех образцов серии [7]. На образцах первой серии определяли изменение параметров по- казателей пористости в разные сроки твердения. Для этого опреде- ляли водопоглощение первой серии на бетонных образцах после 28 сут твердения в нормально-влажностных условиях. Затем образ- цы в течение 14 сут выдерживали в воде и повторно проводили определение водопоглощения. Результаты определения водопоглощения первой серии образ- цов приведены в таблице 5. 205 Таблица 5 – Водопоглощение бетонных образцов нормально- влажностного твердения Номер Водопоглощение, % по массе состава W15мин W1 час W1 сут W2 сут 1 2,86/1,40 4,35/2,22 5,64/5,41 5,69/5,44 2 2,76/1,22 4,30/1,93 5,51/5,42 5,82/5,47 3 3,09/1,27 4,38/2,10 5,79/5,42 5,89/5,47 4 2,81/1,24 4,83/2,40 6,23/5,93 6,42/5,93 5 2,88/1,19 4,47/2,00 6,16/5,48 6,35/5,49 6 2,76/1,18 4,36/1,96 6,15/5,47 6,31/5,50 Примечание: в числителе приведено начальное водопоглощение образцов, в знаменателе - после выдержки их в течение 14 суток в воде. Результаты определения показателей пористости λ, α и вспомо- гательного параметра λ1 первой серии образцов приведены в таблице 6. Таблица 6 – Показатели пористости образцов нормально- влажностного твердения Номер состава λ1 α λ 1 0,80/1,24 0,24/0,96 0,38/1,20 2 0,76/1,20 0,20/0,93 0,24/1,25 3 0,80/1,24 0,21/0,99 0,33/1,18 4 0,76/1,17 0,19/0,88 0,24/1,16 5 0,83/1,29 0,29/0,99 0,51/1,27 6 0,76/1,24 0,19/0,99 0,23/1,26 Влияние условий твердения на поровую структуру бетона опре- деляли на второй серии образцов, которые 1 сутки выдерживали в форме и 27 суток — в воде, т.е. создавались благоприятные условия для образований нерастворимых кристаллических соединений в ка- 206 пиллярах и порах бетона. Затем бетонные образцы дополнительно выдерживались еще 14 суток в воде и повторно проводили дискрет- ное взвешивание. Результаты испытаний приведены в таблице 7. Таблица 7 – Водопоглощение бетонных образцов при твердении в воде Номер состава Водопоглощение, % по массе W15мин W1 час W1 сут W2 сут 1 1,27/0,73 2,12/1,08 5,74/4,12 5,91/5,16 2 1,53/0,75 2,51/1,16 5,86/4,84 5,98/5,59 3 1,64/0,89 2,71/1,39 5,98/5,37 6,08/5,85 4 1,88/0,92 3,07/1,49 6,50/5,81 6,58/6,43 5 1,59/0,71 2,49/1,11 6,15/4,72 6,26/5,75 6 1,77/0,80 2,70/1,32 6,20/5,41 6,32/6,02 Примечание: в числителе приведено начальное водопоглощение образцов, в знаменателе – после выдержки их в течение 14 суток в воде. Результаты определения показателей пористости λ, α и вспомо- гательного параметра λ1 образцов, твердевших в водной среде, при- ведены в таблице 8. Таблица 8 – Показатели пористости образцов при твердении в воде Номер состава λ1 α λ 1 0,76/1,21 0,14/0,80 0,13/1,16 2 0,83/1,27 0,29/0,98 0,51/1,28 3 0,69/1,21 0,10/0,88 0,25/1,24 4 0,70/1,17 0,11/0,87 0,24/1,15 5 0,69/1,18 0,10/0,88 0,25/1,16 6 0,70/1,29 0,11/0,88 0,24/1,16 В результате исследований влияния состава «Кальматрон» на водопоглощение бетона, в зависимости от условий и сроков тверде- ния установлено, что водопоглощение бетонных образцов меняется в зависимости от содержания кольматирующей системы. В зависимости от условий твердения: нормально-влажностные или водные, меняется водопоглощение и показатели пористости бетона. В благоприятных условиях создаются предпосылки для раз- 207 вития химических реакций формирования нерастворимых новооб- разований, которые накапливаются в капиллярах. Это подтвержда- ется изменением показателей однородности размеров открытых ка- пиллярных пор (показатель α приближается к единице) и показате- лем среднего размера открытых капиллярных пор λ. Показатели пористости значительно изменяются со временем. Повторные исследования через 14 суток водного твердения показа- ли динамику снижения водопоглощения бетонных образцов, изме- нение показателей однородности размеров открытых капиллярных пор и показателей среднего размера открытых капиллярных пор. Это подтверждает предпосылки о том, что со временем в результате химических реакций происходит кольматация капиллярных пор, снижается водопоглощение бетона, увеличивается его водонепро- ницаемость и долговечность. В результате промышленной апробации на заводе «Спецжелезо- бетон» была изготовлена тридцать одна виброгидропрессованная труба [14]. Восемь труб содержали состав «Кальматрон». Кон- трольные трубы испытывались избыточным давлением в 1,2 МПа, основные с составом «Кальматрон» - давлением 1,4 МПа. Гидростатические испытания труб проводили постепенным по- вышением давления на 0,1 ...0,25 МПа в минуту до указанных зна- чений и выдерживали под испытательным давлением в течение 10 минут. Трубы считаются выдержавшими испытания на водонепроница- емость, если к моменту его окончания на поверхности труб не будет обнаружено фильтрации воды в виде влажных пятен, капель или течи. Результаты испытаний труб приведены в таблице 9. Таблица 9 – Результаты гидростатического испытания труб № состава Количество труб Испытательное давление, МПа Результаты испы- таний, количе- ство труб контрольных с добавкой «Кальматрон» 1 23 — 1,2 21 1,0 1 0,8 1 2 – 8 1,4 8 208 Проведенные исследования по использованию состава «Каль- матрон» в качестве кольматирующей добавки в бетон показали, что химические реагенты равномерно распределяются в объеме бетон- ной смеси на стадии приготовления, растворяются в воде затворе- ния и вступают в химические реакции с активными составляющими цемента. В результате формируются сложные соли, способные со- здавать нерастворимые кристаллогидраты. Их образование проис- ходит постепенно, с меньшей скоростью, чем реакции гидратации цемента, поэтому сеть новообразованных кристаллов заполняет ка- пилляры, микротрещины и поры бетона. При этом кристаллы явля- ются составной частью структуры бетона и оказывают влияние на его физико-механические свойства [5]. Процесс формирования кристаллов приостанавливается в ре- зультате снижения влажности бетона. Во время эксплуатации кон- струкции, например, при увеличении гидростатического давления, химическая реакция кристаллообразования возобновляется, в ре- зультате чего повышается водонепроницаемость бетона, что позво- ляет изготавливать виброгидропрессованные трубы стабильным показателем напорности [6,7]. В последующем, завод «Спецжелезо- бетон» выпустил промышленную партию указанных труб с приме- нением состава «Кальматрон». Заключение. Проведенными исследованиями установлено: 1) Оптимальным расходом состава «Кальматрон» является 16,6 кг/м3 бетона. 2) Водопоглощение бетона с применением состава «Кальмат- рон» уменьшается на 10...12 %. 3) Водонепроницаемость бетона с применением состава «Кальматрон» увеличивается на 1-2 марки. 4) Применение системы защиты «Кальматрон» позволяет по- лучать стабильно марки бетона по морозостойкости не менее F200. 5) Применение системы «Кальматрон» может быть эффектив- ным в железобетонных конструкциях, работающих в условиях, где предъявляются повышенные требования по водонепроницаемости и морозостойкости (дорожное и мелиоративное строительство, про- изводство железобетонных труб, свай и т. д.) 209 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Розенталь, Н.К. Защитные материалы проникающего дей- ствия для повышения долговечности конструкций / Н.К. Розенталь, В.Ф. Степанова, Г.В. Чехний // Долговечность строительных конструкций. Теория и практика защиты от коррозии. - М.: Центр экономики и маркетинга, 2002. - с. 75-79. 2. Герчин, Д.В. Особенности применения защитного состава «Кальматрон» для повышения долговечности бетонов зданий и сооружений / Материалы международной конференции «Проблемы долговечности зданий и сооружений в современном строительстве». - СПб: РИФ «Роза мира», 2007. - с. 338-343. 3. Полейко, Н.Л. Применение гидрофобизатора типа «Кальмат- рон» в производстве железобетонных труб методом виброгидро- прессования / Н.Л. Полейко, Р.Ф. Осос, Н.Д. Полейко // Материалы докладов международной научно-технической конференции «Наука и технология строительных материалов: состояние и пер- спективы развития». - Мн.: БГТУ, 2005. - с. 216-219. 4. Полейко, Н.Л. Структура порового пространства бетона с добавкой «Кальматрон» / Н.Л. Полейко, Р.Ф. Осос, Н.Д. Полейко // Сборник статей международного научно-практического семинара «Перспективы развития новых технологий в строительстве и подго- товке инженерных кадров Республики Беларусь». — Мн.: БИТУ, 2006. - с. 126-131. 5. Полейко, Н.Л. Повышение долговечности бетона с применени- ем состава «Кальматрон» / Н.Л. Полейко, Р.Ф. Осос, Н.Д. Полейко, С.В. Журавский // Материалы международной конференции «Проблемы долговечности зданий и сооружений в современном строительстве». — СПб: РИФ «Роза мира», 2007. — с. 377-383. 6. Полейко, Н.Л. Повышение физико-механических свойств бетона смесью «Кальматрон» при производстве напорных труб / Н.Л. Полейко, С.В. Журавский // Перспективы развития новых тех- нологий в строительстве и подготовке инженерных кадров РБ: сб. тр. XVI международного научно-методического семинара. - БГТУ, Брест, 2009. - с. 77-81. 7. Бетоны. Методы определения водопоглощения: ГОСТ 12730.3-78. 210 РАЗРАБОТКА АДДИТИВОВ ДЛЯ МОДИФИКАЦИИ СТРУКТУРЫ АСФАЛЬТЕНОВ – ПОЛИМЕРНОЙ ОСНОВЫ НЕФТЕБИТУМА ГРУШОВА Е.И. Белорусский государственный технологический университет Способы, позволяющие улучшить качество дорожных окислен- ных битумов а) совершенствование аппаратурного оформления; б) воздействие на исходное сырье (гудрон) физическими метода- ми (механоактивация, СВЧ, ультразвук) в) воздействие на исходное сырье (гудрон) аддитивами- модификаторами (остаточные и побочные продукты, содержа- щие ароматические и непредельные углеводороды) г) воздействие на окисленный битум аддитивами- модификаторами (полимеры, остатки от производства полимеров, резиновая крошка, каучук) а) и б) – требуют существенных капитальных и/или материаль- ных затрат в) и г) – наиболее доступны Но: в) – сложный переменный состав аддитивов г) – гомогенизация требует высокие температуры и длительное перемешивание. Рис. 1. Основные способы получения нефтяных дорожных битумов 211 Аддитивы, вводимые в гудрон:  аддитивы-катализаторы;  аддитивы-инициаторы. Достоинства этих аддитивов: ускоряют процесс окисления до 3-4 раз. Их недостатки: процесс протекает в жестких условия: умень- шается соотношение в битуме масла/асфальтены, растет tразм., tхр. Предлагается: проводить окисление нефтяного сырья по меха- низму «сопряженного окисления». Рис. 2. Схема получения окисленного битума из гудрона, содержащего аддитив. 1 – емкость для изопропилового спирта, 2 – насос, 3 – печь, 4 – смеситель-гомогенизатор, 5 – окислительная колонна, 6 – маточник для распределения воздуха, 7 – сепаратор, 8 – насос- дозатор, 9 – печь дожига газов окисления. Рис. 3. Схема исследования образцов окисленных битумов 212 Таблица 1 – Структурно-групповой состав усредненных молекул Аддитив А1 Р П1 О асфальтены 1,5 мас. % серы 1,05 0,25 0,95 0,96 1,5 % мас. ИПС 1,10 0,98 0,91 0,93 масла 1,5 мас. % серы 0,62 0,51 1,62 0,04 1,5 % мас. ИПС 0,63 0,51 1,59 0,03 битум 1,5 мас. % серы 1,14 0,94 0,88 0,50 1,5 % мас. ИПС 1,21 0,70 0,83 0,21 Таблица 2 – Сравнительная характеристика нефтяных окисленных битумов Показатель Окисленный битум традиционная технология из гудрона, содержащего аддитив из гудрона, обработанного СВЧ-излучением Температура размягчения, °С 54,9 57,2 56,1 Пенетрация при 25°С, 50 52 50,6 Температура хрупкости, °С -14,4 -15,6 -14,5 Индекс пенетрации 0,1 0,1 0,2 Интервал пластичности 69 70 68 Содержание асфальтенов 21,4 21,8 23,0 Соотношение масла/асфальтены 2,2 2,8 2,1 Относительный размер ядра ССЕ 1,1 1,0 1,1 Относительный размер сольват- ной оболочки ССЕ 0,8 1,0 0,8 213 РАЗРАБОТКА РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМОСИЛИКАТНЫХ ОГНЕУПОРОВ НА ОСНОВЕ ПРИРОДНЫХ И ОБОГАЩЕННЫХ КАОЛИНОВ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ДЛЯ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ УСТАНОВОК В ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЯТЛОВА Е.М. Белорусский государственный технологический университет Всего по Республике Беларусь запасы каолина – сырца состав- ляют 25–30 млн т. Месторождение «Дедовка» расположено в западной части Житковичского района Гомельской области. Месторождение «Ситница» расположено в восточной части Лунинецкого района Брестской области. Месторождение «Березина» расположено у юго-восточной окра- ины одноименной деревни в западной части Житковичского района. Проявления «Глушковичи» и «Селище» расположены в южной ча- сти Лельчицкого района Гомельской области к юго-западу и юго- востоку от д. Глушкевичи. Рис. 1. Структура каолина 214 Сфера применения каолина. Необогащенный каолин: – производство полукислых огнеупоров, фаянса, строительной керамики, электрокерамических и кислотоупорных изделий, грубой керамики; – производство портландцемента. Обогащенный каолин: – шамотно-каолиновые и высокоглиноземистые огнеупоры, фарфор (хозяйственный и электротехнический), техническая кера- мика; – производство бумаги (пигмент высокой белизны; эффектив- ный дешевый наполнитель); – лакокрасочная промышленность (в красках для внутренней отделки помещений); – мыловарение; – косметика и парфюмерия (косметические пасты, кремы, мази, пудры и др.); – фармацевтическое производство (инертная связующая добавка для многих лечебных препаратов); – производство агроудобрений; – изготовления катализаторов, ускоряющих процессы очистки нефти и газа. Рис. 2. Оксидный химический состав природного и обогащенного мокрым способом каолинового сырья месторождений «Ситница» и «Дедовка» (Республика Беларусь) 21 5 Р ис . 3 . П ов ед ен ие к ао ли но в пр и на гр ев ан ии 215 216 Рис. 4. Изменение фазового состава каолинов при нагревании 217 Таблица 1 – Сравнительная характеристика алюмосиликатных огнеупоров, полученных на основе составов, включающих отечественные и зарубежные каолины Показатели свойств алюмосили- катных огнеупорных материалов На основе природного каолина Республики Беларусь На основе обогащенного каолина Республики Беларусь Зарубеж- ный ана- лог (ША) Массовая доля определяющего химического компонента (Al2O3/SiO2), мас.% 33,43/60,34 37,27/56,47 39,6/56,0 Огнеупорность, °С >1580 >1580 >1580 Пористость открытая, % 16,13 14,40 20,6 Предел прочности при сжатии, МПа 36,5 66,5 42,8 Т н.д. (0,2 МПа), °С 1340-1360 >1360 >1400 Таблица 2 – Мировые запасы разведанного каолина Страна Количество, млн т США 3500 Бразилия 1400 Китай 1200 Россия 230 Прочие страны 5670 в т.ч. Республика Беларусь 25 Общее количество 12000 – 14800 Таблица 3 – Годовое производство каолиновых продуктов Страна Количество, млн т США 5,0 Великобритания 3,5 Бразилия 1,0 Украина 1,0 Россия 0,082 218 РАЗРАБОТКА НАУЧНЫХ ОСНОВ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ, ИПМОРТОЗАМЕЩАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КИРПИЧА КЕРАМИЧЕСКОГО С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ КОВЧУР С.Г. Витебский государственный технологический университет Цель проекта – разработать новый состав сырья для изготовле- ния керамического кирпича с использованием неорганических от- ходов станций обезжелезивания и шлама продувочной воды тепло- электроцентралей. Задача проекта – заменить отощающие добавки (шамот, керам- зит), входящие в состав сырья, шламом продувочной воды ТЭЦ или отходами станций обезжелезивания, исследовать влияние на про- цессы структурообразования при изготовлении керамического кир- пича содержания в исходном сырье железосодержащих неорганиче- ских отходов, изучить влияние гранулометрического состава отхо- дов на физико-механические свойства керамического кирпича. Неорганические отходы теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) по своему химическому составу и техническим свойствам близки к глинисто- му сырью и имеют ряд преимуществ (предварительная термическая обработка, повышенная дисперсность), их применение в производ- стве строительных материалов является одним из направлений снижения материалоёмкости производства. При исследовании химического состава шлама установлены возможные колебания в содержании основных соединений (%): SiO2 – 0,5–4,9; Fe(OH)3 – 5,8–10,5; CaCO3 – 62,8–68,2; CaSiO3 – 3,9– 6,6; органические вещества – 5,2–8,9. Колебания состава шлама во- доочистки в узком диапазоне позволяют сделать вывод о достаточ- ной стабильности соотношений слагающих его компонентов. Исследовалось содержание в отходах тяжёлых металлов. Содер- жание в отходах большинства тяжёлых металлов незначительно и не превышает допустимых санитарных норм, что даёт возможность использовать отходы для изготовления керамического кирпича. Но 219 содержание микроэлементов в отходах необходимо контролировать постоянно. Не изменяя технологический процесс изготовления кирпича, в состав исходного сырья добавляли от 5 до 20 % прокалённых неор- ганических железосодержащих отходов. Качественные показатели керамического кирпича соответствуют требованиям СТБ 1286–2001 «Кирпич керамический». Исследовано влияние содержания в ис- ходном сырье железосодержащих неорганических отходов на про- цессы структурообрзазования, происходящие в керамическом кир- пиче. В результате выполнения проекта установлено, что неорганиче- ские железосодержащие отходы ТЭЦ могут служить в качестве отощающих добавок при производстве керамического кирпича на основе глинистых пород. Неорганические отходы, как отощающая добавка, уменьшают пластичность глины, связывают воду. В результате изделие легче формуется, повышается качество продукции, в частности, морозо- стойкость. Как отощающая добавка шлам продувочной воды наибо- лее эффективен при максимальном размере зёрен и при содержании фракции менее 0,3 мм не более 5 %. Рис. 1. На сканирующем электронном микроскопе JSM-5610LV с системой химического анализа EDX JED-2201 (SEOL, Япония) изучены микроструктура и химический состав образцов. 220 Рис. 2. Рентгенограмма образца кирпича, изготовленного из керамической массы состава 1 Рис. 3. Рентгенограмма образца кирпича, изготовленного из керамической массы состава 2 221 РАЗРАБОТКА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ СТРОИТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ МАГНЕЗИАЛЬНОГО ЦЕМЕНТА КУЗЬМЕНКОВ М.И. Белорусский государственный технологический университет Магнезиальный цемент (цемент Сореля) известен уже более 100 лет. По своим прочностным свойствам он не уступает портландце- менту, а по темпам набора прочности даже превосходит его. Однако из-за недостаточной водостойкости изделия из него имели ограни- ченное применение. В последние годы в этом отношении достигнут существенный прогресс, что открыло перспективу широкого применения магнези- ального цемента в производстве отделочных материалов. Стекломагнезитовый лист – это белый легковесный материал на основе магнезиального цемента с использованием наполнителей органического и минерального происхождения, армированный стекловолоконной сеткой. В Республике Беларусь производство стекломагнезитовых ли- стов отсутствует. В тоже время на строительном рынке России, Украины и Беларуси данный вид материала активно представлен, поэтому целью данной работы явилась разработка состава листово- го отделочного материала с использованием местного сырья. Появившись на рынке строительных материалов, стекломагние- вый лист быстро завоевал популярность. В США и странах Запад- ной Европы до 70% отделочно-ремонтных работ выполняется с ис- пользованием стекломагнезитового листа, и лишь около 30% – с применением традиционного гипсокартонного листа. При разработке состава стеклодоломитовых листов в качестве аналога был взят стекломагнезитовый лист китайского производ- ства, в состав которого входят следующие компоненты: каустиче- ский магнезит, древесные опилки, вспученный перлит, раствор хло- рида магния и армирующее покрытие (сетка из стекловолокна). Исходными материалами в работе служили каустический доломит, полученный обжигом доломита в электрической муфельной печи марки SNOL 6,7/1300 в фарфоровых тиглях 222 при температуре 830 ± 10оС с изотермической выдержкой в течение 35±5 мин. Полученный каустический доломит подвергался помолу в мельнице марки Retch РМ 200 до остатка на сите № 008 не более 15%. В качестве затворителя магнезиального цемента использовался сульфат магния по ТУ BY 100354659.610-2008 и хлорида магния. На первом этапе работы исследовали влияние содержания выше- указанных компонентов на основные эксплуатационные свойства разрабатываемого материала. В результате проведенных исследова- ний были разработаны составы сердечника с использованием в ка- честве наполнителей вспученного перлита и доломитовой муки, изучены его основные физико-механические свойства. По совокуп- ности свойств оптимальным является состав с использованием в качестве наполнителя вспученного перлита. Изучение влияния вида затворителя показало, что свойства стек- лодоломитовых листов, полученных с использованием раствора MgSO4, наиболее близки к требованиям, предъявляемым к данному типу строительных материалов (плотность 850–1300 кг/м3, проч- ность на изгиб 6–20 МПа), поэтому в дальнейших исследованиях в качестве затворителя использовали раствор сульфата магния. Кроме того раствор сульфата магния планируется получать путем серно- кислотного разложения доломитовой муки. Таким образом, показано, что свойства стеклодоломитового ли- ста, получаемого из местного сырья, не уступают импортному ана- логу, что позволяет рекомендовать их для использования в строи- тельном комплексе Беларуси. Стоимость разработанного листового отделочного материала ориентировочно составит 4–5 у.е. за 1 м2, что в 1,5–2 раза ниже сто- имости стекломагнезитового листа китайского производства. Производство сухих смесей в Республике Беларусь становится важной подотраслью промышленности строительных материалов. Ежегодно объем производства увеличивается в 2,0–2,5 раза и сухие строительные смеси, обладающие высокими потребительскими ка- чествами, стремительно завоевывают строительный рынок. В настоящее время в республике растет номенклатура сухих строительных, постоянно совершенствуется производственная и нормативная база. 223 Таблица 1 – Физико-механические свойства стеклодоломитовых листов на различных затворителях Свойства Затворитель раствор хлорида магния плотно- стью 1250 кг/м3 раствор сульфата магния плотно- стью 1300 кг/м3 Плотность, кг/м3 1256 1117 Прочность на сжатие через 7 сут, МПа 8,30 10,5 Прочность на изгиб через 7 сут, МПа 3,82 5,56 В таблице приведены результаты исследований основных физи- ко-механических свойств стеклодоломитовых листов. Таблица 2 – Свойства листовых отделочных материалов Показатели в возрасте 14 сут Стеклодоломитовый лист Стекломагнезито- вый лист китайско- го производства Плотность, кг/м3 1114 850–1300 Прочность на сжатие, МПа 12,5 − Прочность на изгиб, МПа 6,4 6–20 Группа горючести не горючий не горючий Теплопроводность, Вт/м∙ºС 0,36–0,38 0,32 Водопоглощение, % 24,3 26 Коэффициент размягчения 0,75–0,95 0,75–0,8 Перспективным является производство сухих строительных сме- сей на основе магнезиального вяжущего. Материалы на основе маг- незиальных вяжущих обладают рядом достоинств, которые делают их перспективными для использования в строительстве: высокой технологичностью, быстрым набором прочности без тепловой обра- ботки, низкой истираемостью, беспыльностью, высокой биостойко- стью, пожаробезопасностью. 224 В работе в качестве добавок использовали РПП (Vinapas), эфир целлюлозы, порообразователь, пеногаситель, полипропиленовое волокно. Процесс приготовления растворной смеси включает дозирование исходных материалов и их перемешивание до получения однород- ной массы. Полученную растворную смесь испытывали на проч- ность на сжатие, водопоглощение при капиллярном подсосе, расте- каемость, адгезию, водоудерживающую способность по ГОСТ 31356-2013. В работе в качестве аналогов были взяты рецептуры сухих стро- ительных смесей в ЗАО «Пралеска-ТМФ» (г. Минск). Исследова- лась защитно-отделочная штукатурка «Пралеска ССМ 30» Н ПМ 1СС для наружных работ и самонивелирующейся стяжки «Пралеска ССМ 72». Таблица 3 – Состав растворной сухой смеси для штукатурки Наименование компонента Содержание, мас. % РПП (Vinapas) 0,17 Известь гидратная второго сорта 6,7 Вяжущее 21 Порообразователь 0,02 Эфир целлюлозы 0,08 Кварцевый песок 56,2 Сульфат магния 15,83 Таблица 4 – Состав самонивелирующейся стяжки Наименование компонента Содержание, мас. % Волокно полипропилена 0,03 РПП 1,6 Мука доломитовая 11,8 Песок 45,2 Пеногаситель 0,12 Пластификатор 0,17 Вяжущее 25,3 Эфир целлюлозы 0,06 Сульфат магния 15,72 225 Таблица 5 – Технологические свойства растворной сухой смеси для штукатурки № п/п Свойства Номер пункта ТНПА, устан. требова- ния к продук- ции Номер пункта ТНПА на метод испыта- ний Требования к продук- ции, уста- новленные ТНПА Фактиче- ское значение парамет- ра Вывод о соответ- ствии требова- ниям ТНПА 1 1 Прочность сцеп- ления с основани- ем, МПа СТБ 1263 п.5.2, ГОСТ 28574 Не менее 0,8 0,81 Соотв. 2 2 Водоудерживаю- щая способность, % СТБ 1236 п.5.2, ГОСТ 5802, п.5 Не менее 95 98,32 Соотв. 3 3 Водопоглощение при капиллярном подсосе, кг/м2 СТБ 1236 п.5.2, СТБ 1236 п.8.13 Не более 2 1,5 Соотв. Таблица 6 – Основные технологические свойства самонивелирую- щейся стяжки № п/п Наименование испытания Номер пункта ТНПА, устан. требования к продук- ции Номер пункта ТНПА на метод испыта- ний Требования к продук- ции, уста- новленные в ТНПА Факти- ческое значение пара- метра Вывод о соответ- ствии требова- ниям ТНПА 1 Прочность сцеп- ления с основа- нием, МПа СТБ 1307- 2012 п.5.3.6 ГОСТ 28574 Не менее 0,5 0,68 Соотв. 2 2 Водоудержива- ющая способ- ность, % СТБ 1307- 2012 п.5.2.3 ГОСТ 5802 Не менее 95 % 99,86 Соотв. 3 Растекаемость, см СТБ 1307- 2012 п.5.2.5 ГОСТ 23789 Не менее 22 24 Соотв. В результате проведенных исследований подтверждена возмож- ность применения магнезиального цемента для производства сухих строительных смесей. 226 Практическая значимость проведенных исследований состоит в разработке оптимального состава и технологии получения стекло- доломитового листа на основе местных сырьевых материалов. Сто- имость разработанного листового отделочного материала ориенти- ровочно составит 4–5 у.е. за 1 м2, что в 1,5–2 раза меньше стоимо- сти импортного аналога (стекломагнезитового листа китайского производства). Как следует из вышеприведенных данных, организация произ- водства стекломагнезитовых листов из отечественного сырья бази- руется на магнезиальном цементе, получаемом из местного доломи- та. Благодаря тому, что он характеризуется меньшей энергоемко- стью, более быстрым темпом набора прочности, магнезиальный цемент может явиться основой для создания перспективных выше- указанных отделочных материалов. К данной разработке проявляет интерес компания «ОМА», кото- рая выкупила у ОАО «Доломит» производственный корпус площа- дью 900 м2. В настоящее время ведется маркетинговая проработка технологии комплексной переработки доломита не только на магне- зиальный цемент, но и на другие строительные материалы. Проведены коммерческие переговоры с ООО «Кальцит» (г. До- нецк, Украина) о поставке печи кипящего слоя для обжига доломи- та на каустический доломит. В настоящее время реализация намеченных планов временно приостановлена в связи с военными событиями на юго-востоке Украины (г. Донбас). Кроме того, к данному вопросу проявляет ин- терес ОАО «Минский КСИ» с участием финансовой группы компа- ний «МОНОРАКУРС». 227 РАЗРАБОТКА СОСТАВОВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУЧЕНИЯ РАСШИРЯЮЩИХ СУЛЬФОФЕРРИТНЫХ ДОБАВОК ДЛЯ НАПРЯГАЮЩИХ БЕТОНОВ МЕЧАЙ А.А. Белорусский государственный технологический университет Назначение СФД: для получения бетонов с величиной самона- пряжения 3,0–4,0 МПа Преимущества СФД: обеспечивают управляемый процесс само- напряжения бетона с заданными параметрами; составы на основе техногенного сырья. Расчёт состава сырьевой смеси для получения СФД проводился с учетом стехиометрии сульфоферритов кальция: - 2СaO∙Fe2O3∙CaSO4 ; - 3СaO∙3Fe2O3∙CaSO4 Температура обжига сырьевой смеси составляла 950-1000 0С, время выдержки при максимальной температуре - 20 мин. Помол гранулята производили до удельной поверхности 3000-4000 см2/г. Дозировка добавки в составе бетонной смеси составляла 2,5; 5,0; 7,5 % от массы цемента. Таблица 1 – Содержание основных компонентов в гальваношламах Сырьевой материал Fe2O3, мас. % СаSO4, мас. % СаСО3, мас.% Шлам МТЗ 62,77 – 9,80 Шлам БМЗ 31,84 37,29 1,05 Таблица 2 – Составы сырьевых смесей для синтеза СФД Состав 1 Состав 2 Состав 3 Сырьевые компоненты - Мел - Фосфогипс - Шлам МТЗ - Мел - Фосфогипс - Шлам БМЗ - Мел - Фосфогипс - Железистый кек 22 8 Т аб ли ца 3 – Х ар ак те ри ст ик а сы рь ев ы х м ат ер иа ло в дл я пр ои зв од ст ва су ль ф оф ер ри тн ы х до ба во к (С Ф Д ) С ы рь ев ой м ат ер иа л С од ер ж ан ие о кс ид ов , м ас .% Si O 2 A l 2 O 3 C aO M gO F eO + Fe 2O 3 M nO Z nO C uO T iO 2 K 2O N a 2 O SO 3 F о бщ P 2O 5 пп п Ф ос ф ог ип с 0, 80 - 33 ,3 2 1, 20 0, 40 - - - 0, 07 0, 33 41 ,6 0 0, 28 1, 50 20 ,9 4 Г ал ьв ан ич ес ки й ш ла м Б М З до 1, 50 - 20 ,0 - 40 ,0 до 1, 50 15 ,0 - 30 ,0 до 0, 20 2, 0- 6, 0 1, 0- 4, 0 - 1, 0- 2, 70 20 ,0 - 30 ,0 - 2, 0- 14 ,0 о ст ал ь- но е Ш ла м М Т З 0, 35 - 0, 60 - 2, 70 - 4, 70 0, 97 - 3, 45 4 5, 80 - 60 ,5 0 - 4, 15 - 14 ,5 0 0, 05 - 0, 10 - 1, 46 -3 ,5 0 1, 36 - 1, 95 - 1, 9- 4, 95 о ст ал ь- но е Ж ел ез ис ты й ке к 7, 44 11 ,9 4 6, 32 - 55 ,8 1 - - - 3, 68 - 4, 65 0, 91 - - 9, 25 М ел « К ол яд ич и» 3, 38 0, 45 5 2, 84 0, 35 0, 20 - - - - 0, 19 0 ,4 1 - - - 40 ,1 0 228 229 Рис. 1. Гранулометрический состав порошка СФД Рис. 2. Рентгенограмма СФД на основе гальванических шламов 230 Рис. 3. Технологическая схема производства СФД: 1 – приемный бункер; 2, 4, 18 – ленточный конвейер; 3 – вальцы; 5 – расходный бункер; 6 – реверсный ленточный конвейер; 7 – двухвальный смеситель сухого перемешивания; 8 – двухвальный смеситель пластичного перемешивания; 9 – ленточный пресс с грануляцией; 10 – силос для хранения сырых гранул; 11 – сушильный барабан; 12 – вращающаяся печь; 13 – барабанный холодильник; 14 – силос обожженных гранул; 15 – шаровая мельница; 16 – циклон грубой очист- ки дымовых газов; 17 – рукавный фильтр 231 РАЗРАБОТАТЬ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИСТОВОГО СТЕКЛА, УПРОЧНЕННОГО ИОННЫМ ОБМЕНОМ ПАВЛЮКЕВИЧ Ю.Г. Белорусский государственный технологический университет Изготовлена установка, позволяющая формовать стекло толщиной 0,2−2 мм методом вертикального вытягивания вниз. Рис. 1. Схема процесса формования листового стекла методом вытягивания вниз: 1 – лента стекла, подаваемая на формование; 2 − луковица; 3 – формуемая лента стекла; 4 – верхний нагревательный блок печи; 5 − нагреватели; 6 – термопара; 7 – нижний нагревательный блок печи ; 8 − огнеупорная футеровка; 9− ролики 232 Листовые стекла тонких номиналов. Назначение: облегченные конструкции из листового стекла тонкого номинала, предметные и покровные стекла. Техническое описание: светопропускание 90- 91%; толщина листового стекла 0,2-1,0 мм; температурный коэф- фициент линейного расширения 90∙10-7К-1; химическая устойчи- вость - III гидролитический класс. Основные преимущества: высо- кое светопропускание, гибкость. Снижение материалоемкости про- изводства и массы изделий на основе листового стекла. Разработана экспериментально-статистическая математическая модель процесса ионообменного упрочнения листовых стекол в расплаве КNO3. Математическая модель позволяет определить оп- тимальный температурно-временной режим обработки стекол, обеспечивающий получение продукции с улучшенными эксплуата- ционными свойствами. Уравнение регрессии где b0, b1, b2, b12, b11, b22 – расчетные значения коэффициентов урав- нения регрессии, приведенные в таблице; y – свойство стекла; τ – время выдержки в расплаве KNO3; T – температура обработки в расплаве KNO3. Таблица 1 – Значения коэффициентов уравнения регрессии Наименование свойства Значение коэффициента b0 b1 b2 b12 b11 b22 Высоте падения стального шара, при которой происхо- дило разрушение образца, м 0,838 0,094 0,201 –0,108 –0,094 0,118 Термостойкость, ºС 211,7 20,9 6,7 –1,3 7,5 – Микротвердость, МПа 5203 73,6 96,2 46,9 48,7 68,8 Стекла упрочненные ионным обменом. Стекла для защитных оч- ков и противогазов. Назначение: защитные стекла. Техническое описание: светопропускание 89–90 %; толщина стекла 2,0 мм; прочность на удар – выдерживает свободное падение стального шара массой 120 г с высоты 1,2–1,4 м; 233 термостойкость – 200–220 °С; микротвердость по Виккерсу – 5700–5800 Мпа; температурный коэфф. линейного расширения – 90·10-7 К-1; плотность – 2496 г/м3; химическая устойчивость – III гидролитический класс. Основные преимущества: высокая прочность на удар. Рис. 2. Зависимость содержания К2О и Na2O в поверхностном слое стекла при температуре 400 ºС и времени обработки 3,5 часа Рис. 3. Стекла упрочненные ионным обменом. 234 ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ФИБРОАРМИРОВАННЫХ ЦЕМЕНТНЫХ СИСТЕМ, ПОЛУЧАЕМЫХ НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ ПТК «ХИМВОЛОКНО» ОАО «ГРОДНО АЗОТ» САФОНЧИК Д.И., ГРАСЕВИЧ Н.А. Гродненский государственный университет имени Я.Купалы Предварительные эксперименты показали, что для создания це- ментных систем с улучшенными прочностными характеристиками возможно использование отходов ПТК «Химволокно» ОАО «Гродно Азот». При этом установлено, что наилучшие показа- тели продемонстрировали цементные системы, модифицированные нитями полиамидными (жгуты) и обрезками ткани кордной поли- эфирной пропитанной. Установлено, что лучшие параметры фибры из обрезков ткани кордной полиэфирной пропитанной: -количество – 0,3 % от массы цемента; длина – 1,8-2,1 см. фибры из нитей полиамидных (жгуты): -количество – 0,3 % от массы цемента; длина – 1,8-2,3 см. При использовании нитей полиамидных (жгуты) в состав систем нужно дополнительно вводить пластифицирующие добавки для по- вышения прочности на сжатия образцов. Введение армирующих волокон не оказывает значительного влияния на водопоглощение. Применение армирующих волокон улучшает изностойкость це- ментных образцов. Разработана технологическая схема изготовления фиброармиро- ванных цементных систем и определена предварительная стоимость 1м3 раствора, модифицированного отходами основного производ- ства ПТК «Химволокно» ОАО «Гродно азот». 235 Рис. 1. Отходы ПТК «Химволокно» ОАО «Гродно Азот» Таблица 1 – Свойства волокон Волокно Плот- ность Предел прочности на растяжение, МПа Модуль упру- гости, МПа Темп. деструк- ции, 0 С Полиамидное 1140 770..850 3200..3500 200..220 Полиэфирное 1380 800..1000 2000..2500 240..260 236 Таблица 2 – Результаты предварительных испытаний балочек на сжатие и изгиб (ГОСТ310.4-81) № п/п Длина волокна, мм Расход волокна, % Прочность на изгиб, кПа (% к контроль- ному) Прочность на сжатие, кПа (% к контрольно- му) 1 2 3 4 5 Нить полиамидная (жгуты) 1 контрольный 3680 24820 2 6 0,2 4240 (+15,2) 24595 (-0,9) 3 0,6 3950 (+7,3) 24845 (+0,1) 4 15 0,2 4795 (+30,3) 26385 (+6,3) 5 0,6 4165 (+13,2) 23280 (-6,2) Отходы нити ПЭТФ полиэфирной 6 контрольный 3750 26200 7 6 0,2 3920(+4,5) 25910(-1,1) 8 0,6 3890 (+3,7) 27010 (+3,1) 9 15 0,2 3240 (-13,6) 20645 (-21,2) 10 0,6 3180 (-15,2) 19050 (-27,3) Обрезки ткани кордной полиэфирной пропитанной 11 контрольный 3200 24800 12 6 0,2 3220 (+0,6) 26930 (+8,6) 13 0,6 3515 (+9,8) 25570 (+3,1) 14 15 0,2 3385 (+5,8) 24850 (+0,2) 15 0,6 3720 (+16,3) 26015 (+4,9) Обрезки ткани кордной пропитанной в стыках 16 контрольный 3830 26560 17 6 0,2 3785 (-1,1) 33810 (+27,3) 18 0,6 3800 (-0,8) 29240 (+10,1) 19 15 0,2 3990 (+4,1) 29140 (+9,7) 20 0,6 3440 (-10,2) 26190 (-1,4) 237 Рис. 2. Испытания цементных балок, модифицированных обрезками ткани кордной полиэфирной пропитанной 238 Рис. 3. Испытания цементных балок, модифицированных нитями полиамидными (жгуты) 239 Рис. 4. Испытания по оценке подвижности цементного теста Рис. 5. Испытания кубиков с добавками на сжатие 240 Рис. 6. Испытание образцов с отходами нити полиамидной и добавкой Полипласт СП-1 (С-3) Рис. 7. Испытание на износостойкость 241 РАЗРАБОТКА НОВЫХ БИТУМНО-ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОТХОДОВ НЕФТЕМАСЛОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВ И ВЫСОКОДИСПЕРСНОГО КРЕМНЕЗЕМА ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ЗАЩИТЫ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ШАПОВАЛОВ В.М. Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого Проблемы защитных составов:  небольшой срок службы;  нестабильная адгезия к бетону;  в ходе эксплуатации наблюдается разрушение или отслое- ние  материала от бетонной конструкции;  необходимость сушки поверхности бетона;  при нанесении таких материалов необходимо строгое со- блюдение  технологических параметров;  внутренние напряжения;  слабая защита бетона и арматуры от коррозии в агрессивный условиях;  высокая стоимость и зависимость от импорта. Пути повышения эксплуатационных свойств защитных составов:  разработка нанокомпозитов и нанотехнологий;  материалы на основе техногенных отходов;  новые связующие, наполнители и модификаторы;  рациональное, научно-обоснованное использование извест- ных подходов и веществ, в частности, путем поверхностной обработки материалов высокоактивными реагентами и со- ставами органической неорганической природы. Пути повышения эксплуатационных свойств защитных составов:  разработка нанокомпозитов и нанотехнологий;  материалы на основе техногенных отходов;  новые связующие, наполнители и модификаторы; 242  рациональное, научно-обоснованное использование извест- ных подходов и веществ, в частности, путем поверхностной обработки материалов высокоактивными реагентами и со- ставами органической неорганической природы. Основные результаты, полученные при выполнении работы: 1. Физико-химические процессы, определяющие взаимодействие нефтешлама с материалом бетона путем его деэмульгирования, что обеспечивает проникновение воды вглубь бетона и вытеснение масляной составляющей нефтешлама в приповерхностные слои, которые гидрофобизируют поверхность бетона и уменьшают водо- поглощение обработанных образцов по сравнению с необработан- ными в 1,6-1,8 раза. Таблица 1 – Свойства составов для обработки цементного бетона Показатель 1 2 3 4 5 6 7 8 Исход- ход- ный Водопоглощение, % 3,8 3,8 3,9 3,9 4,0 4,1 4,25 3,9 6,8 Глубина пропитки, мм 3 4 4 5 5 6 7 4 - 2. Закономерности повышения адгезии полимер-битумного ма- териала к бетону, основанные на реализации эмульгирующей и пла- стифицирующей способности жиров и жирных кислот, входящих в состав отработанного адсорбента, обеспечивая гомогенность и пла- стичность композиционной системы. Рис. 1. Зависимость адгезии битума к бетону от содержания отработанного адсорбента (1) и нефтешлама (2) 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0 5 10 15 20 C, мас. % Рa, МПа 1 2 243 Рис. 2. Зависимость адгезии к бетону битумно-полимерной композиции от содержания вторичного полимера 244 3. Экспериментальные результаты, устанавливающие взаимо- связь вязкостных свойств полимер-битумного материала с показа- телями прочности и теплофизическими характеристиками, завися- щие от концентрации нефтешлама (5-10 мас.%), дисперсных частиц вторичного пенополистирола (2,0-4,0 мас.%) и высокодисперсной добавки кремнезема (1,5-3,0 мас. %). Рис. 3. Зависимость температуры размягчения битумно-полимерной композиции от содержания нефтешлама содержание пенополистирола мас. 4% 24 5 Р ис . 4 . С те пе нь д ис пе рг ир ов ан ия S iO 2 245 246 4. Новые модифицированные составы полимер-битумных ком- позиций с использованием отходов полимеров и кремнезема и неф- те-маслоперерабатывающих производств. Рис. 5. Накопление карбонильных групп (изменение оптической плотности полосы 1720 см (1) в битумно-полимерной композиции исходной (2) и содержащей 2 мас.% Неозона Д (1) от времени УФ обработки В результате исследований установлено, что использование в битумно-полимерных композициях вторичных полимеров (поли- этилен, полипропилен, ПЭТФ, полистирол) увеличивает их темпе- ратуру размягчения и адгезию, чем при использовании первичных полимеров. Установлено, что введение диоксида кремния в битумно- полимерную композицию усиливает физико-химическое взаимо- действие между полимерной и битумной матрицей и увеличивает теплостойкость композиции до 30%, механическую прочность до 20% и адгезии до 25%. Разработанные композиции предназначены для защиты, железо- бетонных и металлических конструкций от воздействия атмосфер- ных факторов и повышенной влажности. Использование вторичных полимеров и отходов нефтеперераба- тывающего и маслоперерабатывающего производств позволит ча- стично решить проблему утилизации этих отходов. Показана эффективность использования фенольно-силикатных композиций в качестве антикоррозионных составов в ж.б. изделиях. D t, час 0,4 0,2 0 5 10 1 2 247 РАЗРАБОТКА ОСНОВ ТЕОРИИ И МЕТОДОЛОГИИ ВЫБОРА СТРАТЕГИИ РЕМОНТА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ПОВЫШЕНИЕ ИХ НАДЕЖНОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ ВЕРЕНЬКО В.А. Белорусский национальный технический университет Важнейшими задачами дорожной отрасли Республики Беларусь на современном этапе является повышение эффективности исполь- зования ресурсов и неуклонное улучшение качества продукции, так как часто наблюдается ситуация, что состояние автомобильных до- рог в нашей стране не отвечает нормативным требованиям, а срок службы покрытий во многих случаях не достигает расчетных зна- чений. Можно выделить следующие причины сложившейся ситуации: 1) Интенсификация воздействия внешних факторов (транс- портных и погодно-климатических) на дорожную конструк- цию в процессе ее эксплуатации; 2) Появление на рынке большого разнообразия материалов и технологий и зачастую нерациональное и бессистемное их использование; 3) Темпы развития существующей проектной документации не в полной мере соответствуют современным требованиям; Следствием указанных выше проблем является острая необхо- димость в разработке методологий прогнозирования и направлен- ного регулирования состояния дорожных одежд, которые позволят грамотно назначить стратегии рационального распределения ресур- сов на всех стадиях жизненного цикла дорожной сети Республики Беларусь. Целью данного проекта является разработка методологических основ прогнозирования и направленного регулирования изменения состояния дорожной одежды во времени, которые позволят грамот- но назначать стратегии рационального распределения ресурсов на всех стадиях жизненного цикла автомобильных дорог. В рамках поставленных целей планируется выполнить следую- щие задачи: 248 1) Усовершенствовать существующие методологии проектиро- вания дорожных одежд, используя теории кинетики накопления по- вреждаемости и теории надежности; 2) Разработать методологические основы углубленного изучения свойств дорожно-строительных материалов для обеспечения надежности и долговечности конструкций на стадии проектирова- ния; 3) Усовершенствовать методику сбора и обработки информации о состоянии дорожных асфальтобетонных покрытий с возможно- стью прогнозирования развития деформаций на них и назначения сроков и вида мероприятий содержания; 4) Разработать методологию определения технико- экономической эффективности проведения капитального ремонта и назначения метода его реализации. Для выполнения поставленных целей и создания методологиче- ских основ управления состоянием дорожных одежд были проведе- ны исследования по ряду ключевых направлений: 1) Для объектов, находящихся на стадии эксплуатации: а) Усовершенствована система диагностики дорожных одежд; б) Разработана система технико-экономического обоснования выбора ремонтных мероприятий. 2) Для объектов, находящихся на стадии проектирования: а) Определены теоретические походы для выбора стратегии со- держания объекта; б) Усовершенствована методология проектирования конструк- ций на заданный срок службы. Совершенствование системы диагностики дорожных одежд: 1) Выполнены исследования по усовершенствованию методики сбора и обработки данных о состоянии дорожных асфальтобетон- ных покрытий на основании составления ведомостей дефектов. До- работана классификация дефектов и разрушений в зависимости от причин их возникновения, степени влияния на надежность и долго- вечность конструкции с внесением соответствующих изменений в нормативную документацию (ТКП 271). 2) Разработана методология определения остаточного срока службы и ресурса материалов существующих конструктивных сло- ев, основанной на теории кинетики накопления повреждаемости. 249 Изменение характеристик конструктивных слоев во времени определяется уровнем надежности материала с учетом внут- риструктурной повреждаемости, который может быть определен теоретически, либо при периодическом ежегодном ее определении на образцах из покрытия. Рис. 1. Процесс содержания дорожного покрытия до капитального ремонта. Совершенствование методологии проектирования конструкций: 1) Разработаны теоретические подходы к проектированию до- рожных одежд путем более глубокого учета свойств материалов покрытия. В частности исследован нелинейный характер работы асфальто- бетонных покрытий в различных режимах изменения температуры и скорости нагружения. Учитывалось, что кривая деформирования (в координатах напряжение-деформация либо нагрузка-перемещение) имеет нели- нейный вид. Поэтому конструирование дорожных одежд, с исполь- зованием в качестве расчетных характеристик модулей упругости материалов, имеет значительные погрешности. 250 Рис. 2. Типовые кривые деформирования асфальтобетона 2) Проведен комплекс лабораторных исследований по изучению циклической долговечности асфальтобетонов, с целью прогнозиро- вания появления дефектов и разрушений при различных параметрах транспортной нагрузки с разработкой необходимых эмпирических зависимостей. 251 Рис. 3. Типовые кривые циклического деформирования асфальтобетона Рис. 4. Примеры эмпирических зависимостей накопления остаточных деформаций 252 3) Разработана методология определения необходимых парамет- ров напряженно-деформированного состояния для проведения прочностных расчетов дорожных одежд с использованием совре- менных комплексов компьютерного моделирования (в том числе посредством использования метода конечных элементов). а) б) в) Рис. 5. Характер распределения деформаций (а), максимальных растягивающих (б) и касательных напряжений (в) в конструктивных слоях дорожной одежды, полученные расчетом в системе аналитического проектирования MSC.PATRAN 253 Произведено изучение возможности и целесообразности прове- дения новых технологических способов проведения ремонтных ме- роприятий дорожных одежд (в том числе неиспользуемых в насто- ящее время в нашей стране), а также разработаны методологические подходы к определению их эффективности. Применение новых ма- териалов и технологий в дорожном строительстве должно иметь под собой техническую и экономическую целесообразность, в соот- ветствии с наиболее целесообразной стратегией проведения ре- монтных мероприятий. Рис. 6. Изменение эксплуатационного состояния при различных стратегиях проведения ремонтов В ходе выполнения научно-исследовательских работ была усо- вершенствована действующая в настоящее время система диагно- стики и оценки состояния проезжей части городских улиц на осно- 254 вании определения ряда параметров дорожных одежд, которые ха- рактеризуют их фактическое состояние на различных стадиях экс- плуатации объекта. Были достигнуты следующие практические ре- зультаты: - Усовершенствована методика сбора и обработки информации о состоянии дорожных асфальтобетонных покрытий с возможностью прогнозирования развития деформаций на них и назначения сроков и вида мероприятий содержания - Разработана методология определения технико-экономической эффективности проведения различных типов ремонтных мероприя- тий (содержание, текущий ремонт, капитальный ремонт) и назначе- ния метода его реализации. В ходе проведения исследований определены методологические подходы к прогнозированию и направленному регулированию со- стоянием дорожных одежд, что в свою очередь позволит грамотно назначать стратегии рационального распределения ресурсов на всех стадиях жизненного цикла дорожной сети Республики Беларусь. Разработанная система позволит стремиться к оптимальному рас- пределению ресурсов во времени для каждого рассматриваемого объекта на основании: - Определения кривой жизненного цикла дорожной одежды по различным показателям прочности и надежности в зависимости от принятого проектного решения и выбранной стратегии содержания объекта; - Направленного подбора состава и свойств дорожно- строительных материалов в зависимости от функционального их назначения для обеспечения надежности и долговечности дорож- ных одежд. 255 РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ И МЕТОДОЛОГИИ ПОВЫШЕНИЯ ДЕФОРМАЦИОННОЙ УСТОЙЧИВОСТИ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ ПУТЕМ МОДИФИКАЦИИ ПОЛИМЕРАМИ РАЗЛИЧНОЙ ПРИРОДЫ И СВОЙСТВ С ОБОСНОВАНИЕМ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ В РАЗРЕЗЕ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ УЛИЦ И ДОРОГ ЗАНКОВИЧ В.В. Научно-технологический парк БНТУ На настоящий момент в мировой практике номенклатура приме- няемых полимеров для улучшения свойств асфальтобетонных сме- сей достаточна широка. Наиболее широко применяются: термоэла- стопласты, термопласты, воски. Во всем мире развивается направ- ление использования вторичных полимеров указанных групп для удешевления процесса модификации без снижения ее качества. Ме- тодология исследования свойств модифицированных асфальтобе- тонных смесей не имеет явных отличий от методологии исследова- ния свойств стандартных асфальтобетонных смесей. Отсутствуют четкие (по крайней мере в открытом доступе) методологические основы оценки эффективности модификации асфальтобетонных смесей с точки зрения сравнения технических и экономических характеристик. Полимеры, принятые для исследований: -Термоэластопласт (каучук стирол-бутадиеновый (SBR)); - Термопласт (линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE)) - Воск (амидный воск (Serbit® 214)). Исследуемые показатели модифицированных битумов: - пенетрация при 25оС; - температура размягчения (КиШ) - температура хрупкости. Исследуемые показатели свойств модифицированных асфальто- бетонных смесей: -Высокотемпературные свойства; - Низкотемпературные свойства; - Циклическая долговечность (под нагрузкой); - Усталость. 256 Рис. 1. Циклическая долговечность, усталость Исследованы экспериментальные составы битумов, модифици- рованных полимерами из группы термоэластопластов, термопла- стов и восков. Исследованы составы асфальтобетонных смесей, модифициро- ванных полимерами различной природы и свойств (в том числе че- рез модификацию битума) с целью обеспечения достижения раз- личных физико-механических свойств асфальтобетонов. 257 Проведены сравнительные исследования свойств модифициро- ванных асфальтобетонов по европейским и белорусским нормативам. Установлены основные отличия в показателях свойств модифи- цированных и стандартных асфальтобетонов по следующим показа- телям: высокотемпературные свойства, низкотемпературные свой- ства, циклическая долговечность и усталость. Установлены основные минимальные требуемые показатели физикомеханических свойств модифицированных асфальтобетонов. Разработана методология оценки срока службы модифицирован- ного асфальтобетона в дорожном покрытии. Разработана методика оценки эффективности модификации ас- фальтобетонных смесей на основе технических и экономических характеристик. Разработаны оптимальные составы асфальтобетонных смесей на основе модифицированного полимерами различной природы и свойств битума. Рис. 2. Низкотемпературные свойства 258 АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ МОБИЛЬНЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ СВАРКИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ НА БАЗЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОГО ИНВЕРТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ СНАРСКИЙ А.С. Белорусский национальный технический университет Рис. 1. Классификация установок для автоматизации сварочных процессов Рис. 2. Общая конструкция самоходной сварочной тележки для автоматизированного мобильного технологического комплекса сварки 25 9 Р ис . 3 . К ла сс иф ик ац ия м од ул ей и у зл ов с ва ро чн ы х са м ох од ны х те ле ж ек у ст ан ов ок дл я ав то м ат из ац ии с ва ро чн ы х пр оц ес со в 259 26 0 Р ис . 4 . У ст ро йс тв о дл я ко ле ба ни я св ар оч но й го ре лк и 260 26 1 Р ис . 5 . К он ст ру кт ив ны е эл ем ен ты с ам ох од но й те ле ж ки 261 26 2 Р ис . 6 . И нв ер то рн ая с ва ро чн ая у ст ан ов ка K em pp i F as tM ig P ul s 35 0 и ин ве рт ор на я св а- ро чн ы й ап па ра т K em pp i M as te rT ig M L S 2 30 0 Р ис . 7 . С ва рн ы е со ед ин ен ия 262 263 КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА БЕТОНА МОНОЛИТНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЛАТЫШ А.В., ЛЕОНОВИЧ С.Н., КОЛЕДА Е.А. Белорусский национальный технический университет Растущее распространение неразрушающего контроля бетона в конструкциях и накопленная статистика результатов испытаний заставляет обратить особое внимание на используемые методы ис- пытаний и принятые оценочные критерии. Основная проблема не- разрушающих испытаний бетона конструкций заключается в том, что измерительные процессы известных неразрушающих методов испытания прочности бетона не являются адекватными напряжен- но-деформированному состоянию бетона в зоне контроля ни друг другу, ни процессу прессового испытания бетонного образца на од- ноосное сжатие. Проявляется это в том, что косвенные параметры неразрушающих методов испытаний в разной степени подвержены влиянию изменений физико-механический свойств контролируемо- го бетона. Введение. Значительную востребованность в качестве основы производственно-технологического контроля в монолитном строи- тельстве приобретают оперативные неразрушающие методы опре- деления прочностных показателей бетона: они могут использовать- ся как на ранних стадиях его твердения, при оценке распалубочной прочности и в процессе выдерживания, обеспечивая сплошной кон- троль строительной продукции, так и при выполнении мониторинга прочностных параметров бетона наиболее ответственных монолит- ных конструкций, до достижения ими проектных значений. Не ме- нее важна роль неразрушающего контроля при обследовании зда- ний и сооружений, особенно эксплуатируемых в условиях динами- ческих нагрузок, а также при выполнении работ, связанных с реконструкцией. Растущее распространение неразрушающего контроля бетона в конструкциях и накопленная статистика результатов испытаний заставляет обратить особое внимание на используемые методы ис- пытаний и принятые оценочные критерии. Основная проблема не- разрушающих испытаний бетона конструкций заключается в том, 264 что измерительные процессы известных неразрушающих методов испытания прочности бетона не являются адекватными напряжен- но-деформированному состоянию бетона в зоне контроля ни друг другу, ни процессу прессового испытания бетонного образца на од- ноосное сжатие. Проявляется это в том, что косвенные параметры неразрушающих методов испытаний в разной степени подвержены влиянию изменений физико-механический свойств контролируемо- го бетона. Это значит, что оценки прочности неразрушающими ме- тодами будут зависеть не только от фактической прочности бетона (определяемой прессовыми испытаниями образцов), но и от других его характеристик: модуля упругости, динамической вязкости, структурной неоднородности и др. Безусловно, вариации физико- механических свойств бетона оказывают влияние и на результаты метода прессовых испытаний. Но поскольку этот метод принят в качестве эталонного, то его результат рассматривается как «истин- ная» оценка прочности бетона, а все остальные методы должны на нее «равняться». Другой специфичной проблемой в практике неразрушающего контроля железобетонных конструкций является обоснование вы- бора критериев соответствия фактической прочности бетона норма- тивным показателям. В соответствии с ГОСТ 18105-2010 «Бетоны. Правила контроля и оценки прочности», контроль и оценку прочно- сти бетона на предприятиях и в организациях, производящих бе- тонную смесь, сборные, сборно-монолитные и монолитные бетон- ные и железобетонные конструкции, следует проводить статистиче- скими методами с учетом характеристик однородности бетона по прочности. Приемка бетона путем сравнения его фактической прочности с требуемой без учета характеристик однородности бе- тона по прочности не допускается. В ГОСТ 18105-2010 установлено требование сплошного контроля прочности бетона в монолитных железобетонных конструкциях и приведены две схемы контроля прочности бетона для таких конструкций: схема В – основана на результатах статистической обработки данных о прочности бетона в изделиях контролируемой партии; схема Г – нестатистическая, ос- нована на результатах неразрушающего контроля прочности бетона без построения градуировочных зависимостей, но с использованием универсальных зависимостей путем их привязки к прочности бето- на контролируемой партии конструкций. 265 В соответствии с действующими ТНПА, предприятия осуществ- ляющие производство и поставку бетонных смесей, а так же строи- тельные организации, выполняющие работы по возведению моно- литных железобетонных конструкций, должны определять характе- ристики однородности прочности бетона. На сновании полученных данных о фактической прочности бетона в конструкциях и её вари- ации, делается заключение о фактическом классе бетона по прочно- сти и производится приемка бетона возведенных конструкций. В связи с этим, важную роль в накоплении достаточного массива дан- ных для статистической обработки и в осуществлении сплошного контроля прочности бетона монолитных железобетонных кон- струкций занимают неразрушающие методы контроля. 1.Методы неразрушающего контроля для оценки прочности бе- тона в монолитных железобетонных конструкциях Система контроля прочности бетона, основанная на результатах испытаний на сжатие образцов, регламентированная ГОСТ 10180- 2012, не позволяет получить достоверную информацию о качестве бетона непосредственно в изделии. Характеристики бетона в образ- цах и изделиях заметно отличаются. Главной целью совершенствования неразрушающих методов контроля по-прежнему остается достижение максимального совпа- дения их оценок с оценками прочности бетона стандартным мето- дом испытаний образцов на сжатие при минимальном учете специ- фических технологических факторов бетона. Значительный вклад в развитие теории и практики неразрушаю- щего контроля прочностных свойств бетона внесли И.Н. Ахвердов, И.С. Вайншток, В.В. Дзенис, А.С. Зальцман, Н.А. Крылов, К.П. Кашкаров, В.А. Клевцов, М.Г. Коревицкая, М.Ю. Лещинский, Ю.Н. Мизрохи, С.И. Ногин, Г.Я. Почтовик, Б.Г. Скрамтаев, В.В. Судаков, Д.Ю. Снежков, J. Krautkrämer, H. Krautkrämer, R. Jones, N.J. Carino, M. Sansalone, E. Schmidt и др. Неразрушающие методы контроля прочностных показателей бе- тона обычно классифицируются как механические и физические. К механическим относится большая группа методов локального раз- рушения бетона и группа склерометрических методов. Они основа- ны на взаимодействии (статическом или динамическом) твердого индентора (ударника) с поверхностью контролируемого изделия. Перечень физических методов весьма обширный, в первую очередь 266 к ним относят акустические методы, а также ряд электрофизиче- ских. Акустические методы, в свою очередь, подразделяются на пассивные, основанные на регистрации сигналов, возникающих в контролируемом изделии, например, при деформации (метод аку- стической эмиссии), и активные, которые оценивают физико- механические свойства бетона по изменению параметров формиру- емых внешних воздействий. К группе активных методов относится ультразвуковой импульсный метод по ГОСТ 17624-87, а также ряд относительно новых методов: эхо-ударный (Impact Echo) метод, ме- тод электромагнитного отклика, радиоволновые методы. Перечень активных акустических методов достаточно широкий, к наиболее распространенным в практике неразрушающего кон- троля можно отнести следующие методы: прохождения, отражения, комбинированные, собственных частот (спектральные), включаю- щие в себя метод свободных колебаний (резонансный). Следует за- метить, что классификационные модели, по мере развития, совер- шенствования, появления новых методов, сами претерпевают эво- люцию, хотя основой их остается используемый физический принцип. Имеется немало методов, которые могут быть одновременно от- несены к различным классификационным группам, в частности, рассмотренный ниже так называемый Impact Echo метод (IEM) мо- жет быть отнесен и к группе методов свободных колебаний, и к группе методов прохождения и отражения. Все активные акустические методы неразрушающего контроля бетона используют параметры процессов волнообразования и вол- нового распространения в испытуемой конструкции (или образце) механических колебаний с целью оценки упругодеформативных и прочностных свойств бетона. Источник акустических колебаний является составной частью самого измерительного прибора. Анализ литературных источников показал, что в разной степени, но всем неразрушающим методам присуща зависимость их оценок прочности от технологических факторов бетона: вариации состава, В/Ц, режимов укладки и уплотнения, возраста. В результате при определении прочности бетона на сжатие неразрушающими мето- дами без учета технологии его производства погрешность может достигать 30…60 %, а в отдельных случаях и более. 267 Оценки практически всех методов контроля как механических, так и физических с малым энергетическим воздействием подверже- ны в большей степени влиянию параметров упругости бетона, чем его прочности. Если принимать во внимание чувствительность ме- тода по отношению к контролируемым прочностным параметрам бетона, то в качестве классификационного параметра можно рас- сматривать энергию воздействия на контролируемую зону. Одним из самых низкоэнергетических методов, из указанных, является ультразвуковой импульсный, он же является и самым тех- нологозависимым. Упругая деформация бетона в зоне излучающего преобразователя для типовых ультразвуковых приборов составляет 5...20 мкм, а в зоне приема - на несколько порядков меньше. Этот же метод является и наиболее чувствительным к параметрам упру- гости бетона. Инденторы приборов семейства «ОНИКС», «ИПС – МГ4» создают уровень деформации в точке воздействия порядка от 0,1 до 0,5 мм, что вызывает напряжения уже превосходящие предел прочности бетона. Приборы метода упругого отскока (молотки Шмидта) создают большее энергетическое воздействие, энергия удара молотка Шмидта типа N составляет 2,2 Дж. Одними из самых независимых от влияния технологических факторов бетона являют- ся методы отрыва и скалывания по СТБ 2264-2012, они же являются и самыми энергозатратными. Влияние технологии бетона на точность оценки его прочности неразрушающими методами происходит вследствие чувствительно- сти неразрушающих методов к характеристикам упругости бетона, которая зависит не только от энергии воздействия на бетон, но и от времени воздействия. Зависимость упругих свойств бетона от вре- мени динамического воздействия связана со значением времени ре- лаксации, являющимся основной характеристикой вязкости бетона. Таким образом, косвенные параметры неразрушающих методов определения прочности бетона являются интегральными оценками всего комплекса физико-механических свойств бетона: прочности, упругости, вязкости, пластичности. Неоднозначность характера взаимосвязи упругопрочностных параметров бетона обуславливает дополнительную погрешность их оценок неразрушающими мето- дами, поскольку каждый из них обладает различной чувствительно- стью к указанным параметрам. 268 В работе И.Н. Ахвердова отмечается, что при одинаковой проч- ности модуль упругости бетона меняется в широких пределах. По- скольку фракционный состав, вид и количество крупного и мелкого заполнителей влияют на прочность бетона и модуль упругости по- разному, то нельзя рассчитывать модуль упругости, не учитывая состава и свойств заполнителей. В работе отмечается: «При измерении упругих деформаций бе- тонов разной прочности фиксируется в ряде случаев не возрастание, а падение модуля (упругости) с ростом прочности бетона. Противо- речия и расхождения в оценках модуля упругости бетона следует отнести, несомненно, за счет того, что существующие эмпириче- ские зависимости не отражают влияния на его величину всех важ- нейших факторов». В этой же работе выполнен анализ данных кор- реляции модуля упругости и предела прочности для бетонов, объ- единенных в группы по различным показателям: количеству разновидностей цемента, заполнителя, содержания цементного те- ста, условий уплотнения и твердения, возраста (от 1…360 суток до нескольких лет). Потребность в неразрушающих методах возникает, как правило, в случаях сомнений в качестве бетонной смеси и стабильности тех- нологии бетонирования. Чувствительность неразрушающих мето- дов к изменению параметров прочности бетона неоднозначна и за- висит от причин ее снижения. Если потеря прочности бетона связа- на с деструктивными процессами, происходящими вследствие механических нагрузок, термических воздействий, коррозии, нару- шений технологии бетонирования, изменения состава бетонной смеси, то низкоэнергетические методы позволяют надежно фикси- ровать изменения прочности, но именно в той степени, в какой прочность и параметры упругости бетона будут взаимосвязаны. Ес- ли связь между упругостью и прочностью на сжатие бетона меняет- ся, например, при смене типа заполнителя, формировании пористой структуры, то указанные методы могут даже давать совершенно противоположную оценку изменению прочности. Именно по этой причине существующие неразрушающие методы являются техноло- гозависимыми по своей сути. 2.Результаты испытаний бетонных образцов 2.1 Методика проведения испытаний 269 Для определения прочности бетона и её вариации неразрушаю- щими методами контроля прочности, были отобраны образцы с двух невзаимосвязанных строительных объектов: образцы-кубы (со сторонами 100х100х100 мм) и образцы-цилиндры, полученные тор- цеванием выбуренных из монолитных конструкций кернов (D≈140 мм; h≈140 мм). С целью накопления достаточного массива данных для последующей статистической обработки и получения корреляционных зависимостей между показаниями различных при- боров неразрушающего контроля прочности бетона (ИПС-МГ4.01, молоток Шмидта, ультразвуковой тестер Пульсар 1.0) и прочностью бетона при испытании в прессе, была определена следующая мето- дика проведения испытаний. 1. Предварительно, на всех образцах была проставлена марки- ровка. В марке каждого образца содержались данные о его серии, порядковом номере в серии и дате формования. 2. Подготовлены таблицы-формы для протоколирования резуль- татов испытаний образцов-кубов и образцов-цилиндров. Так как испытываемые образцы-цилиндры получены выбуриванием кернов из монолитных конструкции с последующим торцеванием алмаз- ными кругами, были произведены обмеры фактических размеров образцов с занесением в таблицы-формы. 3. Ультразвуковым тестером Пульсар 1.0 были выполнены сле- дующие измерения: а) для образцов-кубов: измерена скорость прохождения ультра- звука по четырем боковым граням каждого образца (по два измере- ния на каждой грани). б) для образцов-цилиндров : измерена скорость прохождения ультразвука по образующим образцов-цилиндров: по четыре изме- рения на диаметрально расположенных участках, а также сквозным методом, вдоль оси цилиндра, с помощью одиночных преобразова- телей. Также были проведены три пары измерений в диаметраль- ном направлении: по два измерения на каждом из трех уровней по высоте цилиндра: по центру; и на расстоянии 2-3 см от верхнего и нижнего торцов. Диаметры каждого уровня выбирались по взаимно перпендикулярным направлениям. Все измерения производились в соответствии с ГОСТ 17624-87. 270 4. С помощью прибора для определения прочности бетона мето- дом ударного импульса ИПС-МГ4.01 были выполнены следующие измерения: а) для образцов-кубов: взяты четыре отсчета - по одному изме- рению на каждой боковой грани образца-куба; б) для образцов-цилиндров: три измерения на каждом уровне (два уровня на расстоянии 3 см от торцов цилиндров; один уровень на половине высоты цилиндра) со смещением точек отсчета по окружности цилиндра, и по одному измерению на каждом из торцов. Каждый единичный отсчет представляет собой серию из 15 уда- ров по поверхности образца с автоматическим программным осред- нением итога и отбраковыванием отдельных результатов, выходя- щих за пределы области определения. Методика проведения испы- таний методом ударного импульса приведена в СТБ 2264-2012. 5. Непосредственно в прессе (при обжатии нагрузкой в 3 МПа) были проведены испытания образцов с помощью молотка Шмидта: а) для образцов-кубов: выполнены измерения на двух боковых гранях (по пять точек на каждой грани); б) для образцов-цилиндров: выполнены измерения в 4 точках на каждом уровне: по 2 измерения с каждой стороны. 6. Проведены испытания образцов в прессе до разрушения по методике ГОСТ 10180-2012, с определением фактической прочно- сти образцов. Рис. 1. Результаты испытаний образцов-кубов ультразвуком 271 2.2 Результаты испытаний бетонных образцов Полученные при испытании образцов данные о прочности бето- на, позволили провести статистическую обработку результатов и построить градуировочные зависимости для каждого из методов неразрушающего контроля прочности. Рис. 2. Результаты испытаний образцов-кубов молотком Шмидта При обработке данных о прочности бетонных образцов, полу- ченных при испытаниях методом ударного импульса, оказалось, что практически отсутствует корреляционная связь между результатами испытаний прибором ИПС-МГ4.01 и испытаниями образцов в прес- се. Ввиду этого обстоятельства, было принято решение не исполь- зовать данные о прочности при этом методе испытаний для состав- ления комплексного метода оценки прочности и его анализа. После определения прочности бетонных образцов по градуиро- вочным зависимостям, представленным на графиках выше (для уль- тразвукового метода и метода упругого отскока), был реализован комплексный метод оценки прочности бетона, посредством осред- нения полученных единичных результатов прочности бетона в образцах. 272 Рис. 3. Результаты испытаний образцов-кубов ИПС-МГ4.01 На рисунке представлен сводный график, на котором совмещены линейные аппроксимирующие зависимости для ультразвукового метода, метода упругого отскока, а также комплексного метода оценки прочности бетона. Как видно из графика, аппроксимирую- щая зависимость комплексного метода оценки прочности лежит между зависимостями ультразвукового метода и метода упругого отскока в области допустимых значений. Это является прямым следствием методики осреднения единичных результатов прочно- сти бетона в серии образцов, полученных различными неразруша- ющими методами оценки прочности, входящими в комплекс. Рис. 4. Совмещенный график аппроксимирующих зависимостей 273 Выводы: 1. Анализ экспериментальных данных о прочности бетона, полу- ченных при испытаниях бетонных образцов выявил некоторые за- кономерности распределения прочности в зависимости от методов неразрушающего контроля. Измеряемый косвенный параметр мето- да упругого отскока и метода ударного импульса является отобра- жением комплекса физико-механических характеристик бетона, включая его прочность, характеристики упругости, вязкости и пла- стичности. Степень превалирования тех или иных характеристик бетона в полученном значении косвенного параметра зависит от ряда факторов, в первую очередь к ним относятся: энергия удара, масса индентора и площадь его взаимодействия с бетоном. Указан- ные физико-механические характеристики, их соотношения различ- ны для бетонов разных составов и технологий, в силу чего и оценки «качества» бетона, полученные ударными методами приобретают неопределенность. 2. Сужение диапазона неопределенности методов индентирова- ния может быть достигнуто тремя путями. Первый – традиционное использование набора градуировочных зависимостей и поправоч- ных коэффициентов, учитывающих изменения состава и техноло- гии бетона. Второй – селекция механических характеристик бетона использованием более «тонких» методик измерения, третий - орга- низацией комплекса, с включением в измерительный комплекс ме- тодов обладающих разной степенью чувствительности к механиче- ским характеристикам бетона, например ультразвукового импульсного метода. 3. В сравнении с механическими методами, оценки прочности бетона ультразвуковым методом подвержены в большей степени влиянию различных факторов, включая и технологические: измене- ния состава бетонной смеси, нестабильности качества её уплотне- ния, изменений условий твердения, возраста бетона. Это не позво- ляет использовать данный метод (вне комплекса с другими) для контроля прочности бетона неизвестного состава. 4. Комплексный метод неразрушающего контроля прочности бе- тона монолитных железобетонных конструкций на основе исполь- зования стандартизированных методов контроля обеспечивает сни- жение остаточной среднеквадратической погрешности измерения фактической прочности бетона до значений 14…19 %, 274 что на 5…8 % ниже этого показателя для каждого из используемых методов в отдельности. Список литературы 1. Ахвердов, И.Н. Основы физики бетона / И.Н. Ахвердов. – М.: Стройиздат, 1981. – 462 с. 2. Берг, О.Я. Высокопрочный бетон / О.Я. Берг, Е.Н. Щербаков, Г.Н. Писаненко. – М.: Изд. литературы по строи- тельству, 1971. – 206 с. 3. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам: ГОСТ 10180-2012. – Введ. 01.01.2016. – Мн., Минстройархитектуры, 2012.-48 с. 4. Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности: ГОСТ 17624-87. – Введ. 01.01.88. – Мн., 1988. – 28 с. 5. Дещенко, Г.И. Использование СВЧ излучения переменной частоты для измерения толщины бетонных конструкций / Г.И. Дещенко // Дефектоскопия. – 1998. - № 10. – С. 26-28. 6. Ермолов, И.Н. Теория и практика ультразвукового контроля / И.Н. Ермолов. – М.: Машиностроение, 1981. – 240 с. 7. Испытание бетона. Неразрушающий контроль прочности: СТБ 2264-2012. – Введ. 01.01.2013. – Минск: Минстройархитекту- ры, 2013. – 22 с. 8. Коревицкая, М.Г. Неразрушающие методы контроля каче- ства железобетонных конструкций / М.Г. Коревицкая. – М.: Высшая школа, 1993. - 76 с. 9. Лещинский, М.Ю. Испытание бетона: справочное пособие / М.Ю. Лещинский. – М.: Стройиздат, 1980. – 358 с. 10. Неразрушающий контроль и диагностика: справочник / В.В. Клюев [и др.], под ред. В.В. Клюева. – М.: Машиностроение, 1995. – 347 с. 11. Фурса, Т.В. Неразрушающий электромагнитный метод дефектоскопии изделий из диэлектрических материалов/ Т.В. Фурса // Дефектоскопия. – 2003. №10. - С. 27-32. 12. Фурса, Т.В. Неразрушающий электромагнитный метод кон- троля взлетно-посадочной полосы / Т.В. Фурса, И.Н. Хорсов, А.А. Беспалько // Дефектоскопия. – 2004. - №4. - С. 30-34. 275 ФИБРОБЕТОННЫЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ ПОЛЫ: ДЕФЕКТЫ, ТЕХНОЛОГИЯ И СИСТЕМА КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА КОЛЕДА Е.А., ЛЕОНОВИЧ С.Н., ЛАТЫШ А.В., ГРУШЕВСКАЯ Е.Н. Белорусский национальный технический университет Состояние проблемы. Эксплуатационные характеристики полов во многих случаях определяют возможность протекания запланиро- ванных технологических процессов, а также бесперебойную работу промышленного предприятия. К современным промышленным полам предъявляются особые требования по прочности, износостойкости, к устойчивости воздей- ствия температуры, влаги и агрессивных сред. Наиболее подходя- щим материалом, удовлетворяющим указанным требованиям, является бетон. Промышленные бетонные полы нашли достаточно широкое применение в зданиях производственно-складского назначения. Образование дефектов и повреждений полов может привести к су- щественному замедлению, а иногда и полной остановке бизнес- процессов, что в свою очередь сказывается на финансовом состоянии предприятия. Можно выделить ряд основных дефектов и повреждений, возни- кающих в промышленных бетонных полах [1]. 1. Дефекты бетонных покрытий. Трещины являются наиболее распространенным дефектом про- мышленных бетонных полов. Различают технологического проис- хождения, температурные, усадочные, комбинированного проис- хождения, а также сквозные, поверхностные и волосяные трещины. Шелушение поверхности является следствием отслоений тон- ких чешуек (2–5 мм) или лещадок (до 40 мм) поверхностного слоя с выкрашиванием компонентов бетона. Коробление – это скручивание углов и краёв плит вследствие разницы влагосодержания или температур между нижним и верхним слоями плиты. 276 Таблица 1 – Дефекты промышленных полов Причины возникновения дефектов Т ре щ и н ы Ш ел уш ен и е К ор об ле н и е П ов ы ш ен н ая и ст и ра ем ос ть П ро са дк и и п ер ек ос ы Р аз ру ш ен и е к ро м ок ш во в Р ак ов и н ы , к ав ер н ы П ри м ен ен и е н ек ач ес тв ен н ы х м ат ер и ал ов Применение бетонных смесей с содержани- ем воздухововлекающих и некоторых видов модифицирующих добавок + Повышенное содержание вяжущего в бе- тонной смеси + Повышенное содержание пылеватых фрак- ций + + Неправильное водо-цементное соотношение + + Некачественные материалы покрытия + + Применение не соответствующих условиям эксплуатации материалов для герметизации швов + Коррозионные процессы (в т.ч. карбонизация) + + + Н ар уш ен и е те хн ол ог и и п ро и зв од ст ва р аб от Нарушение технологии нанесения упрочня- ющей смеси + Нарушение тепло-влажностного режима и ухода за бетоном + + + + Замедленное водоотделение + Несоблюдение технологии нарезки швов + + Уступы между соседними плитами (просад- ка грунта, коробление) + Преждевременное начало эксплуатации по- ла + Недоуплотнение насыпных грунтов + + Недоуплотнение бетонной смеси + "Омолаживание" бетонной смеси водой + Недостаточная толщина защитного слоя над арматурой + "П ро - ек тн ы й " ф ак то р Пониженные деформативные характеристи- ки естественного основания + + Изменение гидрогеологических условий + + Эксплуатационные нагрузки, температур- ные воздействия + Р еж и м эк сп лу а- та ц и и Мусор на полах в виде абразивных частиц + 277 Повышенная истираемость проявляется в виде повышенного пылеотделения, истирания поверхностного слоя, иногда с обнаже- нием зёрен заполнителя. Просадки и перекосы плит пола – резуль- тат повышенных деформаций подстилающего грунтового основания. Разрушение кромок швов. Швы являются слабым местом по- верхности пола, где чаще всего впоследствии могут возникнуть по- вреждения. При проезде по швам транспортных средств кромки (края) шва подвергаются сильному воздействию со стороны колёс, что вызывает разрушение кромок шва, а впоследствии, острые кромки швов вызывают разрушение колёс транспортных средств. Выбоины представляют собой локальные механические повре- ждения. Обычно они имеют вид воронкообразных круглых или овальных углублений размером 5–10 см в плане и глубиной до 1–5 см. В основном образуются в результате развития уже имеющихся выкрашиваний бетона под воздействием многократно повторяю- щихся нагрузок от перемещения напольного транспорта. Раковины, каверны имеют такую же форму, как и выбоины, но меньшие размеры. 2. Бездефектные технологии. На вероятность образования де- фектов значительное влияние оказывают нарушение технологии производства работ и применение некачественных строительных материалов. Стоит обратить внимание на инновационную европейскую тех- нологию компании Primekss (Латвия), которой удалось преодолеть эти проблемы и создать бетонный пол PrimeComposite, который яв- ляется жестким и прочным. Благодаря ООО «Сиббиофарм-Бел» в Беларусь пришли новейшие европейские инновации компании Primekss, позволяющие выполнить работы по устройству полов на 25-30% дешевле стоимости стандартных полов за счет использова- ния современных технологий и материалов. Новаторство инновационного бетона компании Primekss заклю- чается в применении большого количества стальных волокон (фиб- ра), равномерно распределенных по всему слою пола. Добавка ком- позитов PrimeFlow и PrimeDC позволяет повысить эластичность и прочность бетона, уменьшить усадку в 3–4 раза, избежать появле- ния трещин и отказаться от нарезки швов вообще. Состав бетона запатентован, а гарантийный срок службы пола составляет 5 лет. 278 Использование только специальной холоднотянутой стальной фиб- ры улучшает характеристики бетона, полностью исключая тради- ционное стержневое армирование. Для приготовления фибробетона используется машина FiberBlower, позволяющая равномерно внести композиты и фибру и избежать плохого размешивания (образования «ежей» из фибры в бетоне). Рис. 1. Автоматическое оборудование с лазером для выравнивания бетона (LaserScreed) Чтобы сохранить влагу в бетоне на период набора прочности, используются специальные составы – кьюринги, защищающие по- верхность полов от проникновения воды, масел и прочих жидко- стей, повышающие прочность и стойкость к истиранию, предохра- няющие от загрязнения. Чистые полы после выполнения всех видов шлифовок укрывают геотекстилем, сохраняющим влагу на поверх- ности бетона. В результате в твердеющем бетоне замедляется слишком быстрое испарение влаги, снижается риск образования трещин, обеспечивается процесс оптимального набора прочности. И самое главное – технология позволяет сократить время полной под- готовки пола в 3 раза: легкие нагрузки допускаются спустя неделю, полные возможны спустя 12 дней. Для укладки полов по системе Primekss необходимо самое со- временное оборудование. LaserScreed – мобильная бетоноукладоч- ная машина, состоящая из вращающейся на 360º платформы, осна- щенной телескопической стрелой, на конце которой установлен ра- 279 бочий блок, оборудованный плугом и шнеком для укладки и раз- равнивания бетона в уровень и вибробрусом для его уплотнения. Блок дает возможность укладки бетона вокруг препятствий. Произ- водительность – до 3000 м2 в день. Блок контролируется автомати- ческой системой управления лазерного контроля, обеспечивающей укладку бетона с точностью до 1 мм в установленную «нулевую» отметку. Приемники принимают сигналы от лазерного передатчика, что обеспечивает постоянную связь с заданной отметкой. Если про- ект пола предусматривает применение сухих смесей для упрочне- ния поверхности, то технология дополняется механизированным нанесением упрочняющих смесей с помощью оборудования для разбрасывания сухого упрочнителя ToppingSpreader. С помощью Topping Spreader упрочнитель наносится сразу в свежеуложенный бетон, равномерно и глубоко проникая в бетонное основание, что исключает риск отслаивания, а износостойкость верхнего слоя су- щественно увеличивается при сравнении с ручным способом. При этом обеспечивается компьютерный контроль количества внесения топпинга (до 10 кг на 1 м2), что увеличивает износостойкость пола, дает равномерный цвет и сохранят ровность. Отдельное требование предъявляется и к подготовке основания. Она осуществляется лазерным грейдером, у которого ковш-грейдер выставлен под лазерный уровень: точность основания достигается ±5 мм, тогда как обычные грейдеры дают уровень ±3 см. Рис. 2. Высокоэффективное распределе- ние материала по поверхности (Topping spreader) Рис. 3. Грейдер Bobcat Бесшовные фибробетонные полы по системе Primekss использу- ются на деревообрабатывающих комплексах по производству мебе- ли SBA и BMG (Литва) в Могилеве, ряд крупных иностранных ин- 280 весторов приняли решение по использованию технологии бесшов- ных полов Primekss: логистический центр «Прилесье», торгово- логистический центр «Щомыслицы» ООО «ИнтерСтройПорталП- люс», корпус для выпуска машин грузоподъемностью 460 т, БЕЛАЗ, «МЗБН» (Минск), транспортно-логистический терминал METROSTAV (Чехия) и др. 3. Система контроля качества. Вопросы качества производства строительно-монтажных работ и применяемых материалов, изделий и конструкций при возведении высотных зданий являются опреде- ляющими в обеспечении надежности и долговечности конструкций и комплексной безопасности зданий в целом. Хорошо поставленная система контроля является нормальным конструктивным инстру- ментом управленческой деятельности. В наибольшей степени уяз- вимым местом существующей системы контроля качества бетонных работ является контролирование качественных показателей на строительной площадке. В результате анализа нормативных документов касающихся ука- заний и требований по производству фибробетонных конструкций, были сформированы следующие контролируемые показатели: 1.Качество исходных материалов - фибра[2,3]; - вяжущие (цемент) [2,3,4]; - заполнитель[2,3,4]; - добавки[2,3,4]; - вода[2,3,4]; 2. Пооперационный контроль за технологическими процесса- ми[5]; 3. Транспортирование[5]; 4. Уплотнение бетонной смеси[5]; 5. Режим твердения[5]; 6. Выходной контроль качества бетонных смесей, бетона и кон- струкций[5]; - коэффициент расслоения в смеси[3, 5, 6]; - удобоукладываемость смеси[3, 5, 6]; - средняя прочность бетона матрицы при сжатии[5]; - контроль распределения фибры (однородность состава)[3, 5, 6]; - содержание фибры[2, 6]; - вязкость[6]; 281 7. Контроль по прочности: - прочность на сжатие по образцам либо неразрушающими мето- дами[3,5]; - прочность на осевое растяжение[3,5]; - прочность на растяжение при изгибе[2,3,5]; 8. Плотность бетона[3]; 9. Морозостойкость[3,5]; 10. Водонепроницаемость[3,5]; 11. Водопоглащение[3,5]; 12. Истираемость, ударная вязкость и др.[3,5]; 13. Сохраняемость свойств во времени[3]. Заключение. Главным препятствием на пути массового инду- стриального применения фибробетона в строительстве до последне- го времени являлось отсутствие норм проектирования конструкций из него. Расширение применения фибробетонов в строительстве может быть достигнуто только в результате совместного взаимодействия научных и проектных организаций в согласии с ор- ганизациями - заказчиками объектов, эксплуатирующими их в дальнейшем. Список источников [1] Горб, А.М. Дефекты промышленных бетонных полов. Виды, причины возникновения и методы ремонта. / А.М. Горб, С.А. Пушкарев/ сб. науч. ст. ХХ научно методической конференции ВИТУ – 2016г.- с.163 [2] СТБ EN 14650-2014 – Изделия железобетонные сборные. Общие правила производства сталефибробетона [3] РТМ – 17 – 03 – 2005 ФГУП «НИЦ Строительство» филиал «НИИЖБ».Руководящие технические материалы по проектирова- нию, изготовлению и применению сталефибробетонных конструк- ций на фибре из стальной Москва – 2005 г. [4] EN 13369-2004 – Изделия бетонные и железобетонные сборные. Общие требования [5] ЗАО «Курганстальмонтаж» [6]EN 206 Бетон – Требования, свойства, изготовление и соответствие. 282 ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ ФИБРОБЕТОНА КАК ОПРЕДЕЛЯЮЩИЙ ФАКТОР КАЧЕСТВА КОЛЕДА Е.А., ЛЕОНОВИЧ С.Н. Белорусский национальный технический университет Фибробетон является тем строительным материалом для которо- го отличительной особенностью является повышение характери- стики трещиностойкости. Определение коэффициента интенсивно- сти напряжений фибробетона позволяет правильно оценить стой- кость материала при образовании и развитии трещин. В данной статье изложены некоторые методы и подходы для определения параметров трещиностойкости фибробетона. В механике хрупкого разрушения существует несколько основ- ных подходов определяющих критерии начала распространения трещины: энергетический, силовой и деформационный [1]. Основы механики хрупкого разрушения были заложены А. Гриффитсом, который показал, что рост трещины обязательно должен быть энергетически выгодным процессом (при котором ко- личество запасенной в теле энергии уменьшается). Иначе, трещина развивается тогда, когда приращение поверхностной энергии, необ- ходимой для образования новой поверхности трещины, оказывается меньше освободившейся части энергии деформации. М.Я. Леонов, В.В. Панасюк, Д.С. Дагдейл предложили деформа- ционный критерий разрушения, предположив, что разрушения ма- териалов с трещиной произойдет, если раскрытие вершины трещи- ны превысит предельную величину. Силовой подход был сформулирован Дж. Р. Ирвином. Здесь рас- сматриваются условия равновесия действующих на трещину внеш- них (нагрузки) и внутренних сил, т.е. сил межатомного (межмоле- кулярного) сцепления. При силовом подходе объектом особого внимания механики раз- рушения является вершина (кончик) трещины – место возникнове- ния наибольшей концентрации напряжений и исходная точка даль- нейшего разрушения материала. Интенсивность поля напряжений у 283 вершины трещины характеризует коэффициента интенсивности напряжений К (КИН). Таким образом, трещина начнет распростра- няться в том случае, если коэффициент интенсивности напряжений достигнет критического для данного материала значения. Последо- вательная реализация силового подхода привела к созданию доста- точно строгой и завершённой теории линейной механики разруше- ния, являющейся хорошей основой для анализа хрупких разру- шений материалов и инже- нерных конструкций. Трещиностойкость – ло- кальное физико-механические свойство твердого тела харак- теризующее способность ока- зывать сопротивление рас- пространению в нём трещины. Для распространения тре- щин в высокопрочном бетоне нет особых препятствий. Од- нако в дисперсно- армированных бетонах пре- пятствия в виде волокон за- трудняют распространение трещины. Понятно, что под действием нагрузки развитие трещины неизбежно, но на преодоление каждой прегра- ды в виде фибры затрачивает- ся дополнительная энергия, поэтому процесс раскрытия трещин может постепенно затухать. Таким образом, волокна в бетоне являются ингибитором распро- странения трещин. В фибробетонах вязкость повышается за счет наличия большого количества поверхностей раздела, которые могут стать тормозом на пути распространения трещин [2]. Рассеянию энергии движения трещины способствует: 1) разрушение границ раздела между волокном и матрицей; Рис. 1. Механические свойства компонентов и их связей, определяющих трещиностойкость композита, таких как: А – предел прочности матрицы – свойство понижено; В – прочность связи; С – предел прочности волокон. 284 2) вытягивание волокон из матрицы. Последовательность действий двух этих механизмов оказывают дополнительное сопротивление трещинообразованию и развитию этого процесса. На вязкость разрушения фибробетонов влияет при- рода и свойства исходных составляющих, объемное соотношение фаз, прочность границы раздела фаз. Эффективность дисперсного армирования в первую очередь за- висит от соотношения модулей упругости армирующих волокон Ef и бетонной матрицы Em. При Ef / Em >1 возможно получение фиб- робетонов с улучшенными прочностными характеристиками на растяжение и повышенной вязкостью разрушения. При Ef / Em <1 вероятнее всего повысится только ударная прочность и сопротивле- ние истираемости материала. Способы и методики определения характеристик трещиностой- кости бетона изложены в ГОСТ 29167-91 «Бетоны. Методы опреде- ления характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении». В данном стандарте характеристики трещиностойкости определяются при равновесных и неравновес- ных механических испытаниях. Изложенные методы вполне прием- лемы и для определения характеристик трещиностойкости сталефибробетона. Для определения параметров трещиностойкости высокопрочного бетона и высокопрочного сталефибробетона также предлагается методика Леоновича С.Н., Попова О.В., Пирадова К.А [2]. Сущность метода заключается в определении максимальных нагрузок, разрушающих контрольные образцы при сжатии и вычис- лении критических значений интенсивности напряжений – основ- ных характеристик трещиностойкости при этих нагрузках: энерге- тического критерия G c (эффективная энергия разрушения), силово- го критерия Kc (критический коэффициент интенсивности напряжений). Данная методика позволяет определить критические коэффици- енты интенсивности напряжений для двух случаев: нормального отрыва (наиболее опасного для роста и распространения трещин) и поперечного сдвига. 285 Рис. 2. Определение характеристик трещиностойкости по ГОСТ 29167–91: 1– призма квадратного поперечного сечения для испытания на изгиб силой F в середине пролета; 2– призма квадратного поперечного сечения для испытания на осевое растяжение силой F; 3 – куб для испытаний на внецентренное сжатие силой F; 4 – цилиндр для испытаний растяжение при раскалывании Рис. 3. Схема определения критического коэффициента интенсивности напряжений А – при нормальном отрыве, Б – при поперечном сдвиге: 1–изделие, 2–надрезы, 3–металлические пластины, 4–плиты пресса Стоит отметить нововведение в «Model Code 2010» , которое ка- сается классификации фибробетона, позволяющей проектировщи- кам определять в проектах нормативные требования к применяемо- му фибробетону, а производители, в свою очередь, могут требуе- мые характеристики и качество материала [3]. 286 Процедура определения класса для конкретного состава фиб- робетона сводится к проведению серии испытаний образцов-балок 150х150х600 на растяжение при изгибе по трехточечной схеме за- гружения, что аналогично испытаниям представленным в ГОСТ 29167-91. Рис. 4. Схема испытания образца на растяжение при изгибе по «Model Code 2010» Особенностью испытаний является необходимость построения графика «Нагрузка - Деформация» или «Нагрузка - Раскрытие тре- щины» с непрерывным режимом записи в процессе испытаний для возможности качественной и количественной оценки работы мате- риала после образования трещин. Область малых деформаций соответствует ширине раскрытия устья трещины 0,5 мм или прогибу 0,75 мм (1/600 длины пролета испытываемого образца) при испытании образцов-балок без надре- за. Область предельных деформаций соответствует ширине раскры- тия устья трещины 2,5 мм или прогибу 3,0 мм (1/150 длины пролета испытываемого образца). В процессе испытаний определяются: максимальное значение нагрузки, предшествующее раскрытию первой трещины (предел пропорциональности) FL; значение нагрузки для области малых де- формаций F0.5; значение нагрузки для предельных деформаций F2.5. Класс фибробетона обозначается числом и строчной латинской буквой. Число характеризует прочность RF0.5 с округлением в меньшую сторону с кратностью 0,5 МПа, латинская буква задает соотношение характеристик RF2.5/RF0.5 . 287 Рис. 5. Приведенный график ― «F–CMOD» для назначения класса дисперсно-армированного бетона по остаточной прочности на растяжение при изгибе Коэффициент интенсивности напряжений является одним из наиболее важных показателей трещиностойкости такого материала как фибробетон, так как способность фибробетона к препятствию развития трещин является основным преимуществом над обычным бетоном. По этой причине способы и методы определения данного показателя должны наиболее полно раскрывать все особенности работы под нагрузкой и качество фибробетона. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Эберхардштайнер Й., Леонович С.Н., Зайцев Ю.В. Прочность и трещиностойкость конструкционных строительных материалов при сложном напряженном состоянии: монография / под общ. науч. ред. С.Н. Леоновича. – Минск: БНТУ, 2013. – 552 с. 2. Леонович С.Н., Литвиновский Д.А., Ким Л.В. Прочность, тре- щиностойкость и долговечность конструкционного бетона при воз- действии высоких температур: монография / Инженерная школа ДВФУ. – Владивосток: Дальневост. федерал. ун-т, 2015. – 148 с. 3. Зерцалов М.Г., Хотеев Е.А. Экспериментальное определение характеристик трещиностойкости фибробетона // Вестник МГСУ. 2014 №5. С. 91–99. 288 DURABILITY OF THE JAPANESE CONCRETE STRUCTURES ON SAKHALIN ISLAND EVGENY E. SHALYI, SERGEI N. LEONOVICH, LEV V. KIM, ALEXEY G. DZHOGOLYUK Far Eastern Federal University Belorussian National Technical University Sakhalin Energy Investment Co. Ltd. Abstract. Concrete under exploitation conditions, are particularly sus- ceptible to environmental aggressive action, which consists of the con- crete surface layer neutralization and the compounds formation that af- fect its properties. The most common operating environment for main part of marine structures design is aggressive chloride environment and carbonation. The inspections of reinforced concrete structures of Vani- no-Kholmsk ferry complex including Kholmsk and Korsakov ports have been made. The results were compared with the probabilistic calcula- tions and show good compliance. 1 INTRODUCTION Sakhalin Island has been a subject of territorial dispute between Rus- sia and Japan for a long time. The southern part of the island (called “ka- rafuto”) belonged to Japan from 1905 after war (Portsmouth peace). The coal, forest and fish were explorated the continuous period and need reli- able transportation and infrastructure. The berths, railways and roads were build. This territory became the Russian from 1945. The marine structures are under operation up to date. But severe expernal conditions have caused the deterioration of concrete berths in Sakhalin ports [4]. Warm Tsushima current influence on monsoon climate and cause dozen cyclones per year. The annual air temperature is +3.9°C. The develop- ment of Sakhalin offshore, Arctic zone and Northern Sea Route require reconstruction of old facilities. The paper presents the inspection results for reinforced concrete structures of Vanino-Kholmsk ferry complex in- cluding Kholmsk and Korsakov ports. The main structures were erected in the period 1907-1935. According to field inspections, project documentation analysis and tests [5, 6] the technical state was defined as bad with deterioration near 40-75%. For the Sakhalin condition the main source of chloride contam- 289 ination designs is sea water. The most intensive corrosion processes take place in the area of sea level. Most marine concrete structures have been operated without reconstruction over 30 years. Figure 2 shows their criti- cal state. The corrosion of reinforcement was the result of chloride penetration [7-9]. The durability and service life must be controlled by limiting the maximum value of water-cement ratio, concrete grade, reinforcement and thickness of the protective layer. Fig. 1. Situation plan of the Kholmsk port Fig. 2. Quay wall deterioration in a) Kholmsk; b) Korsakov port 290 2 INSPECTION OF VANINO-KHOLMSK FERRY CONCRETE STRUCTURES Kholmsk is located on the southwest coast of the island and provide for work of "Vanino-Kholmsk" ferry service across the Tatar Strait. Kholmsk commercial marine port was built in 1909-1910 with water depths near berth up to 3 m. The first expansion of the port was carried out in 1921-1927. The first stage of Vanino-Kholmsk ferry complex con- struction was finished in 1973 and second - in 1987. The last inspection was made in 2010. The strength of concrete, dimensions, moisture and chloride contents in the protective layer were determined. The strength have tested with sclerometer and an ultrasonic device "Pulsar 2.2". The reinforcement diameters were measured with device “IPA-MG4.01”. Penetration of carbon dioxide was defined with phenolphthalein test. The quay wall No. 4 have supports from prestressed columns with di- ameter 1600 mm, wall thickness 150 mm and a length 8 m, row longitu- dinal distance 6 m. The superstructure includes reinforced concrete T- beams with 3 m step. Figure 3 shows the state of the superstructure. The comparison with inspection of 2010 shows the bas state. Table 1 presents the NDT results of concrete. Fig. 3 The front wall of Kholmsk port berth facilities 291 Table 1 – The NDT test results of concrete B30 in Kholmsk. Name Front wall RC super- structure Beam Bridge columns RC coating Sclerometer “Pulsar 2.2” Rm, MPa 40.0 33.7 39.5 36.2 32.6 40.4 41.9 28.1 41.7 30.8 Decrease of the protective layer % 94 90 78 90 84 Strength Rm, MPa 40.2 37.8 33.8 39.0 31.7 Measured concrete class B30 B30 B25 B30 B25 3 PROBABILISTIC CALCULATION OF CARBONATION The penetration of CO2 was found on a basis of carbonation model DuraCrete [2, 3] which was verified by Gehlen [1]. It’s based on Fick's 1st law (eq. 1) for concrete without cracking. The thickness of the pro- tective layer was compared with the carbonation depth xс for a certain time tр     2 0 01 0,2 wbWTSRp SL SLstACCtcRHc t t tCRkkkx           (1) Table 2 presents probability calculation results. The small difference in the values connected with the combined action on carbonation hydrau- lic structures, aggression chloride, sulfate corrosion and alternate freezing, thawing. 4 CONCLUSION The results of a comprehensive inspection of the port facilities were used for reconstruction projects in Kholmsk and Korsakov ports. The probabilistic calculations shows good results in comparison with tests. The measures to restore the durability of the concrete elements were recommended. Table 2 – The speed and depth of carbonation. Operation period, years Penetration depth хс, mm Penetration speed, υк, mm/year Korsakov port 10 10.54 1.054 25 16.67 0.667 30 18.26 0.608 50 23.57 0.472 100 33.33 0.333 . 292 Еnd of table 1 Kholmsk port 10 11.880 1.188 25 18.780 0.751 30 20.580 0.686 50 26.560 0.531 100 37.570 0.376 REFERENCES [1] Andrade C. and Martinez I., “On site techniques for corrosion rate monitoring in real structures”, Proceedings of the International Conference on Construction and Architecture, Minsk, Belorussia, 17-26, 2003. [2] Badaoui A., Badaoui M. and Kharchi F., “Probabilistic Analysis of Reinforced Concrete Carbonation Depth”, Materials Sciences and Applications, 4, 3A, 205-215, 2013. [3] Dura Crete: Brite EuRam III Project, Rept R4-5, BE95-1347, London, 1998. [4] Bekker A.T., Alexandrov A.V. and Kim L.V., "Quality control of concrete of gravity base structures in project "Sakhalin 2", Hydroengineering construction, 10, 25-37, 2008. [5] Bob C., Probabilistic assessment of reinforcement corrosion in existing structures, Concrete in the service Mankind, Concrete repair rehabilitation and protection, E & FN SPON, London, 1996. [6] Gehlen C., Probabilistic Lebensdauerberechnung von Stahlbet- onbauwerken, Zuver Lassigkeitsbe trachtungen zur wirksamen Vermeidung von Bewehrungskorrosion, Thesis, RWTH-Aachen, D82, Aachen, 2000. [7] Kolomiets V.I. and Kim L.V., "Frost resistance and durability of concrete of offshore structures", Building materials. Technolo- gies of XXI century, 7, 37-41, 2007. [8] Leonovich S. and Cherniakevich O., “Probability model for carbon- ation of reinforced concrete structures", Science& Technique, 5, 58-64, 2012. [9] Moskvin V.N., Corrosion of concrete, Gosstroyizdat Publ., Moscow, 1952. 293 КРИТЕРИИ ХРУПКОСТИ ВЫСОКОПРОЧНОГО КОНСТРУКЦИОННОГО БЕТОНА ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР: КОНСТРУКЦИИ ИЗГОТОВЛЯЕМЫЕ И ЭКСПЛУАТИРУЕМЫЕ ЛИТВИНОВСКИЙ Д.А., ЛЕОНОВИЧ С.Н. Белорусский национальный технический университет Для качественного расчета несущей способности железобетон- ных конструкций и их элементов, кроме оценки прочности не менее важной является информация об упруго-деформативных характери- стиках бетона: ползучести, вязкости, хрупкости разрушения и др. Актуальность этого вопроса возрастает в связи с расширением использования в практике строительства высокопрочных бетонов, обладающих малой деформативностью и имеющих склонность к хрупкому разрушению. Не менее востребованной такая информация будет и при определении перспективы безопасной эксплуатации конструкций и сооружений, оказавшихся в условиях экстремальных термических воздействий, что может привести к радикальным из- менениям физико-механических свойств бетона [1]. По этой причине оценка хрупкости и трещиностойкости высоко- прочных бетонов представляет практическую ценность, так как во- просы высокой прочности с повышенной хрупкостью, весьма слабо освещены в литературе и поэтому приобретают особую значимость при оценке надежности и долговечности бетонов нового поколения в условиях воздействия высоких температур. Хрупкое разрушение бетона является следствием действия на него напряжений, вызван- ных нагревом и внешней нагрузкой и приводящих к переходу тре- щины из равновесного в неравновесное состояние. Выяснению при- роды механического поведения композиционных материалов спо- собствует разработка новой комплексной многопараметричной методики, в основе которой лежит детальное изучение самого про- цесса разрушения с позиции механики разрушения. С пониманием этого процесса повышаются достоверность описания свойств по характерным признакам и возможность их представления в количе- ственной форме в виде параметров, определяющих выбор материа- лов для какой-либо цели. 294 В качестве основы расчета возможности хрупкого разрушения бетона при пожаре для тяжелых бетонов обычной прочности приня- та формула по В.В. Жукову оцениваемая значением критерия хруп- кого разрушения F [3]: , n WE K F р Э0c кC1 btF     (1) где F – коэффициент пропорциональности: F = 1,16·10 –2 Вт·м5/2·кг–1; bt – коэффициент температурной деформации расширения бетона,°С–1; Eс – модуль упругости бетона при нормальных условиях, МПа;  –коэффициент изменения модуля упругости бетона при пожаре; 0 – плотность бетона в сухом состоянии, кг/м 3; к – коэффициент теплопроводности бетона, Вт/(м°С); nр – общая пористость бетона,%; KIС – критический коэффициент интенсивности напряжения, МН/м3/2; Wэ – объемная эксплуатационная влажность бетона, м 3/м3; При F  4 в бетоне хрупкое разрушение не происходит. При F  6 в бетоне происходит хрупкое разрушение, интервал критерия от 4 до 6 является потенциально опасным. На сегодняшний день данная формула является актуальной и принята во многих действующих нормативных и методических до- кументах. Большинство элементов формулы (1) являются значени- ями, предложенными В.В. Жуковым на основе экспериментальных данных. Единственными элементами, которые всегда являются ис- ходными для расчета – это плотность, масса заполнителей и воды. Значения элементов формулы В.В. Жукова для высокопрочного бе- тона в действительности отличаются от обычных бетонов [2], а зна- чит критерий хрупкости будет отличаться. При выполнении про- граммы эксперимента авторами по определению параметров тре- щиностойкости и других характеристик высокопрочного бетона после воздействия высоких температур были получены следующие результаты [3]. 295 Таблица 1 – Состав 1 Температура нагрева, ºC fc,cube, МПа Rbt, МН/м² Eb х 10³, МН/м² Gf, Н/м KIC, МН/м3/2 KIIC, МН/м3/2 lcr, м 20 85,7 4,61 55,45 14,28 0,89 5,82 0,037 100 83,6 4,50 50,38 15,37 0,88 4,45 0,038 200 99,5 5,36 37,72 18,71 0,84 3,85 0,025 300 102,2 5,50 28,43 18,23 0,72 3,61 0,017 400 88,7 4,77 22,83 13,25 0,55 3,23 0,013 500 81,0 4,36 10,95 10,56 0,34 2,09 0,006 600 68,3 3,68 8,70 8,38 0,27 1,25 0,005 700 46,5 2,50 5,59 5,17 0,17 1,12 0,005 Таблица 2 – Состав 2 Температура нагрева, ºC fc,cube, МПа Rbt, МН/м² Eb х 10³, МН/м² Gf, Н/м KIC, МН/м3/2 KIIC, МН/м3/2 lcr, м 20 87,50 4,65 49,33 13,97 0,83 4,62 0,032 100 85,3 4,53 44,26 16,71 0,86 5,03 0,036 200 100,35 5,33 39,69 21,79 0,93 6,32 0,030 300 110,60 5,88 32,62 21,12 0,83 5,90 0,020 400 92,10 4,89 22,00 17,47 0,62 4,77 0,016 500 58,55 3,11 10,00 13,69 0,37 3,76 0,014 600 47 2,50 5,93 9,71 0,24 2,70 0,009 700 35,7 1,90 3,80 6,74 0,16 1,20 0,007 Таблица 3 – Состав 3 Температура нагрева, ºC fc,cube, МПа Rbt, МН/м² Eb х 10³, МН/м² Gf, Н/м KIC, МН/м3/2 KIIC, МН/м3/2 lcr, м 20 75,6 4,41 38,96 15,22 0,77 2,43 0,030 100 70,3 4,10 35,44 16,30 0,76 2,86 0,034 200 64,8 3,78 31,20 17,55 0,74 3,05 0,038 300 55,5 3,24 24,28 17,40 0,65 2,55 0,040 400 41,4 2,42 12,30 17,96 0,47 1,93 0,038 500 31,4 1,83 8,12 13,41 0,33 1,12 0,032 600 22,5 1,31 5,35 8,24 0,21 0,82 0,026 700 16,3 0,95 3,51 3,45 0,11 0,65 0,013 Таблица 4 – Состав 4 Температура нагрева, ºC fc,cube, МПа Rbt, МН/м² Eb х 10³, МН/м² Gf, Н/м KIC, МН/м3/2 KIIC, МН/м3/2 lcr, м 20 80,1 4,50 51,86 12,97 0,82 6,79 0,033 100 79,6 4,47 47,43 12,50 0,77 5,63 0,030 200 82,6 4,64 35,80 12,54 0,67 4,98 0,021 300 84,05 4,72 24,57 11,43 0,53 4,43 0,013 400 71,55 4,02 16,06 10,47 0,41 4,17 0,010 500 66,25 3,72 9,31 9,67 0,3 3,84 0,006 600 54,43 3,06 6,78 7,14 0,22 3,16 0,005 700 41,7 2,34 4,35 3,31 0,12 2,20 0,003 296 Разработанная и представленная ниже методика применима на изготавливаемых конструкциях и положительным моментом явля- ется, то, что все значения получены на одном бетонном образце, а не на образцах-близнецах. Параметры трещиностойкости, представленные в таблицах 1–4, получены экспериментально следующим образом: 1. На образце-призме из высокопрочного бетона с надрезами (Патент BY 19170) определяют значения критического коэффици- ента интенсивности напряжения KIС и характеристическую длину трещины lch max2(cos / 2 sin / 2) ( 2 ) (sin / 2 cos / 2) (1 )(1 2 ) s IC s s cr P kdf К b h a f               ; (2) 22 max 2 2 ( 2 ) cos / 2 sin / 2 (1 )(1 2 ) sin / 2 cos / 2 IC s s cr ch bt s K b h a kd f l R P f                    . (3) 2. Из полученных элементов от первого испытания подготовливают образцы-кубы с надзрезами (Патент №16194) для определения значения критического коэффициента интенсивности напряжения KIС [4]: Рис. 1. Схема испытания 297 . (4) Из полученных элементов от второго испытания подготовливают образцы-пластины с надзрезами для определения значения критиче- ского коэффициента интенсивности напряжения KIIС [5]:  bllY tH P K IIC ,2  (5) На основе полученных значений по представленной выше мето- дике можно вычислить энергию разрушения Gi и критическую дли- ну трещины lcr b IC i E K G 2  ; (6) 2 t bi cr f EG l  , (7) где Eb – модуль упругости, ft - прочность бетона на растяжение. На основе полученных экспериментальных данных и состава смесей бетона [1] можно рассчитать критерий хрупкости, подставив значения из таблиц 1-4 в формулу (1). 1 2 3 2 5 2 7 2 9 2 1 2 18,3 430 3445 11076 12967IC P a a a a a K Bd d d d d d                                       298 Рис. 1. Изменение критерия хрупкости Как видно из рисунка 1, не все составы высокопрочного бетона находятся в зоне хрупкого разрушения, а состав 3 находится вне зоны возможного хрупкого разрушения. Для эксплуатируемых конструкций разработана соответствую- щая комплексная многопараметричная методика на основе испыта- ния бетона методом упругого отскока (прибор ИПМ-1Б) и ультра- звуковым поверхностным прозвучиванием с замером времени про- хождения импульса (прибор Пульсар 1.0). Прибор ИПМ-1Б разрабатывается в лаборатории контактно- динамических методов контроля Института прикладной физики НАН Беларуси и внесен в реестр средств измерений Республики Беларусь. Выпускается по ТУ BY 100289280.021 – 2010. Рис. 2. Внешний вид прибора ИПМ-1Б 299 Он заключается в нанесении локального удара жестким инден- тором по испытуемому материалу и регистрации всей кривой теку- щей скорости перемещения индентора, которая и представляет со- бой исходную информацию о материале. Скорость индентора в каждый момент времени фиксируется с помощью магнитоиндукционного датчика, состоящего из смонти- рованного на инденторе постоянного магнита и катушки индуктив- ности, закрепленной на корпусе прибора. На рисунке представлена зависимость поверхностной твердости H, полученная динамическим индентированием методом упругого отскока от модуля упругости Eb двух составов высокопрочного бе- тона. Рис. 3. Зависимость модуля упругости от поверхностной твердости. На рисунке представлена зависимость критического коэффици- ента интенсивности напряжения от поверхностной твердости. Зависимости, представленные на рисунках, указывают на отно- сительно универсальную возможность применения динамического индентирования методом упругого отскока. На основе полученных результатов по расчету хрупкости и кри- териев трещиностойкости (вязкости разрушения) разработана мето- дика экспериментального определения трещиностойкости (вязкости разрушения) высокопрочного бетона после воздействия высоких 300 температур (до 700оС) на базе НИИ ПБ МЧС Республики Беларусь, а также Стандарт предприятия «Правила по определению трещиностойкости высокопрочного бетона при воздействии высоких температур». Рис. 4. Зависимость критического коэффициента интенсивности напряжения от динамической твердости Выводы: 1. Расчет критерия хрупкости по формуле В.В. Жукова ограни- чено применим для высокопрочных бетонов при высоких температурах. 2. Предложены новые с ясным физическим смыслом критерии возникновения взрывного разрушения высокопрочного бетона (для изготавливаемых конструкций) в терминах силовых и энергетиче- ских параметров механики разрушения значения которых соответ- ствуют Gi>14H/м; KIС>0,8МН/м -3/2; lcr≈0,03м при нормальной температуре. 3. Для эксплуатируемых конструкций специально разработана уникальная методика неразрушающего контроля, позволяющая определить поверхностную твердость бетон H, а через нее по ори- гинальным экспериментальным зависимостям рассчитать требуе- мые критерии E и К1с. 4. Предлагаемая авторами многопараметричная методика позво- ляет определять деформативные, силовые и энергетические харак- теристики трещиностойкости (вязкости разрушения) высокопроч- 301 ного бетона до и после воздействия высоких температур как для изготавливаемых так и для эксплуатируемых конструкций. 5. Для практических расчетов разработаны Методические реко- мендации и Стандарт предприятия по определению трещиностой- кости высокопрочного бетона после воздействия высоких темпера- тур (до 700оС). Литература 1. Леонович С.Н., Литвиновский Д.А., Ким Л.В. Прочность, трещиностойкость и долговечность конструкционного бетона при воздействии высоких температур: монография / Инженерная школа ДВФУ. - Владивосток: Дальневост. федерал. ун-т, 2015.- 148 с. 2. Леонович С.Н. Механика разрушения термически повре- жденного бетона / С.Н. Леонович, Д.А. Литвиновский // Сборник научных трудов Института строительства и архитектуры. - Москва, 2009. - С.26-30. 3. Критерии хрупкого разрушения высокопрочного бетона/ С.Н. Леонович, В.Ф Зверев БНТУ, Д.А. Литвиновский // Механика разрушения строительных материалов и конструкций. Материалы VIII Академических чтений РААСН - Международной научно- технической конференции. – Мн. : 2014. - С.169-173. 4. Способ определения критического коэффициента интенсив- ности напряжения высокопрочного бетона : пат. BY 19170 / С.Н. Леонович, Д.А. Литвиновский / заявитель Белорусский нац. тех. ун-т. - № a 20111762 ; заявл. 2011.12.19 ; Афiцыйны бюл. / Нач. центр iнтэлектуал. уласнасцi. – 2015. - №3(104) – С.104. 5. Способ определения критического коэффициента интенсив- ности напряжения высокопрочного бетона : пат. BY 16194 / С.Н. Леонович, Д.А. Литвиновский / заявитель Белорусский нац. тех. ун-т. - № a 20100495 ; заявл. 2010.03.30 ; Афiцыйны бюл. / Нач. центр iнтэлектуал. уласнасцi. – 2012. - №4(87) – С.133. 6. Леонович С. Н. Аналитические зависимости прочностных, деформативных, силовых и энергетических параметров высоко- прочного бетона при нагреве / С. Н. Леонович, Д. А. Литвиновский // Вестник Белорусского национального технического университета : научно-технический журнал. - Мн. : 2011. - N 4. - С. 30-34. 302 ОСОБЕННОСТИ НАБОРА ПРОЧНОСТИ МОНОЛИТНОГО БЕТОНА ПРИ ИЗМЕНЕНИИ РЕЦЕПТУРЫ И ОТКАЗЕ ОТ ПРОГРЕВА КОЛЕДА Е.А., ЛАТЫШ А.В., ГРУШЕВСКАЯ Е.Н., КОВОРОТНЫЙ П.А., ЛЕОНОВИЧ С.Н. Белорусский национальный технический университет Определение прочности бетона в раннем возрасте является важным параметром для технологии строительного процесса. Особенно это актуально в монолитном строительстве. От вели- чины прочности бетона в раннем возрасте зависит время начала выполнения последующих монолитных процессов. Если бетон одинаковой рецептуры и технология производства работ не ме- няется, то в постоянном контроле прочности для выполнения последующих операций нет необходимости – достаточно перио- дического. Однако при изменении температурно-влажностных условий или при смене поставщика бетона или его рецептуры, первое время необходим мониторинг набора прочности бетона в конструкциях: распалубочная, проектная. Наиболее удобным способом контроля является неразрушающий. Сотрудниками кафедры «Технология строительного произ- водства» и научно-исследовательской лаборатории «Промыш- ленное и гражданское строительство» БНТУ выполнялись ком- плексные исследования набора прочности бетона в раннем воз- расте на объекте исследования. Влияющими факторами были изменение рецептуры бетонной смеси и отказ от прогрева бетона (весенний период). Проводился мониторинг вертикальных моно- литных конструкций на 2-х объектах исследования (жилые зда- ния с монолитным каркасом). Прочность бетона каждой вертикальной монолитной кон- струкции объекта исследования определялась комбинированием способа поверхностного прозвучивания (приборы Пульсар 2.2 и UК1401) и метода ударного импульса (склерометр). На каждой конструкции проводилось не менее четырех измерений каждым методом. 30 3 Р ис . 1 . Р ез ул ьт ат ы м он ит ор ин га в ер ти ка ль ны х ко нс тр ук ци й ко м би ни ро ва нн ы м м ет од ом 303 304 На приведенных графиках хорошо наблюдается прирост прочности бетона в разные периоды контроля для каждой от- дельной конструкции (колонны, стены). Также отдельно приве- дены результаты измерений в каждый контрольный период. Выводы: 1. Выявлены особенности набора прочности монолитного бе- тона при изменении рецептуры и отказе от прогрева. 2. Выявлены особенности определения прочности бетона в раннем возрасте комплексным методом. Список использованных источников: 1. Снежков, Д.Ю. Основы мониторинга возводимых и эксплуа- тируемых железобетонных конструкций неразрушающими метода- ми / Д.Ю. Снежков , С.Н. Леонович Минск: БНТУ, 2016. 330 с. 2. Leonovich, S.N. Complex metod of strength estimation of the monolithic reinforced concrete structures / S.N. Leonovich, D.U. Snezhkov // Concrete structures stimulators of development: pro- ceedings of international FIB conference. – Dubrovnik, – 2007. P. 947-954. 3. Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности: ГОСТ 17624-2012. Введ. 01.01.2014. М., 2014. 16 с. 4. Снежков Д.Ю., Леонович С.Н. Неразрушающий контроль бе- тона в монолитном строительстве: совершенствование средств и методов. Минск: БНТУ, 2006. 218 с. 5. Леонович С.Н., Снежков Д.Ю., Мулярчик В.С. Результаты мониторинга прочностных характеристик монолитных бетонных плит на основе неразрушающих методов контроля // Вестник Брест- ского государственного технического университета. Ч. 2: Строи- тельство и архитектура. 2004. С. 115-121. 6. Снежков Д.Ю., Леонович С.Н. Исследование неравнопрочно- сти бетона на объекте монолитного строительства комплексным неразрушающим методом // Известия вузов. Строительство / Ново- сибирский государственный архитектурно-строительный универси- тет. 2009. № 8. С. 108-115. 305 ВЛИЯНИЕ ГИДРОТЕРМАЛЬНОГО НАНОКРЕМНЕЗЁМА НА СВОЙСТВА ЦЕМЕНТНЫХ КОМПОЗИЦИЙ. ПОТАПОВ В. В. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-исследовательский геотехнический центр Дальневосточно- го отделения Российской академии наук, ГРУШЕВСКАЯ Е.Н., ЛЕОНОВИЧ С.Н., КОЛЕДА Е.А. Белорусский национальный технический университет, Аннотация. Внедрение нанотехнологий в области производства строительных материалов становится все более значимым. В статье рассматривается наномодифицирование цементных систем добав- ками, полученными из гидротермальных растворов. Приведены ре- зультаты сравнительных исследований получения и использования нанокремнезема. Одним из перспективных направлений по приме- нению гидротермальных нанокремнеземов является строительная индустрия. Золи и нанопорошки SiO2 могут применяться в качестве наномодификаторов бетонов для улучшения его характеристик. При добавлении нанопорошка и золи кремнезема формируется струк- турная матрица в виде плотной оболочки из кристаллогидратных новообразований на поверхности твердой фазы. Модифицирование гидротермальными добавками приводит к снижению цикла произ- водства работ, увеличивает оборачиваемость оснастки и оборудова- ния за счет улучшения физико-механических свойств материала. В результате установлено, что образцы наномодифицированного бетона быстрее набирают прочность и в проектном возрасте имеют прочность больше, чем образцы без добавок. Наиболее эффективным методом синтеза наночастиц кремнезема считается золь-гель технология, представляющая химический кон- денсационный метод синтеза в жидкой фазе. Золь-гель технология позволяет проводить процесс в оптимальных условиях с точки зре- ния эффективности управления свойствами конечного продукта, энергетических затрат и производительности процесса [1]. Применение кремнезема настолько масштабно и специфично для каждого конкретного случая, что требует отдельного рассмотрения 306 в зависимости от сферы применения. Благодаря связующим свой- ствам коллоидный кремнезем с успехом используется в качестве неорганического связующего в материалах с различными наполни- телями: неорганическими порошками, волокнами, полимерами, ме- таллами и т.д. Характерная особенность таких материалов - их прочность и жаростойкость. По данным Айлера [2], использование кремнеземных порошков можно сгруппировать в соответствии с их следующими назначениями: упрочнение, загущение и отверждение органических веществ; понижение адгезии между поверхностями твердых веществ: повышение адгезии клеев; повышение вязкости и тиксотропии в жидкостях; создание разнообразных оптических эф- фектов. Другие общие эффекты: изменение поверхностного состо- яния; создание гидрофобных эффектов; применение в качестве ад- сорбентов; носителей катализаторов; для получения реакционно- способного кремнезема; образование ядер конденсации в облаках; в количественном анализе в качестве наполнителя хроматографиче- ских колонок. В промышленности синтеза катализаторов золь кремнезема специально готовят по следующему методу: к 4% рас- твору метасиликата натрия, приготовленному растворением доста- точного количества сухой соли в воде, прибавляют азотную, соля- ную или серную кислоту, чтобы изменить реакцию среды, от силь- но щелочной до сильно кислой, со значением рН<2. В этих условиях оксид кремния не образует гель, а будет находиться в виде стабильного золя, который и добавляют к раствору исходных солей катализатора, также имеющему кислую реакцию. Осадитель, кото- рым может быть карбонат или бикарбонат аммония, натрия или ка- лия, прибавляют до тех пор, пока рН не станет равным 6,8-7,5. В этих условиях осаждаются каталитические компоненты, а оксид кремния захватывается осадком и таким образом становится эффек- тивным носителем, действующим как стабилизатор или даже как промотор [3]. Полученный из осадка оксид кремния значительно менее реак- ционно способен, чем оксид, полученный из золя, следовательно, более устойчив к образованию силикатов при более высоких темпе- ратурах (до 700оС). Около 700оС оксид кремния становится высоко- активным, спекается и в значительно степени, если не полностью, переходит в силикаты [3]. Таким образом, стабильный золь кремне- зема является высококачественным сырьем для получения носителя 307 - диоксида кремния и катализаторов на его основе с отличными техническими характеристиками. В литературе известны многочисленные методы получения зо- лей кремнезема [4-8]. Особое внимание представляет получение золей и нанопорошков кремнезема из гидротермальных растворов. Этими вопросами занимались ряд ученных Акстман Р.С. и Грант- Тэйлор Д., Браун К.Л. и Бэйкон Л.Дж., Уртад, Меркад и Гамино Х., Розбаум Х.П. и Андертон Б.Х.. Наиболее значительное развитие способов извлечения и использования геотермального кремнезема получили в серии изобретений Росса Харпера (Tasman Pulp&Paper Co., Limited, Окленд, Новая Зеландия), Джеймса Йохан- стона (Университет Велингтона, Новая Зеландия) и Николаса Вай- смена (Geochemistry Research Limited, Веллингтон). В Российской федерации гидротермальные ресурсы сосредото- чены на Южной Камчатке (Мунтовское Месторождение). Разрабо- тан метод получения нанокремнезема из гидротермальных раство- ров [9-10]. Золь кремнезема получается следующим образом: из се- параторов геотермальной электрической станции (ГеоЭС) водную среду, содержащую ортокремниевую кислоту (H4SiO4) с концентра- цией 600-800 мг/дм3, направляют в железобетонный резервуар (охладитель), где при 63оС проводят поликонденсацию H4SiO4 с об- разованием частиц кремнезема (SiO2). После охладителя сепарат подают в баромембранную ультрафильтрационную установку (БМУ) для концентривания и получения стабильного водного золя кремнезема. Характеристики исходного сепарата: солесодержание - 702 мг/дм3, pH = 9,73, общее содержание SiO2 Сt = 716 мг/дм 3, концен- трация растворенной кремнекислоты (при 200С) – Сs = 160 мг/дм 3. Перепад давления на мембранном слое - 0,14 МПа, расход проходящего через установку раствора – 1,2 м3/ч. На первой стадии концентрирования получается золь кремнезема плотностью 1015-1022 г/дм3 и с содержанием SiO2 Сt = 28-40 г/дм 3. На второй стадии плотность золя составляет 1070 г/дм3 с содержанием SiO2 Ct=115 г/дм 3. Методом криохимической вакуумной сублима- ции из золя кремнезема получается нанодисперсный порошок кремнезема со следующими характеристиками: удельная поверхность до 500 м2/г, объем пор – 0,20 – 0,30 см3/г, средний диаметр пор порошка от 2 до 15 нм, средние диаметры 308 частиц - от 5 до 100 нм, плотность поверхностных силанольных групп – до 4,9 нм-2, остаточная влажность – до 0,2 мас. %, насыпная плотность − 0,035-0,30 кг/дм3. Химический состав порошка в % по массе: SiO2 – 99,7; Al2O3 – 0,173; CaO - 0,034; Na2O - 0,034; K2O – 0,069. Для исследования применялись следующие материалы: в каче- стве вяжущего - портландцемент марки ПЦ500-Д0 ОАО «Красно- сельскстройматериалы» со следующими характеристиками: плот- ность ρ=3100 кг/м3, коэффициент нормальной густоты Kнг= 0,255; минералогический состав клинкера в %: С3S -53, С3A -4,3, С2S- 23, С4AF – 15,7. Песок - природный, Крапужинского карьера с модулем крупности: Мкр=2,8;насыпной плотностью ρ=1580 кг/м 3; плотно- стью зерен ρ=2650 кг/м3. Щебень - фракцией 5-20 мм, насыпной плотностью ρ=1380 кг/м3; плотностью зерен ρ=2700 кг/м3,прочностью по дробимости 110-120 МПа. Нанокремнезем в виде порошка - с удельной поверхностью SBET= 418 м 2/г, средним диаметром пор dp = 8,5 нм, суммарным объёмом пор Vp = 1 см 3/г, плотностью ρ=250 г/дм3, с содержанием SiO2 не менее 96 мас.% (по сухому веществу). Золь кремнезема, представляющий собой опа- лесцирующую жидкость ρ= 1075 г/дм3, рН=9,2, с массовой долей SiO2=120 г/дм 3, общее солесодержание 1720 г/дм3 . А также хими- ческая добавка - суперпластификатор из серии высокоэффективных по водоредуцирующей способности поликарбоксилатов (ПКК) в виде водного раствора с плотностью 1082 г/дм3, содержанием сухо- го вещества 412 мг/г. Исследования влияния нанокремнезема, с целью установления закономерностей воздействия нанодобовок, осуществлялись на двух системах: цементно-песчаный раствор и тяжелый бетон. Ввод нанокремнезема в цементную систему представлял собой непростую задачу с позиций его равномерного распределения. В связи с этим порошок нанокремнезема вводили в водную фазу и добивались его однородного распределения в объеме жидкости с помощью ультразвуковой обработки, что приводило к выравнива- нию концентрации частиц нанокремнезема по всему объему. Затем активированую воду затворения приливали к цементно-песчаной смеси, приготавливая раствор. Раствором заполняли гнезда стан- дартной формы - балочки (40x40x160 мм), которые устанавливали на вибрационном столе и уплотняли. После изготовления образцы 309 расформовывали и хранили в ваннах с водой до достижения опре- деленного возраста. Испытания образцов на прочность при сжатии проводили в 3-х, 7-ми и 28-и дневном возрасте. Нанопорошок кремнезема вводился в цементно-песчаную смесь (Ц:П=1:3) в количестве от 0,01 до 0,1 масс.% по цементу. Из диа- граммы (рис.1) видно, что повышение прочности при сжатии со- ставляет до 40% по сравнению с контрольными образцами без нанодобавки в том же возрасте. Рис. 1. Прочность при сжатии (МПа) цементных образцов, в зависимости от количества добавленного нанокремнезема (В/Ц=0,4) Следует отметить, что нанодисперсные частицы кремнезема способствуют интенсификации процессов гидратации цемента, об- разованию дополнительного количества низкоосновных гидросили- катов кальция, снижению пористости и дефектности структуры твердеющего композита, повышению его плотности и прочности. В связи с этим, ввод нанопорошка кремнезема способствовал увели- чению скорости набора прочности в раннем возрасте. Золь кремне- зема, вводимый в строительный раствор в количестве 0,05-0,5% от массы цемента, повышал вязкость замеса и смесь плохо поддава- лась формовке. В связи с этим действие добавки оценивалось в комплексе с суперпластификатором (вводимого в количестве 1% от массы цемента) на равноподвижных смесях (В/Ц=0,45). Результаты испытаний показали, что при введении данного количества золя приращение прочности составило 10 – 15%. 310 Эффективность влияния золя SiO2 на прочностные характери- стики бетона определяли также в паре с суперпластификатором. Золь кремнезема вводился в количестве 2% от массы цемента. До- зировку золя рассчитывали по формуле 1 Vз = [Ц ∙ SiO2 / 100∙Кз) , (1) где Vз - объем золя; Ц – расход цемента, г;SiO2 – задаваемая кон- центрация кремнезема, %; Кз – содержание SiO2 в золе, г/дм 3. Составы бетонных смесей на 1м3 представлены в таблице 1. Таблица 1 – Составы бетонных смесей № с ер ии Расход материалов на 1 м3, кг Цемент Песок Щебень Вода SiО2, % от Ц SVC 5New, % От Ц 1 379 592 1297 243,64 - - 2 371,42 592 1297 265,6 2 2,3 3 371,42 592 1297 238,82 2 2,6 Испытания проводили по стандартным методикам в соответ- ствии с требованиями ГОСТ, полученные результаты представлены в таблице 2. Анализ экспериментальных данных позволяет сделать вывод, что добавка золя кремнезема в количестве 2 мас. % SiO2 по цементу в сочетании в суперпластификатором на основе поликарбоксилатов, в количестве ПКК=2,3-2,6 % от массы цемента, приводит к увели- чению прочности к периоду твердения 28 суток на 25-40% (по срав- нению с бездобавочными составами), а в начальные периоды твер- дения (1 сутки), этот показатель достигает 110 %. Таблица 2 – Результаты испытаний бетонов с добавкой золя кремнезема. С ос та в S iО 2, % от Ц S V C 5N ew , % о т Ц В /Ц О К , с м П ло тн . см ес и, кг /м 3 Прочность при сжатии, МПа 1 сутки 2 суток 28 суток 1 - - 0,642 13 2512 10,8 19,1 42,2 2 2 2,3 0,715 11 2526 19,4 (+80%) 30,8 (+61%) 52,8 (+25%) 3 2 2,6 0,642 20 2500 22,7 (+110%) - 58,7 (+39%) 311 Данные исследований говорят о перспективах использования в качестве модификаторов цементных систем нанопорошков и золей, полученных из гидротермальных растворов. Нанокремнезем, обла- дающий «химическим сродством» к формирующимся гидросилика- там кальция в реагирующей цементной системе, выполняет роль центров кристаллизации; способствует образованию объемного каркаса, позволяющего упорядочить процесс кристаллизации ново- образований в пространстве между зернами цемента и заполнителя, обеспечивая уплотнение и упрочнение структуры бетона. ЛИТЕРАТУРА 1. Шабанова Н.А., Попов В.В., Саркисов П.Д. Химия и техно- логия нанодисперсных оксидов. М.: ИКЦ “Академкнига”. 2006. 286 с. 2. Айлер Р. Химия кремнезема. М: Мир 1982. Ч. 1, 2. 1127 с. 3. Стайлз Э.Б. Носители и нанесенные катализаторы. Теория и практика М.: "Химия". 1991. 240 с. 4. Шабанова Н.А., Саркисов П.Д. Основы золь-гель техноло- гии нанодисперсного кремнезема. М.: ИКЦ “Академкнига” 2004. 208 с. 5. Фролов Ю.Г., Гродский А.С., Клещевникова С.И., Пащенко Л.А., Растегина Л.Л. Получение гидрозолей диоксидов кремния и циркония методом ионного обмена, совмещенного с электродиализом. В сборнике: Получение и применение гидрозо- лей кремнезема. Труды Московского химико-технологического ин- ститута им. Д. И. Менделеева. Вып. 107. М.: изд-во МХТИ им. Менделеева Д.И. 1979. С. 31-38. 6. Дворов И.М. Геотермальная энергетика. М.: Наука. 1976. 157 с. 7. Липкинд Б.А., Дрожженников С.В., Бурылов В.А., Тезиков И.И. Производство золя кремневой кислоты электродиа- лизным методом. В сборнике: Получение и применение гидрозолей кремнезема. Труды Московского химико-технологического инсти- тута им. Д. И. Менделеева. Вып. 107. М.: изд-во МХТИ им. Менде- леева Д.И. 1979. С. 26-31. 8. Рябенко Е.А., Кузнецов А.И., Шалумов Б.З., Логинов А.Ф., Дьякова В.В. Получение золей поликремниевых кислот гидролизом тетраэтоксисилана. В сборнике: Получение и применение гидрозо- 312 лей кремнезема. Труды Московского химико-технологического ин- ститута им. Д.И. Менделеева. Вып. 107. М.: изд-во МХТИ им. Менделеева Д.И. 1979. С. 38-41. 9. Горев Д.С., Потапов В.В. Свидетельство об отраслевой регистрации № 20393: «Технология получения нанопорошков диок- сида кремния методом криохимической вакуумной сублимацией гидротермальных водных золей» / М.: ИНИМ РАО, 2014 г. 10. Горев Д.С., Потапов В.В. Свидетельство об отраслевой ре- гистрации № 20571: «Технология получения водных золей кремне- зема мембранным концентрированием гидротермальных растворов» / М.: ИНИМ РАО, 2014 г. Научное издание Сборник докладов Международной научно-технической конференции Подписано в печать 30.06.2017. Формат 6084 1/16. Бумага офсетная. Ризография. Усл. печ. л. 18,19. Уч.-изд. л. 14,23. Тираж 100. Заказ 481. Издатель и полиграфическое исполнение: Белорусский национальный технический университет. Свидетельство о государственной регистрации издателя, изготовителя, распространителя печатных изданий № 1/173 от 12.02.2014. Пр. Независимости, 65. 220013, г. Минск.