|
|
сборник докладов. 1МССФ-2020 том 2. Кафедра строительства и городского хозяйства v международный студенческий строительный форум 2020 Белгород, 26 ноября 2020 г Том 2 Сборник докладов Белгород 2020
Баженова О.О., аспирант Научный руководитель др техн. наук, профессор
Сулейманова Л.А. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, г. Белгород, Россия СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВА БЕТОНА И КОНТРОЛЯ СВОЙСТВ БЕТОННОЙ СМЕСИ В настоящее время все больше используется метод расчета различных зерновых составов с высокоплотной упаковкой частиц из общей закономерности распределения их по размерам, применяя математический метод расчета плотности упаковки смеси сыпучих материалов
‒ крупный заполнитель гравий, щебень
‒ средний и мелкий заполнитель отсев и песок. На основании этого можно предложить способ определения состава бетона, позволяющий эффективно использовать гранулометрию заполнителей в качестве технологического параметра, регулирующего свойства бетонной смеси. Для этого необходимо представить произвольную бетонную смесь в виде двух компонентов цементная паста и заполнитель. К заполнителям относятся все частицы, имеющие размер больше 75 мм. Данное значение условное. Взаимодействуя с водой, мелкие частицы образуют единую структуру. Для более крупных частиц основным фактором, определяющим их взаимодействие, является сила трения между ними, которая зависит от контакта зерен. В приведенной модели для расчета плотности упаковки трение между зернами учитывается через интегральный показатель − индекс компактности, а геометрическое взаимодействие сводится к определению коэффициентов скольжения и разрыхления. Цементная паста накапливает все частицы размером меньше 75 мм зерна цемента, очень мелкие фракции песка, частицы глины, микронаполнители, химические добавки и т.д. Помимо перечисленного, к уровню цементной пасты также относятся частицы воздуха − случайно или целенаправленно образовавшиеся пузырьки воздуха произвольного размера. Для описания реологических свойств бетонной смеси (удобоукладываемость, осадка конуса и т.д.) в рамках предлагаемого метода достаточно знать значение вязкости цементной пасты, которое интегрально будет отражать всю сложную картину взаимодействия химических добавок, воды, воздуха и микро- и наноразмерных частиц твердой фазы.
168 Таким образом, проектирование состава бетона сводится к двум отдельным задачам проектирование цементной пасты с заданной вязкостью и прочностью цементного камня (и другими физико- механическими свойствами) и выбору оптимального соотношения заполнителей. Задача проектирования свойств цементного камня больше связана с физико-химической областью знаний, чем с теорией плотности упаковки, поэтому необходимо работать с таким параметром как объем цементной пасты, не вдаваясь излишне в ее структуру. В зависимости от поставленной задачи этот объем нужно будет найти при заданном расходе заполнителей нам смеси, либо он будет входным параметром и необходимо найти расход заполнителей и их соответствующую гранулометрию. Прежде чем определить необходимые уравнения для расчета расхода материалов, необходимо определить математически эффективную толщину обмазки зерен заполнителей. Ее можно считать, как количество цементной пасты за вычетом объема пустот, отнесенное к единице площади поверхности зерен заполнителей
h =
𝑉
цп
− пуст (1) Толщина обмазки, как важный технологический параметр, определяющий свойства бетонной смеси, вводился и рассматривался
[1…3]. Современные ученые применяют данный параметр в метод расчета, что позволяет проводить наглядную физическую интерпретацию и механизм управления реологическими свойствами бетонных смесей (рис. Рис. Схематичное представление бетонной смеси в виде зерен заполнителей, объема цементной пасты, идущей на заполнение пустот, и объема цементной пасты, идущей на обволакивание зерен пленкой с некоторой эффективной толщиной h
169 В соответствии с представленными схемами на рисунке и методом абсолютных объемов, следует простая алгебраическая система уравнений, описывающих расход материалов нам бетонной смеси
1 =
𝑉
3
тв
+
𝑉
цп пуст +
𝑉
цп пл (2)
𝑉
3
тв
= и + и + … + и (3)
𝑉
цп пуст =
𝜀
1 −𝜀
𝑉
3
тв
,
𝜀 =
𝑉
пуст
𝑉
полн
(4)
𝑉
цп пл = hS
уд
M, M = m
1
+ m
2
+ … + m
n
(5)
Vцп =
𝑉
цп пуст +
𝑉
цп пл = Ц +ц и) (6)
r
1
=
𝑚
1
𝑀
; r
2
=
𝑚
2
𝑀
; … ; r
n
=
𝑚
𝑛
𝑀
(7) где
𝑉
3
тв
− объем твердого вещества всех зерен заполнителей
𝑉
цп пуст − объем цементной пасты, заполняющей пустоты в заполнителе
𝑉
цп пл − объем цементной паста, обволакивающей зерна заполнителей
𝑚
1
− расход го заполнителя нам бетонной смеси и истинная плотность зерен го заполнителя пуст − объем пустот полн полный объем, занимаемый смесью заполнителей h − эффективная толщина пленки, обволакивающей зерна заполнителей S
уд
− величина удельной площади поверхности смеси заполнителей ц и − истинная плотность цемента r
i
− массовая доля го заполнителя w − истинное (с учетом влажности заполнителей) водоцементное отношение [4, 5]. В зависимости от поставленной задачи систему уравнений
(2)…(7) можно решать для определения различных параметров. Например, задавая водоцементное отношение w, массовые доли r
i каждого заполнителя и толщину обмазки h можно определить расход всех компонентов, входящих в смесь. Или, наоборот, задавая расход компонентов, можно определить толщину обмазки h, и далее использовать ее как ориентир для последующих расчетов, соответственно, увеличивая (если нужно получить более подвижную смесь) или уменьшая ее [6]. Библиографический список
1. Сулейманова Л.А., Погорелова И.А., Слепухин АС,
Плехова СИ. Высокотехнологичные бетоны с использованием суперпластифицирующих добавок на основе поликарбоксилата //
170 Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2016. № 9. С. 63-66.
2. Сулейманова Л.А. Высококачественные энергосберегающие и конкурентноспособные строительные материалы, изделия и конструкции
// Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2017. № 1. С. 9-16.
3. Сулейманова Л.А., Лесовик Р.В., Глаголев Е.С., Сопин ДМ. Высококачественные бетоны на техногенном сырье для ответственных изделий и конструкций // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2008. № 4. С. 34-37.
4. Сулейманова Л.А. Энергия связи – основа конструктивных и эксплуатационных характеристик бетонов // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2007. № 9. С. 91-99.
5. Гладков Д.И., Сулейманова Л.А. Общая закономерность создания строительных материалов с требуемыми свойствами // В сборнике Материалы седьмых академических чтений. Современные проблемы строительного материаловедения. 2001. СВ сборнике Ibausil. 18. Internationale Baustofftagung. 2012. С. 20830-20835.
Бекенова А.Б., магистрант Научный руководитель канд. техн. наук, доцент
Калмагамбетова А. Ш. Карагандинский технический университет,
г. Караганда, Казахстан ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ЗОЛОКИРПИЧА ИЗ МЕСТНЫХ СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ Карагандинская область является крупным промышленным центром Казахстана, где находится высокая концентрация экологически грязного промышленного производства. Это угледобывающие, металлургические и химико-машиностроительные отрасли республики, имеющие международное значение. Все важнейшие отрасли тяжелой промышленности связаны, прежде всего, с добычей коксующегося угля, обработкой руд цветных, черных и редких металлов, необходимых для металлургии, вспомогательных видов сырья. В основе территориально-промышленного комплекса лежат три промышленных узла – Караганда-Темиртауский,
171 Балхашский и Жезказганский. Здесь функционирует промышленность, специализирующаяся на производстве энергоемкой и материалоемкой продукции черной и цветной металлургии, добыче угля и руд ряда ценных полезных ископаемых. Также представлены предприятия машиностроения, химической промышленности, производства строительных материалов, легкой, пищевой и других отраслей. Основными источниками загрязнения атмосферы в городе Карагандинской области являются крупные и мелкие промышленные предприятия, такие как АО «АрселорМиттал Темиртау, ТОО Караганда Энергоцентр» – ТЭЦ и другие [1]. Золоотвалы ТЭЦ являются угрозой для окружающей среды и здоровья людей [2]. Известно, что отходы являются ценным минеральным сырьем в производстве строительных материалов. И как решение в определенной степени экологической проблемы отходы промышленности, в нашем случае золы ТЭЦ, целесообразно применять их в производстве керамического кирпича. Таким образом расширяется сырьевая база, строительная индустрия обеспечивается необходимым сырьем, создается ресурсосберегающая технология при производстве керамического кирпича и снижается себестоимость исходного материала [3]. Основным сырьем для производства керамического кирпича является глина. Известно, что в большинстве областей Казахстана месторождение глин отсутствуют или весьма ограничены. А также для улучшения свойств керамического материала применяют специальные сырьевые добавки, которыми могут быть зола ТЭЦ. Так как минеральная часть золы может быть сырьем, а остаточное топливо, которое содержится в ней, может стать существенным резервом топливно-энергетических ресурсов [4]. С. Ж. Сайбулатов провел исследования по использованию золы ТЭС в технологии производства керамического кирпича в 1990 году, в которых дана общая характеристика глинистого сырья из различных месторождений Казахстана и промышленных отходов, в частности золы ТЭС. Исходя из этих фактов, в моих исследованиях будет использовано местное сырьевые материалы при производстве зольного кирпича глинистое сырье с месторождения Темиртау, зола Карагандинской ГРЭС [3]. Нами будет исследоваться золокирпич на основе местных сырьевых материалов с улучшенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами. Будут получены экспериментальные результаты, позволяющие установить влияния золы на свойства золокирпича в процессе обжига. При производстве керамического кирпича 172 применяют различные методы и способы для улучшения природных свойств сырья с целью обеспечения формовочных и сушильных свойств, повышения прочности и морозостойкости изделий. С целью получения золокирпича с заданными свойствами в научном исследовании будут применяться такие методы исследования, как определение химического и минералогического составов глины [5]; определение термических свойств глины [5], определение физико- механических свойств глины [5]. С целью определения влияния золы на свойства золокирпича нами будут определены химический и гранулометрический составы золы [7, 8], физико-механические [8] и термические свойства золы [9]. Кроме того, будут определены критерии оценки влияния золы на физико-механические и эксплуатационные свойства золокирпича и ее эффективное применение в технологии производства кирпича. Для этого будут разрабатываться оптимальные составы шихты, нами будут определены влажность шихты и формовочная влажность шихты, усадочные свойства системы зола-глина-вода. С целью определения физико- механических и эксплуатационных свойства золокирпича в научной исследовании будут определены влажность золокрипича после сушки [9]); масса золокрипича после обжига [9]; средняя плотности золокирпича [10, 11]; размеры золокирпича [10, 11]; прочность на сжатие и изгиб золокирпича [10, 11]; морозостойкость золокирпича [10, 11]; теплотехнические характеристики золокирпича [10, 11]. Таким образом нами будет определена эффективность применения золы в производстве золокирпича. Рациональное использование глинистого сырья Темиртауского месторождения в шихте для производства золокрипича, способствует расширению ассортимента кирпича с улучшенными эксплуатационными характеристиками, а также использование золошлаковых смесей улучшает экологическую ситуацию в Карагандинской области. Библиографический список 1. Жакатаева Б.Т., Журавлева З.П. Атмосферсные загрязнения города Караганды Вестник КарГУ, №3(59)/2010//УДК 551.510.4., https://articlekz.com/article/12109 (дата обращения 29.11.2020). 2. Адеева Л.Н, Борбат В.Ф. Зола ТЭЦ – перспективное сырье для промышленности Вестн. Ом. унта, /№2 С. 141–142 /2009// УДК 544.424.2 file:///C:/Users/WINDOW1/AppData/Local/Temp/zola-tets- perspektivnoe-syrie-dlya-promyshlennosti.pdf дата обращения 29.11.2020).
173 3. Костерин А.Я. Применение зол тепловых электрических станций для производства керамического изделия/Автореферат научной диссертации 23.05.2005.
https://www.dissercat.com/content/primenenie-zol- teplovykh-elektricheskikh-stantsii-dlya-proizvodstva-keramicheskikh- izdelii/read
(дата обращения 15.11.2020).
4. Сайбулатов
С.Ж. Ресурсосберегающая технология керамического кирпича на основе зол ТЭС. – М Стройиздат, 1990. С. с.
5. ГОСТ
9169-75 Сырье глинистое для керамической промышленности. Классификация,
6. ГОСТ 21216-2014 Сырье глинистое. Методы испытаний
7. ГОСТ 13455-91 Топливо твердое минеральное
8. ГОСТ 10538-87 Топливо твердое. Методы определения химического состава золы
9. ТУ 21- РК Кирпичи камни зольные
10. ГОСТ 530-2007 Кирпичи камни керамические. Общие технические условия
11. ГОСТ 530-2012 Кирпичи камень керамические. Общие технические условия
Вициенко МИ, магистрант
Ишмухаметов Э.М., аспирант
Есина А.Ю., магистрант
Никулина МВ, аспирант
Абзалилова А.В., канд. техн. наук, доцент Научный руководитель др. техн. наук, профессор
Строкова В.В. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, г. Белгород, Россия ОСОБЕННОСТИ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
ПЫЛЕПОДАВЛЕНИЯ Тенденции современного мира подталкивают производство к расширению площадей, что приводит к увеличению строительных объектов повсеместно. Поскольку данные объекты не могут существовать без транспортных сетей и узлов вокруг них образуются новые дорожные полотна сначала грунтовые, как бы черновые дороги, а затем полноценные асфальтированные или бетонированные [1, 2]. Однако тут же появляется распространённая в около дорожной среде
174 проблема – пылеобразование. Пыль в данном случае выступает как агрессивный агент, который не только пагубно воздействует на организм человека, окружающую среду, но и приводит к преждевременному износу механизмов и оборудования [3]. В связи с этим возникает необходимость в применении методов удаления, как ликвидирующее мероприятие, и подавления, как профилактическая мера, мелкодисперсных пылевых частиц в воздухе. К таким методам относятся непосредственное механическое воздействие на пыль например, фильтрация воздуха, а также физико-химические методы борьбы (подразумевающие физические явления и химические реакции на поверхности дорожного полотна. Физико-химические методы представляют собой прямые профилактические меры, предотвращающие пылеобразование на какой-либо поверхности и являются наиболее востребованными в области дорожной сферы, так как не требуют строительства дополнительных сооружений или привлечения большого количества специальной техники. В основном данные методы представляют собой комплекс операций по орошению поверхности некоторым активным компонентом, однако существуют также методики механического перемешивания поверхностного слоя покрытия с реагентом [4]. При классификации их можно разделить сразу последующим признакам 1. агрегатному состоянию реагента (жидкое или сухое вещество 2. морфологической структуре применяемого активного компонента (растворы, пены, эмульсии 3. химическому происхождению пылеподавляющего компонента (органические, неорганические 4. способу нанесения реагента на поверхность (орошение поверхности покрытия, механическое перемешивание с верхним слоем покрытия) 5. типу механизма предотвращения появления пыли увлажняющие или склеивающие поверхность, пленкообразующие вещества. Наиболее интересным представляется сам процесс предотвращения образования пыли. Самым простым способом является орошение поверхности дорог водой (морской, солёной озерной или технической. Поскольку поверхность становится влажной, пылевыделение сводится к минимуму, а распыленные в воздухе частички воды улавливают имеющуюся в воздухе пыль и осаждают е. Эффект, к сожалению, наиболее кратковременный и составляет по длительности около получаса. Кроме того, имеется ряд грубых недостатков таких как при низкой влажности воздуха и 175 температуре окружающей среды выше 25 С происходит быстрое испарение воды с поверхности, что сокращает срок обеспыливания; наличие большого количества влаги в почве дорог вызывает ее налипание и затрудняет передвижение транспорта необходимость частой обработки поверхностей [3]. Использование орошения только водой, как было сказано выше, не является достаточно эффективным способом пылеподавления. Практически выявлено, что для стабилизации результата рациональнее использовать различные виды растворов. При применении растворов например, растворов гигроскопических солей) сущность происходящих процессов заключается в следующем поверхностный слой покрытия напитывается раствором, что, впоследствии, снижает пылеобразование. Процесс успешен, поскольку растворы солей удерживают на своей поверхности некоторое количество влаги. Увеличение влажности гарантирует отсутствие новой пыли, атак же улавливанию уже имеющихся летучих взвесей, посредством их утяжеления при соприкосновении с молекулами воды и оседания. Длительность эффекта составляет несколько дней, затем операцию необходимо повторить. В данном виде обработки также имеются недостатки, например, высокая коррозионная активность солей, атак же кристаллизация солей у поверхности и последующее их вымывание, приводящее к сокращению срока службы метода [4]. Другим активным компонентов вводимым в растворы принципиально иного характера действия является поверхностно- активные вещества (ПАВ. Принцип действия метода заключается в следующем, молекулы воды, окруженная молекулами ПАВ захватывает пыль. Мицеллы, захватившие пылевые частички, утяжеляются и оседают на покрытие, образуя на ней пленку, защищающую в последующем от повторного пылеобразования [5]. Стоит отметить, что в работе [6] описан частный случай, как при подборе опытным путем оптимального давления и концентрации раствора, ПАВ хорошо работают с гидрофобной по происхождению пылью. Однако в этом же исследовании указано, что при этих же условиях, для гидрофильной пыли применение данного класса веществ неактуально. Известно использование битумов для пылеподавления на дорожных покрытиях [7]. Стоит отметить, что применение указанных реагентов возможно только после предварительной очистки поверхности дорог. В основном применяются битумные эмульсии, поскольку это позволяет сократить процент потребления самого битума приблизительно вполовину. Здесь сущность воздействия на 176 пыль заключается в высоких адгезионных свойствах применяемых веществ. Следовательно, пыльна поверхности покрытия с пропиткой смешивается с частицами битума, образуя пленку, препятствующую эрозии дорожного покрытия. Возможны также два способа нанесения битумных эмульсий или самого битума – орошением или механическим смешиванием с последующим уплотнением. Срок службы подобной обработки долговременный и составляет до 3 месяцев [3]. В качестве альтернативы также применяются лигнин, принцип их действия схож с действием битума – эти соединения образуют клеящий слой на поверхности покрытия, что позволяет улавливать существующие пылинки и предотвращать появление новых [8, 9]. Стоит отметить, что высокая эффективность этого метода осуществима при применении обработанного лигнина промышленного выпуска. Привнесении данного реагента в покрытие (механическое смешение с верхним слоем) длительность эффекта составляет около 6 месяцев. Несмотря на преимущество в сроке службы, существуют некоторые особенности в его поддержании контроль влажности покрытия (поверхность при намокании становится очень скользкой и лигнин вымывается, а при засухе – хрупкой, и слой разрушается, если обработка осуществлялась только орошением. Полимерные эмульсии также нашли применение в процессах обеспыливания на дорогах [10, 11]. Они представляют собой растворы, как на органическом, таки на водном растворителе. Принцип действия подобных составов заключается в следующем на пропитанной поверхности грунтовых дорог образуется плёнка с высокими адгезионными свойствами, которая впоследствии и улавливает пылевые частички, имеющиеся в воздухе, атак жене допускает образование пыли. По комплексу происходящих процессов полимерные эмульсии близки к сочетанию свойств ПАВ и битума. Срок службы подобной обработки варьируется от 6 до 12 месяцев [12]. К недостаткам можно отнести то, что в зимний период полимерная основа достаточно активно испаряется из-за летучести компонентов, а кроме того сразу после обработки покрытие нужно выдержать до полного высыхания. В остальном применение полимерных эмульсий для борьбы с пылью является достаточно перспективным для изучения и использования. Таким образом, пыль в настоящее время является острой экологической проблемой в разных отраслях. В статье кратко освещены теоретические аспекты и предложена классификация физико-химических методов пылеподавления. Описаны принципы
177 действия основных классов применяемых методик, выявлены их основные недостатки. Как наиболее перспективный к научному изучению выбран метод обработки дорожных покрытий полимерными эмульсиями на водной или органической основе. Работа выполнена при финансовой поддержке Гранта Президента для научных школ НШ-2584.2020.8 с использованием оборудования Центра Высоких Технологий БГТУ им. В.Г. Шухова. Библиографический список
1. Оденбах И.А., Таурит Е.Б. Некоторые новые технологии в дорожном строительстве // Строительные материалы и изделия. 2020.
№ 1. С. 62–69.
2. Дмитриева Т.В., Куцына Н.П., Безродных А.А., Строкова В.В.,
Маркова И.Ю. Эффективность укрепления техногенного грунта минеральными модификаторами
// Вестник Белгородского Государственного Технологического унта им. В.Г. Шухова. 2019. № 7. С. 14–23.
3. Геращенко Е.А. Обеспыливание грунтовых и щебёночных дорожных покрытий / Фундаментальные и прикладные исследования молодых ученых сб. науч. трудов II Междунар. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых // Сибирский гос. автомобильно-дорожный унт (СибАДИ) (Омск, 08-09 фев. 2018 г, Омск изд-во СибАДИ, 2018. С. 361-367.
4. Дмитриева Т.В., Ишмухаметов Э.М. Пылеулавливающие мероприятия на дорогах с переходным типом покрытия / Наукоемкие технологии и инновации эл. сб. докладов Междунар. науч.-практ. конф, посвященной 65-летию БГТУ им. В.Г. Шухова // Белгородский гос. технолог. унт им. В.Г. Шухова (Белгород, 29 апр. 2019), Белгород изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2019. С. 25-28.
5. Qing Guo, Wanxing Ren, Jintai Shi. Foam for coal dust suppression during underground coal mine tunneling // Tunneling and
Underground Space Technology. 2019. № 89 (2019). P. 170–178.
6. Соколова Г.Н. Исследование влияния добавок поверхностно- активных веществ на эффективность пылеподавления при гидрообеспыливании // Труды РГУПС. 2018. № 2. С. 53–56.
7. Пахомовский АН, Алексеенко В.В. Битумно-эмульсионные смеси для консервации (обеспыливания) золоотвалов тепловых электростанций // Вестник ИрГТУ. 2013. № 9 (80). С. 154–157.
8. Челышева Т.В. Применение лигносульфанатов для укрепления и обеспыливания лесовозных автомобильных дорог // ИВУЗ. Лесной журнал. 2001. №5–6. С. 64–70.
178 9. Qingsheng Chen, Buddhima Indraratna. Sher behavior of sandy silt with lugnosulfonate // NRC Research Press. 2015. № 52. P. 1180–1185. 10. Киреева Е.В., Кондрашева Н.К., Зырякова О.В., Дринберг АС, Недведский ГР, Никандров АН. Пленкообразующие дисперсии на водной основе для пылеулавливающих составов // Лакокрасочные материалы и их применение. 2018. № 7–8. С. 23–25. 11. Пат. 2137923 Российская Федерация, МПК E21F 5/06, C09K 3/22. Состав для закрепления пылящих поверхностей / Е.В. Кичигин, ИВ. Тикунова, Л.А. Дейнека; заявитель и патентообладатель Кичигин Е.В., Тикунова ИВ, Дейнека Л.А. № 98107795/03, заявл. 27.04.98; опубл. 20.09.99. Бюл. №23. 8 с. 12. Вишневский А.В. Использование отходов промышленного производства для обеспыливания технологических автомобильных дорог // Вестник ЗабГУ. 2017. Т. 23. № 11. С. 12–17. Дроздов О.И., магистрант, |
|
|
Скачать 4.55 Mb.