Научный архив: статьи

Введение. Известно, что обводненные заторфованные грунты преобладают на Севере России и на территории её Арктической зоны. Такие грунты обладают малой несущей способностью, что снижает возможность их использования при строительстве автозимников. Уплотнение (обжимка) заторфованных грунтов изменяет их теплофизические и физико-механические свойства, изменяя режимы промерзания и оттаивания слабых оснований, а также несущую способность сухопутных автозимников на заболоченных территориях. В статье отражены результаты экспериментальных исследований изменения теплофизических и физико-механических показателей заторфованного грунта при разной степени его уплотнения.

Методы и материалы. Для исследований применяли маловлажный грунт с высоким содержанием органического вещества (торфа) более 50%. Его уплотняли нагрузками, величина которых характерна при операциях по уплотнению (обжимке) слабых заторфованных оснований на автозимниках (0,01, 0,03 и 0,06 МПа), и замораживали в камере до температуры минус 15 0С. Контроль температуры осуществляли на различной глубине образца через заданные промежутки времени. Для этого скомпоновали прибор, основными элементами которого являются термодатчики марки DS18B20 и микроконтроллер ArduinoNano. Теплопроводность талого и мёрзлого грунта определяли с помощью зондового прибора МИТ-1. Для определения прочности (твёрдости) образцов использовали динамический плотномер Д-51 и универсальный пенетрометр ПУС-3М.

Результаты. Уточнены свойства исследуемого органического грунта. Определена теплоёмкость этого грунта в зависимости от его влажности, температуры и плотности. Оценено влияние степени уплотнения грунта на кинетику его промораживания. Представлены результаты исследования зависимости условной прочности (твёрдости) грунта при разной температуре и плотности, а также результаты интерпретации результатов динамического зондирования в модуль упругости для исследуемого заторфованного грунта.

Заключение. Уплотнение (обжимка) заторфованного грунта увеличивает его теплопроводность и скорость промерзания верхнего слоя болота, что способствует ускорению ввода автозимника в эксплуатацию. Уплотнение (обжимка) заторфованного грунта значительно увеличивает его прочность при замораживании, что предопределяет увеличение несущей способности автозимников на болотах. Наиболее перспективно использование для оперативного контроля плотности и прочности промороженной торфяной плиты на автозимниках методов динамического зондирования пенетрометрами различной конструкции. Получены результаты определения условного показателя прочности (твёрдости) торфяного грунта с помощью зондирования динамическим плотномером и универсальным пенетрометром.

Введение. В статье рассматривается проблема, актуальная для территории нашей страны – расчёт несущей способности ледовых переправ и автозимников. Эта проблема всё более актуализируется в связи с развитием северных территорий, увеличением грузоподъёмности автотранспорта и величины грузопотока. При этом строительство постоянных дорог и мостовых переходов требует очень больших капитальных затрат, пока недоступных для РФ.

Методы и материалы. Выполнен критический анализ методов определения расчётным путём несущей способности ледового покрова на переправах (максимальной разрешённой нагрузки на ось одиночного автомобиля или автопоезда). Рассмотрены рекомендации нормативно-методических документов по данному вопросу. Представленный анализ отечественных и зарубежных публикаций позволил дать оценку математическим моделям разного уровня сложности и детализации, с разным набором факторов, влияющих на конечный результат.

Результаты. В результате исследований составлена сводная таблица, в которой приведены формулы для расчёта несущей способности ледового покрова, параметры, которые учитываются в этих формулах, а также значения несущей способности, рассчитанной по данным формулам для двух температур: 0°С и минус 20°С.

Заключение. По результатам анализа видно, что наибольшее количество параметров учитывается в трёх зависимостях: М. М. Казанского – Р. А. Шульмана; Q. Wang; ОДМ 218.4.030–2016 «Методические рекомендации по оценке грузоподъёмности ледовых переправ». При этом величина несущей способности, рассчитанная по 11 представленным формулам, изменяется в 2-3 и более раза. Следовательно, представленные математические модели для прогнозирования несущей способности ледовых переправ требуют экспериментальной проверки на реальных объектах методом протаскивания контрольного груза (при некоторой доработке этого метода).

Введение. По данным Минприроды России, сейчас в стране образуется 22–25 млн т ЗШО в год, утилизируется до 10%. Распоряжением Правительства Российской Федерации № 1557-р от 15 июня 2022 г. утвержден «Комплексный план по увеличению объемов утилизации золошлаковых отходов V класса опасности». Экибастузские угли являются самыми высокозольными топливными углями, используемыми на ТЭС в РФ. Свойства золы-уноса и золошлаков зависят от вида сжигаемого топлива – его минеральной части (пустой породы), а также других технологических особенностей процессов приготовления, сжигания, улавливания и удаления материалов. Именно поэтому свойства этих материалов следует рассматривать в увязке с конкретным топливом.

Методы и материалы. Объектом исследования послужила зола-уноса и золошлак, полученные при сжигании экибастузских углей на российских ТЭС. С помощью методов физико-химического анализа изучен химико-минералогический состав, определены физические свойства и экологические параметры этих материалов.

Результаты. В результате проведенных исследований установлены химический, минералогический и фазовый составы золы-уноса и золошлака экибастузских углей. Выявлены специфические особенности физических свойств и установлены причины, обуславливающие их формирование. Получены уточненные данные об экологических характеристиках золы-уноса и золошлака.

Заключение. Экибастузские угли характеризуются наиболее высокой зольностью среди всех топливных углей, достигающей 45%, что обуславливает необходимость активного вовлечения ЗШО в строительную индустрию страны. Для эффективного применения ЗУ и ЗШЛ, образующихся при сжигании этих углей, требуется учитывать ряд специфических свойств. Зола-уноса экибастузских углей, характеризуясь сверхкислым химическим составом, не проявляет свойств, присущих минеральным вяжущим веществам. Однако ЗУ, полученная методом сухого улавливания, обладает способностью вступать во взаимодействие с продуктами гидролиза минеральных вяжущих и вовлекаться в процессы гидратации, что указывает на её потенциальную активность в составе строительных композитов. Каолинит, доминирующий в минералогическом составе пустой породы экибастузского угля с ограниченным присутствием плавней, обусловливает необходимость высоких температур для модификации и термоактивации минеральной составляющей. Эта особенность оказывает непосредственное влияние на фазовый состав образующейся ЗУ и ЗШЛ, определяя их характеристики и свойства. Диссоциация минералов в тонкоизмельченном угле стимулирует формирование как закрытой, так и открытой микропористости в зольных частицах. Этот процесс приводит к существенному увеличению их удельной поверхности и химической активности, определяя физические свойства ЗУ и ЗШЛ. Шлаковая составляющая от сжигания экибастузских углей нагревается только до стадии спекания, но не плавления. Это предопределяет пониженную плотность и механические показатели ЗШЛ. Экибастузские угли характеризуются повышенным содержанием фюзена в органической части. Петрографические характеристики данной органической массы предопределяют повышенную устойчивость углистых остатков к агрессивным воздействиям. Радиоактивность экибастузских ЗУ и ЗШЛ не превышает допустимый предел для отнесения их к I классу опасности по удельной эффективной активности ЕРН. Экибастузским ЗШО присвоен V класс опасности для окружающей природной среды, определяющий её как практически неопасные отходы.