Научный архив: статьи

Введение. Одним из восходящих архитектурных трендов настоящего времени является повышение комфортности и эстетичности территорий населённых пунктов за счёт художественного благоустройства, значительная роль в котором отводится различным видам малых архитектурных форм. Наиболее бюджетным и в то же время надёжным и долговечным материалом для них является архитектурный бетон. Узким местом использования бетона для изготовления малых архитектурных форм является относительная сложность придания ему сложных пространственных конфигураций. На современном уровне развития технологии бетонных работ данный недостаток может быть легко преодолён за счёт использования технологии строительной 3D-печати. Цель работы – создание эффективных архитектурных бетонов для изготовления малых архитектурных форм методом строительной 3D-печати на основе композиционных вяжущих, содержащих в качестве минеральной добавки выветренные кварцитопесчаники, как один из видов местного энергоэффективного сырья.

Материалы и методы. В разделе приведены сравнительные характеристики выветренных и невыветренных кварцитопесчаников.

Результаты. Представлены данные по динамике помола компонентов; составах и характеристиках композиционных вяжущих и мелкозернистых бетонов на их основе; результатах изготовления опытной партии малых архитектурных форм методом строительной печати.

Обсуждение. Представлено описание и анализ полученных экспериментальных данных. Сформулированы выводы, в которых отмечается, что для организации выпуска современных малых архитектурных форм представляется технология строительной 3D-печати, позволяющая реализовать сложные разнообразные пространственные формы изделий с любым уровнем индивидуализации без повышения издержек.

Заключение. Разработанные формовочные смеси подтвердили высокую эффективность использования выветренного кварцитопесчаника в составе композиционного вяжущего и техногенного песка. Внедрение данных материалов отвечает требованиям энергои ресурсосбережения, так как снижается потребление портландцемента и невозобновляемых природных ресурсов.

Введение. В настоящее время в дорожном строительстве с целью уменьшения энергозатрат и снижения вредных выбросов все более широко применяют технологии теплых асфальтобетонных смесей. Одним из способов понижения температуры приготовления асфальтобетонной смеси является применение добавок на основе природных и синтетических восков. В связи с этим актуальным является изучение влияния восковых добавок на свойства битумного вяжущего как основы асфальтобетонной смеси. Сцепление вяжущего с минеральным заполнителем является важнейшим свойством, определяющим долговечность асфальтобетонного покрытия. Цель данной статьи– изучение влияния добавок на основе синтетических восков на адгезионные свойства битумного вяжущего.

Материалы и методы. Представлены характеристики исследованных добавок на основе синтетических восков: Вискодор ПВ-2, Sasobit и Licomont BS-100. Для моделирования процессов старения вяжущего был использован метод прогрева в тонком слое по ГОСТ 18180 с увеличенным до 9 ч временем термостатирования. Для оценки адгезии исходного и модифицированного битумного вяжущего, а также вяжущего после старения, был применен метод кипячения в воде каменного материала, покрытого битумом, и оценка внешнего вида в соответствии с ГОСТ 11508. Изучение механизма сцепления битумного вяжущего с минеральным заполнителем проводилось посредством спектрального анализа.

Результаты и обсуждение. Произведен анализ влияния добавок на основе синтетических восков на сцепление битумного вяжущего с минеральным материалом. Выявлено изменение адгезионных свойств модифицированного исследуемыми добавками битума при термоокислительном старении. Проведено сравнение ИК-спектров исходного и модифицированного битума до и после взаимодействия с каменным материалом и определены различия в механизмах влияния вводимых добавок на сцепление с минеральным заполнителем. Установлено, что добавка Вискодор ПВ-2 значительно улучшает адгезию битума. При этом эффект улучшения адгезии указанной добавкой сохраняется и после термоокислительного старения, хотя несколько снижается. Импортные добавки Sasobit и LicomontBS-100 оказывают меньшее влияние на адгезионные свойства битума.

Заключение. Полученные результаты показывают, что применение добавок на основе синтетических восков улучшает адгезионные свойства битума, что положительно отразится на долговечности дорожного покрытия. Так как отечественная добавка Вискодор ПВ-2 превосходит по эффекту улучшения адгезионных свойств известные добавки Sasobit и Licomont BS-100, внедрение в производство исследуемой добавки взамен дорогостоящих импортных позволит одновременно улучшить качество асфальтобетонного покрытия и уменьшить его стоимость.

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. Увеличение интенсивности дорожного движения и перспективы развития высокоскоростного железнодорожного транспорта требуют решения проблемы эффективности виброзащиты объектов транспортной инфраструктуры путем разработки инновационных решений. В настоящее время вопросы борьбы с вибрацией по отношению к пролетным сооружениям мостов и путепроводов являются недостаточно изученными. Цель работы – исследование перспективных направлений виброзащиты мостовых сооружений на основе применения динамических гасителей колебаний.

Материалы и методы. Для достижения поставленной цели исследования и реализации эффективных технических решений в области виброзащиты мостовых сооружений предлагается усовершенствованная конструкция динамического гасителя колебаний, в которой инерционная масса закреплена на двух пружинах, верхняя из которых связана с защищаемой от вибрации конструкцией, а нижняя пружина – с основанием или фундаментом объекта. Гашение колебаний при этом производится за счет колебаний в противофазе свободным и вынужденным колебаниям защищаемого от вибраций объекта вспомогательных инерционных масс. Данное техническое решение позволяет уравновесить силы упругого взаимодействия демпфирующего устройства и защищаемого от вибрации объекта и моменты от этих сил.

Результаты. В результате выполнения экспериментальных исследований установленного на вибростенде макетного образца усовершенствованного динамического гасителя колебаний установлено, что уровни вибрации по всем направлениям существенно снизились, в том числе в вертикальном направлении в 5,7 раз.

Обсуждение и заключение. Полученные положительные результаты экспериментов и относительная простота предлагаемой конструкции позволяют предложить данный метод виброзащиты пролетных строений как для вновь проектируемых, так и для уже находящихся в эксплуатации объектов. Особенно важным является минимизация возможности возникновения резонансных явлений и галопирования. Результаты исследования позволят в перспективе обеспечить эффективность виброзащиты колеблющихся машин, механизмов и объектов инфраструктуры.

Введение. В соответствии с законодательством Российской Федерации и действующей нормативной документацией при проектировании зданий и сооружений повышенного уровня ответственности необходимо производить расчет на прогрессирующее обрушение, вызванное вследствие возникновения аварийной ситуации. Выделяют четыре метода анализа зданий и сооружений на прогрессирующее обрушение: линейно-упругий статический (квазистатический), нелинейный статический, линейно-упругий динамический, нелинейный динамический. Считается, что наиболее эффективной будет являться комплексная процедура анализа с использованием всех четырех методов, но такой комплексный анализ дает определенную нагрузку на инженера-конструктора, поэтому целесообразней всего применять какой-то один метод. В данной статье описаны особенности расчета металлических конструкций на прогрессирующее обрушение квазистатическим методом.

Материалы и методы. В качестве исследуемого объекта был взят отсек производственного здания с повышенным классом ответственности. Статический расчет пространственной схемы и конструктивный расчет элементов каркаса выполнялся в программе Лира 10.12. В работе на примере исследуемого объекта проанализировали три варианта перехода от первичной расчетной схемы к вторичной. Кроме того, дополнительно рассмотрели еще два варианта, которые не подразумевают удаления из расчетной схемы несущих элементов после отказа их работы.

Результаты. Несмотря на то, что для выбранных колонн при проверке на прогрессирующее обрушение получились неоднозначные результаты по полным перемещениям узлов, примыкающих к удаляемым (раскрепляемым) в результате особого воздействия нижним концам колонн и что некоторые элементы не прошли проверку на РСУ, данную расчетную схему следует считать устойчивой к прогрессирующему обрушению.

Обсуждение и заключение. Используемые варианты расчета на прогрессирующее обрушение квазистатическим методом при проверке расчетной схемы на РСУ дают практически совпадающие результаты. Отличие вариантов расчета, где использовалось удаление частей элементов, в которых происходит отказ их работы, от вариантов, где использовалось раскрепление данных элементов, составило 2-3%.

Введение. Расчет дорожных одежд по критериям прочности выполняют для расчетного периода года, когда влажность грунтов достигает наибольших значений. Такая влажность называется расчетной и устанавливается путем определения наибольшего значения при заданной односторонней доверительной вероятности с учетом различных поправок на рельеф местности, конструкции земляного полотна и укрепления обочин. Казалось бы, сделано все правильно, но в ряде случаев расчетная влажность достигает больших значений, находящихся в пределах 80…90% от влажности на границе текучести. Такие значения расчетной влажности больше полной влагоемкости некоторых разновидностей грунтов. В этом случае нарушена физика процесса водонасыщения грунта.

Материалы и методы. Для вычисление полной влагоемкости использованы физические основы инженерной геологии, базирующиеся на трехфазной физической модели дисперсного грунта. В этой модели каждая из трех фаз (твердая, жидкая и газообразная) занимает определенный объем, а минеральные частицы и жидкость обладают массой и весом. На основе данной модели получены классические фундаментальные формулы, позволяющие определять любую физическую характеристику грунта. Для расчета полной влагоемкости применены данные фундаментальные зависимости. Расчет полной влагоемкости использован при построении линии нулевого содержания воздуха в грунте при его стандартном уплотнении. Показано, что полная влагоемкость, изображенная на этой линии, является наибольшей влажностью для грунта, уплотненного до данного состояния.

Результаты. Предложен способ вычисления полной влагоемкости грунта при различных коэффициентах уплотнения. В качестве минимально возможного коэффициента уплотнения принимается его величина в зимний период. Эта величина вычисляется с учетом поправки Ю. М. Васильева и А. С. Еремина, учитывающей разуплотнение грунта при замерзании воды. Полная влагоемкость грунта, вычисленная при минимальном коэффициенте уплотнения, представляет собой предельное значение, которое расчетная влажность превышать не может.

Заключение. Изложены представления авторов о физическом состоянии грунтов, согласно которым их расчетная влажность не может превышать полную влагоемкость при данной степени уплотнения. Поэтому величину расчетной влажности, выраженную в долях от влажности на границе текучести Wр / WТ, предлагается ограничить относительным значением полной влагоемкости Wsut / WТ.

Введение. Модуль упругости относится к одной из основных физико-механических характеристик укрепленных местных грунтов. Деформации грунтов и строительных материалов принято описывать законом Гука. К основным методам лабораторных испытаний относятся методы с применением: одноосного сжатия, трехосного сжатия, жесткого штампа. Определение модуля упругости является сложным, продолжительным во времени и трудоемким испытанием. Существуют эмпирические модели, которые описывают взаимосвязь модуля упругости от разных параметров и характеристик (прочности на сжатие, содержания вяжущего в смеси и др.). Однако данные модели в основном разработаны для стабилизированных грунтов и для щебня, укрепленного портландцементом.

Методы и материалы. Для определения закономерности изменения модуля упругости грунтов, укрепленных неорганическими вяжущими материалами, от прочности на сжатие проведены исследования на образцах различных грунтов, укрепленных портландцементом и известью. Для изготовления образцов применялись существующие методики, указанные в нормативно-технической документации.

Результаты. На основе выполненных исследований разработаны две эмпирические модели, отражающие зависимость значений модуля упругости от значений прочности на сжатие грунтов, укрепленных портландцементом и известью.

Обсуждение и заключение. Существующие методы испытаний модуля упругости являются продолжительными и трудоемкими. Разработанные эмпирические модели позволяют получать ориентировочные значения модуля упругости от значений прочности на сжатие образцов грунтов, укрепленных портландцементом и известью.

Комплексное воздействие динамических нагрузок, климатических факторов, агрессивных сред является драйвером преждевременного деформирования асфальтобетонных покрытий. Основными типами разрушений являются: пластические деформации в виде колеи, возникающие при высоких положительных температурах; усталостные трещины в покрытии, образующиеся от действия многократных повторяющихся нагрузок; низкотемпературные поперечные трещины, возникающие в области отрицательных температур при охлаждении покрытия. По современным представлениям, вклад вяжущего в образование обозначенных дефектов достигает до 90–100 %. Однако битум утрачивает свои оригинальные свойства, вступая во взаимодействие с минеральным порошком и формируя асфальтовяжущее, которое выполняет роль связующего в асфальтобетоне. Поэтому прогнозирование поведения асфальтобетонов в широком диапазоне температур и особенно в отрицательной его части целесообразно выполнять, опираясь не на битумное вяжущее, а на асфальтовяжущее. Материалы и методы. Экспериментальные лабораторные исследования материалов выполнены в соответствии с ГОСТ 33133–2014, ГОСТ Р 58400.1–2019, ГОСТ 32761–2014, ГОСТ 58401.1–2019, ГОСТ Р 58400.8–2019, ГОСТ Р 58400.11–2019. В роли объектов исследования выступал битум, наполненный минеральными порошками из известняка и пыли электрофильтров асфальтобетонного завода. Результаты. Обнаружены значительные изменения свойств исходного битума под влиянием различной степени наполнения минеральным порошком из известняка и пыли электрофильтров. Показано, что наполнение вяжущего минеральным порошком (пылью) в максимально допустимом концентрационном пределе изменяет параметр марки PG (Х) на три позиции с 64 оС до 82 оС. Кардинальные данные получены для низкотемпературной устойчивости образцов с обрушением параметра (± Y) c величины -34 оС до -22 оС. Выявляя параметры, отвечающие за низкотемпературное растрескивание системы на уровне асфальтовяжущего, возможно масштабировать знания и на асфальтобетоны.

Введение. В настоящее время при расчете дорожной одежды по сдвигу в грунте напряжения сдвига от временной и постоянной нагрузок вычисляются при разных значениях угла внутреннего трения. Следовательно, в расчете дорожной одежды по сдвигу в грунте оперируют напряжениями, действующими вдоль двух разных площадок, что является ошибкой и требует исправления.

Методы и материалы. Разработана модель прогнозирования накапливаемой остаточной деформации, которая при заданных значениях минимального главного напряжения и числа приложенных нагрузок позволяет определять величину максимального главного напряжения, при которой остаточная деформация достигает предельной величины. Используя значение главных напряжений, вычисляют сцепление и угол внутреннего трения для числа нагрузок, принятого в расчете деформации.

Результаты. Произведен расчет параметров сопротивления сдвигу и сопротивления всестороннему растяжению при применении для расчета накапливаемой остаточной деформации предлагаемой модели и модели Барксдейла – Казарновского. Выполнено сопоставление результатов расчета.

Заключение. Полученные результаты позволяют сделать расчет дорожной одежды дороги с низкой интенсивностью движения по критерию сопротивления сдвигу в грунте.

Введение. Современные методы исследования коррозионного повреждения бетона достаточно длительные и трудоемкие, что затрудняет их применение. Это вызывает необходимость поиска новых подходов для исследования деструкции бетона под воздействием агрессивных сред. В настоящее время эффективно используется метод ультразвуковой диагностики для выявления различных структурных дефектов, однако возможность его применения для исследований коррозии бетона малоизученна. осполнению этого пробела посвящена данная работа.

Материалы и методы. Использовали образцы бетона размером 2,5х2,5х10 см и 2,5х2,5х16 см различного состава (цемент: заполнитель=1:9, 1:7, 1:5). Контрольные образцы твердели в нормальных условиях, испытуемые образцы хранили в различных агрессивных средах. Образцы всех сред хранения подвергали периодическим испытаниям на приборе ультразвуковой диагностики «Пульсар-2.2». Параллельно определяли прочностные показатели, полученные разрушающим методом на гидравлическом прессе ПГМ-100МГ4, а также коэффициент стойкости.

Результаты. Установлена взаимосвязь между периодами роста, экстремумами и скачкообразными изменениями скорости прохождения ультразвуковых волн и этапами набора прочности, условиями твердения образцов, временными факторами. Показано, что ультразвуковая диагностика достаточно чувствительна к процессам, вызванным коррозионной деструкцией бетона, и позволяет получать достоверные данные, при этом прочность и коэффициент стойкости не всегда адекватно отражают развитие коррозионных процессов. Установлено, что применение ультразвуковой диагностики дает возможность повысить достоверность результатов исследований коррозии бетона.

Заключение. Использование метода УЗ-диагностики позволяет получить новые данные о процессах деструкции бетона под воздействием агрессивных сред, что дает возможность повысить достоверность результатов исследований коррозии бетона.

Введение. На сегодняшний день существует проблема снегозаносимости ввиду расположения многих автомобильных дорог в удаленных, труднодоступных районах и сложных климатических условиях. Снежные заносы значительно увеличивают расходы на зимнее содержание автомобильных дорог, являются частичным следствием разрушения и обслуживания в летний период, а также создают серьезную угрозу безопасности, вызывая потерю контроля над транспортным средством. Для решения очистки снежных заносов с автомобильной дороги предлагается внедрение снегопередувающих конструкций. Основной задачей исследования является выполнение моделирования и выявление оптимальной скорости воздушного потока, при которой формируется снегопередувающий процесс. Цель работы – создание метода защиты автомобильных дорог от снежных заносов с помощью конструкций формирующих снегопередувание.

Методика исследования. Применение метода снегопередувания и возможности установки снегопередувающих конструкций на автомобильных дорогах для защиты от снежных заносов. Исследован процесс движения снежных частиц в условиях снежной метели и влияние данных процессов на снегопередувание.

Результаты. В работе освещены вопросы, связанные с анализом и оценкой скорости воздушного потока, погодные условия, влияющие на работу конструкций. Показаны условия работы снегопередувающих конструкций на автомобильных дорогах при различных скоростях воздушного потока. Установлено, при какой оптимальной скорости создается эффект снегопередувания.

Заключение. Смоделирован процесс снегопередувания на разработанной снегопередувающей конструкции в разных условиях. На основании рассмотренного подхода выполнен сравнительный анализ работы снегопередувающей конструкции. Внедрение снегопередувающих конструкций позволит снизить затраты на механизированную очистку автомобильных дорог. А также увеличивается социальный эффект по повышению безопасности передвижения транспортных средств.

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).