1831

Установлено, что прочность ОММ выше, чем сумма прочностей коагуляционных и кон- денсационно-кристаллизационных связей. Так, в возрасте 28 суток прочность коагуляционных связей равнялась 0,6 МПа, конденсационнокристаллизационных - 1,0 МПа, а органоминеральный материал имел прочность 2,25 МПа (рис. 2). Следует полагать, что в ОММ дополни¬ тельно возникают водородные связи между по¬ верхностными гидроксилами шлама и карбок¬ сильными и гидроксильными группами органи¬ ческого вяжущего, которые повышают проч¬ ность ОММ по сравнению с суммарной прочно¬ стью коагуляционных и конденсационнокристаллизационных связей.

Сравнение прочностей ОММ оптимального состава и материала, полученного из смеси ми¬ неральных материалов с водой и добавками, показывает, что гудрон замедляет процессы гидратации белита. Система с коагуляционными и конденсационно-кристаллизационными свя¬ зями имеет меньшую прочность, чем система с конденсационно-кристаллизационными связя¬ ми, образующимися при твердении материала, состоящего из смеси песка, шлама добавок и воды. Однако использование гудрона в ОМС позволяет повысить плотность, водо-и морозо¬ стойкость, снизить истираемость ОММ.

5,0

я4,0

о

я3,0

с

я2,5

I 2 , 0

Возраст образцов, сутки

Рис. 2. Прочность микроструктурных связей ОММ со­ ставов (мас. %): 1 - песок 50, шлам ПАЗ 50, гудрон 10 (коагуляционная связь); 2 - после экстрагирования гудрона из ОММ оптимального состава с добавками (конденсационно-кристаллизационная связь); 3 - ОММ оптимального состава (коагуляционная и конденсаци- онно-кристаллизационная связи); 4 - песок 50, шлам ПАЗ 50, добавка Щ 3, добавка СС 0,1, вода 7,5 (кон- денсационно-кристаллизационная связь); 5 - песок 50, шлам ПАЗ 50, вода 7,5 (конденсационнокристаллизационная связь)

Добавки Щ и СС активизируют образование гидратированных минералов шлама. Особенно эффективны эти добавки в смеси без гудрона

(см. рис. 2). Процессы структурообразования ОММ из смесей с добавками завершаются в основном к 28-суточному возрасту. Продолжи¬ тельность периода структурообразования ОММ из смеси без добавок более 90 суток.

Органоминеральные смеси готовили в ла¬ бораторных условиях по разным технологиче¬ ским схемам.

По I схеме ОМС готовили по раздельной технологии: 1) перемешивание песка с гудро¬ ном и добавкой КП в течение 20 - 30 с; 2) пе¬ ремешивание белитового шлама с добавкой Щ и водой с отдозированной в нее добавкой СС в течение 10 - 15 с; 3) последующее совместное перемешивание всех компонентов ОМС в те¬ чение 50 - 60 с.

II схема предусматривает измельчение части белитового шлама с добавками Щ и КП. Последовательность дозирования компонен¬ тов в смеситель следующая: 1) подача в сме¬ ситель песка, белитового шлама, молотого шлама с добавками, их перемешивание в те¬ чение 10 - 15 с; 2) подача в смеситель воды с добавкой СС и перемешивание материалов в течение 20 - 30 с; 3) дозирование гудрона, на¬ гретого до 80 - 100 °С; 4) окончательное пере¬ мешивание смеси в течение 50 - 60 с до одно¬ родного состояния.

III схема - изготовление ОМС в такой по¬ следовательности дозирования компонентов: 1) подача в смеситель песка, шлама, добавок

Щ и КП, их перемешивание в течение 10 - 15 с;

2)подача в смеситель нагретого гудрона и пе¬ ремешивание смеси в течение 50 - 60 с; 3) до¬ зирование в смеситель воды с добавкой СС и окончательное перемешивание смеси в тече¬ ние 30 - 40 с.

IV схема - приготовление ОМС без добавок по раздельной технологии: 1) перемешивание песка с гудроном в течение 20 - 30 с; 2) пере¬ мешивание белитового шлама с водой в тече¬ ние 10 - 15 с; 3) последующее совместное пе¬ ремешивание всех компонентов ОМС в тече¬ ние 50 - 60 с.

Из смесей оптимального состава, получен¬ ных по разным технологическим схемам, были изготовлены лабораторные образцы и опреде¬ лены их физико-механические свойства после различной продолжительности хранения во влажных условиях. Как следует из данных рис. 3

и4, интенсивность процессов структурообразования, прочность и морозостойкость выше у ОММ, изготовленных по раздельной технологии

ис молотым белитовым шламом (I и II схемы).

Изменение прочности в процессе тверде¬ ния ОММ описывается характерными для ма¬ териалов гидратационного твердения лога-

техногенных отходов, местных природных песков и гудронов (сырья для битумного про¬ изводства).

Influence of technology of preparation of mix on properties organic-mineral a material

V.S. Prokopets, V.D. Galdina

тельной индустрии и не менее важной задачи - подготовки специалистов. В целом эта про¬ блема может быть условно разделена на три этапа её решения:

-реконструкции и модернизации промыш¬ ленных предприятий и сельскохозяйственных комплексов;

-проектирования и строительства более крупных специализированных государственных, акционерных предприятий и подсобных хозяйств.

-проектирования и строительства коллек¬ тивных фермерских хозяйств.

Вданном случае задача любого специалиста

-ускорить процесс выхода страны из кризисного коллапса с выявлением его причин и поиска ре¬ шений задач сдерживающих прогресс.

Строительство - не самая привлекательная область вложения капиталов, так как оборот ка¬ питала здесь замедленный и получение прибыли растянуто во времени. И не каждый владелец капитала осмелится вложить его в «дело», если он не уверен, что сможет построить и ввести в

эксплуатацию свой «объект» враз. Поэтому так необходима разработка методов проектирования и строительства развивающихся во времени промышленных и сельскохозяйственных пред¬ приятий и фермерских хозяйств с набором зда¬ ний и сооружений, которые можно было бы по¬ этапно строить и вводить в эксплуатацию по ме¬ ре роста возможностей и мощности хозяйства в пределах гарантированного производства и эко¬ номической эффективности.

Интенсификация любого производства со¬ провождается, как правило, ростом энергоза¬ трат на создание условий труда человека и ор¬ ганизацию среды производственного процесса. Сокращение материальных и энергетических затрат может быть достигнуто за счет разра¬ ботки и внедрения зданий с эффективным ис¬ пользованием любых источников энергии. В данном случае система энергосберегающих мероприятий включает в себя [1]:

-совершенствование объёмно-планировоч¬ ной структуры и конструктивных решений зда¬ ний, обеспечивающих сокращение фронта внешних отрицательных воздействий и исклю¬ чающих сквозное продувание помещений;

-повышение теплозащитных качеств и улучшение тепловлажностного режима, ограж¬ дающих конструкций;

-использование воздухопроницаемых огра¬ ждающих конструкций, работающих в условиях паровой инфильтрации и совмещающих функ¬ ции теплозащиты и воздухообмена помещений;

-эффективное использование естествен¬ ных ресурсов - освещения, воздухообмена, солнечной радиации и инсоляции;

-использование энергоэффективных сис¬ тем воздухообмена, способствующих сохране¬ нию тепла в помещениях зимой и удалению газовых вредностей из мест их образования;

-утилизацию тепла удаляемого воздуха из помещений; использование геотермальных систем вентиляции;

-применение энергосберегающих техноло¬ гий способствующих сохранению тепла в по¬ мещениях в зимнее время.

Животноводческое здание представляет собой сложную технико-биологическую систе¬ му с сугубо специфичной средой для живот¬ ных, трудовой деятельности человека и техно¬ логического процесса. Создание этой системы является более сложной и ответственной за¬ дачей по сравнению с разработкой большинст¬ ва гражданских зданий и зданий промышлен¬ ных предприятий. Если в гражданских зданиях качество среды определяется требованиям в человека, в промышленных - требованиями человека и технологического процесса, то в животноводческих - требованиями системы «человек - машина - животное» т. е. добавля¬ ются требования животных, дающих продук¬ цию. Рассматривая животноводческое здание как технико-биологическую систему, целесооб¬ разно представлять все энергозатраты на про¬ изводство единицы продукции.

В крупном плане эти энергозатраты скла¬ дываются из материальных единовременных затрат на строительство зданий с организаци¬ ей технологии содержания животных и после¬ дующих затрат на эксплуатацию зданий и сис¬ тем содержания животных. Однако методиче¬ ской базой разработки физико-технических ос¬ нов проектирования энергоэффективных жи - вотноводческих зданий с заданными условия¬ ми для человека и высокопродуктивной средой содержания животных является системный учет физико-биологических возможностей жи¬ вотных и энергосберегающих строительнотехнических мероприятий. Результаты этой методической базы могут быть широко исполь¬ зованы в практике проектирования производ¬ ственных зданий промышленных предприятий [2]. Однако, существующие традиционные производственные здания представленные на рис. 1. по характеру объёмно-планировочных решений обладают хорошими техникоэкономическими показателями, но достаточно низкими качествами по организации микрокли¬ мата и энергосбережению. В этих зданиях как в летнее, так и особенно в зимнее время весьма трудно обеспечить естественными средствами нормируемый микроклимат с его тепловыми, воздушными и влажностными параметрами.

Рис. 1. Традиционные утепленные тонкостенные оболочки с геометрической формой: а - полусфера; б - полутор (замкнутый или разомкнутый); в - ци¬ линдрического свода со сферическими торцами; г - характер утепления: 1 - с наружной стороны; 2 - с внутренней стороны; 3 - одно- и многослойными воздушными прослойками; 4 - с внутренней стороны на относе; д - продольное проветривание воздуш¬ ной прослойки

Любое здание в той или иной степени явля¬ ется ярко выраженной функцией технологиче¬ ского процесса. Весь комплекс противоречивых по взаимовлиянию процессов технологии полу¬ чения продукции заданного качества, создания санитарно-гигиенических условий труда чело¬ века и среды содержания животных при жест¬ ких природно-климатических воздействиях пре¬ вращает производственное здание в своеоб¬ разный технологический агрегат. Традицион¬ ные энергосберегающие мероприятия, такие как совершенствование объемнопланировочных и конструктивных решений зданий, организация теплообмена и утилиза¬ ции тепла, использование естественных энер¬ горесурсов и энергосберегающих технологий уже успешно решаются с достаточно высоким уровнем эффективности [3].

Удачным примером успешного совершенст¬ вования производственных зданий является использование в их оболочке воздухопрони¬ цаемых ограждающих конструкций работаю¬ щих в условиях управляемой фильтрации воз¬ духа через толщу проницаемых ограждающих конструкций (рис. 2).

Рис. 2. Утепление воздухопроницаемым слоем на откосе

В настоящее время разработаны принципи¬ ально новые ограждающие конструкции за счет придания им заданной и регулируемой возду¬ хопроницаемости. Внедрение новых конструкций в производственных зданиях позволили опро¬ вергнуть принцип защиты ограждающих конст¬ рукций плотными непроницаемыми фактурнозащитными слоями от влажности и агрессивных воздействий среды помещений. Как можно при¬ знать правомерным защиту ограждающих конст¬ рукций оболочки здания от агрессивных воздей¬ ствий среды помещений, если обслуживающий персонал, животные, вырабатываемая продук¬ ция и технологическое оборудование остаются в этой агрессивной среде? В защите нуждаются только те конструкции, которые находятся в не¬ избежном контакте с агрессивной средой.

Воздухопроницаемые ограждающие конст¬ рукции, совмещая в себе функции теплозащиты и воздухообмена помещений, работают в усло¬ виях устойчивой поровой инфильтрации наруж¬ ного воздуха с проявлением ее положительных эффектов: теплового, осушающего, отдува влажного воздуха с микрофлорой, диффузиционного переноса газовых вредностей и фильт¬ рования приточного воздуха. Однако, в условиях знакопеременных воздействий - переменных воздействий инфильтрации сухого, но холодного наружного и эксфильтрации влажного внутренне¬ го воздуха, наружная ограждающая конструкция увлажняется и в толще её слоёв с отрицатель¬ ными температурами промерзает и исключает ее воздухопроницаемость.

Решение данной проблемы по предотвра¬ щению знакопеременной фильтрации достига¬ ется за счёт включения в толщу конструкции коллоидного материала армированного сеткой из синтетической ткани [4]. В данном случае мате¬ риалом армирующей сетки могут быть по¬ лимерные материалы,так называемые геосин¬ тетики. Геосинтетики, как материалы сами или в составе конструкции могут выполнять функции армирования, фильтрации и несущие свойства. Благодаря сравнительно невысокой стоимости и уникальным физико-механическим ха¬ рактеристикам геосинтетических материалов

таким как, высокая механическая прочность на разрыв, высокая химическая и биологическая устойчивость, эластичность, технологичность применения, долговечность эксплуатации, обу¬ славливает широкую сферу применения гео¬ синтетиков в новых ограждающих конструкциях, работающих в условиях фильтрации воздуха.

Новый метод обеспечения избирательной фильтрации воздуха, сущность которого со¬ стоит в использовании эффекта фазовых пре¬ вращений капиллярно-пористого коллоидного материала, используемого в слое, регулирую¬ щего воздухопроницаемость ограждений. Капиллярнопористый коллоидный материал слоя в условиях попеременного увлажнения и сушки значительно изменяет свою проницаемость: при эксфильтрации внутреннего воздуха мате¬ риал слоя увлажняется и набухая снижает или полностью исключает воздухопроницаемость; при возникновении инфильтрации начинается сушка ограждения и материал слоя дает усад¬ ку с образованием трещин и восстановлением воздухопроницаемых свойств.

Аналитические расчёты показывают, что расположение зоны максимального увлажнения предопределяется количеством эксфильтрующегося воздуха: чем больше количество фильт¬ рующегося воздуха, тем ближе к наружной по¬ верхности располагается зона максимального увлажнения. В условиях инфильтрации макси¬ мальный осушающий эффект проявляется при расходе инфильтрующегося воздуха 2 - 4 кг/м2ч, а при меньших и больших расходах осушающий эффект значительно меньше.

Применение этих конструкций дает возмож¬ ность обеспечить избирательность фильтра¬ ции с проявлением положительных эффектов инфильтрации (тепловой, осушающий, венти¬ ляционной и др.) и максимальным сокращени¬ ем эффекта увлажнения эксфильтрации.

Новые ограждающие конструкции с авто¬ номно - управляемой фильтрацией воздуха позволяет разрабатывать особо эффективные по энергосбережению, универсальные и мно¬ гофункциональные здания и сооружения (рис. 3). Представляет интерес производственное здание с общей плоской фундаментной плитой под всем объёмом и утеплением её по пери¬ метру (рис. 3.а). Производственное здание с многоэтажной этажеркой (рис. 3.б) и здание многофункциональное с проветриваемым под¬ польем и воздухопроницаемым покрытием для особых условий вечномёрзлых оснований (рис 3.в).

Рис. 3. Схемы энергоэффективного здания с воздухо¬ проницаемыми ограждающими наружными конструк¬ циями: а - универсальное многофункциональное здание; б - то же, с многоэтажной этажеркой; в - уни¬ версальное здание для особых условий вечномерзлых оснований

Таким образом, найдено новое архитектур¬ но-строительное решение здания с экранирую¬ щей оболочкой и подвесным воздухопроницае¬ мым слоем утеплителя. Оболочка может быть в виде плоских пространственных стержневых, вантовых и мембранных систем, стен и пленоч¬ ных пневматических конструкций. Утепляющий воздухопроницаемый слой может быть жест¬ ким или гибким, стационарным или сменяе¬ мым. Данные здания являются многофункцио¬ нальными по организации теплового и воздуш¬ ного режимов, трансформируемости объемнопланировочных решений, могут быть мобиль¬ ными и сборно-разборными. Причём базой перспективных разработок и исследований яв¬ ляются в основном животноводческие здания, как здания с особо жёсткими требованиями к условиям производства. Комплексное решение выявленной проблемы с разработкой системы энергосберегающих строительно-технических мероприятий и методов физико-технического объединения их возможностей может быть ис¬ пользовано для разработки и проектирования многих зданий другого назначения.

Библиографический список

1. Валов В.М. Энергосберегающие животно­ водческие (физико-технические основы проектиро­ вания): Монография - М., АСВ, 1997,-310с

2. Валов В.М. Кривошеин А. Д. Теплофизические основы проектирования тонкостенных оболочек с воздухопроницаемым слоем утеплителя. //Известия ВУЗов. Строительство - 1994, - N12 - с.107,-113,

Air-penetrating walling in the building Infrastructure

V.M. Valov

ТИе author considers the possibte иsage of buildings and structures with thin shells and sus¬ pension roofs heated with an air-penetrating layer

ском расчете воздухопроницаемых ограждающих конструкций зданий // Известия ВУЗов. Строитель­ ство и архитектура -H-C-1991,-N2.-a65-69.

4. Патент на полезную модель N31255,Кл. 7ЕО4Н 5,08, ЕВ//62 от 27.07.2003. Ограждающая конструкция с регулируемой

воздухопроницаемостью // Валов В.М. Цвяк А.Ц. (РФ),2003.

tudinal and cross air filtration.

Валов Василий Михайлович - доктор техни­ ческих наук, профессор по кафедре «Архитектура промышленных и гражданских зданий», профессор кафедры «Архитектура и градостроительство» СибАДИ. Основные направления научных исследо¬ ваний - физико-технические основы проектиро¬ вания зданий и сооружений. Количество основных публикаций - 90.

В приведённых формулах (1) и (2):

пластины; Е - модуль упругости материала пласти¬

x

Рис. 1. Схема пластины с вырезом

В разности (3) величина U1 представляет собой потенциальную энергию пластины без выреза и определяется по выражению (1). А величина U2 представляет собой потенциаль¬ ную энергию части пластины, соответствую¬ щей вырезу и определяется она согласно вы¬ ражению [1].

Кинетическая энергия пластины с вырезом так же, как и потенциальная, определяется разностью

энергии Т1 определяется по выражению (2), а значение кинетической энергии Т2 по выраже¬ нию

В качестве аппроксимирующей функции, описывающей колебания пластины с вырезом, в настоящем исследовании принято выражение

w(x, у, t) = w(x, у )sin at. (7)

Функцию перемещений w(x, у) была при¬ нята в виде двойного ряда с разделяющимися функциями

w(x, У ) = £ I C f (x j n (у ) (8)

m=1n=1

Параметр Cmn, превращающий выраже¬ ние (7) в экстремаль, подлежит определению. Функции f (x) и (р(у) назначались из усло¬ вия, чтобы они удовлетворяли условиям опирания кромок пластины. Такому требованию удовлетворяют функции, описывающие коле¬ бания простых однопролётных балок [2].

Согласно метода Релея-Ритца для опре¬ деления параметра Cmn аппроксимирующую функцию (7) подставляют в выражение

Из условия минимума энергии Э (9), которое достигается в случае равенства нулю (10)) пер¬ вых вариаций от энергии Э по параметрам Cmn ,

получают систему линейных однородных алгеб¬ раических уравнений, неизвестными в которой

являются параметры Cmn .

= 0 (10)

dCmn

Порядок этой системы определяется чис¬ лом удерживаемых членов ряда (8), описы¬ ваемых индексами m и n.

Полученная таким образом система урав¬ нений имеет нетривиальное решение лишь только в том случае, если её определитель будет равен нулю. После раскрытия опреде¬ лителя получается уравнение, из которого возможно определение частот собственных

колебаний a .

mn

Согласно методу Ритца-Релея аппрокси¬

мирующие функции fm (x), fn (у) должны удовлетворять только геометрическим ус¬

ловиям закрепления кромок пластины. Рассмотрим пластину, у которой три грани

с координатами y = 0, y = b и x = a имеют шар¬ нирное опирание, а кромка с координатой х = 0 - свободна от закрепления.

В качестве аппроксимирующих функций fm (x), fn (у), соответствующих первой форме колебаний, были приняты:

. nhv

sin——. (11)

Ъ

Подставляя функции (11) последователь¬ но в выражения (7), (6), (2), (4), (1), (3), (5), (9) и (10) были получены значения частот первой формы собственных колебаний пластины с прямоугольными отверстиями при указанных условиях опирания кромок этой пластины.

Значения собственных частот a в зави-

m

симости от размеров отверстий приведены в таблицах 1 и 2. В этих же таблицах приведены

значения comn для пластин без вырезов при идентичных условиях.

Исследовались пластины с различными размерами квадратных и прямоугольных вы¬ резов Размеры пластины были приняты сле¬ дующими - 10x10x0,2 см

Таблица 1 - Частотные параметры для квад¬ ратных пластин с квадратными вырезами

Заключение

Результаты расчётов, приведённые в табли¬ цах, показывают, что у пластин с вырезами на¬ блюдается увеличение частот собственных ко¬ лебаний по мере увеличения размеров выреза. Сравнение частот собственных колебаний пла¬ стин свидетельствует, что частоты пластин с прямоугольными вырезами меньше чем у плит с вырезами в виде квадрата.

Таблица 2 -Частотные параметры для квадрат¬ ных пластин с прямоугольными вырезами

Предложенная методика позволяет опреде¬ лять собственные частоты колебаний плит, имеющих любые условия закрепления их кромок.

Полученные результаты могут быть исполь¬ зованы не только для научных исследований, но и в инженерной практике.

Библиографический список

1. Александров А.В. и др. Основы теории упругости и пластичности: Учеб. для строит. Спец. Вузов. - М.: Высшая школа, 1990. - 400 с.

2. Прочность, устойчивость, колебания Справочник. Т. 1, Под ред. И.А. Биргера, Я.Г. Пановко, - М.: Машиностроение, 1968. - 450 с.

THE DEFINITION OF OWN FREQUENCY OS­ CILLATIONS THE RECTANGULAR PLATES WITH HOLES

V.N.Zavyalov, V.M.Romanovskiy

The calculation of rectangular plates with rectan¬ gular holes attached to effect own oscillations is con¬ sidered in the article. The beam's oscillation func­ tions are used for determining the own frequency of plates with different boundary conditions.

Завьялов Виктор Николаевич - канд. техн. наук, доцент кафедры «Строительная механика» Сибир¬ ской государственной автомобильно-дорожной ака¬ демии. Основное направление научных исследований - расчет пластинчато-стержневых систем в упру­ го-пластической стадии. Имеет 82 опубликованные работы.

Романовский Владимир Меерович - канд техн. наук, доцент кафедры "Строительная механика"Сибирской государственной автомобильнодорожной академии. Основное направление научных исследований - расчет пластин с учетом упрочнения материала. Имеет 64 опубликованные работы.