ОБРАЗОВАНИЕ. ТРАНСПОРТ. ИННОВАЦИИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

Сборник материалов III Национальной научно-практической конференции

_______________________________________________________________________________________

УДК 661. 666.4

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ДОБАВОК АНТИПИРЕНОВ НА ГОРЮЧЕСТЬ РЕЗИН

В.А. Хомич1, кандидат химических наук, доцент; Т.Б. Смирнова2, кандидат сельско-хозяйственных наук, доцент

1Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

образования «Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)», Омск, Россия

2Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

образования «Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г.Разумовского (Первый казачий университет)», Москва, Россия

Аннотация. Исследовано влияние антипиренов на снижение горючести резин, изготовленных на основе хлоропренового и бутадиен-нитрильного эластомеров. Подобраны составы антипиренов, позволяющие получить негорючие резины. Для резин на основе композиции каучука Байперон 611 и каучука БНКС-28 АМН достигается максимальное снижение горючести при введении в состав резиновой смесихлорпарафина, оксида сурьмы (III) и бората цинка. Определены оптимальные содержание и соотношение каучуков и антипиренов в резиновой смеси для получения негорючих резин.

Ключевые слова: негорючие резины, огнестойкие резины, антипирены, негорючие наполнители, негорючие пластификаторы.

ASSESSMENT OF THE EFFECT OF FLAME RETARDANTS ADDITIVES

ON THE COMBUSTIBILITY OF RUBBERS

V.A. Khomich1, Сand. Sc. (Chemistry), associate professor; T.B. Smirnova2, Сand. Sc. (Agricultural), associateprofessor

1 Federal State Budget Educational Institution of Higher Education «The Siberian State Automobile and Highway University», Omsk, Russia

2 Federal State Budget Educational Institution of Higher Education

«Moscow state University of technology and management named after K. G. Razumovsky (The first Cossack University)», Moscow, Russia

Abstract. The effect of flame retardants on reducing the Flammability of rubbers made on the basis of chloropreneandbutadiene-nitrileelastomers was studied. Selected compositions of flameretardants that allow you to get non-flammable rubbers. For rubbers based on the composition of Baipren 611 rubber and BNKS28 AMN rubber, the maximum reduction in combustibility is achieved when introducing chlorparaffin, antimony (III) oxide and zincborate into the rubber mixture. The optimal content and ratio of rubbers and flameretardants in the rubber mixture for the production of non-flammable rubbers were determined.

Keywords: non-flammable rubbers, fire-resistant rubbers, flame retardants, non-flammable fillers, non-flammable plasticizers.

Введение

При эксплуатации полимерных композиций следует учитывать риск их воспламенения, горения и тления [1, 2]. Пожарная опасность полимерного материала характеризуется свойствами горючести и огнестойкости. Горючесть определяется способностью материала к распространению пламени или тления. Показателями горючести являются: температура воспламенения, скорость горения, теплота сгорания, температура поверхности горящего материала и др. Огнестойкость материалов, из которых изготовлена конструкция, определяется как свойство материалов сохранять её основные эксплуатационные характеристики при действии огня за указанный период.

Группы горючести материалов определяют по их способности к возгоранию, поддержанию огня, выделению ядовитых веществ при пожаре, интенсивности дымообразования. Выделяют сгораемые,

472

Направление 2. Проблемы и перспективы развития транспортного комплекса

_______________________________________________________________________________________

трудносгораемые и несгораемые материалы. Отнесение материалов к группе возгораемости связано со скоростью воспламенения, устойчивостью и скоростью горения.

Для оценки горючести используются: ГОСТ 17088-71, 15898-70, ГОСТ 28157-89, ГОСТ 30244-94, для оценки воспламеняемости - ГОСТ 30402-96 (ISO 5657-86), для оценки кислородного индекса, индекса распространения пламени и коэффициента дымообразования – ГОСТ 12.1.044-89 и др. стандарты. Следует отметить, что методы оценки горючести разнообразны, имеют различное аппаратурное оформление и характеризуют её по определенным наборам параметров в несравнимых условиях.

Известно, что снизить горючесть полимерных материалов и повысить огнестойкость резин на их основе можно с помощью добавок антипиренов.

Целью данной работы явилась оценка влияния добавок антипиренов(оксида сурьмы (III), хлорпарафина ХП-66Т, бората цинка) на горючесть резин, изготовленных на полимерной основе из хлоропренового каучука - Байпрен 611, из композиций этого каучука с синтетическим бутадиеннитрильным каучуком БНКС-28АМН, а также схлорсульфидным полиэтиленом ХСПЭ – 204.

Влияние компонентов рецептуры резин на их горючесть

Резиновая смесь - сложная многокомпонентная система; в её состав входят каучуки и различные ингредиенты, равномерно распределенные в массе каучука. На горючесть резин влияют следующие компоненты, входящие в рецептуру их изготовления: полимеры, антипирены, пластификаторы, наполнители.

1.Каучук. Основной принцип разработки рецептур огнестойких резин –это минимальное содержание каучука, так как, именно он является наиболее горючей частью резиновой смеси. При горении каучука выделяется большое количество тепла. Низкая горючесть, огнестойкость и способность к воспламенению определяется наличием галогена в структуре полимера. Поэтому для огнестойких резин используются галогеносодержащие фтористые, хлоропреновые каучуки, хлорсульфополиэтилен, поливинилхлорид, а также силоксановые каучуки [3-6].

2.Наполнители - высокодисперсные неорганические или органические вещества, которые добавляют в резиновую смесь для улучшения технологических свойств резин. Для повышения огнестойкости резин в них вводят большое количество наполнителей с малой теплопроводностью: каолин, молотый асбест, гидроксиды алюминия и железа, оксиды алюминия титана, белая сажа, некоторые силикаты.

3.Пластификаторы, вводимые в огнестойкие резины, должны быть наименее горючими. К таким пластификаторам относятся хлорированные парафины, трикрезолфосфат, трифенилфосфат, трибутилфосфат, дифенилксиленилфосфат, минеральные масла, галогенсодержащие пластификаторы.

4.Антипирены - вещества предохраняющие материалы от воспламенения и самостоятельного горения;вещества, снижающие воспламеняемость и горючесть резины.Антипирены должны удовлетворять следующим требованиям: совмещаться с полимером; не ухудшать механических и других физических свойств материалов; при горении не выделять ядовитых газов; не распадаться в процессе обработки; иметь низкую стоимость [4,7-8].

Антипирены разделяют на следующие группы.

1.Инертные (не вступающие в реакцию с полимером и образующие с ним однородную физическую смесь), ими являются:

а) эфиры фосфорных кислот: крезилдифинилфосфат, трифенилфосфат и др; б) производные сурьмы: оксид сурьмы (III), трифенилсурьма;

в) хлорированный парафин с содержанием хлора 50…80% и добавками сурьмосодержащих соединений;

г) борат цинка 2ZnO·В2О3·Н2О; имеет низкую себестоимость; активен в присутствии галогеносодержащих соединений; при высокой температуре теряет влагу, образует хлорид цинка, борную кислоту и оксихлорид цинка, которые собственно, и придают материалам огнестойкость. Борат

цинка особенно эффективен в сочетании с Sв2О3;

д) негорючие антипирены: асбестовый порошок, глина, хлоропреновые нафталиновые воски, которые уменьшают скорость распространения огня по резине.

2.Химически активные антипирены, вступающие в химическую реакцию с полимером:

а) хлоропреновая кислота и ее ангидрид;

б) фосфоросодержащие полиолы, например, тетраметилфосфоний хлорид (НОСН2)4Р+Сl-;

в) галогензамещенные органические соединения: бромированные алифатические эфиры (с 15…33% брома),тетрабромфталевый ангидрид, бромтрихлорметан с триаллилфосфатом и др.

3. Вещества, разлагающиеся при нагревании с выделением газов: СО2, NН3, НСl, SО3, которые разбавляют присутствующие горючие газы и делают их негорючими: карбонаты, тетрат кальция (соль винной кислоты), мочевина, бромированные жирные масла, винилхлорид, и хлорированные дифенилы, соли алюминия, углекислые и отчасти сернокислые соли.

Селен, как антипирен, по характеру действия не относится ни к одному из перечисленных классов.

473

ОБРАЗОВАНИЕ. ТРАНСПОРТ. ИННОВАЦИИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

Сборник материалов III Национальной научно-практической конференции

_______________________________________________________________________________________

Объекты и методика исследования

В данной работе объектом исследования явились композиции резин на основе каучуков, содержащиеантипирены для повышения огнестойкости.

1. Бутадиен-нитрильный каучукмаркиБНКС - 28 АМН(ТУ 38.30313 – 98) – полимерная основа. Бутадиен-нитрильные каучуки являются продуктом сополимеризации бутадиена и нитрила

акриловой кислоты. Макромолекула сополимера построена из статистически чередующих звеньев бутадиена и нитрила акриловой кислоты:

– СН2 – СН = СН – СН2 – СН|2 |–|СН – СН2 – СН – СН2 – СН – СN СН = СН2СN n

В обозначении марки каучука БНКС - 28 АМН приняты следующие сокращения:БНКС - синтетический бутадиен-нитрильный каучук;28 - содержание акрилонитриловой кислоты;А - холодная полимеризация;М - мягкий каучук;Н - заправлен не окрашивающим противостарителем.

2. Хлоропреновый каучук - Байпрен 611полимерная основа.

Хлоропреновый каучуки являются продуктами полимеризации хлоропрена СН2 = ССl – СН = СН2 (хлор-2бутадиен1,3) или сополимеризации его с другими мономерами. Строение цепи полимера, регулированного серой:

4.Полиэтилен хлорсульфидныймарки ХСПЭ - 204 (ТУ 6 - 55 - 9 - 90) – полимерная основа. Получают модификацией молекул твердых кристаллических полимеров, уменьшая их способность

к кристаллизации. Получается эластичный материал хлорсульфированный полиэтилен (ХСПЭ) со следующей структурой:

В полимере содержится 26…30% Сl и 1,3…1,9% серы.

5. Борат цинка (ТУ 1113 - 07 - 015 - 91) (марка В) – антипирен.

2ZnO·3В2O3·nН2О (n ≈ 3) . Белый аморфный порошок (плотность - 3640 кг/м3) или мелкокристаллический с Тпл. 980 °С. Слабо растворим в воде. Содержание ZnO не менее 36,5%, содержание В2О3 не менее 46,2%. При нагревании выше 300 °С начинается отщепление воды. Получают перемешиванием оксида цинка в водном растворе борной кислоты. Замедляет дымообразование.

6. Оксид сурьмы (III)(ТУ 6 - 09 - 3267 - 84) - антипирен,

Sв2О3. Бесцветные кристаллы; Тпл. 656 °С; Ткип. 1425 °С; плотность - 5670…5780 кг/м3. Легко воспламеняется. Хорошо растворяется в соляной и плавиковой кислотах, слабо- в азотной;

практически не растворяется в воде.Химически чистый продукт представляет собой тонкий белый или сероватый порошок малорастворимый в концентрированных соляной, серной, щавелевой и винной кислотах.

7.Борат цинка опытный мелкодисперсный - антипирен. 4ZnO·1В2O3·Н2О. 8.Хлорпарафин ХП66Т - антипирен (ТУ 6 - 01 - 5 - 76 - 96).

474

Направление 2. Проблемы и перспективы развития транспортного комплекса

_______________________________________________________________________________________

Хлорпарафин ХП-66Т представляет собой смесь хлорированных парафинов с длиной цепи С12…С30 со средней эмпирический формулой

СnН2n + хСlх,где х = 18…23.

Хлорпарафин представляет собой порошок кремового или сероватого цвета. Хлопарафин стабилизируется эпоксидными соединениями (масла, смолы ЭД-15, ЭД-20 и др.).

Методика лабораторного эксперимента.

Из резин вырезали образцы 4,5 см х 2 см, толщиной 2 мм. Образцы располагали в штативе в горизонтальном положениина высоте 10 см от спиртовой горелки.В течение 30 с держали в огне спиртовки, определяя время воспламенения образца, а затем убирали воздействие прямого огня спиртовки и определяли время затухания горения, тление.

Потерямассы образца при горении, % определяли по формуле

В = АА− Б 100 ,

где В – потерямассы образца при горении, %; А - масса образца до испытания, г; Б - масса образца после испытания, г.

Результаты и их обсуждение

Каждый из компонентов резиновой смеси оказывает влияние на свойства горючести. Механизм огнезащитного действия весьма сложен, поэтому ответственным моментом в рецептуростроении является выбор ингредиентов резины.

Результаты испытаний на горючесть резины на полимерной основе из хлоропренового каучукаприведены в таблице 1. Как видно из таблицывулканизаты резиновых смесей на основе 100 масс.ч. (массовых частей)Байпрена 611 обладают низкой горючестью (огнестойкостью), что обусловлено использованием в их составах антипиренов: оксида сурьмы (III) и хлорпарафина ХП-66Т в соотношении массовых частей 15:6. Следует отметить, что в состав вулканизатов входили также белая сажа БС-120 и диоксид титана.

Современные технологии основываются на совместимости резиновых смесей на основе огнестойкого хлоропренового и бутадиен-нитрильного эластомеров. Поэтому в следующей серии экспериментов исследовали комбинацию:70 массовых частейвулканизата резиновой смеси на основе каучукаБайпрен 611с 30 массовыми частями вулканизатарезиновой смеси на основе каучука БИКС28АМН. Данные испытаний на горючесть указанной композиции приведены на в таблице 2.

Таблица 1 – Свойства горючести резин на основе хлоропренового каучука– Байпрена 611

Таблица 2 – Свойства горючести резин на основе хлоропренового каучукаБайпрен 611 (70 масс.частей) и бутадиен-нитрильного каучукаБНКС-28АМН (30 масс. частей)

475

ОБРАЗОВАНИЕ. ТРАНСПОРТ. ИННОВАЦИИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

Сборник материалов III Национальной научно-практической конференции

_______________________________________________________________________________________

Результаты эксперимента показывают, что наименьшей горючестью и лучшей огнестойкостьюобладают составы № 2, 4, 8 с содержанием антипиренов: хлорпарафин : оксид сурьмы (III) : борат цинка, в соотношении масс.ч., 6 : 15 : 5.

Следует отметить, что в состав вулканизатов входили также белая сажа БС-120, оксид магния и диоксид титана.

Следующая серия экспериментов проводилась в направлении применения в рецептуре резин полиэтилена хлорсульфированногов качестве добавки для снижения горючести совместно с антипиренами, применяемыми с аналогичной целью.Использование небольшой дозировки полиэтилена (10 масс. ч.) обусловлено тем, что применение больших количествполимеров в резиновых смесях приводит к увеличению горючести и снижению огнестойкости композита.

В таблице 3 представлены результаты исследований свойств резин на основе комбинации каучуков (70 масс.ч. каучука Байпрена 611 и 30 масс.ч. каучука БНКС-28 АМН) с 10 массовыми частями полиэтилена хлорсульфированногоХСПЭ-204 ис антипиренами различной химической природы. Как показывают данные таблицы улучшения свойств резиновых композиций по горючести (огнестойкости) не произошло. Введение в композицию ХСПЭ привело лишь к дополнительному структурированию резиновых смесей с боратом цинка и с комбинацией бората цинка с оксидом сурьмы (III) или трикрезилфосфатом (пластификатором). О чем свидетельствует понижение относительного удлинения при разрыве, а также увеличение твердости композитов.

Таблица 3 – Свойства горючести резин на основе хлоропренового каучука Байпрен 611(70 масс.ч.),бутадиен-нитрильного каучука БНКС-28АМН (30 масс. ч.) с добавкой хлорсульфированного полиэтиленаХСПЭ-204 (10 масс. ч.)

Заключение

Анализ литературных данных показывает, что резины с низкой горючестью получают на основе эластомеров, содержащих галогены в структуре полимера. Снизить горючесть и повысить огнестойкость резин позволяет введение в состав резиновой смеси антипиренов, а также негорючих наполнителей и пластификаторов.

Экспериментально исследованы вулканизаты резиновых смесей, изготовленных на полимерной основе хлоропренового и бутадиен-нитрильного эластомеров, с введением антипиренов (хлорпарафина, оксида сурьмы (III) и бората цинка), негорючих пластификаторов и наполнителей.

Установлено, что наименьшей горючестью обладают резины на основе каучука Байпрен 611 при найденном оптимальном соотношении антипиренов: оксида сурьмы (III) – 15 масс. ч. (массовых частей) и хлорпарафина ХП-66Т – 6 масс. ч.

Установлено, что резины на основе композиции из 70 масс.ч. каучука Байпрен 611 и 30 масс. ч. каучука БНКС-28 АМН являются практически негорючими при содержании в них антипиренов: хлорпарафина, оксида сурьмы (III), бората цинка в массовом соотношении 6 : 15 : 5.

Установлено, что введение в композиционные резиновые смеси хлорсульфированного полиэтиленаХСПЭ-204 (10 масс. частей) не влияет на снижение горючести резин.

Содержание в резиновой смеси галогенсодержащих эластомеров, антипиренов, негорючих наполнителей и пластификаторов позволяет получать негорючие резины.

476

Направление 2. Проблемы и перспективы развития транспортного комплекса

_______________________________________________________________________________________

Библиографический список

1.Аблеев, Р.И. Актуальные проблемы в разработке и производстве негорючих полимерных компаундов для кабельной индустрии/ Р. И. Аблеев// Кабель-news. – 2010.–№6-7.– С. 64-69.

2.Flame retardants: no need to wait; the safer, lower smoke products are here, just in time to meet an increasinig demand // Mod. Plast.Jnt. –1982.–V. 12. – N 9. –P. 57-59.

3.Сапунцова, И.Д. Влияние фтора, хлора, азота в молекулярной цепи эластомеров на огнестойкость резин / И.Д. Сапунцова, Ф.А. Галил-Оглы, Д.П. Трофимович и др.// Каучук и резина. –1988. –№4. –С.46-47.

4.Асеева, Р.М. Горение полимерных материалов/ Р.М.Асеева, Г.Е. Заиков. – М.: Наука,2011.–280с.

5.Кулев, Д.Х. Влияние состава и структуры полимеров на горючесть и дымообразование. / Д.Х. Кулев, В.С. Киселев. // В кн.: Старение, стабилизация, огнестойкость полимерных материалов. – Л., 1984. –С. 70-74.

477

ОБРАЗОВАНИЕ. ТРАНСПОРТ. ИННОВАЦИИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

Сборник материалов III Национальной научно-практической конференции

_______________________________________________________________________________________

УДК 625.745

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОВЫШЕНИЮ БЕЗОПАСНОСТИ И УДОБСТВА ДВИЖЕНИЯ ТРАНСПОРТА НА РАЗВЯЗКЕ В Г. ОМСКЕ

Е. А. Геращенко, магистрант;

Д. А. Шевелёв, магистрант; В. В. Сиротюк, доктор технических наук, профессор

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)», Омск, Россия

Аннотация. В статье представлены результаты исследования безопасности и удобства движения на транспортной развязке в двух уровнях по улице 15-я Рабочая в г. Омске. Определены важнейшие транспортно-эксплуатационные показатели: состав и интенсивность движения транспорта; коэффициенты аварийности; пропускная способность и уровень загрузки; обеспеченность видимости транспортных средств и пешеходов. Установлено, что на этой развязке: не обеспечена пропускная способность на съездах и на пересечении ул. Демьяна Бедного

– ул. 1-я Чередовая; высокий коэффициент аварийности транспортного узла в целом; не обеспечена видимость системы транспорт - транспорт и транспорт – пешеход. Рекомендован комплекс мероприятий для устранения отмеченных недостатков.

Ключевые слова: транспортная развязка, транспортно-эксплуатационные показатели, улучшение безопасности, удобства движения.

RECOMMENDATIONS FOR IMPROVING THE SAFETY AND CONVENIENCE

OF TRAFFIC AT THE INTERCHANGE IN OMSK

E.A. Gerashchenko, master's student; D. A. Shevelev, master's student;

V. V. Sirotyuk, doctor tech. sciences рrof.

Federal State Budget Educational Institution of Higher Education

«The Siberian State Automobile and Highway University», Omsk, Russia

Abstract. The article presents the results of a study of safety and convenience of traffic at a traffic interchange in two levels on the street 15-ya working in Omsk. The most important transport and operational indicators were determined: the composition and intensity of traffic; accident rates; capacity and load level; visibility of vehicles and pedestrians.It is established that at this junction: not provided throughput at conventions and on the street D. Poor, street 1-I Cheredova; high accident rate transport hub as a whole; not provided visibility of system transport - transport and transport – pedestrian.A set of measures is recommended to eliminate these shortcomings.

Keywords: transport interchange, transport and operational indicators, improvement of safety, convenience of movement.

Введение

На протяжении последних лет в г. Омске уделяется всё большее внимание повышению безопасности и удобства движения на магистралях, строятся современные транспортные развязки в двух уровнях. Однако, с нашей точки зрения, не все из них можно отнести к удачным проектам.

К 300-летию Омска был построен транспортный узел в двух уровнях по улице 15-я Рабочая. Данная транспортная развязка имеет общую протяжённость около двух километров и включает в себя реконструированные участки улиц Демьяна Бедного, Хабаровская и непосредственно 15-я Рабочая. Путепровод проходит через пути Транссибирской магистрали. Эта транспортная развязка (рисунок 1) обеспечивает прямую связь двух промышленных районов (Ленинский и Октябрьский округа), а также микрорайона «Чередовый» с крупнейшими магистралями Омска – улицы Кирова и Богдана Хмельницкого.

479

Направление 3. Инновационное развитие архитектурно-строительного комплекса

_______________________________________________________________________________________

Ранее все вышеуказанные улицы пересекались в одном уровне. Переезд через железнодорожные пути регулировался светофорами и шлагбаумами. Перед ним с обеих сторон регулярно образовывались заторы автомобилей. Реализация проекта предполагала снизить аварийность, улучшить удобство движения транспорта и пешеходов, увеличить пропускную способность транспортного узла.

Рисунок 1 – Существующая транспортная развязка

Основная часть

На сегодняшний день указанная развязка имеет «дурную славу» не только у многих омских водителей, но и у государственной инспекции безопасности дорожного движения. Дорожнотранспортные происшествия здесь происходят регулярно (таблица 1; по данным УВД от 18.03.2019). Практически все из них относятся к столкновениям.

Таблица 1 – Сведения о количестве зарегистрированных ДТП

Наиболее опасным местом в этом узле является пересечение улиц Демьяна Бедного и 1-й Чередовой. Снижение ДТП в 2018 году связано с решением ввести ограничение скорости при движении с путепровода до 20 км/ч. Однако, по результатам наблюдения за режимом движения на данном участке, нельзя сказать, что проблема решена. Во-первых, это связано с недостаточной видимостью встречного транспорта со стороны улицы 1-я Чередовая из-за установленных в данном месте шумозащитных экранов, что заставляет транспортные средства, движущиеся с ул. 1-я Чередовая совершать рискованные маневры. Во-вторых, на данном узле недостаточно грамотно организовано левоповоротное движение, как со стороны главного направления (ул. Демьяна Бедного), так и со стороны второстепенного (ул. 1-я Чередовая) (рисунок 2).

Рисунок 2 – Примеры ДТП на примыкании ул. Д. Бедного - ул. 1-я Чередовая

Неудобны для движения транспорта и небезопасны съезды с высокой насыпи и путепровода и въезды на него на пересечении улиц 15-я Рабочая и Хабаровская.

480

ОБРАЗОВАНИЕ. ТРАНСПОРТ. ИННОВАЦИИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

Сборник материалов III Национальной научно-практической конференции

_______________________________________________________________________________________

Для оценки безопасности движения в существующих условиях произведен расчёт коэффициента аварийности в соответствии с методикой Е.М. Лобанова, изложенной в ОДМ 218.4.005-2010 [1].

В этом методе вероятное число ДТП (в течение года) на развязке может быть определено по формуле:

1

где n – число опасных точек на развязке;qi– степень опасности точки.

где Ki – относительная аварийность, значения принимаются по таблице 2.3, [1]; Mi ,Ni – интенсивности движения потоков в данной точке, физ. авт.; Кг – коэффициент годовой неравномерности движения.

В качестве критерия степени опасности пересечения определён показатель аварийности Ка, который представляет собой отношение числа ДТП к 10 млн. автомобилей, прошедших через данную транспортную развязку.

Прежде, чем рассчитывать степень аварийности участка дороги, нужно знать состав и интенсивность движения. Эти показатели определялись нами путём натурных измерений зимой и летом 2019 г. Для

где Ni – интенсивность движения i-го вида транспорта, авт./ч; Ki – коэффициент приведения i-го вида транспорта к расчётному автомобилю.

Переход от часовой интенсивности к суточной выполнялся по ОДМ 218-2.020-2012 прил. В [2] по формуле:

где Nч - часовая интенсивность движения авт/сут; Кt, Кн, Кг - коэффициенты неравномерности движения соответственно по часам суток, дням недели, месяцам года.

На рисунке 3 отражены результаты расчётов интенсивности движения транспорта на развязке. Для расчёта коэффициента аварийности, в качестве примера, рассмотрим схему распределения конфликтных точек на пересечении улиц Демьяна Бедного и 1-я Чередовая (рисунок 4).

481

Направление 3. Инновационное развитие архитектурно-строительного комплекса

_______________________________________________________________________________________

расчётных автомобилей, авт./сут.

Данный участок является неканализированным пересечением с 32-мя конфликтными точками. Расчёты показали, что коэффициент аварийности на этом пересечении недопустимо велик – 59,4 (при значении Ка более 8 пересечение считается опасным).

Для участка примыкания съездов транспортной развязки к ул. Хабаровская наиболее опасными маневрами являются левые повороты со съездов на ул. Хабаровская (Ка = 14,6). Для участка на ул. 15-я Рабочая характерна большая интенсивность движения в прямом направлении, что при отсутствии переходно-скоростных полос может привести к аварийной ситуации при слиянии потоков прямого направления и выезжающих со съезда.

Определение пропускной способности производилось по методике, изложенной в ОДМ 218.2.020-2012 [2]. Пропускная способность съезда транспортной развязки представляет собой максимальное количество автомобилей, которое может свободно вливаться в основной транспортный поток дороги со съезда в единицу времени. Пропускную способность всей транспортной развязки определяют, как сумму пропускных способностей отдельных съездов.

Максимальную интенсивность движения на съезде Nc из условия возможности свободного влияния автомобилей в основной поток дороги определяют по формуле:

характеризующий свободно движущиеся автомобили; В - коэффициент, характеризующий частично связанную часть потока автомобилей; С - коэффициент, характеризующий связанную часть потока автомобилей; tгр - граничный интервал, принимаемый водителем; δt - интервал между выходами автомобилей из очереди на второстепенной дороге, с; βq1, βq2, βq3 – коэффициенты, характеризующие плотность потока автомобилей.

По данным наблюдения граничный интервал времени ∆tгр принимался равным 8,5 с – для левого поворота, 5,5– для прямого пересечения, 3,5 – для правого поворота [3].

Интервал времени зависит от состава транспортного потока на съезде. Он принимался равным 3,2 с, если в потоке на съезде легковых автомобилей более 50%, и 3,6с, если их менее 50% [2]. Коэффициент А принимали по таблице 4.4 вышеупомянутого руководства[2].Коэффициент В находили по графику В = f (A), а в частности по рисунку 4.3 вышеупомянутого руководства.

Коэффициент С определяли по формуле

482

ОБРАЗОВАНИЕ. ТРАНСПОРТ. ИННОВАЦИИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

Сборник материалов III Национальной научно-практической конференции

_______________________________________________________________________________________

Коэффициенты β2, β3, – принимали равными 3,5 и 5,7 соответственно для двухполосных дорог и 1,8 и 3,0 для четырёхполосных.

После определения максимальной интенсивности на съезде подсчитывали пропускную способность съезда Pc по формуле [6]:

гдеPmax – максимальная практическая пропускная способность одной полосы движения на съезде, легковых авт/ч; принимали равной 1800 авт./ч; n - количество полос движения в одном направлении; fb - коэффициент, учитывающий ширину полосы движения; fгр - коэффициент, учитывающий долю грузовых автомобилей в потоке; fi- коэффициент, учитывающий продольные уклоны; fР - коэффициент, учитывающий помехи, создаваемые паркующимися транспортными средствами; fавт - коэффициент, учитывающий помехи, создаваемые автобусами; fтер - коэффициент, учитывающий тип территории; fR - коэффициент, учитывающий радиусы кривой в плане; fv - коэффициент, учитывающий ограничение скорости.

Значения поправок вычислялись по табл. 58 вышеуказанных рекомендаций [2]. Уровень загрузки движения рассчитывается по формуле:

где N – интенсивность движения на участке, авт./ч; Р – пропускная способность участка, авт./ч.

Полученные значения уровня загрузки сведены в таблицу 2.

Таблица 2 – Уровень загрузки движения

Согласно [2] на участках «Съезд №1 - ул. 15-я Рабочая» и «ул. Демьяна Бедного - ул. 1-я Чередовая» уровень обслуживания D. Следовательно требуется реконструкция данных участков для предотвращения заторов на них.

Для определения видимости на пересечениях воспользуемся требованиями СП 42.13330.2016 [4]. В соответствии с этим нормативом на нерегулируемых перекрестках и примыканиях улиц и дорог, а также пешеходных переходах необходимо предусматривать треугольники видимости. Размеры сторон равнобедренного треугольника для условий «транспорт-транспорт» при скорости движения 40 и 60 км/ч должны быть соответственно не менее 25 и 40 м соответственно. Для условий «пешеходтранспорт» размеры прямоугольного треугольника видимости должны быть при скорости движения транспорта 25 и 40 км/ч соответственно 8x40 и 10x50 м. Обследование пересечений и примыканий показало, что видимость на примыканиях не обеспечена. На всех рассматриваемых примыканиях, кроме 2-го съезда, видимость ограничена шумозащитными экранами. Для предотвращения ДТП в проектной документации предусмотрена установка знака 2.5 «Движение без остановки запрещено». Однако, как видно из отчёта об аварийности, для примыкания ул. 1-й Чередовая – Демьяна Бедного этого не достаточно. Большинство аварий на данном примыкании происходит именно по причине недостаточной видимости.

Таким образом, обследование транспортной развязки показало, что, несмотря на сравнительно малый срок службы, многие участки нуждаются в реконструкции:

-не обеспечена пропускная способность на съездах и на пересечении ул. Демьяна Бедного – ул. 1-я Чередовая;

-высокий коэффициент аварийности транспортного узла в целом;

-не обеспечена видимость системы «транспорт – транспорт» и «транспорт – пешеход».

Для устранения указанных недостатков было рассмотрено три варианта реконструкции для пересечения ул. 15-я Рабочая и ул. Хабаровская в разных уровнях.

483

Направление 3. Инновационное развитие архитектурно-строительного комплекса

_______________________________________________________________________________________

Первый вариант. Пересечение в двух уровнях типа «неполный клеверный лист» имеет два левоповоротных съезда по типу «поворот на 270°» и четыре правоповоротных съезда. На съездах правоповоротные потоки смешиваются с левоповоротными, а основные потоки смешиваются с поворачивающими потоками. Кроме того, имеются потоки движения, которые вливаются в основные транспортные потоки не с правой стороны, а с левой. Этот вариант имеет 2 точки пересечения, что так же является недостатком данного типа развязки. Два правоповоротных съезда выполнены в эстакадном варианте. Расчётная скорость на левоповоротных съездах принималась 40 км/ч, на правоповоротных – 50 км/ч. Еще одним недостатком данного варианта является большая площадь занимаемых земель.

Второй вариант. «Обжатый клеверный лист с четырьмя отнесёнными левыми поворотами» находит применение в зонах плотной городской застройки, в связи с ограниченностью свободной территории при пересечении двух главных магистралей и небольших размерах левоповоротных съездов. В этом типе пересечения все прямые потоки непрерывны, но могут иметь участки сплетения с поворотными потоками. Расчётные скорости на съездах применялись по рекомендациям СП 396.1325800-2018 [5], и они равны 30 км/ч – для левых и правых поворотов в условиях реконструкции. В соответствии с расчётными скоростями принимались и основные геометрические элементы (радиусы в плане, продольные уклоны – 70 ‰ и радиусы вертикальных кривых 600-200 м, 1000-300 м).

Третий вариант (рисунок 5) - это тоже пересечение в двух уровнях типа «обжатый клеверный лист», только уже с двумя отнесёнными левыми поворотами. Геометрические элементы такие же, как и у второго варианта.

Рисунок 5 – Рекомендуемая схема реконструкции транспортной развязки на пересечении ул. 15-я Рабочая и ул. Хабаровская, вариант №3

Для пересечения ул. 1-я Чередовая и ул. Демьяна Бедного также рассмотрены три варианта. Первый вариант часто применяется в городских условиях, чтобы разгрузить наиболее опасный

узел. Улица 1-я Чередовая при этом переводится в дорогу с односторонним движением. Одностороннее движение увеличивает пропускную способность улицы в полтора раза. Повышается и безопасность движения на перекрестках, так как при пересечении улицы с двусторонним движением и разрешёнными правыми и левыми поворотами число конфликтных точек на перекрестке сокращается в значительное количество раз. Выезд на улицу Демьяна Бедного в этом случае будет производиться по параллельной ей улице Невского и по улице 2-я Чередовая. Остальные направления движения на основном пересечении не изменяются. Но для осуществления левого поворота с улицы Демьяна Бедного на 1-ю Чередовую будет выделена отдельная полоса, чтобы исключить заторы в прямом направлении и повысить безопасность дорожного движения.

При втором варианте – примыкание по типу «труба» - каждый поворачивающий поток движения имеет свой собственный съезд, при этом левоповоротные съезды на значительном расстоянии имеют общее земляное полотно. Левоповоротные съезды располагаются справа от путепровода. На таком типе примыкания отсутствуют точки пересечения потоков движения в одном уровне, но существует некоторое отрицательное влияние на безопасность движения в связи с наличием встречного движения в месте, где имеется общее земляное полотно.

484

ОБРАЗОВАНИЕ. ТРАНСПОРТ. ИННОВАЦИИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

Сборник материалов III Национальной научно-практической конференции

_______________________________________________________________________________________

В третьем варианте (рисунок 6) планируется дорогу по улице 1-я Чередовая перевести в дорогу с организацией одностороннего движения так же, как и в варианте №1, с целью повышения безопасности дорожного движения на транспортном узле.

Рисунок 6 – Рекомендуемая схема реконструкции транспортной развязки для пересечения ул. 1-я Чередовая и ул. Демьяна Бедного, вариант №3

Левоповоротные потоки движения с улицы Демьяна Бедного на улицу 1-ю Чередовую перенести на проезд N и по улице Правды. Таким же образом будет осуществляться левоповоротное движение с улицы 1-я Чередовая на улицу 15-я Рабочая, то есть по улице Правды, проезду N и на 15-ю Рабочую.

Эти варианты пересечений так же были проанализированы с точки зрения безопасности, комфортабельности движения, стоимости. У первого варианта самые большие показатели по степени опасности и аварийности узла. Второй вариант является наиболее безопасным, но его мы не выбираем потому, что это самый дорогостоящий и трудоёмкий тип транспортного узла. И, если рассуждать на перспективу, то в дальнейшем планируется развитие транспортного узла на пересечении улиц 15-я Рабочая и Хабаровская, в связи с этим путепровод для транспортной развязки по типу «труба» необходимо удлинить, а это уже требует большой площади отводимых земель. Поэтому вариант транспортного узла №3 является наиболее оптимальным в настоящее время.

Заключение

В соответствии с разработанными вариантами реконструкции автомобильно-дорожных пересечений, предполагается повышение пропускной способности транспортных узлов, комфортности для участников дорожного движения, безопасности дорожного движения в результате значительного понижения коэффициентов аварийности на проектируемых участках, путём разнесения конфликтных точек и исключения точек пересечения.

Реконструкция транспортных узлов по предлагаемому проекту обеспечит устойчивую работу транспортных потоков этого района города. Кроме того, оно позволит дальнейшее перспективное развитие улично-дорожной сети правого берега Омска в целом.

Библиографический список

1.ОДМ 218.4.005-2010. Рекомендации по обеспечению безопасности движения на автомобильных дорогах :утверждено распоряжением Федерального дорожного агентства от 12.01.2011 N 13-р.

2.ОДМ 218.2.020-2012. Методические рекомендации по оценке пропускной способности автомобильных дорог: утверждено распоряжением Федерального дорожного агентства от 17.02.2012 N 49-р.

3.Маркуц, В. М. Транспортные потоки автомобильных дорог и городских улиц. Часть 1: интенсивность и безопасность движения автомобилей, пропускная способность транспортных пересечений / В. М. Маркуц // Практическое приложение. – Тюмень, 2008. – 108 с.

4.СП 42.13330.2016. Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений. Актуализированная редакция СНиП 2.07.01-89*: утвержден приказом Министерства строительства и жилищнокоммунального хозяйства Российской Федерации от 30 декабря 2016 г. N 1034/пр и введен в действие с 1 июля

2017 г.

5.СП 396.1325800.2018. Улицы и дороги населенных пунктов. Правила градостроительного проектирования: утвержден приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 1 августа 2018 г. N 474/пр и введен в действие с 2 февраля 2019 г.

485

Направление 3. Инновационное развитие архитектурно-строительного комплекса

_______________________________________________________________________________________

УДК 625.7/8

ПРИМЕНЕНИЕ ПРОДУКТОВ РАЗДЕЛЕНИЯ ЗОЛОШЛАКОВЫХ СМЕСЕЙ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Р. С. Кацарский, инженер-лаборант;

Е. Ю. Гордеева, студентка;

А. А. Лунёв, научный сотрудник НИУ;

И. А. Лазуткин, студент;

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)», Омск, Россия

Аннотация. В статье рассматривается возможность применения золошлаковых материалов, произведенных путем разделения золошлаковых отходов одной из угольных электростанций г. Томска, а именно: золошлакового щебня, золошлакового песка и алюмосиликата.

В статье представлены физико-механические испытания выше перечисленных материалов, а также определено содержание органических примесей (методом определения потерь при прокаливании). На основе проведенных исследований были определены направления возможного применения каждого из компонентов золошлаковой смеси в дорожном строительстве.

Ключевые слова: строительство, лабораторные испытания, автомобильные дороги, грунты, золошлаковые материалы.

APPLICATION OF ASH AND SLAG MIXTURES SEPARATION PRODUCTS

IN ROAD CONSTRUCTION

R.S. Katsarsky, laboratory engineer;

E. Y. Gordeeva, student;

A. A. Lunev, research associate;

I. A. Lazutkin, student

Federal State Budget Educational Institution of Higher Education

«The Siberian Stat Automobile and Highway University», Omsk, Russia

Abstract. The article considers the possibility of using ash and slag materials produced by separating ash and slag waste from one of the coal-fired power plants in Tomsk, namely: ash and slag crushed stone, ash and slag sand and aluminosilicate.

The article presents physical and mechanical tests of the above-mentioned materials, as well as the content of organic impurities (by determining the losses during calcination). Based on the conducted research, the directions of possible application of each of the components of the ash-and-slag mixture in road construction were determined.

Keywords: construction, laboratory tests, highways, soils, ash and slag materials.

Введение.

В России с каждым годом увеличивается количество отходов ТЭЦ, так как основным сырьем в энергетической промышленности нашей страны является ископаемый уголь. В силу низкого процента переработки уделяется большое внимание утилизации отходов, ведь это не только вопрос экономии материальных ресурсов, но и проблема возрастающего загрязнения окружающей среды. Использование отходов промышленного производства в строительной сфере является всемирным экологическим трендом, который, одновременно, позволяет решать вопрос нехватки кондиционных строительных материалов.

На данный момент предлагаются следующие варианты использования зол и шлаков от сжигания твердых видов топлива:

•в сельском хозяйстве золы уноса и золошлаковые смеси применяются как удобрение и мелиоранты [1];

•в металлургии ЗШС используются в качестве шихты для получения алюминия и концентрата получения железа [2];

486

ОБРАЗОВАНИЕ. ТРАНСПОРТ. ИННОВАЦИИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

Сборник материалов III Национальной научно-практической конференции

_______________________________________________________________________________________

•в строительной индустрии золошлаковые смеси и золы сухого улавливания используются как сырье для цементов и бесклинкерных вяжущих, бетонов (тяжелых, легких, ячеистых), пористых заполнителей, теплоизоляционных, силикатных, керамических и других материалов [3,4,5];

•в дорожном строительстве золы и золошлаковые смеси используются при сооружении земляного полотна, для устройства укрепленных оснований, в качестве заполнителя минерального порошка в асфальтобетонах. Золы сухого улавливания можно применять в качестве самостоятельного вяжущего, а также как активную добавку к неорганическим и органическим вяжущим веществам [5-11].

В настоящее время утилизация ЗШС происходит в виде золошлаковой смеси, микросферы и золы уноса. Однако, в последнее время рядом предприятий выдвигается мнение, что использовать составляющие золошлаковой смеси по отдельности, целесообразнее. Но в данный момент, полученные путем искусственного разделения золошлаковые продукты еще не исследовались на предмет пригодности их в дорожном строительстве.

Для испытаний по оценке пригодности отдельных продуктов было решено провести исследования золошлаковой смеси одной из ТЭЦ г. Томска, который был и разделен на щебень, песок и алюмосиликат.

Основная часть

Для анализа материала мы определяли следующие характеристики: Определение гранулометрического состава.

Проводится по массовому содержанию в нем частиц различной крупности, выраженному в процентах по отношению к массе сухой пробы грунта, взятой для анализа . Для песка анализ выполнялся в соответствии с ГОСТ 8736-2014, а для щебня ГОСТ 8269.0-97. Проведение исследований по оценке зернового состава приведено на рисунке 1.

Рисунок 1 – Фотографии проведения испытания по определению зернового состава

Определение содержания глины в комках.

Каждую навеску песка, щебня (гравия) высыпали тонким слоем на металлический лист и увлажняли. Из навески выделяли комки глины, отличающиеся вязкостью от зерен песка, щебня (гравия) и супеси. Выделенные комки глины высушивали до постоянной массы и взвешивали. Испытание песка производилось по ГОСТ 8736-2014, щебень по ГОСТ 33026-2014;

Определение разрушения зерен при сжатии в цилиндре.

Сущность метода заключается в рассевании зерен щебня из золошлаковой смеси на стандартные фракции. Затем каждую фракцию испытывали отдельно на сжатие в цилиндре. После проведенного испытания щебень каждой фракции рассеивали на контрольном сите отдельно для получения потери массы испытания шлакового щебня. Процесс испытания по ГОСТ 32826-2014 приведен на рисунке 2.

487

Направление 3. Инновационное развитие архитектурно-строительного комплекса

_______________________________________________________________________________________

Рисунок 2 – проведения испытания по определению разрушения зерен при сжатии в цилиндре

Определение потери при прокаливании.

Сущность метода заключается в отношении массы пробы с содержанием органического вяжущего и массы пробы после удаления органического вяжущего путем прокаливания в муфельной печи. Процесс испытания по ГОСТ 9758-2012.

Определение влажности грунта.

Сущность метода заключается в сравнении массы бюкса во влажном состоянии и после высушивания в соответствии с ГОСТ 32818-2014.

Определение максимальной плотности песка и алюмосиликата.

Сущность метода заключается в наибольшей плотности сухого грунта, которая достигается при испытании грунта методом стандартного уплотнения, который заключается в установлении зависимости плотности сухого грунта от его влажности при уплотнении образцов грунта с постоянной работой уплотнения и последовательным увеличением влажности грунта. Испытание проводилось по ГОСТ 22733-2016. На рисунке 3 представлено выполнение испытания.

Рисунок 3 – Фотографии проведения испытания по определению максимальной плотности на приборе стандартного уплотнения

Определение содержания пылевидных и глинистых частиц у песка и щебня.

Сущность метода заключается в изменении массы грунта после тщательно отмывания (отмучивания) от приставших к зернам глинистых частиц крупностью до 0,05 мм в соответствие с ГОСТ 32859-2014.

Определение коэффициента фильтрации песка и алюмосиликата.

На образцах ненарушенного (природного) сложения или нарушенного сложения заданной плотности испытание по определению коэффициента фильтрации проводится с помощью прибора Союздорнии в соответствии с ГОСТ 25584-2016.

488

ОБРАЗОВАНИЕ. ТРАНСПОРТ. ИННОВАЦИИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

Сборник материалов III Национальной научно-практической конференции

_______________________________________________________________________________________

Определение модуля деформации.

Проводится методом компрессионного сжатия. Испытания образцов грунта проводилось в компрессионных приборах, исключающих возможность бокового расширения образца грунта при его нагружении вертикальной нагрузкой в соответствии с ГОСТ 12248-2010. На рисунке 4 представлено выполнение испытания.

Рисунок 4 – Фотографии проведения испытания образцов методом компрессионного сажания

Определение удельного сцепления и угла внутреннего трения песка и алюмосиликата. Проводится методом одноплоскостного среза в одноплоскостных срезных приборах с

фиксированной плоскостью среза путем сдвига одной части образца относительно другой его части касательной нагрузкой при одновременном нагружении образца нагрузкой, нормальной к плоскости среза, по схеме консолидированно-дренированное испытание. Процесс испытания по ГОСТ 122482010 приведен на рисунке 5.

Рисунок 5 – Фотографии проведения испытания образцов методом одноплоскостного среза

Результаты проведенных испытаний материалов из золошлаковой смеси.

Щебень:

Протестированные образцы щебня различных фракций имеют потери при прокаливании от 0,91 до 1,12 %, что позволяет классифицировать щебень из золошлаковой смеси как ЗШС с низким содержанием горючих веществ, пригодный для всех возможных направлений применения в рамках дорожного строительства (по ОДМ 218.2.031). Результаты определения содержания пылевидных и глинистых частиц менее 1% показывает, что в соответствии эти материалы так же пригодны для дорожного строительства.

Гранулометрических состав щебня приведенный на рисунке 6, показывает, что щебень из золошлаковой смеси можно классифицировать как щебень средней крупности, исходя из размера зерен, а так же на необходимость его фракционирования.

489

-щебень фракции 5-10 мм имеет марку по дробимости М400 в соответствии с ГОСТ 32826-2014 (потерю от общей массы испытываемого материала, которая составляет от 20 до 30 %);

-щебень фракций 10-20 мм и 20-40 мм не имеет марки по дробимости в соответствии с ГОСТ 32826-2014 (потери по массе при испытании свыше 35 %).

Это говорит о слабой применимости щебня из золошлаковой смеси фракции 10-20 мм, 20-40 мм (то же касается и использования рядового шлакового щебня) в составе асфальтобетонных смесей, цементобетонных смесей, но говорит о возможности использования золошлакового щебня в земляном полотне и дополнительных слоях основания. Фракция 5-10 мм имеет более высокую плотность и её использования вероятно эффективно в земляном полотне, дополнительных слоях основания и составе слоев оснований укрепленных вяжущими. Кроме того, результаты определения естественной влажности щебня из золошлаковой смеси в диапазоне от 35 до 40 % показывают, что уплотнение этого материала не потребует существенного увлажнения перед его укладкой.

Однако в дальнейшем требуется дополнительно определить износостойкость, морозостойкость, содержание металлических примесей и частиц лещадной формы щебеночных материалов по ГОСТ

32826-2014.

Результаты определения потерь при прокаливании (которые составляют от 10 до 13 %), позволяют его отнести к категории ЗШС с высоким содержанием горючих в соответствии с ОДМ 218.2.031-2013. Эти материалы не рекомендуется применять в дорожном строительстве. Однако, сейчас ведется работа по строительству установки, которая позволяет извлекать из ЗШС недожог,

490

ОБРАЗОВАНИЕ. ТРАНСПОРТ. ИННОВАЦИИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

Сборник материалов III Национальной научно-практической конференции

_______________________________________________________________________________________

который и является результатом высоких ППП и по этой причине проводились прочие исследования шлакового песка.

В результате испытаний по ГОСТ 22733-2016 было установлено:

-максимальная плотность сухого грунта этого материала составляет 1,10 г/см3 (говорит о высокой применимости при строительстве насыпей на слабых основаниях;

-оптимальная влажность составляет 20%.

Поскольку естественная влажность песка из золошлаковой смеси находится в диапазоне от 40 до 45 % можно сделать вывод, что песок из золошлаковой смеси необходимо предварительно высушить перед строительством насыпи земляного полотна и устройством дренирующих слоев дорожной одежды.

Анализ результатов определения коэффициента фильтрации показал, что его значений свыше 1,0 м/сут достаточно для использования этого материала в дренирующих слоях основания. Поэтому вероятно его можно будет использовать в качестве дренирующего, морозозащитного и теплоизолирующего слоя дорожной одежды в том случае, если доказать, что его величина морозного пучения не будет превышать 0,035 доли или в виде укрепленного материала (что потребует дополнительных исследований) и удастся извлечь лишние частицы несгоревшего топлива.

В заключении производилось определение прочностных и деформационных характеристик песка из золошлаковой смеси. Испытания проводились в соответствии с ГОСТ 12248-2010. В ходе работы применялось несколько методов испытания такие как, метод однополосного среза и метод компрессионного сжатия. В результате обработки данных по ГОСТ 12248-2010 модуль деформации находился в интервале 24,7-25,3 МПа, угол внутреннего трения достигал 45,0° и не снижался ниже 41,0°, а удельное сцепления находилось в окрестности значения 34 кПа. Анализируя эти данные путем сопоставления их с результатами исследований других авторов [12-15] можно сделать вывод, что песок из золошлаковой смеси пригоден для возведения насыпей на автомобильных дорогах с позиции общей устойчивости и несущей способности.

Следует так же отметить, что в случае извлечения избыточного недожога, по результатам определения содержания пылеватых и глинистых частиц (не превышает 2 % от массы испытываемого материала), песок из золошлаковой смеси станет пригоден для дорожных работ и приготовления готовых смесей в соответствии с требованиями ГОСТ 32826-2014, а также для производства цементобетонных конструкций по ГОСТ 28013-1998.

Алюмосиликат:

На основании полученных результатов испытаний потери при прокаливании составили от 5 до 10 %. Это говорит о том, что алюмосиликат из золошлаковой смеси имеет среднее содержание горючих веществ по классификации ОДМ 218.2.031-2013, а значит, может быть использован только для сооружения насыпей земляного полотна.

Определение прочностных и деформационных характеристик алюмосиликата из золошлаковой смеси производилось аналогично песку из золошлаковой смеси, однако зазор в ходе испытаний на прямой срез выбирался меньше чем для песка из-за различий в гранулометрическом составе. В результате обработки данных по ГОСТ 12248-2010 модуль деформации находился в интервале 9,7- 10,4 МПа, угол внутреннего трения достигал 30,3° и не снижался ниже 29,0°, а удельное сцепления находилось в окрестности значения 29 кПа. Анализируя эти данные путем сопоставления их с результатами исследований других авторов [12-15] можно сделать вывод, что алюмосиликат из золошлаковой смеси пригоден для возведения насыпей на автомобильных дорогах с позиции общей устойчивости и несущей способности.

В результате испытаний по ГОСТ 22733-2016 было установлено:

-максимальная плотность сухого грунта этого материала составляет 1,02 г/см3 (говорит о высокой применимости при строительстве насыпей на слабых основаниях;

-оптимальная влажность составляет 39%.

Поскольку естественная влажность, находилась в пределах от 5,4 до 5,91 % можно сделать вывод, что алюмосиликат из золошлаковой смеси потребует дополнительного увлажнения перед его уплотнением.

Несмотря на несоответствующее содержание потерь при прокаливании (сейчас идет разработка технологии снижения количества недожога в этих материалах), анализ результатов определения коэффициента фильтрации показал, что его значений 0,2 м/сут недостаточно для использования этого материала в дренирующих слоях основания. Но вероятно его можно будет использовать для устройства морозозащитного и теплоизолирующего слоя дорожной одежды в том случае, если величина морозного пучения не будет превышать 0,035 или в виде укрепленного материала (что потребует дополнительных исследований) при извлечении лишних частиц несгоревшего топлива.

491

Направление 3. Инновационное развитие архитектурно-строительного комплекса

_______________________________________________________________________________________

Вывод

На основании проведенного анализа можно сделать выводы:

- золошлаковый щебень фракции 5-10 можно использовать в земляном полотне, при устройстве дополнительных слоев оснований и слоев несущего основания, а также нижних слоев покрытия. Щебня из золошлаковой смеси фракций 10-20 мм, 20-40 мм (то же касается и использования рядового шлакового щебня) малопригоден в составе асфальтобетонных смесей, цементобетонных смесей, но говорит о возможности использования золошлакового щебня в земляном полотне и дополнительных слоях основания.

-песок из золошлаковой смеси можно использовать в качестве дренирующего, морозозащитного и теплоизолирующего слоя дорожной одежды в том случае, если доказать, что его величина морозного пучения не будет превышать 0,035 доли или в виде укрепленного материала (что потребует дополнительных исследований), если удастся извлечь лишние частицы несгоревшего топлива. Следует так же отметить, что в случае извлечения избыточного недожога, песок из золошлаковой смеси станет пригоден для дорожных работ и приготовления готовых смесей.

-алюмосиликат из золошлаковой смеси можно использовать для возведения насыпей на автомобильных дорогах с позиции общей устойчивости и несущей способности. Алюмосиликат из золошлаковой смеси вероятно можно будет использовать в чистом виде, если величина его морозного пучения не будет превышать 0,035 или в виде укрепленного материала, для устройства морозозащитного и теплоизолирующего слоя дорожной одежды

Библиографический список

1. Potential use of flyash in agriculture: A way to improve soil heal // Research Gate, 2018. – URL : https://www.researchgate.net/publication/327558846_Potential_use_of_flyash_in_agriculture_A_way_to_improve_soil_h ealth (дата обращения: 14.11.2019)

2. Complex utilisation of ekibastuz brown coal fly ash: Iron & carbon separation and aluminum extraction / D. Valeev, I. Kunilova, A. Alpatov, A. Mikhailova, M. Goldberg, A. Kondratiev // Journal of Cleaner Production. – 2019. – No. 218. – Pp. 192-201.

3. Use of ashes and ash-and-slad wastes in construction / N. I. Vatin, D. V. Petrosov, A. I. Kalachev,

P.Lakhtinen // Magazine of Civil Engineering. – 2011. – No. 4. – Pp. 16-21. (rus).

4.Lichman, N. V. The use of Norilsk region’s sulfur and hes ash for hydraulic engineering and reconstruction / N. V. Lichman // Magazine of Civil Engineering. – 2011. – NO 8. – Pp. 29-34. (rus).

5.Critical factors for the suc-cessful usage of fly ash in roads & bridges and embankments: Analyzing indian perspective / A. Haleema, S. Luthrab, B. Mannana, S. Khuranaa, S.Kumarc // Re-sources Policy. –2016. – Vol. 49. – Pp. 334-348.

6.Hadbaatar, A. Study of AshSlag Wastes of Electric Power Plants of Mongolia Applied to their Utilization in Road Construction / A. Hadbaatar, N. A. Mashkin, N. G. Stenina // Procedia Engineering. –2016. – Vol. 150. – Pp. 1558-1562.

7.DiGioia, A. M. Fly Ash as Structural Fill / A. M. DiGioia, W. L. Nuzzo // Journal of Power Division. – Vol. 98. – Pp. 77-92.

8.Torii, K. Effective Utilization of Coal ASHES in Road Construction / K. Torii, M. Kawamura // Studies in Environmental Science. – 1991. –Vol. 48. – Pp. 561-568. – URL: https://doi.org/10.1016/S0166-1116(08)70448-5.

9. Dolgih, G. V. Parameters of strength and deformability of ash and slag mixture of Ekibastuz coals / G. V. Dolgih, V. F. Ignatov, V. A. Utkin. – DOI: 10.1088/1757-899X/687/4/044037 // IOP Conference Series Materials Science and Engineering 687:044037. 2019.

10.Лунев, А. А. Применение золошлаковых смесей для вертикальных планировок и строительства городских дорог / А. А. Лунев, В. В. Сиротюк. – Омск: СибАДИ, 2015. – С. 1-2.

11.Лунев, А. А. Исследования деформационных характеристик золошлаковых смесей в приборе трехосного сжатия / А. А. Лунев, В. В. Сиротюк. – Омск: СибАДИ, 2016. – С. 98-99.

R.Ossowski // Proceedia Engineering. – Vol. 57. – Pp. 1029-1035.

14.Pal, S. K. Shear strength behavior of Indian flu ashes / S. K. Pal, A. Ghosh // Indian Geotechnical Conference Geotechnics in Infrastructure Development (GEOTIDE). – 2009. – Vol. 1. – Pp. 18-22.

15. Prabakar, J. Influence of fly ash on strength behavior of typical soil / J. Prabakar, N. Dendorkar, R. K. Morchhale // Construction and Building Materials. – 2004. – No. 18. – Pp. 263-267

492

ОБРАЗОВАНИЕ. ТРАНСПОРТ. ИННОВАЦИИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

Сборник материалов III Национальной научно-практической конференции

_______________________________________________________________________________________

УДК 625.7/.8

ОЦЕНКА ОБЩЕЙ УСТОЙЧИВОСТИ НАСЫПЕЙ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ИЗ ЗОЛОШЛАКОВОГО ПЕСКА

И. А. Лазуткин, студент;

А. А. Лунёв, научный сотрудник НИУ;

Е. Ю. Гордеева, студентка;

Р. С. Кацарский, инженер-лаборант

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)», Омск, Россия

Аннотация: Существует множество путей утилизации золошлаковых отходов теплоэнергетики, однако сравнительно недавно появились подходы, при которых золошлаки разделяют на ряд строительных материалов (микросферу, щебень, песок, алюмосиликат и пр). Эти материалы на данный момент практически не исследованы и требуют рассмотрения возможности применения их в дорожной отрасли.

В докладе рассмотрена возможность применения одного из компонентов ЗШС - золошлакового песка, полученного при разделении ЗШС Северской ТЭЦ, для возведения насыпей земляного полотна автомобильных дорог на дорогах II, III, IV, V технических категорий с позиции общей устойчивости. Для оценки устойчивости проводились расчеты с использованием программного комплекса GEO5 c приложением нагрузок по двум действующим нормативным документам, имеющим существенные отличия.

Ключевые слова: строительство, автомобильные дороги, золошлаковый песок, устойчивость откосов.

ASSESSMENT OF THE OVERALL STABILITY OF THE EMBANKMENTS OF THE EARTH BED MADE OF ASH AND SLAG SAND

I.A. Lazutkin, student;

A. A. Lunev, research associate;

E. Y. Gordeeva, student;

R. S. Katsarsky, laboratory engineer

Federal State Budget Educational Institution of Higher Education

«The Siberian Stat Automobile and Highway University», Omsk, Russia

Abstract: there Are many ways to dispose of ash and slag waste from the heat power industry, but relatively recently there have been approaches in which ash and slag are divided into a number of building materials (microspheres, crushed stone, sand, aluminosilicate, etc.). These materials have not been practically studied at the moment and require consideration of their possible application in the road industry.

The report considers the possibility of using one of the components of the ZSHS - ash and slag sand obtained during the separation of the zshs of the Severskaya CHPP, for the construction of embankments of the roadbed on roads of II, III, IV, V technical categories from the position of General stability. To assess the stability, calculations were performed using the GEO5 software package with loads applied according to two existing regulatory documents that have significant differences.

Keywords: construction, highways, ash and slag sand, slope stability.

Введение

В год сжигают около 100 млн тонн твердого топлива, в результате чего образуется более 23 млн тонн золошлаков, а это более 23% от всего объёма переработанного сырья. Несмотря на то, что по данным Минэнерго России более 99% золошлаков ТЭС – это отходы V класса опасности, то есть те, что можно использовать в строительстве.

493

Направление 3. Инновационное развитие архитектурно-строительного комплекса

_______________________________________________________________________________________

Вопрос разработки методов утилизации и переработки отходов производства ТЭС достаточно актуален, несмотря на то, что имеется несколько сотен технологий их утилизации. Зола и шлак могут стать ценным источником металлов [1]. Например, в Казахстане запатентован способ получения глинозема и гипса из золы [2]. А в Польше, было использовано около 250 тыс. т ЗШО при строительстве национальной дороги № 2 Варшава—Познань [3]. Однако наиболее перспективным считается использование ЗШС для сооружения насыпей земляного полотна авто-мобильных и железных дорог, выполнения вертикальной планировки территорий, исправлении неудобий и т.п., поскольку это не требует существенных капитальных вложений и позволяет утилизировать значительные объёмы золошлаков [4]

Однако, внедрение технологии разделения ЗШС на ряд строительных материалов (микросферу, щебень, песок, алюмосиликат и пр) вызывает сложности, связанные с малой изученности этих материалов.

Одна из задач, которую необходимо решить для принятия решения о пригодности материала это оценка общей устойчивости откосов земляных сооружений и выемок из производных ЗШС. Откос проектируется с учетом: его назначения и высоты; намечаемого использования территории; геологического строения и гидрогеологических условий грунтового массива; технологии земляных работ; применяемого оборудования и транспортных средств; нагрузок и воздействий. В расчетах устойчивости откосов главную роль играет коэффициент устойчивости. Коэффициент устойчивости откоса — это отношение удерживающих сил, действующих вдоль линии скольжения, к сдвигающим силам.

В докладе рассматривается изменение коэффициента устойчивости откосов разных заложений, на дорогах разных технических категорие, с насыпями из золошлакового песка. Дополнительно (для сравнения) изучалась устойчивость аналогичных откосов из мелкозернистого песка.

Основная часть

Исследование условно было разделено на две части:

-определение характеристик материалов;

-проведение оценки устойчивости.

Определение необходимых для оценки устойчивости свойств выполнялось в соответствии с ГОСТ Р 22733-2016 и ГОСТ Р 12248-2010 (рисунок 1). Прочностных характеристики определялись методом одноплоскостного среза по КД схеме испытаний. Определение удельного веса велось на основе результатов стандартного уплотнения.

Рисунок 1 – Подготовка и проведение испытаний.

а - Загрузка в собранную форму пробы грунта; б - Испытание грунта методом одноплоскостного среза.

Грунт был подготовлен к испытаниям и определены следующие характеристики грунтов: плотность сухого грунта, оптимальная влажность, удельный вес водонасыщенного грунта, удельный вес грунта, удельное сцепление, угол внутреннего трения, которые сведены в таблицу 1.

Таблица 1 – Свойства грунта, слагающие насыпь и основание

494

ОБРАЗОВАНИЕ. ТРАНСПОРТ. ИННОВАЦИИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

Сборник материалов III Национальной научно-практической конференции

_______________________________________________________________________________________

Выбор метода оценки устойчивости

При оценке [5] устойчивости откосов насыпей автомобильных дорог с использованием программного комплекса GEO5 был использован метод Г.М. Шахунянца.

Общий метод отсеков предельного равновесия, основан на выполнении условия равновесия сил на отдельных блоках. Блоки образуются в результате разбивки области над поверхностью скольжения плоскостями сечения. Для расчёта предельного равновесия сил на блоках по методу Г.М. Шахунянца вводятся предпосылки:

а) поверхности разделяющие блоки всегда вертикальны; б) наклон межблочных сил равен нулю, силы действуют в горизонтальном направлении.

Коэффициент устойчивости – это значение, с помощью которого силы, действующие на отдельные блоки грунта, приведены в состояние предельного равновесия. Предельное равновесие достигается тем, что на коэффициент устойчивости умножаются активные силы, т.е. силы, воздействие которых способствует движению массива над поверхностью скольжения по направлению вниз, а также умножаются и силы, удерживающие блок от сползания. Активные силы, способствующие сползанию, имеют условное обозначение PQi,sd, силы, удерживающие сползание блока получают обозначение PQi,ud. Коэффициент устойчивости (коэффициент запаса) рассчитывается по следующей зависимости:

Величина расчетного коэффициента устойчивости (коэффициента запаса) КЗ сравнивается с допустимым (нормативным) значением коэффициента устойчивости. За нормативный показатель общей устойчивости в соответствии с ОДМ 218.2.027–2012 следует принимать обобщенный

При расчетах устойчивости, нагрузки назначались по ГОСТ 32960-2014 и с ГОСТ 52748-2007 в связи с неоднозначностью положений нормативной базы РФ по этому вопросу.

В соответствии с ГОСТ 32960-2014 класс нагрузки К для нормативной нагрузки НК следует принимать равным для земляного полотна автомобильных дорог всех категорий, подпорных стен, переходных плит, а также конструкций мостовых сооружений и труб на дорогах всех категорий – 14. Нагрузку НК приводят к равномерно распределенной нагрузке интенсивностью нк = 5,4К = 5,4 ∙ 14 = 75,6 кН/м2 на прямоугольной области с размерами: 3,8 м вдоль оси проезда и 3,5 м - поперек.

Продольную ось нагрузки НК следует располагать не ближе 1,75 м от внутренней грани ограждения или края проезжей части.

Рисунок 2 – Расположение нагрузки.

а - согласно ГОСТ 32960-2014; б – согласно ГОСТ 52748-2007

495

Направление 3. Инновационное развитие архитектурно-строительного комплекса

_______________________________________________________________________________________

В соответствии с ГОСТ 52748-2007 класс нагрузки К для нормативной нагрузки НК следует принимать для расчета земляного полотна автомобильных дорог всех категорий - 8,3. Распределенная нагрузка располагается по всей ширине земляного полотна и рассчитывается по

Сравнение результатов

В результате обработки данных по ГОСТ 32960-2014 были получены следующе данные (таблица 2).

Таблица 2 – Значения н

Примечание: Слева указаны значения, полученные при получении коэффициентов устойчивости по ГОСТ 32960-2014, справа по ГОСТ 52748-2007 Зеленым цветом выделены насыпи к-т устойчивости у которых больше чем требуемый к-т

запаса по ОДМ 218.2.027–2012, красным цветом выделены насыпи к-т устойчивости у которых меньше или равен требуемому к-ту запаса.

Проанализировав данные, полученные по ГОСТ 32960-2014 и по ГОСТ 52748-2007, были выявлены и занесены в таблицу 3 следующие закономерности:

496

ОБРАЗОВАНИЕ. ТРАНСПОРТ. ИННОВАЦИИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

Сборник материалов III Национальной научно-практической конференции

_______________________________________________________________________________________

Таблица 3 – Сравнение ГОСТ 32960-2014 и ГОСТ 52748-2007

По результатам сравнения ГОСТ 52748-2007 оказался предпочтительнее для оценки общей устойчивости откосов, т.к. ГОСТ 32960-2014 показывает не реалистичные данные. Например, для V т.к. при использовании мелкозернистого песка насыпь высотой 3 метра и уклоном 1:1,5 не проходит по требованиям к коэффициенту устойчивости, но для I т.к. проходит.

Сравнивая значения коэффициента запаса по ГОСТ 52748-2007 для золошлакового песка и для мелкозернистого песка, можно сделать вывод о том, что предпочтительнее использовать золошлаковый песок для возведения насыпей на всех технических категориях, так как он имеет коэффициент общей устойчивости почти в 2 раза больше, чем коэффициент общей устойчивости при использовании мелкозернистого песка.

Заключение

По результатам проведенной работы можно сделать следующие выводы:

-золошлаковый песок, получаемый путем разделения ЗШС Северской ТЭЦ является материалом пригодным для возведения насыпей на дорогах II, III, IV, V технических категорий (с позиции общей устойчивости);

-анализ общей устойчивости откосных частей насыпей показывает большую общую устойчивость насыпей из золошлакового песка в сравнении в обычным мелкозернистым песком;

-коэффициенты устойчивости, полученные при приложении нагрузок по ГОСТ 32960-2014 и ГОСТ 52748-2007 имеют существенные отличия, связанные с различием положений различием нагрузок;

-приложение нагрузок по ГОСТ 32960-2014 вызывает парадоксальное изменение устойчивости на дорогах низких категорий (при равных параметрах материалов и заложения откосов общая устойчивость со снижением категории падала), поэтому с нашей точки зрения использование ГОСТ 52748-2007 предпочтительнее.

Направления дальнейших исследований.

-требуется проведение исследований и обоснование применения золошлакового песка в конструкциях насыпей земляного полотна с позиции содержания горючих, коэффициента фильтрации, морозного пучения и несущей способности;

-необходимо так же проработать вопросы местной устойчивости насыпей из золошлакового песка, как в рамках расчетов, так и натурных экспериментов;

Библиографический список

1.Салихов, В. А. Перспективы извлечения ценных цветных и редких металлов из золо-шлаковых отвалов энергетических предприятий Кемеровской области / В. А. Салихов // Вестник Томского государственного университета. – № 327. – Томск. – С. 163-168

2.Монгуш, Г. Р. Утилизация золошлаковых отходов процесса сжигания углей Улуг-Хемского бассейна республики Тыва / Г. Р. Монгуш, В. И. Котельников, А. В. Баринов // Современные наукоемкие технологии. Региональное приложение. -– №4. – Иваново. – С. 112-120

3. Хлопицкий, А. А. Перспективы утилизации золошлаковых отходов тепловых электростанций / А. А. Хлопицкий, Н. П. Макарченко // Общество с ограниченной ответственностью «Международный центр науки и образования» – № 1. – Москва. – С. 7

4. Сиротюк, В. В. Обоснование устойчивости откосов высоких насыпей из золошлаковых смесей / В. В. Сиротюк, А. А. Лунёв, Е. В. Иванов, Г. М. Левашов // Техника и технологии строительства – 2016. – № 1(5) . – URL: http://ttc.sibadi.org/

5. Ватин, Н. И. Применение зол и золошлаковых отходов в строительстве / Д. В. Петросов, А. И. Калачев // Magazine of Civil Engineering. – № 4. – С. 16-21.

497

Направление 3. Инновационное развитие архитектурно-строительного комплекса

_______________________________________________________________________________________

УДК 624.271

РАЗРАБОТКА КОМПОЗИТНОГО ПРОЛЕТНОГО СТРОЕНИЯ МОСТА НА ОСНОВЕ ОБЪЕДИНЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ ПЛИТЫ И ДОЩАТО-ГВОЗДЕВОГО БЛОКА

В. А. Уткин, доктор технических наук, профессор кафедры «Мосты и тоннели»; И. И. Готовцев, магистрант группы См-18МА8

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)», Омск, Россия

Аннотация. Авторами предложена и описывается новая конструкция пролетного строения из дощато-брусчато-нагельно-гвоздевых блоков и включенной в совместную работу с ними железобетонной плиты проезжей части. Исследование напряженно-деформированного состояния выполнено с использованием теории составных стержней. Представленные материалы свидетельствуют об эффективности предлагаемых решений и позволяют рекомендовать способ объединения железобетонной плиты и дощато-гвоздевой конструкции для совместной работы

Ключевые слова: Деревобетонные мосты, монолитная железобетонная плита, дощатогвоздевой блок, гребенчатые упоры, цилиндрические нагели, несущая способность

THE DESIGN OF THE COMPOSITE SPAN THAT CONSISTS OF REINFORCED

CONCRETE SLAB AND PLANK-NAILED BLOCK

V.A. Utkin, professor of the department «Bridges and tunnels»;

I. I Gotovtsev, graduate student of the group См-18МА8

Federal State Budget Educational Institution of Higher Education

«The Siberian Stat Automobile and Highway University», Omsk, Russia

Abstract. The authors suggest and describe a new structure. The Span consists of plank-timber-nailed- dowel blocks and reinforced concrete slab, generating composite action. The investigation of the stressstrain state of the structure has been completed within “compound beam” theory. The results prove the effectiveness of the suggested solutions and allow to recommend the method of the connection of reinforced concrete slab and plank-nailed structure, generating composite action.

Key words: timber concrete composite bridge, “crest” shear connectors, Cast-in-place concrete slab, plank-nailed block, load capacity.

На сегодняшний день в практике отечественного мостостроения сформировалось мнение о том, что при проектировании и строительстве капитальных мостов следует делать выбор исключительно из железобетонных или металлических конструкций. Применение в качестве материала конструкций древесины отошло на второй план. Ещё в начале 60-х годов прошлого столетия 90% мостов на автомобильных дорогах были деревянными, однако в 60-е года было принято постановления о массовом переходе к строительству капитальных мостов с применением железобетонных и металлических конструкций. В результате, в конце 80-х годов на автомобильных дорогах федерального значения деревянные мосты были заменены на железобетонные или стальные. Вместе с тем, прекратились работы над проектированием новых конструкций с применением древесины. Ранее разработанные проекты устарели в связи с увеличением веса автотранспорта и более не отвечают требованиям нормативных документов.

В тоже время западный опыт показал конкурентоспособность применения древесины в мостостроении. В этом плане особенно выделяются страны богатые лесом, такие как: США, Канада, Австралия и страны Скандинавии, однако в качестве материала для пролётных строений мостов было отдано предпочтение клеёной древесине [1]. Процесс её воспроизводства в нашей стране требует значительных инвестиций и времени на создание технической базы, поэтому целесообразно развивать традиционные конструкции из древесины.

Более 15 лет на кафедре «Мосты и тоннели» СибАДИ проводятся научно-исследовательские работы по «Совершенствованию конструктивно-технологических форм балочных пролетных строений с комбинированными пролетными строениями из древесины». Разработаны и успешно внедрены в Северных районах Омской области конструкции мостов с дощато-гвоздевыми пролетными строениями и

498

ОБРАЗОВАНИЕ. ТРАНСПОРТ. ИННОВАЦИИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

Сборник материалов III Национальной научно-практической конференции

_______________________________________________________________________________________

пролетными строениями с составными бревенчатыми прогонами под современные нагрузки А11 и НК-80 [2]. Изготовление конструкций не требует сложного вспомогательного оборудования, отличается простотой строительных процессов и возможностью использования местных рабочих кадров. Стоимость мостов с пролетными строениями из ДГБ в сравнении с равными пролетными строениями из железобетонных балок оказалась на 40-50 % дешевле. Ожидаемый срок эксплуатации при соблюдении всех требований по антисептированию и гидроизоляции – не менее 50 лет [3].

Наиболее совершенной разновидностью данной конструкции является пролетное строение из дощато- брусчато-нагельно-гвоздевых блоков с железобетонной плитой проезжей части (рисунок 1), [4].

Рисунок 1 – Пролетное строение с железобетонной плитой проезжей части.

Применяемая в качестве поперечной конструкции сборная железобетонная плита, имея более высокую поперечную жесткость в сравнении с деревоплитой, позволяет снизить временную нагрузку на блоки и увеличить грузоподъемность как отдельного блока, так и всего пролетного строения в целом. Исключение из поперечной конструкции пролетного строения брусчатой деревоплиты приводит к существенному снижению материалоемкости конструкции, уменьшению трудозатрат и стоимости строительства, а также полному устранению из конструкции материала и очагов, подреженных биологическому разрушению. Все это в целом отвечает современным требованиям, связанными с обеспечением жизнестойкости, надежности и срока службы не менее 50 лет для капитальных мостов. Недостаток этой конструкции состоит в неиспользовании железобетонной плиты проезжей части для совместной работы с несущими дощато-брусчатыми блоками и в этой связи в излишней материалоемкости конструкции пролетного строения в целом.

Предлагается новая конструкция пролетного строения из дощато-брусчато-нагельно-гвоздевых блоков, отличающееся от пролетного строения на рисунке 1 тем, что на всю ширину и длину пролетного строения уложена монолитная железобетонная плита 1(рис. 2). Для объединения плиты с дощато-брусчато-нагельно-гвоздевыми блоками 2 и включения в совместную работу с блоками поясные брусья 3 верхнего пояса блоков снабжены закрепленными к ним на болтах 4 и распределенными с определенным интервалом по длине пролета стальными парными накладками 5 с гребенчатыми выступами 6, гибкими упорами из арматурных стержней 7 и нижней сетки 8 монолитной железобетонной плиты 1, а вместо двух слоев перекрестных досок верхнего пояса на рисунке 1, в промежутках между коробчатыми блоками и с наружной стороны крайних блоков устроено днище 9 несъемной опалубки монолитной железобетонной плиты 1 с последующим бетонированием ее, включением в совместную работу с деревянными блоками 2, устройством гидроизоляции и ездового полотна 10.

499

Направление 3. Инновационное развитие архитектурно-строительного комплекса

_______________________________________________________________________________________

Рисунок 2 – Конструкция комбинированного пролетного строения из дощато-нагельно-гвоздевых блоков и монолитной плиты проезжей части: а) поперечное сечение пролетного строения; б)

поперечное сечение блока в) конструкция объединения железобетонной плиты и ДГБ

Объединение монолитной железобетонной плиты с деревянными поясами дощато-брусчато- нагельно-гвоздевых блоков посредством гребенчатых упоров осуществляется благодаря совмещении гребенчатых выступов с двухсторонними стальными накладками, закрепляемыми к боковым граням брусчатых поясов горизонтальными сквозными болтами-нагелями. В этом случае передача усилий от железобетонной плиты на брусчатые пояса может быть осуществлена с помощью известных нагельно-болтовых соединений.

Для принятого соединения расчет гибких стержневых упоров в составе железобетонной плиты может быть выполнен по приложению "Я” [5]:

Из условия прочности бетона по формуле:

Ry - расчетное сопротивление стали арматуры растяжению, МПа; Rb,cut - расчетное сопротивление бетона на непосредственный сдвиг, кН/м2; Ab,cut - площадь сечения, по которому происходит сдвиг,

м2; ns - число расчетных сдвигов бетона.

Расчет соединения железобетонной плиты с поясными брусьями верхнего пояса блоков посредством стальных накладок и нагелей (болтов) может быть выполнен в соответствии c табл. 10.6 [5]. При этом несущая способность нагеля определяется, исходя из условий:

500

ОБРАЗОВАНИЕ. ТРАНСПОРТ. ИННОВАЦИИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

Сборник материалов III Национальной научно-практической конференции

_______________________________________________________________________________________

•смятие в средних элементах:

Предлагаемые комбинированные деревожелезобетонные элементы пролетных строений являются составными стержнями и могут быть исследованы методами теории профессора Ржаницина А.Р [6]. В соответствии с рекомендациями, рассмотренными в работе [7].

В основу предлагаемого метода исследования напряженно-деформированного состояния деревобетонного составного сечения с дискретным размещением в швах объединения сосредоточенных связей сдвига принят метод сил для стержневых систем, учитывающий взаимодействие продольных сил и изгибающих моментов от усилий в связях сдвига. Принципиальная расчетная схема (основная система) составного сечения приведена на рисунке 3. Линия приложения парных неизвестных Тi совмещена с центром тяжести верхнего пояса дощато-гвоздевого блока (ДГБ), ось стержня 1 совмещена с линией центров тяжести железобетонной плиты, ось стержня 2, соответственно, с линией центров тяжести дощато-гвоздевого блока.

Рисунок 3 – Основная система композитного пролётного строения из дощато-нагельно-гвоздевых блоков и железобетонной плиты

В результате решения системы уравнений и определения усилий в связях сдвига к изгибающему моменту в элементах основной системы от внешнего воздействия следует добавить сумму моментов от усилий сдвига, также из-за усилий сдвига в составных стержнях возникают усилия растяжениясжатия.

Проверка прочности поясов дощато-гвоздевого блока производится в соответствии с указаниями [5]:

• для элементов, работающих на растяжение (сжатие) с изгибом, по формулам:

где Nd и M d - расчетные значения усилий;

Ant - площадь ослабленного поперечного сечения;

Wnt - момент сопротивления ослабленного поперечного сечения;

- коэффициент, учитывающий влияние дополнительного момента от Nd . Железобетонная плита рассчитывается на осевое сжатие по формуле:

где A - площадь железобетонной плиты;

Rb - расчетное сопротивление бетона на осевое сжатие.

501

Направление 3. Инновационное развитие архитектурно-строительного комплекса

_______________________________________________________________________________________

Расчет был выполнен на нагрузку А14 и Н14, после определения единичных и грузовых перемещений и выполнения всех преобразований были получены следующие значения сдвигающих усилий:

T1 = T6 = 2056 кН, T2 = T5 = 669 кН, T3 = T4 = − 433 кН.

С учетом полученных значений были построены эпюры расчетных изгибающих моментов и продольных сил в деревянной конструкции и железобетонной плите (рисунок 4).

Рисунок 4 – Общий вид единичных и грузовой эпюр в основной системе: а) единичная эпюра M i б)

единичная эпюра, N i в) грузовая эпюра M F

По полученным усилиям были построены эпюры нормальных напряжений. Характер распределения нормальных напряжений по высоте деревобетонных (композитных) сечений 1-4 на рисунке 4 представлен эпюрами на рисунке 5.

Рисунок 5 – Эпюры нормальных напряжений в композитном пролетном строении

Полученные максимальные растягивающие напряжения в деревянных элементах не превышают расчетных сопротивлений, в то время, напряжения сжатия в железобетонной плите в три раза меньше расчетных. Очевидно, что назначение в соответствии с требованиями [5] минимальной толщины железобетонной плиты в 18 см для деревобетонных пролетных строений сильно завышены и требуют корректировки.

502

ОБРАЗОВАНИЕ. ТРАНСПОРТ. ИННОВАЦИИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

Сборник материалов IV Международной научно-практической конференции

_______________________________________________________________________________________

Библиографический список

1. J. N. Rodrigues, A.M.P.G. Dias, P. Providencia, (2013). Timber-concrete composite bridges: State-of-the-Art- Review. «Review of TCC bridges», Bioresources 8(4),6630-6649.

2. Уткин, В. А. О применении древесины для строительства мостов / В. А. Уткин, В. И. Пузиков, Б.В. Казанцев, М. Ю. Каретников // Дороги и мосты. – М.: Росдорнии. – 2014. – Вып.32/2. – С. 127-142.

3.Уткин, В. А. Опыт внедрения новой конструкции дощато-гвоздевого пролетного строения в дорожном строительстве Омской области / В. А. Уткин, В. И. Пузиков, П. Н. Кобзев // Дороги и мосты. – М.: Росдорнии. –

2008. – Вып. 19/1. – С. 162-171.

4.Патент изобретение RU 2574240 С1 Российская Федерация, МПК E01D 2/04 (2006.01). Пролетное

5.СП 35.13330.2011: Мосты и трубы (актуализированная редакция СНиП 2.05.03-84). –Введ. 2011-05-20 – М.: Министерство регионального развития РФ, 2011. – 340с.

6.Ржаницын, А. Р. Строительная механика: учебное пособие / А. Р. Ржаницын. – Москва: «Высшая школа» 1982. – 400 с.

7.Уткин, В. А. Учет взаимодействия продольных сил и изгибающих моментов в расчетах составных прогонов из бревен / В. А. Уткин, П. Н. Кобзев, Е. Г. Шатунова // Вестник СибАДИ. – 2020. – том 18. –№1.

503

Направление 3. Инновационное развитие архитектурно-строительного комплекса

_______________________________________________________________________________________

УДК 625.7

ОШИБКИ, ДОПУЩЕННЫЕ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И СТРОИТЕЛЬСТВЕ ШУМОЗАЩИТНЫХ ЭКРАНОВ НА ТРАНСПОРТНОЙ РАЗВЯЗКЕ

Д. А. Шевелёв, магистрант; В. В. Сиротюк, доктор технических наук, профессор;

Е.А. Геращенко, магистрант;

В. В. Голубенко, кандидат технических наук

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)», Омск, Россия

Аннотация. В городских условиях главным источником шума является автомобильный транспорт, на долю которого приходится, по разным данным, до 80% всего шума. В условиях стеснённой городской застройки, высокой плотности улично-дорожной сети, дефицита свободных территорий наиболее целесообразно применение шумозащитных сооружений в виде придорожных шумозащитных (акустических) экранов - вертикальных стенок, устанавливаемых максимально близко к транспортной магистрали. Однако далеко не всегда удаётся выполнить все требования нормативов при проектировании и строительстве конкретных объектов. В данной статье представлен критический анализ эффективности установки шумозащитных экранов на транспортной развязке по ул. 15-я Рабочая в г. Омске. Оценка эффективности шумозащитных экранов производилась двумя методами: расчётным и экспериментальным. По результатам проведённого расчёта сделан вывод, что шумозащитные сооружения не выполняют свою функцию в полной мере, жилая застройка на рассматриваемом участке находится в зоне шумового дискомфорта. Результаты натурных измерений подтвердили расчётные данные. В статье даны рекомендации по исправлению некоторых недостатков, допущенных при проектировании и строительстве шумозащитных экранов.

Ключевые слова: шумовое загрязнение, шумозащитные экраны, транспортный поток, эффективность снижения шума.

ERRORS MADE DURING THE DESIGN AND CONSTRUCTION

OF NOISE SCREENS AT A TRAFFIC INTERCHANGE

D. A. Shevelev, master's student;

V.V. Sirotyuk, рrof., doktor. tech. sciences;

E. A. Gerashchenko, master's student;

V. V. Golubenko, сand. tech. sciences

Federal State Budget Educational Institution of Higher Education

«The Siberian State Automobile and Highway University», Omsk, Russia

Abstract. In urban settings, the main source of noise is road transport, which accounts for up to 80% of all noise, according to various sources. In conditions of cramped urban development, high density of the road network, and lack of free territories, it is most appropriate to use noise protection structures in the form of roadside noise protection (acoustic) screens - vertical walls installed as close as possible to the transport highway. However, it is not always possible to meet all the requirements of standards in the design and construction of specific objects. This article presents a critical analysis of the effectiveness of installing noise screens at the transport interchange on 15-ya Rabochaya street in Omsk. Evaluation of the effectiveness of noise barriers was carried out by two methods: calculated and experimental. Based on the results of the conducted calculation, it is concluded that the noise protection structures do not perform their function fully, and the residential development on the site in question is located in the noise discomfort zone. The results of field measurements confirmed the calculated data. The article provides recommendations for correcting some of the shortcomings made in the design and construction of noise screens.

Keywords: noise pollution, noise screens, traffic flow, noise reduction efficiency.

504

ОБРАЗОВАНИЕ. ТРАНСПОРТ. ИННОВАЦИИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

Сборник материалов III Национальной научно-практической конференции

_______________________________________________________________________________________

Введение

Развитие транспортной сети и повышение уровня автомобилизации приводит к шумовому загрязнению воздушной среды, поэтому данный вопрос в настоящее время является одним из актуальных. Физическая сущность звука заключается в возбужденном каким-либо источником колебании атмосферы (или иной проводящей среды). Ухо реагирует на колебательные процессы с частотой от 20 Гц до 20 кГц [1].

Шумовое загрязнение - это превышение естественного уровня шумового фона или ненормальное изменение звуковых характеристик: периодичности, силы звука и пр. Шумовое загрязнение входит в тройку самых значительных экологических нарушений в мире [2]. Проблема защиты населения от повышенного шума - это в первую очередь, проблема сохранения здоровья. Особенно остро этот вопрос стоит у жителей мегаполисов и крупных городов. Шумовое загрязнение приводит к повышенной утомляемости человека и животных, понижению производительности труда, физическим

инервным заболеваниям.

Вгородских условиях главным источником шума является автомобильный транспорт, на долю которого приходится до 80% всего шума. Люди, живущие вблизи улиц с большой интенсивностью движения, чаще жалуются на головные боли, бессонницу и общее недомогание. Согласно данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) [2], сердечнососудистые заболевания могут возникнуть, если человек по ночам постоянно подвергается воздействию шума громкостью 50 дБ или выше – такой шум издает улица с неинтенсивным движением.

Воснову гигиенически допустимых уровней шума для населения положены фундаментальные физиологические исследования по определению действующих и пороговых уровней шума [3-7]. В настоящее время шумы для условий городской застройки нормируют в соответствии с СН № 2.2.4/2.1.8.562-96 Санитарными нормами допустимого шума в помещениях жилых и общественных зданий и на территории жилой застройки. СП 276.1325800-2016 Правила проектирования защиты от шума транспортных потоков приводит допустимые величины эквивалентного звукового давления (уровни шума) в соответствии с действующими санитарными нормами.

Врассматриваемых нами задачах имеют значение предельные показатели для следующих условий: территории, непосредственно прилегающие к жилым домам (2 м от ограждающих конструкций), площадки отдыха микрорайонов и групп жилых домов, площадки детских дошкольных учреждений, участки школ - 45 дБ.

Вусловиях стесненной городской застройки, высокой плотности улично-дорожной сети, дефицита свободных территорий наиболее целесообразно применение шумозащитных сооружений в виде придорожных шумозащитных (акустических) экранов - вертикальных стенок, устанавливаемых максимально близко к транспортной магистрали, но не ближе предельно допустимого расстояния по габаритам приближения. Появление первых в мире акустических экранов (АЭ) следует отнести к концу XIX века, когда в Лондоне вдоль железной дороги были установлены первые экраны из бетона. Во второй половине XX в. более 60 лет назад в США, странах ЕС, Японии начались массовые применения АЭ. Например, в Японии к концу XX в. на железных и автомобильных дорогах было установлено более 5 тыс. км АЭ [6]. В РФ первые АЭ появились немногим более 25 лет назад на МКАД [3], а первый нормативный документ, позволяющий проектировать АЭ, появился в нашей стране в конце 70 гг. XX века (СНиП II-12-77).

Шумозащитные экраны выполняют множество функций помимо прямого предназначения – защиты от шума. Установленные вдоль дорог они выполняют функцию барьера. С одной стороны, экраны перегораживают выход на проезжую часть людям и животным, что способствует предотвращению чрезвычайных аварийных ситуаций, а с другой – защищают придорожную территорию от распространения загрязняющих компонентов, идущих от дороги [8-10].

На сегодняшний день технология изготовления и применения экранов, защищающих от шума, достаточно интенсивно развивается, внедряются различные инновации и более эффективные решения. Однако основная классификация остаётся – конструкции этого типа условно делятся на три категории по принципу работы:

- звукопоглощающие защитные экраны; - звукоотталкивающие защитные экраны; - комбинированные защитные экраны.

Акустический экран (АЭ) и его элементы должны обеспечивать требуемое снижение шума, обладать достаточной механической прочностью, стойкостью к деформации и устойчивостью при воздействии расчётных (весовой, ветровой и снеговой) нагрузок. АЭ также должен обладать коррозионной стойкостью, долговечностью, вандалозащищённостью, огнестойкостью, ремонтопригодностью и удобством в обслуживании. Проектирование АЭ ведут с учётом нормативных документов, включая ГОСТ Р 52748, СП 22.13330, СП 24.13330, СП 35.13330, СП 45.13330, СП 131.13330, СП 52-101. Однако далеко не всегда удаётся выполнить все требования при проектировании и строительстве конкретных объектов. В данной статье представлен критический

505

Направление 3. Инновационное развитие архитектурно-строительного комплекса

_______________________________________________________________________________________

анализ эффективности установки шумозащитных экранов на транспортной развязке по ул. 15-я Рабочая в г. Омске.

Эта транспортная развязка имеет общую протяжённость около двух километров и включает в себя реконструированные участки улиц Демьяна Бедного, Хабаровская и непосредственно 15-я Рабочая. Путепровод проходит через пути Транссибирской магистрали. Эта транспортная развязка (рисунок 1) обеспечивает прямую связь двух промышленных районов (Ленинский и Октябрьский округа), а также микрорайона «Чередовый» с крупнейшими магистралями Омска – улицы Кирова и Богдана Хмельницкого.

Рисунок 1 – Внешний вид транспортной развязки

Материалы и методы

Основным источником шума на этой развязке является автомобильный транспорт, движущийся по ул. Хабаровская, ул. 15-я Рабочая, ул. Д. Бедного. Доля грузовых автомобилей и автобусов в составе транспортного потока составляет менее 5%. Геометрические параметры поперечного профиля: ширина проезжей части 10,5 м, поперечный уклон 2,0%.

Рассматриваемая развязка обустроена комбинированными шумозащитными экранами ограниченной длины (рисунок 2).

Рисунок 2 – Шумозащитные экраны на улицах транспортной развязки

Оценка эффективности шумозащитных экранов производилась двумя методами.

Первый метод – расчётный

Расчёт шумового воздействия от транспортного потока на жилую застройку производился по методике ОДМ 218.2.013-2011. Для выполнения расчётов был определён состав и интенсивность движения транспортных средств на каждом участке развязки. Установлены геометрические параметры на объекте, требуемые для расчёта.

Застройка на рассматриваемом участке малоэтажная. В большей части застройка представлена одноэтажными частными домами с ограждающими конструкциями (заборами) и окнами, выходящими на улицу. При оценке необходимости снижения транспортного шума рассматривалась первая линия застройки. Расчётные сечения приняты для крайних жилых домов, для зданий расположенных наиболее близко к проезжей части и для зданий с возможным наибольшим воздействием шума. Расположение расчётных точек определено по ГОСТ 20444-2014. Схема для расчётов представлена на рисунке 3.

506

ОБРАЗОВАНИЕ. ТРАНСПОРТ. ИННОВАЦИИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

Сборник материалов III Национальной научно-практической конференции

_______________________________________________________________________________________

Рисунок 3 – Схема положения источника шума: ИШ – источник шума; РТ – расчётная точка; ШХТП – шумовая характеристика транспортного потока

Шумовая характеристика транспортного потока (ШХТП) определяли на расстоянии 7,5 м от оси ближайшей полосы движения, на высоте 1,5 м над уровнем поверхности. Расчётное значение ШХТП в виде максимального уровня звука установлено LАмакс7А.= 80,0 дБА (в виду наличия грузовых автомобилей и автобусов и скорости движения потока - 50 км/ч).

Расчётное значение ШХТП в виде эквивалентного уровня звука определяли по формуле.

расстоянии 7,5 м от оси ближайшей полосы движения и на высоте 1,5 м над уровнем проезжей части;LАгруз - поправка, дБА, учитывающая грузовые автомобили и автобусы в составе транспортного

потока; LАск - поправка, дБА, учитывающая среднюю скорость движения; LАук - поправка, дБА,

учитывающая величину продольного уклона; LАпок - поправка, дБА, учитывающая тип покрытия проезжей части дороги; LАрп - поправка, дБА, учитывающая ширину центральной разделительной полосы; LАперес - поправка, дБА, учитывающая наличие пересечения автомобильной дороги.

При LАмакс7А. (расчётное значение эквивалентного уровня звука) определяли по формулам (2), (3) и (4).

где N – расчётная интенсивность движения, авт/ч, в дневной или ночной периоды времени, определяемая по формулам:

Принятые, согласно исходным данным, значения поправок приведены в таблице 2.

507

Направление 3. Инновационное развитие архитектурно-строительного комплекса

_______________________________________________________________________________________

Таблица 2 – Значения поправок

Значения эквивалентного и максимального уровня шума с учётом поправок представлены в таблице 3.

Таблица 3 – Значения шумовой характеристики транспортного потока (ШХТП) с учётом поправок