УДК 69:658(045)

Раздел 10. СТРОИТЕЛЬСТВО И СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

1053

1054

А. М. Багимов, магистрант Г. И. Яковлев, доктор технических наук, профессор

Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова

Применение многослойных углеродных нанотрубок для модификации жидкостекольных вяжущих и теплоизоляционных материалов на их основе

Вяжущие на основе портландцемента и жидкого стекла находят свое применение для изготовления строительных материалов со специальными свойствами, в частности кислотоупорных и жаростойких бетонов. Жидкое стекло представляет собой водный раствор силикатов щелочных металлов. На основе жидких силикатных стекол изготавливаются также вспучивающиеся огнезащитные композиции. Это говорит о востребованности жидкостекольных вяжущих в строительной индустрии.

Вместе с тем жидкостекольные вяжущие имеют следующие недостатки: ограниченная водостойкость, пористость структуры и усадочные дефекты, вызванные особенностями твердения коллоидных систем.

Для устранения недостатков и улучшения физико-механических свойств предлагается модификация разрабатываемого вяжущего путем введения в его состав многослойных углеродных нанотрубок.

Установлено, что введение углеродных наносистем в состав минеральных вяжущих матриц приводит к структурированию с формированием кристаллогидратных новообразований повышенной плотности и прочности [1].

В статьях, посвященных наномодификации цементных матриц, отмечается [2], что введение углеродных нанотрубок приводит к улучшению механических показателей цементных бетонов на 15‒20 %. В то же время имеются исследования, в которых показано, что минеральные матрицы способны повысить свою прочность в 2‒3 раза при введении в состав вяжущего углеродных наносистем в пределах 0,0024 % от массы вяжущего [3]. Отмечается, что углеродные нанотрубки способны изменять микроструктуру матрицы за счет увеличения содержания гидросиликатов кальция повышенной плотности и снижения нанопористости [4].

Основной целью данного исследования является получение быстротвердеющей вяжущей композиции на основе портландцемента и жидкого натриевого стекла, имеющей повышенные физико-механические характеристики за счет модификации многослойными углеродными нанотрубками, а также установление влияния нанотрубок на структуру и свойства полученной композиции.

Отверждение жидкого стекла в нормальных условиях происходит крайне медленно, поэтому при использовании его в качестве вяжущего применяются различные способы ускорения твердения, в том числе химическое отверждение. Распространенным отвердителем жидкого стекла является портландцемент, однако вследствие большой поглощающей способности поверхности частиц цемента происходит практически мгновен-

1055

ное обезвоживание жидкого стекла с последующей коагуляцией и твердением. Технологически такая смесь непригодна для использования из-за быстрых сроков отвердевания.

В работе [5] блокирование поверхности портландцементного клинкера фосфат-ионами приводило к понижению концентрации кальция в жидкой фазе на полтора порядка в начальный период взаимодействия клинкера с жидким стеклом. Фосфат натрия (2,5 масс. %) вводился вместе с частью воды в систему перед добавлением жидкого стекла (n=3,2; ρ=1450 кг/м3) в количестве 10 масс. % от количества цемента.

Для приготовления вяжущего использовалось жидкое натриевое стекло с плотностью ρ = 1,35 г/см3; в качестве отвердителя ‒ портландцемент марки ПЦ 500-Д0. Для оптимизации структуры вяжущего в состав жидкого стекла вводились диспергированные углеродные нанотрубки GraphistrengthTM, которые состоят из нескольких слоев атомов углерода и имеют внешний диаметр 10 ‒ 15 нм, длину 1 ‒ 15 мкм [6].

Для получения цементно-силикатного вяжущего, имеющего оптимальные с технологической точки зрения сроки схватывания, экспериментальным путем подбирались соотношения компонентов и концентрация замедлителя. В жидкое натриевое стекло с целью его коагуляции и повышения водостойкости добавляли цементное тесто с замедлителем твердения. В процессе твердения полученной вяжущей композиции происходят физико-химические превращения, в результате которых формируется дисперсная система, коллоидная фаза которой обладает вяжущими свойствами. При этом из коллоидов, образовавшихся при коагуляции жидкого стекла, активно отводится вода на гидратацию цемента, а образующаяся поровая среда заполняется новообразованиями портландцемента, что приводит к повышению прочности контактов между всеми составляющими композиции [7].

Сроки схватывания вяжущего составляют 10 ‒ 20 мин в зависимости от концентрации введенного замедлителя. Отформованный материал в течение 7 суток приобретает прочность на сжатие до 4 ‒ 6 МПа.

Для улучшения свойств разработанной теплоизоляционной композиции в процессе приготовления вяжущего в его состав вводилась водная суспензия многослойных углеродных нанотрубок.

Введение углеродных нанотрубок приводит к структурированию це- ментно-силикатной матрицы с образованием плотной бездефектной оболочки по поверхности твердых фаз, включая частицы цемента и заполнителя, обеспечивающей лучшее сцепление с их поверхностью. При этом посредством контактных взаимодействий структурированных граничных слоев формируются пространственные каркасные ячейки в структуре модифицированной матрицы [4].

Как видно из графика (рис. 1), прочность материала с концентрацией нанотрубок 0,005 % превышает прочность контрольного состава на 79%. При модификации отмечается уменьшение числа дефектов и уплотнение структуры композиции (рис. 3). Являясь нанодисперсной арматурой, углеродные нанотрубки также препятствуют образованию трещин, харак-

1056

терных для цементно-силикатного вяжущего вследствие его большой усадки при твердении [11].

Рис. 1. Зависимость прочности и плотности вяжущего от концентрации вводимых нанотрубок

При введении углеродных нанотрубок в жидкое стекло и последующей его коагуляции в среде хлорида кальция отмечается повышенное, по сравнению с немодифицированным составом, образование гидросиликатов кальция (рис. 2). Гидросиликаты кальция имеют вид протяженных структур, уплотняющих и повышающих структурную прочность композиции.

а) б)

Рис. 2. Структурообразование гидросиликатов кальция в жидкостекольной композиции: (а) – без введения нанодисперсных добавок; (б) – при добавлении

углеродных нанотрубок в концентрации 0,01%

Полученный состав успешно применялся в качестве вяжущего для изготовления теплоизоляционных материалов [8]. При этом заполнителями служили гранулы на основе природных пористых минералов, таких как диатомит и перлит. При использовании диатомита в качестве заполнителя в сочетании с разработанным вяжущим был получен особо легкий крупнопористый бетон плотностью 380 ‒ 390 кг/м3 (марка D400) и теплопроводностью 0,08 Вт/(м·К), который может найти применение в многослойных ограждающих конструкциях в качестве теплоизоляционного слоя.

1057

При использовании в качестве заполнителя перлита фракции 0,5 – 1,5 мм возможно получение материала с плотностью 500 ‒ 800 кг/м3. Данный материал благодаря своим свойствам и высокой адгезии жидкого стекла, входящего в состав вяжущего, можно применять в качестве легкой теплоизоляционной штукатурки. Разработанное вяжущее находит также применение для изготовления строительных композитов на основе древесных и других целлюлозосодержащих отходов. На основе жидкого натриевого стекла, модифицированного углеродными нанотрубками, был получен огнезащитный состав, обладающий повышенной прочностью.

Существует возможность дальнейшего повышения физикомеханических показателей цементно-силикатного вяжущего путем оптимизации способов диспергирования и введения углеродных нанотрубок.

В ходе данного исследования были решены следующие задачи: определены оптимальные с точки зрения технологии и прочностных качеств пропорции компонентов цементно-силикатного вяжущего, установлены оптимальные концентрация и способ введения замедлителя твердения; установлены основные закономерности влияния углеродных нанотрубок на структуру и свойства композиции. Введение углеродных нанотрубок позволяет повысить плотность структуры и минимизировать усадочные явления жидкостекольной композиции, что в конечном счете приводит к повышению механических показателей и долговечности вяжущего.

Список литературы

1.Yakovlev G.I., Pervushin G.N., Korzhenko, Burianov A.F., Pudov I.A., Lushnikova A.A. Modification of Cement Concretes with Multilayer Carbon Nanotubes. Construction materials № 2, 2011, P.47–52.

2.Konsta-Gdoutos M.S., Metaxa Z.S., Shah S.P. Highly Dispersed Carbon Nanotube Reinforced Cement Based Materials. Cement and Concrete Research, Vol. 40 (7), 2010, P. 1052–1059.

3.Маева И.С., Яковлев Г.И., Первушин Г.Н., Бурьянов А.Ф., Пустовгар А.П.

Структурирование ангидритовой матрицы нанодисперсными модифицирующими добавками // Строительные материалы, № 6, 2009. – С. 4–5.

4.Пудов И.А., Яковлев Г.И, Лушникова А.А., Изряднова О.В. Гидродинамический способ диспергации многослойных углеродных нанотрубок при модификации минеральных вяжущих (Hydrodinamic Way of Dispergation of Multilayer Carbon Nanotubes at Modification of Mineral Binders)// «Интеллектуальные системы в производстве» № 1 (17) 2011 – С. 285–293.

5.Корнеев В.И. Данилов В.В. Растворимое и жидкое стекло. Санкт-Петербург: Стройиздат, СПб., 1996. – 216 с.; ил.

6.Bordere S., Corpart J.M., BouniaNE.El, Gaillard P., PassadeBoupat N., Pic-

cione P.M., Plée D. Industrial production and applications of carbon nanotubes/ Arkema, Groupement de Recherches de Lacq, www.graphistrength.com.

7.Pislegina A. V., Yakovlev G.I., Pustovgar A. P. Modified silicate coating. // Proceedings of scientific readings «Modern building materials», Moscow, 2009, P. 192–198.

8.Bagimov A.M, Evsyagina A.V., Michalkina T.M., Yakovlev G.I. Heat-insulating material based on granular diatomite and silicate binder modified with carbon nanotubes/ Nano-technology for eco-friendly and durable construction, Cairo 17–18 April 2011.

1058

У. В. Баталова, магистрант

Н. Н. Дмитриева, кандидат архитектуры, доцент Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова

Интерпретация образа города в зарубежной и отечественной архитектуре

Что такое образ города? Ответ на этот вопрос всегда был актуальным и достаточно многоаспектным. Как точно заметил К.Линч «подобно произведению архитектуры, город представляет собой конструкцию в пространстве, но гигантского масштаба, нечто такое, что можно воспринять только за продолжительное время» [1]. Город со временем меняется. Это связано с его ростом, с повышением деловой, социальной и строительной активности, совершенствованием инфраструктуры, застройкой и реконструкцией, улучшением экологического состояния городской среды. Все это влияет, прежде всего, на изменение планировки города.

Стоит отметить, что эволюция планировочной структуры ведет к эволюции образа города. На образ также влияют планировочная композиция, архитектурные ансамбли, открытые пространства, улицы, зоны рекреационного назначения, т.е. все знаковые элементы архитектурнопланировочной структуры.

Притягательность образов есть в зарубежной архитектуре.

Париж – город любви и французской моды. Это выражается изящной архитектурой, средневековыми улочками, элегантными бульварами, живописными парками в королевском стиле. Образ этого города также изменялся со временем. Созданная в средневековье радиально-кольцевая структура улиц была дополнена широкими парадными магистралями и кольцом больших бульваров, возникших на месте бывших крепостных стен, берега Сены соединили свыше 60 мостов. Также при крупномасштабной реконструкции барона Османа в Париже были созданы площади

спрямыми расходящимися улицами, разбиты лесопарки - Булонский лес (на западе) и Венсенский лес (на востоке). Город живописно раскинулся на берегах и в долине Сены, на окружающих холмах и лесистых плато. Гран Пале (Большой дворец), музей Жакмар-Андре, Елисейский дворец – эти места восхищают каждого, кто ступил на их территорию.

Самый известный памятник истории и национальный символ Франции

– Эйфелева башня. Сейчас ее называют грациозным символом, подчеркивающим любовь французов ко всему прекрасному. Однако ее появление в 1889 г. парижане встретили возмущением.

Еще один символ города и страны – собор Парижской богоматери. В его архитектуре с одной стороны, присутствуют отголоски романского стиля Нормандии со свойственным ему мощным и плотным единством, а

сдругой, ‒ использованы новаторские архитектурные достижения готиче-

1059

ского стиля. Попав в собор, можно подняться наверх, на башни, чтобы увидеть потрясающее зрелище – галерею химер.

Елисейские поля – это самая известная улица города, улица официальных торжеств и парадов. Полями это место зовется не зря, много веков назад здесь были лишь болота и луга с зеленой травкой. К Елисейским полям относится знаменитая площадь Шарля де Голля (второе название ‒ площадь Звезды). Здесь же, в центре площади, на холме Шайо, возвышается царственная Триумфальная арка.

Первый камушек в основание моста Александра III заложил сам российский император. Это самый красивый мост над Сеной. Он украшен изображениями духов воды, морских чудовищ и нимф. Четыре столпа моста увенчаны скульптурами – аллегориями Науки, Искусства, Торговли и Промышленности.

Жители считают свой город уникальным, а туристы говорят, что попав даже один раз, пусть ненадолго, в Париж – уже не сможешь его забыть.

Интересные образы присутствуют и в российских городах. Санкт-Петербург – город разводных мостов и белых ночей, дворцов

императоров и роскошных фонтанов. Это «Северная Венеция», «окно в Европу», «культурная столица России».

Величественный облик зданий Петербурга, строгая планировка прямых улиц, просторные площади, зелень парков и садов, гладь рек и каналов, архитектурно оформленные набережные, многочисленные мосты, красивые ограды, выдающиеся произведения монументальной скульптуры придают Петербургу уникальный, своеобразный характер. Петербург застраивался по регулярному плану. Организующим началом города стал водный простор Невы и ансамбль Петропавловской крепости. Админи- стративно-общественный центр намечался на Васильевском острове. Однако возросшая роль Адмиралтейства как промышленного центра, а также отсутствие мостов через Неву и трудность доставки на Васильевский остров строительных материалов обусловили преимущественное развитие города на левом берегу Невы.

Широкий прямой Невский проспект, огромная Дворцовая площадь, узорчатые ограды, величественные архитектурные ансамбли, скульптуры и фонтаны - все это формирует неповторимый облик Санкт-Петербурга.

Великолепный архитектурный ансамбль – площадь Искусств. Он слагается из трех основных частей: здания Государственного Русского музея с его флигелями и садом, площади со сквером перед дворцом с домами по ее периметру и Михайловской улицы, связывающей площадь Искусств с Невским проспектом. Три центральных площади Санкт-Петербурга ‒ Дворцовая, Сенатская площадь и Исаакиевская ‒ с расположенными на них Зимним дворцом, Главным штабом, Адмиралтейством, Исаакиевским собором и другими зданиями образуют единый пространственный организм на берегу Невы. Исаакиевская площадь по времени своего формирования ‒ последняя из крупных площадей, определяющих современный

1060

облик центра Санкт-Петербурга. Своеобразие архитектурного облика Санкт-Петербурга определяется неразрывной связью его важнейших архитектурных ансамблей с водными просторами Невы. При создании Петропавловской крепости, зданий Смольного монастыря, площади Декабристов, Александро-Невской лавры учитывались природные условия местности, где при крайнем однообразии рельефа имели особое значение широкие перспективы полноводной реки.

Местные жители считают, что их город нельзя не полюбить, а у туристов Санкт-Петербург стал популярным местом отдыха. За три столетия он стал крупным центром мировой и российской культуры.

Москва – это столица России и крупнейший город мира. Она хранит свои тайны в архитектуре, в названиях улиц и площадей. Уже несколько веков ее архитектурные ансамбли, такие как Московский Кремль и Красная площадь, ‒ являются символами страны.

Если посмотреть на карту города, то можно увидеть, что Москва похожа на слегка вытянутое с севера на юг солнышко. Исторически в ней сложилась радиально-кольцевая планировка. Но границы города несколько раз менялись.

Самое древнейшее кольцо, ‒ Кремль. В конце XIV века он окружается первым кольцом, по которому возводится Китайгородская стена. Затем возникает новый рубеж ‒ Белый город, построенный в форме подковы. Следующее кольцо ‒ современное Садовое ‒ в древности носило имя Земляного или Деревянного города. Далее был насыпан Камерколлежский вал. Пятое кольцо ‒ было создано Окружной железной дорогой. И наконец, последнее кольцо, являющееся современной границей города, Московская кольцевая автомобильная дорога (МКАД), построена в 1940-х гг.

Из архитектурных ансамблей, кроме Кремля и Красной площади стоит отметить еще и семь высотных зданий, которые также являются настоящим лицом Москвы. Это знаменитые «сталинские» высотки. В 1947 году городу Москве исполнялось 800 лет, к этому торжественному событию правительством было решено возвести восемь высотных зданий. Они должны были олицетворять мощь великой страны и советского народа. Все 8 московских высоток были заложены в день 800-летия Москвы. К сожалению, одна из Сталинских высоток не была закончена из-за финансовых трудностей. Позже на фундаменте восьмой высотки была построена гостиница «Россия».

Арбат, давно ставший символом старой Москвы, он увековечен в стихах, в прозе, в песнях и в кино. На Арбате находится ряд достопримечательностей, такие как театр имени Вахтангова, дома, связанные с жизнью известных деятелей культуры.

Таким образом, интерпретация образа города в зарубежной и отечественной архитектуре складывается из чувств вызванных градостроительным контекстом. Эмоциональное впечатление формируется на основе

1061

значимых архитектурных ансамблей, архитектурно-планировочной структуры (простоты ее прочтения), уникальных объектов ландшафтной архитектуры. Образ города – это, в том числе, и отношение людей к этому городу, это чувство восприятия, которое формируется у горожан и возникает у приезжих и туристов.

Список литературы

1. Кевин Линч. «Образ города». – М.: Стройиздат, 1982. – 328 с.

Я. В. Белых, аспирант В. Г. Исаков, доктор технических наук, профессор

Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова

Современное состояние обработки сточных вод объектов уничтожения химического оружия в России

Россия является прямым и единственным правопреемников бывшего

СССР по всем аспектам химического оружия и обладает самым большим в мире арсеналом этого вида оружия [2]. Все химическое оружие СССР – унитарного типа, то есть боеприпасы и емкости содержат готовые ОВ.

Хранение ОВ обеспечивается на 7 специально оборудованных и тщательно охраняемых арсеналах Министерства обороны РФ: г. Почеп (Брянская обл.), пос. Леонидовка (Пензенская обл.), пос. Марадыковский (Кировской обл.), г. Камбарка и п.г.т. Кизнер (Удмуртская республика), п.г.т. Горный (Саратовской обл.), г. Щучье (Курганская обл.).

Наиболее значительные запасы химического оружия (люизита и ФОВ) сосредоточены на территории Удмуртии

Рассмотрим проблему уничтожения ОВ на примере люизита в г. Камбарка, где он содержится в емкостях.

Как известно, существует ряд технологий по уничтожению люизита, предложенных различными российскими фирмами, компаниями и организациями. В табл. 1 приведен перечень российских технологий по уничтожению люизита.

Проблема уничтожения люизита затронула не только Россию, но и ряд зарубежных стран. Фирмы, разрабатывающие технологию уничтожения люизита:

–«Lurgi», Германия ‒ сжигание люизита с последующей очисткой отходящих газов и улавливанием соединений мышьяка;

–«MGS-Plasms AG», Германия ‒ использование плазмы для разложения люизита;

–«Teledyne ‒ Commjdore», США ‒ разложение люизита с использованием сольватированных электронов

1062

Таблица 2. Перечень основных источников образования сточных вод на ОУХО

Система сбора и обезвреживания сточных вод ОУХО разделена на несколько независимых систем (рисунок), отличающихся, в первую очередь, возможной остаточной концентрацией отравляющих и других вредных веществ и способами их нейтрализации и обезвреживания:

–система сбора и обезвреживания производственных сточных вод;

–система хозяйственно-бытовой канализации;

–система дождевой канализации.

Источниками воды и жидких отходов, система сбора и обезвреживания производственных сточных вод, являются:

1. Вода в составе реакционных масс, образующихся в процессе щелочного гидролиза люизита. Источниками воды в этом случае являются:

а) вода, используемая для разбавления NaOH до 20% концентрации и затем переходящая в РМ;

б) вода, образующаяся непосредственно в процессе гидролиза люизита по уравнениям (1) – (6);

в) технологическая вода, попадающая в РМ.

2. Сточные воды со следами ОВ, получающиеся в виде стоков лабораторий, дренажных вод, с участка приготовления дегазационного раствора, из спецпрачечной, аварийные смывы пола складов сырья, ливневые СВ со следами отравляющих веществ и др.

Все отработанные дегазирующие растворы и сточные воды, содержащие в своем составе остаточное количество люизита и мышьякосодержащие соединения, направляются на переработку. Жидкие отходы (отработанные дегазирующие растворы) собираются в аппаратах, где достигается детоксикация остаточных количеств люизита, после чего жидкие отходы направляются на термообезвреживание.

Сточные воды с лабораторий (по результатам анализа) разделяются на два потока: условно чистые направляются в канализацию, условно грязные – на термообезвреживание.

3.Сточные воды из установки термического обеззараживания твердых отходов, поступающие для получения конденсата в роторно-пленочных испарителях (РПИ).

4.Ливневые сточные воды, не содержащие ОВ, и хозяйственнобытовые сточные воды. Впрямую в производственном процессе не задействованы, за исключением подпитки системы оборотного водоснабжения из сборника ливневой канализации после очистки на локальных очистных сооружениях.

1064

Рисунок. Схема взаимодействия систем сбора и очистки производственных сточных вод, системы оборотного водоснабжения производственных зданий, хозяйственно-бытовой и дождевой канализации

1065

Системы сбора и обезвреживания производственных сточных вод, хо- зяйственно-бытовой канализации, дождевой канализации имеют значительную степень общности и взаимодействия и в силу этого при изучении не могут рассматриваться как изолированные как в плане материального, так и информационного взаимодействия.

Технология щелочного гидролиза и технология уничтожения люизита была отработана на модельной установке в п. Горном (Саратовской обл.) и на промышленной установке в г. Камбарка.

Список литературы

1.Абрамова, А. А. Сравнительный анализ систем безопасности обращения со сточными водами на объектах уничтожения отравляющих веществ в России и Германии / А. А. Абрамова, В. Г. Исаков // Система управления экологической безопасностью: сб. трудов заочн. междун. научно-практич. конф. − Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2008. ‒ С. 15‒18.

2.Радюшкин, Ю.Г. В мире никто не решал практические задачи уничтожения химического оружия. Что получается в России?/ Ю.Г. Радюшкин // Химия и бизнес. ‒ 2000. ‒ № 36. ‒ С. 12‒13.

Е. А. Борисова, магистрант

М. А. Плетнев, доктор химических наук, профессор Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова

Коррозия трубопроводов внутреннего пожаротушения и методы ее предотвращения

Противопожарный водопровод представляет собой систему водоснабжения, предназначенную для предотвращения возникновения пожаров, их тушения и ограничения распространения очагов воспламенения в зданиях. В зависимости от этажности здания и его огнеопасности противопожарные трубопроводы устраивают раздельными либо объединенными с водопроводом другого назначения, как правило, производственным или хозяйственно-питьевым. Раздельные противопожарные водопроводы проектируют в зданиях в тех случаях, когда объединение с другими водопроводами невозможно из-за их отсутствия, нерационально по техникоэкономическим соображениями или запрещено из-за качества транспортируемой воды. Раздельные противопожарные водопроводы наиболее экономичны, так как пожарный водопровод должен быть наполнены водой всегда. Главной проблемой в данной области является возникновение коррозии, которая ведет к непроходимости и отказу систем пожаротушения [3].

1066

Из-за постоянного контакта внутренней поверхности противопожарного трубопровода с водой на внутренней поверхности трубопровода возникает реакция химической коррозии, разрушения металла, связанного с взаимодействием металла и коррозионной среды, при котором одновременно окисляется металл и происходит восстановление коррозионной среды. Чистая вода – это жидкая среда, которая не является проводником электричества. Такая вода вызывает относительно быстрое корродирование стенок стальных труб изнутри, что приводит к резкому увеличению шероховатости, росту гидравлических сопротивлений водопроводных линий и, следовательно, снижению их пропускной способности и падению статического напора (в связи с чем уровень воды в стояке не стабилен). При осмотре разрушенных частей труб оказалось, что из-за коррозии толщина стенок некоторых частей доходила до 2 мм.

а) б)

Рис. 1. Вид внутренней поверхности водопроводных труб: А – участок стального трубопровода после 10 лет эксплуатации;

Б – то же после 20 лет эксплуатации [6]

Причинами возникновения коррозии в противопожарных трубопроводах являются следующие факторы:

1.Недостаточное качество воды;

2.Содержание в воде нерастворенного воздуха;

3.Влажность помещения.

Пожарно-оросительный трубопровод должен заполняться водой питьевого качества, прошедшей бактериологическую обработку и очищенной от механических примесей до допустимых уровней [4]. Однако, поскольку, вода зачастую не бывает химически обработана должным образом на горизонтальных участках трубопроводах, а так же в местах стыка труб с арматурой возникает скопление органического осадка, что приводит к зарастанию этих участков. Зарастание трубопровода создает благоприятную среду для развития микроорганизмов и закисания воды. Кислая среда запускает процессы электрохимической коррозии. Электрохимическая коррозия-это процесс, подчиняющийся законам элек-

1067

трохимической кинетики. При этом виде коррозии одновременно протекают две реакции - анодная и катодная , локализованные на определенных участках поверхности корродирующего металла, на поверхности образуются микрогальванические элементы «катод-анод», короткозамкнутые через сам металл. До тех пор, пока металл остается сухим, локальный ток и коррозия отсутствуют. При погружении металла в воду или электролит локальные элементы начинают функционировать, и их действие сопровождается превращением металла в продукты коррозии. Анод, разрушаясь, образует в трубе свищ.

Из рис. 1 мы видим, что на участке рН < 4,3 (сильно кислая среда) скорость коррозии чрезвычайно быстро возрастает с понижением рН. При рН < 4,3 происходит разряд всегда присутствующих в воде ионов водорода и образование атомов водорода с последующим образованием молекулярного водорода. В результате протекания электрического тока анод разрушается: частицы металла в виде ионов Fe 2+ переходят в воду или эмульсионный поток.

Рис. 2. Зависимость интенсивности коррозии от рН и температуры воды [6]

Не маловажным фактором в процессе коррозии противопожарного трубопровода является влажность помещения, в котором он расположен. При критической влажности (более 60-70%) на наружной поверхности трубопровода начинается образование тонкой влажной пленки. Толщина такой пленки составляет от 100 до 1 мкм. Образование этой пленки приводит к возникновению влажной атмосферной коррозии Атмосферную коррозию по степени увлажненности поверхности подразделяют на сухую, влажную , мокрую. Пожарный трубопровод подвергается влажной атмосферной коррозии.

Присутствие воздуха в транспортируемой воде (в питьевой воде содержится до 4%) и особенно его скопление в повышенных точках приво-

1068

дит к особому виду коррозии ‒ дифференциальной аэрации. Дифференциальная аэрация, имеет большое практическое значение, это элемент при котором электролит, окружающий один электрод, сильно аэрирован (катод), а электролит, окружающий другой электрод, деаэрирован (анод) [2]. Различие в концентрации кислорода создает разность потенциалов и вызывает прохождение тока. Действием элемента такого типа объясняется разрушение в щелях, образующихся на границе соединения двух труб, или на резьбовых соединениях. В данном случае концентрация кислорода в щели или резьбе ниже, чем на других участках трубы. В результате действия элемента такого типа происходит питтинговая коррозия под ржавчиной [5].

На аноде (меньше О2 ) М → Мn + ne;

На катоде (больше О2 ) H2O + 1/2OH + 2e- 2OH.

Для решения проблем коррозии, необходимо предпринимать [1]:

1.С повышением температуры окружающей среды процесс атмосферной коррозии замедляется. Влага, покрывающая металлоизделия, испаряется, уменьшается абсолютная влажность среды, что способствует конденсации влаги. Скорость атмосферной коррозии уменьшается;

2.Предотвращение контакта материала со средой с помощью изолирующего покрытия;

3.Наиболее распространенная агрессивная среда – вода. Агрессив-

ность водной среды зависит от растворенных в ней О2 и СО2, удаление которых является одним из методов борьбы с коррозией стали. Физиче-

ское удаление О2 и СО2 достигается нагревом воды при понижении давления или продувкой инертным газом;

4.Нанесение металлических или неметаллических покрытий. Неметаллическими защитными покрытиями могут выступать различные смазки, пасты, лакокрасочные материалы. Часто в их состав дополнительно вводят ингибиторы, пигменты, пассивирующие поверхность (например, цинк-хроматный пигмент для стали). Иногда поверхность превращают в трудно растворимый оксид или фосфат, обладающий защитными свойствами;

5.Снижение относительной влажности воздуха. Очень эффективный способ защиты металла от коррозии. Удаление влаги осуществляется подогревом помещения (отопление) либо осушкой воздуха. Очень часто достаточно поддерживать влажность атмосферы до 50 %. Если воздух содержит пыль, другие примеси, то 50 % влажность очень велика;

При сушке воздуха или повышения температуры затрудняется конденсация влаги на металле, что приводит к значительному уменьшению скорости коррозии;

6.Применение контактных и летучих (парофазных) ингибиторов. Контактные замедлители коррозии наносятся на поверхность изделия в виде водных растворов. Примером контактного ингибитора атмосферной коррозии может служить NaNО2. Летучие ингибиторы обладают высокой

1069

упругостью паров. Летучие ингибиторы коррозии заполняют герметичное пространство ( защита внутренней части трубы);

7.Увеличение химической стойкости самого конструкционного материала;

8.Применение новых конструкционных решений и методов рационального конструирования;

9.Регулирование величины электродного потенциала защищаемого изделия (электрохимическая защита).

10.Восстановление комплексной системы водоподготовки, контроля за ее работой, установкой нового оборудования, включенного в общую технологическую цепочку, учитывающую все технические аспекты работающей системы, а также массовая замена сгнивших трубопроводов на новые поможет решить проблемы коррозии трубопроводов внутреннего пожаротушения.

Сложность и многообразность процессов коррозии трубопроводов внутреннего пожаротушения определила то, что к настоящему времени не накоплено систематических данных, позволяющих прогнозировать характер и скорость коррозии трубопроводов внутреннего пожаротушения в тех или иных условиях эксплуатации сооружения. Прогнозирование опасности коррозии трубопроводов внутреннего пожаротушения и совершенствование противокоррозионной защиты трубопроводов являются приоритетными.

Список литературы

1.Зиневич, А. М. Защита трубопроводов и резервуаров от коррозии [Текст] / А. М. Зиневич, В. И. Глазков, В. Г. Котик. ‒ М. : Недра, 1975. ‒ 287 с.

2.Исаков, В. Г. Физико-химические основы коррозии металлов и защита от коррозии систем водо- и теплоснабжения: Учебное пособие для студентов специальностей 290700, 290800 теплотехнического факультета / В. Г. Исаков ; Ижевский гос. техн. университет – Ижевск, 2004. − 182 с.

3.Кедров, В. С. Санитарно-техническое оборудование зданий: Учеб. для вузов

/В. С. Кедров, Е. Н. Ловцов. - М. : Стройиздат, 1989. – 495 с.

4.Теребнев, В. В. Промышленные здания и сооружения. Серия «Противопожарная защита и тушение пожаров». Книга 2 / [и др.]. – М. : Пожнаука, 2006. – 412 с.

5.Коррозия дифференциальной аэрации [Электронный ресурс] / Режим до-

ступа : www.metalcorrosion.blogspot.ru, свободный. – Загл. с экрана.

6.Современные трубы и изделия для ремонта и строительства инженерных сетей [Электронный ресурс] / Режим доступа: www.teplo.kr-company.ru, свободный. – Загл. с экрана.

1070

В. С. Бурдин, магистрант, А. В. Шайбадуллина, аспирант

Г. И. Яковлев, доктор технических наук, профессор Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова

Отделочная фасадная композиция с эффектом поглощения электромагнитных волн

В настоящее время активное использование электромагнитного ресурса, cвязанное с развитием радиосвязи и различных систем передачи и дистанционной обработки информации, телевидения, мобильной связи, радиолокации и радионавигации, приводит к появлению дополнительного электромагнитного фона. В результате жизнедеятельности человека уровень электромагнитного излучения (ЭМИ) возрастает на несколько порядков по сравнению с естественным фоном. Повышенные уровни электромагнитного поля (ЭМП) усложняют функционирование маломощного высокоточного измерительного оборудования, обостряют проблемы электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств и защиты информации. ЭМИ радиочастотного диапазона, формируемое радиоэлектронными средствами, отличается от естественного фона по своим частотным и мощностным характеристикам и вносит дополнительный вклад

вреакцию биологических объектов. Зачастую реакции биообъектов трудно предсказуемы и носят комплексный характер [1, 2].

Радиопоглощающие покрытия характеризуются главным образом значениями коэффициентов отражения и прохождения, рабочим диапазоном длин волн, а также толщиной покрытия. Разработки таких покрытий сводятся в первую очередь к созданию композиционных материалов оптимальной толщины с минимальными коэффициентами отражения и прохождения в максимально широком диапазоне длин волн.

Решать такого рода задачи можно различными способами, например, с помощью различных металлических экранов, сеток, специальных тонкопленочных покрытий [3-6]. Однако данные решения являются весьма дорогостоящими. Более дешевыми и при этом достаточно эффективными являются композитные материалы, состоящие из диэлектрической матрицы, в которую включены различные проводящие материалы: отрезки проволоки, порошки металлов, порошки чешуйчатого графита [7-9]. Отражение и поглощение электромагнитного излучения такими материалами определяется, прежде всего, наполнителем и его геометрией. Меняя содержание наполнителя в диэлектрической матрице, можно варьировать эффективную комплексную диэлектрическую проницаемость, что позволяет регулировать отражающую и поглощающую способности материала

вотносительно широком диапазоне.

Одним из перспективных направлений является создание экранирующих материалов эффективных в применении, позволяющих снизить стои-

1071

мость и трудоемкость работ. Но, несмотря на актуальность проблемы, эта область изучена недостаточно, а объем экспериментальных данных по электромагнитным характеристикам и физическим свойствам ограничен. На сегодняшний день крайне мало разработано тонких радиопоглощающих материалов и экранов ЭМИ, обладающих хорошей гибкостью, приемлемыми электромагнитными характеристиками при небольшой толщине. Все это обусловило актуальность проведения исследований в этой области. Экспериментальные измерения электродинамических характеристик композитных материалов для СВЧ-диапазона проводятся косвенными методами: волноводным, резонаторным и радиоволновыми [10,11].

Для строительного материаловедения необходимым является разработка функциональных материалов с широким спектром возможностей. Существует множество исследований направленных на расширение номенклатуры материалов строительного назначения за счет их модификации дисперсными добавками [12]. Одним из перспективных направлений является использование в качестве модификаторов структуры и свойств материала многослойных углеродных нанотрубок.

Взависимости от своей внутренней конфигурации нанотрубки могут быть проводниками металлического типа или полупроводниками.

Нанотрубки с металлическим типом проводимости оценочно могут пропускать миллиард ампер на квадратный сантиметр. Одной из причин таких хороших проводящих свойств является маленькое количество дефектов, возникающих при синтезе нанотрубки, а также ее высокая теплопроводность. Она почти вдвое выше, чем теплопроводящие свойства алмаза.

Одним из актуальных направлений является создание экологичных отделочных составов на основе силикатной матрицы.

Для приготовления отделочных составов использовалось, в качестве

связующего, жидкое натриевое стекло (модуль 2,7…2,9; средняя плотность 1,45 г/см3). Учитывая его недостатки, как связующего, в состав композиций вводился в качестве отвердителя белый портландцемент, способный устранить или нивелировать эти недостатки. Для предотвращения мгновенного твердения системы вводился замедлитель, который способен временно нейтрализовать действие портландцемента за счет образования труднорастворимой пленки на поверхности его частиц. Для улучшения физико-технических характеристик силикатного покрытия и одновременно повышения плотности структуры использовался тонкомолотый известняк (диаметр частиц составляет 45 мкм). Для структурообразования отделочной силикатной композиции и создания экранирующего эффекта использовались многослойные углеродные наноструктуры

«GraphistrenghtTM» фирмы «Arkema», Франция [13].

Исследование электрических свойств

Входе проведенной работы были исследованы электрические свойства покрытий, модифицированных углеродными нанотрубками. В качестве

1072

объекта исследования были изготовлены образцы с подложкой из стекла марки М5 толщиной 3,2 мм размером 350x350 мм, на которое было нанесено исследуемое покрытие с введением многослойных углеродных наноструктур. В серии образцов распределение нанотрубок в объеме было равномерным, а ориентация их случайной. Такие образцы можно считать однородными и изотропными при измерениях в сантиметровом диапазоне. По результатом выяснилось, удельное сопротивление объекта контроля возрастает с уменьшением концентрации углеродных нанотрубок.

Рис. 1. Зависимость удельного сопротивления по поверхности образца от концентрации нанотрубок в составе покрытия

Как видно из рис. 1, диапазон изменения удельного сопротивления по поверхности образца при концентрации углеродных нанотрубок соответ-

ствует значениям: 0,1% ‒ [0,27 ÷ 0,47]·107 Ом·см, 1% ‒ [0,37 ÷ 0,7]·102 Ом·см, 3% ‒ [0,23 ÷ 0,39]·102 Ом·см.

При увеличении концентрации УНТ значение удельного сопротивления изменяется незначительно, поэтому дальнейшее увеличение не рационально и приводит к удорожанию покрытия. Больший интерес заслуживают низкие концентрации, т.к. при них материал больше проявляет поглощающие свойства, чем отражающие, меньшие концентрации не приводят к значительному изменению внешнего вида конструкции. Также в ходе работы проводились исследования более низких концентраций, но в связи с недостаточным распределением проводящих элементов в теле покрытия, зависимость не выявлялась, т.к. в некоторых участках была недостаточная чувствительность прибора.

1073

Исследование электромагнитных свойств

Объект контроля и генерирующая антенна располагались неподвижно. Детекторная антенна перемещалась на определенное расстояние от контролируемого объекта.

Рис.2. Блок-схема экспериментальной установки

Таким образом, была снята зависимость детектируемого напряжения от расстояния до контролируемого объекта. В качестве объекта контроля выступала силикатная композиция на основе углеродных нанотрубок. По значению напряжений детектора по тарировочным данным строилась зависимость напряженности электромагнитного поля от расстояния до контролируемого объекта.

Рис. 3. Значения коэффициентов экранирования относительно контрольных образцов ‒ λ-расстояние от исследуемого образца до излучающей антенны

Приведены значения коэффициентов экранирования на разных расстояниях от исследуемого образца до излучающей антенны, они изменяются

1074

согласно диаграммы направленности зигзагообразной антенны, имеющей форму лепестка, вершина которой находится на расстоянии λ=100см.

Добавление в состав композиционного материала углеродных нанотрубок приводит к плавному росту значений поглощения.

Эффективная поглощающая способность имеет типичную зависимость и увеличивается с ростом концентрации проводящего наполнителя. Как видно из графика достаточно эффективно поглощает покрытие с концентрацией 0,1 % (31 %). То есть, возможно, создание покрытия с меньшей степенью поглощения, но значительно с меньшей затратой наноматериала. Экранирующие свойства углеродных нанотрубок обеспечиваются их хорошей проводимостью. А низкий удельный вес и возможность получения на нано-основе тонких прозрачных пленок, не меняющих внешний вид экранируемого объекта, обеспечивают удобство их использования в качестве защитного покрытия.

Введение углеродных многослойных нанотрубок позволяет стимулировать структурообразование композиций и улучшать ее физикотехнические свойства, появляется эффект экранирования ЭМИ. Разработанные составы являются немагнитными материалами, не снижают естественное магнитное поле Земли. Совмещение в одном сооружении конструкционных и экранирующих свойств значительно снижает сроки ввода таких экранированных помещений в эксплуатацию. Экранирующие фасадные составы наносятся по обычной строительной технологии.

Список литературы

1.Лыньков, Л.М., Прище, С.Л., Богуш, В.А., Соловьев, В.В. Охрана труда и промышленная экология. Методы и средства экранирования электромагнитного излучения. - Мн., 2000. ‒ 106 с.

2.Лыньков, Л.М., Соловьев В.В., Борботько Т.В. Безопасность эксплуатации источников электромагнитных полей. - Мн., 2002, ‒ 74 с.

3.Казанцева, Н. Е. Перспективные материалы для поглотителей электромагнитных волн сверхвысокочастотного диапазона / Н. Е. Казанцева, Н. Г. Рывкина, И. А. Чмутин // Радиотехника и электроника. 2003. Т. 48, № 2. ‒ С. 196‒209.

4.Островский, О. С. Защитные экраны и поглотители электромагнитных волн

/О.С. Островский, Е. Н. Одаренко, А. А. Шматько // ФIП ФИПИ PSE. 2003. Т. 1, №2. ‒ С. 161–172.

5.Валюкенас, А. С. Исследование электропроводности тонких слоев Cu и Al на СВЧ и постоянном токе / А. С. Валюкенас, А. А. Видугирите, В. В. Кибартас, А.С. Лауцюс и др. // Литов. физ. сб. 1968. Т. 8, № 4. ‒ С. 22–29.

6.Каплан, А. Е. Об отражательной способности металлических пленок в СВЧ- и радиодиапазоне / А. Е. Каплан // Радиотехника и электроника. 1964. № 10. ‒ С.

15‒21.

7.Крылов, В. А. Защита от электромагнитных излучений / В. А. Крылов, Т. В. Юченкова. М. : Сов. радио, 1972. ‒ 216 с.

8.Ковнеристый, Ю. К. Материалы, поглощающие СВЧ-излучения / Ю. К. Ковнеристый, И.Ю. Лазарева, А. А. Раваев. М.: Наука, 1982. ‒ 164 с.

1075

9.Fan, Y. Evaluation of the microwave absorption property of flake graphite / Y. Fan, H. Yang, M. Li, G. Zou // Materials Chemistry and Physics. 2009. Vol. 115. P. 696‒698.

10.Завьялов, А. С. Измерения параметров материалов на сверхвысоких частотах / А. С. Завьялов, Г. Е. Дунаевский. Томск : Изд-во Томск. Ун-та, 1985.

11.Метод и установка для измерения электрических параметров слабо поглощающих диэлектриков на базе панорамного измерителя КСВН и ослабления // Электрон. техника. Сер. СВЧ-техника. 1988. Вып. 9 (413).

12.Пудов И.А., Яковлев Г.И., Лушникова А.А., Изрядного О.В. Гидродинамиче-

ский способ диспергации многослойных углеродных нанотрубок при модифика-

ции минеральных вяжущих/ Интелектуальные системы в производстве 1 (17)

2011. ‒ с. 285‒293.

13. Bordere S., Corpart J.M., Bounia NE.El, Gaillard P., Passade_Boupat

N.,Piccione P.M., Plée D. Industrial production and applications of carbon nanotubes/

Arkema, Groupement de Recherches de Lacq, www.graphistrength.com.

М. Б. Васильева, магистрант

Н. Л. Тарануха, доктор экономических наук, профессор Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова

Утепление фасадов как способ снижения потерь тепловой энергии в здании

Внастоящее время одним из приоритетных направлений архитектуры

истроительства является энергосбережение. При новом строительстве, реконструкции и капитальном ремонте уделяется большое внимание сокращению трансмиссионных потерь тепловой энергии (потерь энергии через наружные ограждающие конструкции здания).

Новое строительство ведется с учетом СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», в котором приведены нормируемые значения приведен-

ного сопротивления теплопередаче Rreq. На основе расчетов устанавливается минимальная толщина ограждающих конструкций, что позволяет сократить трансмиссионные потери.

Вжилом фонде Ижевска присутствует большое число домов массовых серий, построенных в период, начиная с 1960-х гг. Эти дома, запроектированные по СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника», в современных условиях не удовлетворяют требованиям действующих норм в плане комфортности и энергосбережения. Ограждающие конструкции таких зданий не соответствуют нормам тепловой защиты. В них велики потери тепловой энергии, влекущие за собой увеличение расхода топлив- но-энергетических ресурсов на отопление, горячее водоснабжение, а также рост расходов жильцов на оплату коммунальных услуг. В связи с этим, при проведении капитального ремонта многоквартирных домов производится утепление фасадов здания, замена кровли, окон, утепление вход-

1076

ных групп и ряд других мероприятий, направленных на сокращение потерь тепловой энергии.

Среди указанных мер выделим утепление фасадов. Данное мероприятие сегодня является неотъемлемой частью капитального ремонта на эксплуатируемых объектах.

Наиболее распространенными считаются два способа, при помощи которых можно провести утепление фасада дома:

‒штукатурный фасад;

‒вентилируемый фасад.

Применение этих технологий позволяет быстро провести работы по утеплению многоквартирных домов, без долгого и сложного процесса отселения жильцов.

Стоит отметить, что штукатурный фасад имеет существенный минус – зависимость от погодных условий. Во время проведения работ температура окружающей среды должна быть не ниже +5 °С. Влажность воздуха также должна быть соответствующей, чтобы обеспечивать равномерную и постепенную просушку укрепляющих и декоративных растворов. Применяемая в конструкциях теплоизоляция должна отвечать всем требованиям по показателям однородности, паропроницаемости и прочности, так как в ней может образовываться конденсат, накапливаться влага. Это, в свою очередь, ведет к образованию плесени и разрушению утеплителя.

Более технологичным является вентилируемый фасад.

Вентилируемая конструкция, с помощью которой можно провести утепление многоквартирного дома, представляет собой систему алюминиевого или стального каркаса, который монтируется непосредственно к фасаду дома, утеплителя и финишной облицовки здания в виде готовых декоративных панелей. Отсутствие «мокрых» процессов позволяет проводить работы на фасаде дома в любое время года. Навесные вентилируемые системы скрывают внешние дефекты стен. Значительным их преимуществом является существенное снижение уровня шума в помещениях.

Самыми популярными материалами для внешнего утепления являются минеральная вата, пенополистирол. Они различаются по свойствам, стоимости, имеют свои преимущества и недостатки. Сравним эти два вида утеплителя по различным критериям и определим, какому из них стоит отдать предпочтение при проведении капитального ремонта.

Минеральная вата состоит из стекловидных волокон с толщиной 5‒15 мкм, которые производят из вулканических пород, благодаря чему материал получает свойство негорючести. Утеплители на основе минеральной ваты просты в использовании и монтаже. Минеральная вата – химически пассивная среда и не вызывает коррозии при контакте с металлами. Помимо теплоизоляционных, обладает звукоизоляционными свойствами. Причем является звукопоглотителем. Среди недостатков можно выделить сравнительно небольшую прочность и интенсивное влагопоглощение. Для их исключения материал пропитывают полимерными смолами, которые

1077

образуют крепкие плиты ‒ материал недолговечный, с быстро разрушающимся связующим веществом.

Другой материал для утепления фасада многоквартирных домов ‒ это экструдированный пенополистирол. Он легок в обработке, не подвергается гниению, обладает малым весом. Имеется возможность склеивания с другими строительными материалами. Ячейки экструдированного пенополистрола непроницаемы, потому что, в отличие от пенопласта, не имеют микропор. Следовательно, проникновение газа и воды из одной ячейки в другую невозможно. Но есть и существенные недостатки: разрушаемость при контакте со сложными углеводородами; подверженность действию ультрафиолетового излучения (как результат длительного влияния солнца, на плитах появляется пыль, которую необходимо удалять). По степени горючести плиты из экструдированного пенополистирола относят к классу Г4. Это значит, что он поддерживает горение, но затухает при устранении источника воспламенения.

Рассмотрим целесообразность применения этих материалов с экономической точки зрения (на примере дома серии 1-467Д).

Легкобетонная стеновая панель толщиной 350мм не удовлетворяет требованиям тепловой защиты здания, поэтому после необходимых расчетов выполняется ее утепление системой вентилируемых фасадов. Для сравнения подсчитаем потери тепла в здании через существующую конструкцию стены и конструкцию стены с утеплением рассматриваемыми материалами.

Таблица 1. Расчетные условия для жилой части здания

После проведения теплотехнических расчетов и определения необходимой толщины слоя утеплителя определяем трансмиссионные потери тепловой энергии за отопительный период по следующей формуле:

где R – приведенное сопротивление теплопередаче по данным теплотехнического расчета и n = 1 – коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности стены по отношению к наружному воздуху [1].

С экономической точки зрения, эти потери определяются, исходя из стоимости 1 Гкал. В Ижевске, по состоянию на конец 2012 г., она составила 1221,94 руб. с учетом НДС.

Результаты расчетов сводим в табл. 2.

Таблица 2. Сравнительные характеристики различных конструкций стен

Сопоставив полученные результаты, делаем следующие выводы. Затраты на утепление фасадов экструдированным пенополистиролом, несмотря на его большую стоимость, на 206,62 тыс. руб. ниже, чем при утеплении минеральной ватой. Тем не менее, учитывая свойства материалов (горючесть, экологичность), утеплители из минеральной ваты более предпочтительны. При этом годовая экономия средств на отопление здания при утеплении минватой выше на 8,286 тыс. руб. С учетом среднегодового роста тарифов на тепловую энергию порядка 15%, делаем расчет, в результате которого определяем срок окупаемости ‒ 11,3 года (за это время окупится разница в расходах на утепление минеральной ватой и экструдированным пенополистиролом). Утепление минеральной ватой, несмотря на экологичность и безопасность, является менее экономически выгодным, так как окупается за достаточно длительный период.

1079

Таким образом, все виды утеплителя имеют свои достоинства и недостатки. Нередко при их подборе приходится делать выбор между ценой и качеством. Тем не менее, материалы постоянно совершенствуются. Необходимо работать над их свойствами, технологией монтажа и искать наиболее эффективные, экономически оправданные способы утепления фасадов.

Список литературы

1. Ватин, Н. И. Влияние уровня тепловой защиты ограждающих конструкций на величину потерь тепловой энергии в здании [Текст] / Н.И. Ватин, Д.В. Немова, П.П. Рымкевич, А.С. Горшков// Инженерно-строительный журнал. – 2012. – декабрь (№8 (34)). – С. 4‒14.

Ю.М. Васильченко1, кандидат технических наук,

А.В. Перевощикова1, бакалавр

М.Ю. Васильченко2, кандидат технических наук В.А. Баженов2, кандидат технических наук

А.Г. Бастриков2, инженер 1 ‒ Ижевский государственный технический университет

имени М.Т. Калашникова; 2 ‒ Ижевская государственная сельскохозяйственная академия

Волокнистый материал на основе полиэтилентерефталата, модифицированного медь/углеродными наноструктурами

Полимерные волокна находят широкое применение в качестве тепло-, звукоизоляционного, сорбционного материала. Перспективным способом получения полимерных волокон является вертикальный раздув расплава полимера. Ранее таким образом были получены волокна из чистого и вторичного (дробленые пластиковые бутылки) полиэтилентерефталата (ПЭТФ). Оказалось, что волокна способны отделять нефть от воды и удерживать еѐ. Однако, после попытки регенерации материала путем механического отжима, он разрушался.

Перед исследователями поставлена задача увеличения прочности и сорбционной способности волокон ПЭТФ по отношению к нефти. Для решения поставленной задачи использована модификация ПЭТФ медь/углеродными наноструктурами. Наноструктуры произведены на ОАО «ИЭМЗ «КУПОЛ» и представляют собой медные наночастицы со средним размером 25 нм, покрытые углеродной пленкой. Благодаря своей высокой удельной поверхности, частицы способны влиять на надмолекулярную структуру среды, в которую их помещают. Наноструктуры вводили в расплав полимера, который раздували сжатым воздухом в специальном устройстве. Так получены образцы с различным содержанием добав-

1080

ки.

С помощью оптической микроскопии установлено, что диаметр волокон меняется от 2 до 90 мкм в зависимости от содержания добавки, что может быть связано с изменением вязкости расплава в присутствии наноструктур. Самое тонкое волокно было получено при содержании добавки 0,7 % от общей массы. В структуре волокон обнаружены различные дефекты (борозды, переменный диаметр), которые увеличивают удельную поверхность волокон. Наличие дефектов объясняется особенностями кристаллизации расплава в присутствии добавки.

Исследование сорбционной способности волокон проводили по отношению к нефти гравиметрическим способом. Установлено, что волокна, содержащие наноструктуры в количестве ω = 0,5 – 0,7 % от общей массы расплава, обладают повышенной в 1,5-2 раза сорбционной способностью по сравнению с контрольным образцом без добавок. При большом содержании добавки (ω > 0,7 %) сорбционная способность падает, что объясняется нарушением процесса раздува в результате агломерации наноструктур в расплаве. Рост сорбционной способности модифицированных волокон объясняется увеличением их удельной поверхности.

При исследовании прочности отдельные волокна постепенно нагружали до разрыва. Далее вычислялась нагрузка в Н/мм2 с использованием диаметра волокон по данным оптической микроскопии. Установлено, что наибольшей прочностью обладают волокна с массовой долей добавки ω = 0,7 % от общей массы (в 30 раз больше контрольного образца). Это объясняется упорядочиванием структуры полимера. Снижение прочности при ω > 0,7 % может быть связано с образованием агломератов частиц, которые играют роль концентраторов напряжений.

Таким образом установлено, что модификация волокон ПЭТФ медь/углеродными наноструктурами позволяет увеличить их прочность и сорбционную способность по отношению к нефти.

Список литературы

1.Папков С.П. Теоретические основы производства химических волокон. –

М.: Химия, 1990. – 272.

2.Сентяков Б.А. и др. Технология и оборудование для производства волокнистых материалов способом вертикального раздува: монография. – Ижевск: Издво ИжГТУ, 2008. – 248.

3.Кодолов В.И., Хохряков Н.В. Химическая физика формирования и превращений наноструктур и наносистем: монография. В 2-х т. Ижевск: ФГОУ ВПО ИжГСХА. 2009. – 360, 416.

1081

Н. С. Вятчанина, студент

Л. И. Ившина, кандидат архитектуры, доцент Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова

Развитие строительства многоквартирных домов блокированного типа в г. Ижевске

Исследование вариантов застройки жилой территории является актуальным в области строительства. Последнее время, как правило, в этом вопросе руководствуются желанием увеличения плотности уже имеющейся городской застройки. При этом мало задумываясь об объемнопространственной составляющей территории.

Решением этого вопроса может стать развитие строительства таунхаусов. В переводе с английского «townhouse» ‒ «городской дом, особняк». Широкую известность в России они получили под названием блокированной жилой застройки. Согласно СНиП 31-01-2003 ‒ блокированный жилой дом ‒ здание, состоящее из двух квартир и более, каждая из которых имеет непосредственно выход на приквартирный участок [1]. Есть и другое определение, характеризующее блокированный жилой дом, как совокупность автономных жилых блоков, проектируемых по СНиП 31-02-2001 ‒ они не имеют помещений, расположенных над помещениями других жилых блоков; не имеют общих входов, вспомогательных помещений, чердаков, подполий, шахт коммуникаций; имеют самостоятельные системы отопления и вентиляции, а также индивидуальные вводы и подключения к внешним сетям централизованных инженерных систем [2]. Рассматриваться в статье будут оба этих варианта.

Положительными качествами такого строительства можно считать в первую очередь комфортность проживания в таких домах. Она объясняется тем, что соседи имеют примерно одинаковое социальное положение, либо родственники могут иметь возможность жить под одной крышей. Помимо этого, в отличие от жильцов «многоэтажки», жильцы блокированного дома могут отдохнуть на своем придомовом участке, что подчеркивает близость к частному дому. Используя блокированную застройку можно увеличить плотность заселения территории (она бывает даже больше застройки той же территории пятиэтажными домами). При этом максимальную плотность добиваются ковровой застройкой. Помимо всего прочего, сам способ расположения домов (блоков) позволяет уменьшить теплоотдачу через ограждающие конструкции. Получается, что рядовые блоки имеют смежные стены с соседними блоками, тем самым уменьшая затраты на отопление (по сравнению с частным домом). Немаловажным фактом является еще и то, что такое жилье соразмерно человеку. Нам комфортнее жить в домах с меньшей этажностью. Василий Филин, доктор биологических наук, сделал удивительное открытие: каждые

1082

полсекунды человеческий глаз совершает микродвижения. После каждого из этих микродвижений глазу нужно остановиться, «зацепиться» за что-то ‒ за какую-нибудь интересную деталь архитектуры, пейзажа, яркое пятно. Агрессивное поле такой возможности не дает. Оно состоит из множества одинаковых элементов, равномерно распределенных на поверхности. «Зацепиться» глазу не за что. В мозг поступает огромное количество сигналов, содержащих повторяющуюся информацию. Это вызывает смятение и чувство тревоги. Обычно, натыкаясь на такой объект, хочется скорее отвернуться. У людей восприимчивых может наступить депрессия или даже эпилептический припадок. …Типичными примерами агрессивных полей в городе являются многоэтажные здания с множеством одинаковых окон, гигантские стены – «сетки», стены с накладными вертикальными рустами, ровные линии крыш без башен и шпилей, трубы, заборы, построенные из секций с одинаковым геометрическим рисунком [3]. Получается, «разбавляя» архитектуру города домами разной этажности и разной проработки, мы улучшаем и собственную психологическую среду. С другой стороны, ту же однотипность многие видят и в линейной блокированной застройке. С этим полностью трудно согласиться. «Игра» фасада зависит от мастерства архитектора. Кому-то удается придать динамику блокам, а кому то нет. Естественно в этом вопросе важную роль играют предпочтения новоселов. Например, на мой взгляд, жилой комплекс в г. Пионерске , на рис.1, выглядит очень сухо. Ряд таких фасадов навивает мотивы Италии, но в целом же никакой фасадной пластики, кроме узких балконов, повторяющихся на каждом блоке. Поселок из таки блоков, думаю, будет очень скучным. Положительными примерами архитектуры блокированной жилой застройки можно назвать проект блокированного жилого дома от проектной организации ООО АПМ-Сайт, Новосибирск, архитектора Павленко Евгении, рис. 2, а так же проект блокированного жилого дом в с. Дмитриевка, Киевской области, рис. 3.

На примере города Ижевска можно сказать, что свободные площади на плотно застроенной территории стараются использовать «по - максимуму». Даже на малых территориях ставят многоэтажные дома. Естественно, плотность заселения участка увеличивается, решается жилищный вопрос, но минусов такого строительства, на мой взгляд, больше.

Рис.1. Жилой комплекс. Калининградская область, г. Пионерск, ул. Рабочая, застройщик МегаСтройИнвест.

1083

Рис. 2. Проект блокированного жилого дома. ООО АПМ-Сайт, Новосибирск, Архитектор ‒ Павленко Евгения.

Рис. 3. Проект блокированного жилого дом в с. Дмитриевка, Киевской области.

Во-первых, ухудшается инсоляция близстоящих домов; во-вторых, часто застраиваемые территориями являются детскими площадками (на примере многоквартирного жилого дома на ул. Короткова от ОАО «Химстрой»); в-третьих, стараясь извлечь больше выгоды от строящегося здания, застройщиков (девелоперов) порой мало волнует внешний облик своего объекта, а тем более его увязка с окружающими зданиями и пространством в целом; в-четвертых, тот же застройщик, желая получить «больше» прибыли от здания, экономя при этом деньги на квалифицированных работников и грамотных проектировщиков, не может создать комфортные условия для проживания, тем самым провоцируя проблемы продажи и перепродажи квартир. Да, и, в конце концов, застраивая город однотипными многоэтажными домами, мы не сможем сделать его более привлекательным в архитектурном плане. В этом ключе блокированные жилые дома могут придать разнообразие объемно-пространственной структуры города. В сочетании с акцентными «высотками», они создают уютные внутренние пространства районов, получая эффект загородного дома, с собственным участком, гаражом и мастерской.

Как уже отмечалось выше, есть две разновидности блокированной жилой застройки. Ту, что является сочетанием автономных блоков вполне уместно применять на загородных территориях. К примеру, вместо быстро появляющихся в пригородной зоне Ижевска коттеджных поселков, лучшим вариантом использования территории было бы строительство таких таунхаусов. Они представляли бы собой некую спальную (жилую) территорию, отделенную от рабочей (городской). При этом территория

1084

такого поселка могла бы иметь свою обслуживающую микроструктуру, в виде продуктовых и хозяйственных магазинов, а так же, как вариант, детских садов. Учитывая эти особенности желающих приобрести такого рода жилье было бы много.

Многоквартирные жилые дома блокированного типа удачнее использовать в городе. В Ижевске на сегодняшний день уже размещено несколько домов блокированного типа по ул. Карла Маркса. Но есть еще ряд других мест, где могут располагаться такие дома. Например, территория по обе стороны от улицы Ленина, выше Карлутской набережной, в сторону ул. Орджоникидзе. В глубине можно расположить блокированную застройку, а со стороны улицы Ленина – шумозащитные экраны либо невысокие дома галерейного типа. Подходящей территорией для многоквартирных домов блокированного типа может так же стать участок между улицами Кирова, Карла Маркса, Вадима Сивкова и Шумайлова. Эта территория идет на подъем от музея изобразительных искусств до ул. Шумайлова. За круглой площадкой музея можно расположить многоквартирные двухэтажные блокированные дома, которые будут подниматься по рельефу вверх. Они будут сменяться четырехэтажными домами галерейного типа и ближе к ул. Шумайлова весь комплекс будет оканчиваться девятиэтажными односекционными домами. Проект застройки участка представлен на рис. 4 .

Рис. 4. Проект застройки территории между ул. Шумайлова, Кирова, В. Сивкова и Карла Маркса в г. Ижевске

Так же блокированная застройка может удачно вписаться в рельеф на территории Металлурга. По улицам Нижней; 5, 6, 7 Подлесные. Этот довольно спокойный район города, в то же время имеет близкое расположение к учебным корпусам ИжГТУ и ИжГСХА. Блокированные дома в этом контексте могут служить в качестве жилья для ученой молодежи или пре-

1085

подавателей, а зону при речке Подборинке можно облагородить и сделать прогулочной. Используя все это может получиться полноценный студенческий кампус.

Последнее время наш город перспективно развивается. Многие пригородные территории еще будут осваиваться, а городские участки – застраиваться, повышая плотность заселения районов. Хотелось бы, чтобы эта застройка стала не спонтанной, а продуманной на градостроительном уровне. Поэтому вопрос строительства блокированных жилых домов остается открытым.

Список литературы

1.Строительнве нормы и правила РФ СНиП 31-01-2003 «Здания жилые многоквартирные» (приняты постановлением Госстроя РФ от 23 июня 2003г. №109), приложение Б «Термины и определения»;

2.Строительнве нормы и правила РФ СНиП 31-02-2001 «Дома жилые одноквартирные» (приняты постановлением Госстроя РФ от 22 марта 2001г. №35), 1. Область применения.

3.Иванова Е., ученица 9а класса. Реферат на тему «Как архитектура здания влияет на психику человека» Министерство образования и науки Российской Федерации, МОУ «Гимназия №5» г. Рязани 2012 г.

А. Ф. Гордина, магистрант, Е. И. Зубкова, студент

И. С. Маева, кандидат технических наук, доцент Ю. В. Токарев, кандидат технических наук, доцент Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова

Разработка безклинкерного ангидритового вяжущего, модифицированного нанодисперсными добавками

Человек всегда стремился наращивать темпы материального производства, чтобы достигнуть независимости от природы и улучшить условия своей жизни. Большая часть взятых у природы и использованных неэффективно ресурсов возвращается ей в виде отходов, обилие и вредность которых создает угрозу существования человека. Доля полезного общественного продукта не превышает 2%, все остальное ‒ отходы. Для обеспечения жизнедеятельности одного человека ежегодно из недр земли извлекается более 20т. сырья, причем количество отходов (в тоннах) составляет: в США ‒ 0,6; Англии ‒ 0,4; Франции ‒ 0,36; России ‒ 0,32. Под складирование отходов занято более 250 тыс. га земельной площади [1]. Поэтому в современных условиях одной из самых первостепенных и актуальных проблем мирового масштаба является вопрос о ресурсосбережении, который можно решить за счет разработки и поиска новых видов

1086

энерго- и ресурсосберегающих технологий [2].

Вопрос об экономии энергоресурсов возник во второй половине нашего столетия. В последние годы к его решению начали подходить на научной основе ‒ комплексно и всеобъемлюще. Сегодня как никогда встает задача экономии энергоресурсов и рациональном их использовании во всех областях человеческой жизни [3].

Учитывая нерациональное использование сырьевых ресурсов, многие страны пытаются найти выход в сложившийся экологической ситуации, используя все возможные средства: экономические, юридические [4]. Так, например, в странах ЕЭС особое внимание уделяется следующим мероприятиям:

‒пересмотру номенклатуры сырья и материалов, используемых в производстве;

‒пересмотру технологических процессов в целях разработки более безопасных материалов для окружающей среды;

‒разработке новых технологических процессов, позволяющих повторно включать материалы в производственный цикл;

‒включению экологических параметров в стандарты качества продук-

ции [5].

Больших успехов в деле рационального природопользования добилась Япония. Для улучшения экологической ситуации в стране в 1967 г. был утвержден Основной закон об охране окружающей среды, в 1971г создано Управление по окружающей среде, в 1973 г. ‒ специальный правительственный центр «За чистую Японию», вся деятельность которого направлена на повышение эффективности утилизации отходов [6].

Создание таких мер по утилизации и позволило:

1. Снизить размер ущерба, наносимого окружающей среде выбросом отходов;

2. Уменьшить площади земель, занятых накопителями, свалками отходов;

3. Уменьшить загрязнение окружающей среды от переработки первичного сырья, «компенсирующего» неиспользование вторичных материальных ресурсов, содержащихся в отходах, а также тепла, содержащегося во вторичных энергетических ресурсах (ВЭР);

4. Снизить термическое загрязнение окружающей среды (в случае использования ВЭР);

5. Сократить количество топлива, сжигаемого на электростанциях, в котельных, промышленных печах, и соответственно уменьшить объемы загрязнений, связанных как с продуктами сгорания так и с его добычей, подготовкой и транспортировкой [7].

Таким образом на примере реализованной политики по организации ресурсосберегающих технологий следует придерживаться следующих рекомендаций:

‒все производственные процессы должны осуществляться при мини-

1087

мальном числе технологических этапов;

‒технологические процессы должны быть непрерывными, что позволит наиболее эффективно использовать сырье;

‒единичная мощность технологического оборудования должна быть оптимальной, что соответствует максимальному коэффициенту полезного действия и минимальным потерям.

‒при разработке нового технологического оборудования необходимо предусматривать широкое использование автоматических систем на базе компьютерной техники, обеспечивающих оптимальное ведение технологических процессов.

‒выделяющаяся в различных технологических процессах теплота должна быть полезно использована, что позволит сэкономить энергоресурсы и сырье [4].

Данные тенденции находят свое применение и в строительстве. Для решения задач ресурсосбережения необходимо использовать безклинкерные вяжущие на производство которых тратиться значительно меньше энергии и они являются более экологически чистым продуктом по сравнению с клинкерными. К таким видам вяжущих относятся различные виды вяжущего на основе сульфата кальция. Однако эти вяжущие обладают рядом недостатков, к которым можно отнести низкую водостойкость, недостаточную прочность и ползучесть под нагрузкой, особенно в условиях повышенной влажности [8]. Большинство этих недостатков можно снизить за счет модификации данных вяжущих добавками различной дисперсности.

Для получения композиционного материала на минеральной основе в качестве основного компонента использовалась ангидритовая порода Ергачевского месторождения (Кунгурский район, Пермский край). Для изготовления образцов ангидритовый камень предварительно подвергался

дроблению, затем измельчался в порошок до удельной поверхности 3000 см2/г.

Рентгенофазовый анализ природного ангидрита (рис. 1) показал, что в его составе кроме минерала ангидрита (dα = 3.50; 2.86; 2.47; 2.33; 2.21; 2.19; 2.09; 1.87; 1.75 Ǻ и т.д.) присутствует также минерал – двуводный гипс (dα = 7.62; 4.29; 3.8; 3.07 Ǻ).

1088

Рис. 1 Дифрактограмма природного ангидрита

Для активизации процесса гидратации в состав композиции вводился активатор твердения гидросульфит натрия, концентрация его составляет 0,8% от массы вяжущего.

В качестве нанодисперсной добавки применялись многослойные углеродные нанотрубки GraphistrengthTM[5] фирмы Arkema (рис. 2), которые состоят из 10 ‒ 15 слоев с внешним диаметром от 10 до 15 нм, длиной от 1 до 15 мкм и средней плотностью 50‒150 кг/м3. Углеродные нанотрубки, предварительно диспергированные в скоростном смесителе в среде по- верхностно-активного вещества, вводились в виде водной дисперсии.

а) б)

Рис. 2. Многослойные углеродные нанотрубки: (а) – в гранулах после синтеза; (б) – в среде карбоксилметилцеллюлозы

1089

Ангидритовые образцы, модифицированные многослойными углеродными нанотрубками, выдерживались в течение 14 дней при T = 20 °C в условиях нормальной влажности с последующим проведением механических испытаний. Микроструктура ангидритовых композиций определялась при помощи растрового электронного микроскопа XL 30 ESEM-FEG

фирмы PHILIPS.

Анализ физико-механических испытаний (рис. 3) показал, что наибольшее прирост прочностных показателей образцов в возрасте 14 дней наблюдается при введении в состав вяжущего 0,003% углеродных нанотрубок.

Рис. 3. Зависимость прочности ангидритовой композиции от содержания многослойных углеродных нанотрубок.

Полученные данные можно объяснить тем, что наноструктуры выступают в качества центров кристаллизации, вокруг них идет активный рост кристаллов двуводного гипса. Небольшой спад прочностных показателей при 0,05% содержании добавки можно объяснить неравномерностью перемешивания ангидритовго теста при изготовлении образцов.

Также для оценки влияния добавки на структуру модифицированного ангидрита и для подтверждения полученных результатов были проанализированы снимки микроструктуры образцов, полученные с помощью растрового электронного микроскопа XL 30 ESEM-FEG фирмы PHILIPS.

Микроструктурный анализ образцов показал, что в образцах без добавок (рис. 4а) формируется рыхлая и неупорядоченная структура, состоящая из кристаллов различной морфологии и размера, что приводит к значительной пористости, уменьшению межфазных контактов и снижению физико-механических характеристик. При введении нанодисперсной добавки образуется более плотная структура (рис. 4б), в которой видны кристаллы двуводного гипса. Это приводит к повышению прочности ангидритовой матрицы.

1090

Рис. 4. Микроструктура ангидритовой матрицы: а) – без добавок, б) – с наноструктурами

Проведенный комплекс исследований подтверждает эффективность модификации вяжущих на основе сульфата кальция нанодисперсными добавками, что позволит существенно снизить нагрузку на экологию при одновременном улучшении основных физико-технических характеристиках ангидритовых вяжущих. Выявлена оптимальная концентрация многослойных углеродных нанотрубок равная 0,003 %.

Список литературы

1. Гилязидинова, Н.В., Рыжих, Н.И. Ресурсосберегающие технологии при строительстве и эксплуатации. URL: http://sciencebsea.bgita.ru/2009/mashin_2009_2/giljaziinova_resurs.htm (дата обращения: 20.01.2013).

2. Гринин, А.С. Промышленные и бытовые отходы: Хранение, утилизация, переработка: Учебное пособие для вузов / Гринин А.С., Новиков В.Н.. - М.: Изд-во ФАИР-ПРЕСС, 2002. – 336 с.

3. Колесников, С. И. Экологические основы природопользования: Учебник для среднего профессионального образования – М.: Изд-во Дашков и К, 2008. – 304 с.

4.Коробкин, В.И. Экология: Учебник для вузов / Коробкин В.И., Передельский Л.В. – 12 изд., доп. и перер. ‒ Ростов-на-Дону: Изд-во «Феникс», 2006. – 420 с.

5.Арустамов, Э.А. Природопользование: Учебник – М.: Изд-во Дашков и К,

2001. – 276 с.

6. Николайкин, Н.И. Экология: Учебник для вузов / Николайкин Н.И., Николайкина Н.Е., Мелехова О.П. – М.: Изд-во Дрофа, 2003 – 624 с.

7.Бобович, Б.Б. Переработка отходов производства и потребления: справочное издание / Бобович Б.Б., Девяткин В.В ‒ М.: Изд-во «Интермет Инжиниринг», 2000. – 496 с.

8.Шишкин, А.В. Минеральное сырье. Гипс и ангидрит: справочник /

Шишкин А.В., Сементовский Ю.В. ‒ М: Изд-во Геоинформмарк, 1998. – 23 с.

1091

Н. А. Долганова, магистрант

Л. И. Ившина, кандидат архитектуры доцент Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова

Требования к объемно-планировочной структуре жилища инвалида

Во всем мире наблюдается рост численности людей с ограниченными физическими возможностями и, в частности, людей, передвигающихся с помощью инвалидного кресла. Такие люди испытывают большие трудности при передвижении в неприспособленном для них окружающем мире. Основной принцип, который должен реализовываться при формировании среды жизнедеятельности с учетом инвалидов, ‒ максимально возможная интеграция инвалидов во все сферы жизни общества ‒ труд, быт, образование, досуг, проживание, реабилитация [1].

Большинство инвалидов в России проживают в обычных квартирах, совершенно не приспособленных к их нуждам. Как показывает жизнь, каждый шаг инвалида требует дополнительной помощи со стороны членов семьи, что негативно сказывается на его психическом состоянии [2]. В настоящее время существует значительное количество нормативных документов, созданных на основе отечественного и зарубежного опыта, помогающих создать комфортную и удобную среду обитания человека, передвигающегося с помощью кресла-коляски.

Одним из определяющих элементов при проектировании зданий и сооружений с учетом особенностей инвалидов являются габариты человека, передвигающегося при помощи кресла-коляски. Эргонометрические параметры инвалида в кресле-коляске (рис. 1): длина – 1500 мм, ширина – 850 мм, высота – 1300-1350 мм (в зависимости от роста человека). Для инвалидов, передвигающихся на кресле-коляске, большое значение имеют размеры зоны, необходимой для свободного маневрирования. Наименьшие размеры этой зоны для поворота кресла-коляски на 90° должны быть не менее 1,3×1,3 м, для поворота на 180° ‒ 1,3×1,4 м, для разворота на

360° ‒ 1,4×1,4 м [3].

При проектировании необходимо учитывать специфическое технологическое пространство, т.е. размеры вертикальных и горизонтальных зон досягаемости конечностей инвалида. Установлено, что у инвалидов с нарушениями опорно-двигательного аппарата по сравнению со здоровыми людьми значительно уменьшаются размеры вертикальных и горизонтальных зон досягаемости конечностей. Верхней точкой досягаемости инвалида на кресле-коляске принимается: для мужчин ‒ 1700 мм, для женщин ‒ 1600 мм. Передняя точка досягаемости для мужчин ‒ 800 мм, для женщин ‒ 700 мм. Боковая точка досягаемости для мужчин ‒ 1100 мм, для женщин ‒ 800 мм [4].

1092

Рис. 1. Эргонометрические параметры инвалида в кресле-коляске

В первую очередь необходимо решить вопросы создания безбарьерных входов в здания, доступа инвалида к лифтам. При входе в здание необходимо устройство пандусов с уклоном до 10°, шириной 1000‒1200 мм, либо специальных электрических подъемников. Перепад в отметках пола лестничной клетки, тамбуров, пола квартиры допускается не более 20‒25 мм. Для обеспечения доступности инвалидов-колясочников на жилые этажи выше первого, следует устанавливать лифты, либо вертикальные платформы.

Въехав в собственную квартиру, инвалиду, передвигающемуся с помощью кресла-коляски, необходимо снять верхнюю одежду. Для этого во входной зоне квартиры следует размещать гардеробные, удобные для пользования человеком на инвалидной коляске, т.е. с размещением крючков для одежды на высоте 1500‒1600 мм.

Кухню следует оборудовать электрической плитой. Кухонный гарнитур должен обеспечивать удобный и безопасный доступ человека на инвалидном кресле к рабочей поверхности. Следует избегать острых углов и выдвижных ящиков. Вся мебель в доме должна облегчать процессы жизнедеятельности инвалидов, и поэтому требует соответствующих геометрических параметров помещений.

Ванные комнаты должны обладать достаточными площадями с возможностью размещения сидячей опоры, поручней и кресла-коляски в помещении. Также следует использовать материалы с нескользящим напольным покрытием. Пример рационального размещения оборудования ванной комнаты приведен на рис. 2.

Жилые комнаты необходимо грамотно меблировать. Главное – использовать только необходимую мебель, не загромождать проходы и обеспечить свободный доступ к каждому предмету интерьера. Пример меблировки жилой комнаты инвалида на кресле-коляске представлен на рис. 3.

1093

Рис. 2. Рациональное размещение оборудования совмещенного санузла

Рис. 3. Пример меблировки жилой комнаты инвалида на кресле-коляске

Желательным в каждой квартире является наличие подсобного помещения, кладовой для хранения инвалидного кресла.

Для инвалида-колясочника необходимо устройство прогулочных зон на открытых летних помещениях, таких как балконы и лоджии. Глубина балкона/лоджии должна быть не менее 1,4 м, т.е. обеспечивать возможность разворота инвалидного кресла на 360°. При квартирах, размещаемых на первом этаже, целесообразно предусматривать лоджии (террасы) с

1094

выходом на приквартирный участок, который желательно закрывать от посторонних взглядов декоративными стенками-экранами или подсадкой кустарника. При сплошном ограждении лоджии необходимо предусматривать просвет на расстоянии 600‒750 мм от пола с целью обеспечения визуальной связи с окружающим пространством [5].

Для обеспечения свободного маневрирования и комфортного проживания инвалида на кресле-коляске предложены основные планировочные параметры жилища:

‒ширину прихожей следует принимать не менее 1,6 м;

‒внутриквартирные коридоры проектировать шириной не менее 1,2 м;

‒ширину жилых комнат следует принимать не менее 3,3 м, что улучшит их пропорции, при соотношении – глубина комнаты не менее двойной ширины, и создаст возможность вариантной расстановки мебели;

‒площадь кухни следует проектировать не менее 12 м2.

Чтобы добиться наиболее качественного применения всех объемнопланировочных требований к структуре жилища, предназначенного для инвалида-колясочника, необходимо изменить свое отношение к инвалидам и вести себя с такими людьми на равных. Суть настоящей помощи лежит в создании для инвалидов таких условий, чтобы по возможности отсутствовала потребность в помощи здоровых людей, чтобы они не чувствовали себя выброшенными из жизни. А когда наше отношение изменится, то и практические проблемы безбарьерной архитектуры не покажутся такими уж обременительными [5].

Список литературы

1.МДС 35-3.2000. Минстрой России Минсоцзащиты России АО ЦНИИЭП им. Б.С.Мезенцева «Рекомендации по проектированию окружающей среды, зданий и сооружений с учетом потребностей инвалидов и других маломобильных групп населения». Выпуск 1. «Общие положения». Минстрой РФ, Минсоцзащиты РФ, 1994 г.

2.Страшнов, В., Страшнова, О.,Удобное жилище для инвалидаколясочника, Строительные нормы и правила, [Электронный ресурс] / Режим доступа : http://www.proektstroy.ru.

3.СНиП 35-01-2001 «Доступность зданий и сооружений для маломобильных групп населения» (приняты постановлением Госстроя РФ от 16 июля 2001 г. N 73). Дата введения 1 сентября 2001 г.

4.МДС 35-3.2000. Минстрой России Минсоцзащиты России АО ЦНИИЭП им. Б.С.Мезенцева «Рекомендации по проектированию окружающей среды, зданий и сооружений с учетом потребностей инвалидов и других маломобильных групп населения». Выпуск 3 «Жилые здания и комплексы». Минстрой РФ, Минсоцзащиты РФ, 1994 г.

5.Архитектура и строительство [Текст]: спец. издание по архит., проект., строит./ учредитель Министерство архитектуры и строительства Республики Беларусь. № 5 (159). 2003.

6.Калмет, Х. Ю. Жилая среда для инвалида. – М.: Стройиздат, 1990. – 128 с.: илл.

1095

А. С. Займатов, магистрант

М. Ф. Закиров, кандидат технических наук, старший преподаватель Ижевский государственный технический университет

имени М. Т. Калашникова

Определение параметров фрикционной передачи лобового вариатора малой коммунальной машины

В ранее проведенных исследованиях [1] приводилось описание малой коммунальной машины (мотоблока), ее назначение и возможные области применения с различными видами навесного и прицепного оборудования. Также была сформулирована основная цель использования на мотоблоке бесступенчатой трансмиссии ‒ все виды рабочих операций должны выполняться с разными скоростями. Однако трансмиссии существующих мотоблоков не могут обеспечить плавное регулирование диапазона скоростей движения мотоблока, поэтому, существует необходимость установки на мотоблоке бесступенчатой трансмиссии, в которой роль регулирующего скорость устройства выполняет фрикционная передача – лобовый вариатор.

Лобовый вариатор представляет собой два вращающихся в диска, оси которых перпендикулярны, а изменение передаточного отношения осуществляется за счет осевого перемещения малого диска. Такие передачи изначально применялись в счетно-решающих машинах и первых легковых автомобилях. Достоинство данной передачи – это простое конструктивное решение, а недостаток ‒ значительная величина геометрического скольжения [2]. Однако лобовый вариатор может применяться только в передачах небольшой мощности, и при этом он прост в изготовлении и ремонтопригоден. Поэтому установка лобового вариатора в трансмиссии малой коммунальной машины оправдана в соотношении ценапроизводительность.

На рис. 1 показан общий вид лобового вариатора, установленного на раме мотоблока. Принцип работы передачи заключается в следующем:

1)крутящий момент подается на вал ведущего диска 1;

2)через фрикционную пару ведущий диск – ведомое цилиндрическое колесо крутящий момент передается на квадратный вал 3, на котором устанавливается ведомое цилиндрическое колесо 2;

3)крутящий момент через клиноременную или цепную передачу передается на вал привода колес.

1096

Рис. 1. Лобовый вариатор: 1 ‒ ведущий стальной диск; 2 ‒ ведомое цилиндрическое колесо с фрикционной накладкой; 3 ‒ квадратный вал

При перемещении цилиндрического колеса 2 по квадратному валу 3 вдоль оси Х изменяется передаточное отношение лобового вариатора. В зависимости от положения цилиндрического колеса относительно ведущего диска, скорость вращения квадратного вала может либо уменьшаться, либо увеличиваться. Минимальная скорость движения малой коммунальной машины составляет – 0,4 км/ч, а максимальная – 6 км/ч.

Для передачи крутящего момента на вал привода колес, необходимо обеспечить достаточное сцепление ведущего диска с ведомым цилиндрическим колесом. Кроме этого, важным параметром, влияющим на работу лобового вариатора, является геометрическое скольжение. Для определения геометрического скольжения был произведен расчет по контактным напряжениям между ведущим диском вариатора и ведомым цилиндрическим колесом [2, стр. 214‒216]. Были приняты рекомендуемые материалы для ведущего диска – сталь, а для ведомого колеса – текстолит.

Расчет на контактные напряжения проводился на минимальном диаметре диска, при котором требуется наибольшая сила нажатия и скольжение достигает наибольшей величины.

Радиус колеса (см), при работе с моментом на ведомом валу М2 = const, определяется по формуле:

1097

Полученное значение геометрического скольжения меньше допускаемого, равного 10% при кратковременной работе фрикционной передачи [2, стр. 187]. Таким образом, значения размеров ведущего диска и ведомого цилиндрического колеса удовлетворяют требованиям расчета на контактные напряжения и могут быть использованы в конструкции лобового вариатора трансмиссии малой коммунальной машины.

Список литературы

1. Займатов, А.С., Закиров, М.Ф. Оптимизация конструкции несущей рамы мотоблока // Строительная наука и производство глазами молодых: материалы науч.-техн. конф. ,ченых инженерно-строительного факультета (21-22 февраля 2012 г., Россия, Ижевск). – Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2012. – С. 257‒260.

2.Пронин, Б.А. Бесступенчатые клиноременные и фрикционные передачи. ‒ М.: Машиностроение, 1980. ‒ 320 с.

3.Займатов, А.С. Бесступенчатая трансмиссия малой коммунальной машины: Вып. квал. работа. – Ижевск: ИжГТУ, 2011. – 106 с.

О. В. Изряднова, аспирант; А. В. Мазитов, бакалавр А. В. Проничева, студент; К. Г. Горячева, студент Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова

Модификация пенополистиролбетона на основе фторангидрита. Разработка теплоизоляционных материалов

на основе отходов производства

Значительным резервом повышения эффективности процесса строительства является снижение материалоемкости и использование вторичных ресурсов при производстве строительных материалов и конструкций. Современный уровень строительства предъявляет высокие требования к строительным материалам в части повышения теплозащиты, долговечности и экономичности.

На сегодняшний день тенденции развития строительного материаловедения во всѐм мире направлены на разработку технологий производства строительных материалов с максимальным использованием техногенных отхо-

дов [1, 2].

Производство плавиковой кислоты из флюорита посредством обработки его серной кислотой сопровождается образованием значительного количества отходов в виде безводного сульфата кальция [3], который имеет

1099

в своем составе небольшое количество СaF2 и называется фторангидритом:

CaF2+H2SO4→CaSO4 + 2HF.

Одним из таких производств является завод «Галоген», г. Пермь, фторангидрит в отвалах занимает большие площади и загрязняет территорию, окружающую завод, высокодисперсным порошком, который содержит до 2 % концентрированной серной кислоты и отрицательно влияет на экологию в местах расположения этих отвалов.

Данный отход производства имеет свойство гидратировать при активации известными химическими соединениями [4], поэтому для предотвращения накапливания отхода возможно использование фторангидрита в качестве вяжущего при производстве строительных материалов.

Применение фторангидрита в качестве сырья для приготовления легких бетонов позволяет уменьшить стоимость изделий в несколько раз за счѐт отсутствия дорогостоящего цемента в составе материала и упростить технологию производства.

Также при проектировании и строительстве зданий актуальным является вопрос снижения массы отдельных конструкций и всего здания в целом. Применяемые для теплоизоляции строительных конструкций материалы на основе легких вспученных заполнителей обеспечивают необходимые теплофизические свойства, но в тоже время такие заполнители имеют недостатки, ограничивающие их широкое использование, такие как низкая прочность, горючесть, недостаточная прочность в нем химических связей [5], обуславливающее его химическую деструкцию в процессе эксплуатации.

Одной из разновидностей легких заполнителей, широко применяемых на данный момент при производстве легких бетонов, является пенополистирол. В состав этого композиционного материала входят портландцемент, пористый заполнитель - гранулы вспененного полистирола и воздухововлекающие добавки. Сочетание полистирольных гранул, являющихся теплоизолирующим материалом, и бетона в одном продукте обеспечивает оптимальную комбинацию несущих свойств, звукоизоляции, термоизоляции и огнезащиты.

Полистиролбетон имеет определенные технологические преимущества перед пенобетоном и газобетоном [6]. Формирование его ячеистой структуры осуществляется готовыми порами ‒ полидисперсными вспененными гранулами полистирола размером 0,6 – 20 мм при насыпной их плотности 10‒35 кг/м. Промежутки между ними заполняются поризованным цементным тестом, объединяющим гранулы пенополистирола в единое целое ‒ полистиролбетон средней плотности 150 ‒ 500 кг/м3. Последний представляет собой, таким образом, двухфазную систему, состоящую из вспененных гранул пенополистирола и цементной матрицы [7]. Замечено, что при ее небольшой прочности прочность полистиролбетона средней

1100

плотности 200 ‒ 500 кг/м3 достигает прочности неавтоклавного пено- и газобетона, имеющего в несколько раз большее значение плотности и прочности матрицы.

Полистиролбетон при низкой плотности имеет удовлетворительные прочностные характеристики, не деформируется под нагрузкой, обладает низкой теплопроводностью и высокой звукоизоляцией [8]. Полистиролбетон пожаробезопасен и на порядок долговечнее других теплоизоляционных материалов, так как имеет улучшенные показатели по морозостойкости, водонепроницаемости, химической и биологической стойкости. Полистиролбетон паро- и воздухопроницаем, не токсичен и обладает пониженной сорбционной влажностью. В отличие от ячеистого бетона (пенобетона) полистиролбетон имеет меньшие требования к сырьевым материалам.

Кроме того, полистиролбетон легко механически обрабатывается, транспортируется и укладывается (товарная смесь) и уменьшает трудозатраты при возведении конструктивных элементов зданий (сборные изделия).

На фоне перечисленных преимуществ полистиролбетон на клинкерном вяжущем имеет недостатки. Одним из важных недостатков является высокая цена портландцемента, что влечет за собой высокую стоимость изделий на его основе. К недостаткам можно также отнести замедленные сроки схватывания материала; усадочные явления при твердении цементной матрицы, что ведет к трещинообразованию. Поэтому целесообразна замена цемента на бесклинкерное вяжущее, желательно из отходов производства. Таким отходом производства может служить фторангидрит. Это позволит полностью исключить клинкерное вяжущее и даст возможность улучшения свойств материала: уменьшение теплопроводности; возможность подвспучивания матрицы за счет компонентов, поризующих твердеющую матрицу.

Кроме того, производство материалов на основе сульфатов кальция и изделий на их основе отличаются низкими затратами по топливу и электроэнергии, простотой технологии получения вяжущих и изделий. Материалы и изделия характеризуются высокими показателями свойств – легкость, малые тепло- и звукопроводность, огнестойкость, декоративность, комфортность и эстетичность. Это позволяет использовать их как в новом строительстве, так и при реконструкции старых зданий в наиболее экономичных и облегченных [9] вариантах.

Таким образом, разработка полистиролбетона на основе ангидритовой матрицы является одним из приоритетных направлений в производстве теплоизоляционных материалов, которое позволит решить одновременно экологические проблемы и получить ресурсо- и энергосберегающие технологии производства эффективных теплоизоляционных материалов.

В результате проведенного литературного анализа можно сделать следующие выводы:

1. Наиболее предпочтительным направлением переработки твердых

1101

кальцийсодержащих отходов фтороводородного производства является использование их в строительной промышленности в качестве вяжущего, пигмента, пластификатора и наполнителя строительных растворов и бетонов. При этом капитальные затраты на организацию технологического процесса приготовления строительных материалов на основе фторангидрита, предположительно, будут минимальными по сравнению с другими аналогами.

2.При сравнении себестоимости цемента и ангидрита экономический эффект из расчета на 1 м3 разработанного ангидритового состава составил 630 руб., что соответствует снижению ее стоимости на 89 % в сравнении с аналогом на основе цемента [10].

3.Недостатки пенополистиролбетона на основе фторангидрита в виде горючести и малой в сравнении с цементом прочности предполагается компенсировать с помощью введения в систему углеродных наноструктур, которые будут являться центрами кристаллизации и выступать

вкачестве армирующего компонента.

4.Использование в качестве сырья отхода химического производства фторангидрита для приготовления ангидритового полистиролбетона позволит улучшить экологическую обстановку в местах расположения отвалов.

Список литературы

1.Федорчук, Ю. М. Техногенный ангидрит, его свойства, применение. Томск: ТГУ, 2003.-108 с.

2.Гольдштейн, Л.Я. Использование фторангидрита в цементной промышленности // цемент. 1974. № 2.

3.Laukaitis, A., Zuraukas, R., Keriene, J. The effect of foam polystyrene granules on cement composite properties // Cement & Concrete Composites 27 (2005), p. 41-47.

4.Будников, П.П., Зорин, С.П. Ангидритовый цемент. Гос. Изд-ство литературы по строительным материалам, Москва, 1954. – 92 с.

5.Журба, О.В. Легкие бетоны на основе регенерированного пенополистирольного сырья. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Улан-Удэ, 2007. – 18 с.

6.Звездов, А.И., Ярмаковский, В.Н. Легкие бетоны нового поколения в современном строительстве. // Журнал «Строительный эксперт». № 16, 2005.

7.Журба, О.В., Архинчеева, Н.В., Щукина, Е.Г., Константинова, К.К. К

вопросу об адгезии цемента к пенополистиролу. // Межд. науч.-практ. Интернетконф. Проблемы и достижения строительного материаловедения. Сб. докл., Белгород.

8.Laukaitis, A., Zuraukas, R., Keriene, J. The effect of foam polystyrene granules on cement composite properties // Cement & Concrete Composites 27 (2005), p. 41-47.

9.Grigory Yakovlev, Jadvyga Kerienė, Albinas Gailius, Antanas Laukaitis,

Grigory Pervushin, Natalya Serebrjakova, Abdukabil Tulaganov. Utilization of fluoranhydrite in production of binding matrices for light-weight concretes // The 7th International Conference Environmental Engineering, Литва, Вильнюс, 2008.

1102

10. Мураками, К. использование гипсовых отходов химических производств для изготовления портландцемента. – Тр. V Международного конгресса по химии цемента. //Стройиздат, ‒ 1973. ‒ 251с.

В. В. Каргашина, студент

А. Н. Зорин, почетный архитектор Удмуртской Республики, доцент Ижевский государственный технический университет

имени М. Т. Калашникова

Архитектура оранжерей

Природные экосистемы, идеально отлаженные, всеобъемлющие комплексы, как воссоздаются жизнью, но также и формируют еѐ процессы. Одна экосистема, вбирающая в другую, является по отношению к ней вложенным, базовым уровнем, а та напротив объемлющим и строится, опираясь на неѐ. Таким образом, можно сказать что они обе слиты во едино и функционируют в составе ещѐ более сложного организма. Но то были природные среды… Человек же научился вычленять целые группы природных организмов, воссоздавая рукотворные экосистемы, воплощѐнные в сложных агротехнических сооружениях называемых оранжереи.

Следует разобраться в определении «оранжерея». Наиболее распространѐнное понятие гласит, что оранжерея ‒ строение для выращивания растений, искусственная экосистема [1]. И делает экосистему искусственной, как прямое, так и косвенное влияние человека на неѐ. Под прямым влиянием можно понимать непосредственное созидание и возделывание, что подразумевает развитие экосистемы, поддержание цикличности жизни в ней лишь за счѐт труда и ресурсов самого человека. Косвенное же влияние можно рассматривать как создание «заградительных барьеров» изолирующих и разделяющих вложенную и объемлющую экосистему, а также создание систем контроля.

Причѐм, в качестве искусственной будет рассматриваться объемлющая экосистема. Вложенная же система является фоном, на котором развивается объемлющая, и ту разницу, возникающий дисбаланс между ними, по воле человека, нивелируется усилиями самого же человека, тк в естественных условиях такая «надстроенная» экосистема при отсутствии реальных (физиологических) способов выживания сама собой разваливается. Хороший пример это стеклянное (или пластиковое итд) покрытие стен оранжерей. Так как внутри оранжерей исходящее от солнца инфракрасное излучение подогревает растения и почву. Воздух, нагретый от внутренней поверхности светопрозрачных покрытий, удерживается внутри конструкции крышей и стенками. Стекло, из которого состоят стенки оранжереи, играет роль выборочно передающей среды для различных спектральных частот, его действие заключается в улавливании энергии внутри оранже-

1103

реи, при помощи чего нагреваются как растения, так и почва. Это нагревает воздух вблизи почвы, который не поднимается вверх и не просачивается вовне [1].

Подобный, конструктивно сложный, требующий постоянного внимания и ухода объект мог появиться и прижиться лишь при наличии существенного запроса со стороны общества (или его части) и определѐнного уровня технический мысли. Окунѐмся несколько в самое начало истории возникновения этих сооружений. Само название этих помещений – оранжереи ‒ произошло от французского «orange», что в переводе значит «апельсин». И это не случайно. Ведь во времена блистательных французских королей, эти помещения использовались для выращивания различных диковинных растений и фруктов. И первое место у французских власть предержащих гурманов занимали именно апельсины и другие цитрусовые.

Впервые теплая оранжерея была построена в ботаническом саду г. Лейдена в Голландии в 1599г. Она была стеклянной и отапливалась с помощью печей. В оранжереях, появившихся в Англии в XVII веке, тепло поддерживалось самыми разными способами. Например, в Оксфорде отопление оранжерей осуществлялось с помощью специальных, наполненных горящим древесным углем тележек – «жаровен». А в 1685г. в Челси начал применяться подземный подогрев почвы [3].

Как можно понять, первые оранжереи выполняли исключительно утилитарные функции. Однако со временем с изменением, ростом и преобразованием общества, рос и преобразовывался перечень возлагаемых на оранжереи задач. Современные оранжереи выполняют такие функции как: научно исследовательские, производственные, резервирующие (сохранение редких видов растений), рекреационные и также культурнопросветительские (такая потребность выявилась со временем, по мере отдаления основных масс населения городов от взаимодействия с природной средой).

От возникшего разнообразия возможного функционального насыщения оранжерей, появилось и такое разнообразие классификаций разных типов оранжерей, разных форм, конструктивных решений, самих подходов к осмыслению понятия «оранжерея». Поддаваясь общим тенденциям времени, они либо сами превращаются в многофункциональные комплексы, или же входят в состав таковых, к примеру, являясь неотъемлимой частью такого объекта как ботанический сад. При этом, всѐ чаще неся на себе особую смысловую нагрузку, являясь идейной доминантой, подчиняющей всѐ остальное пространство.

Если ранее оранжереи были призваны воссоздавать абсолютно синтетические, искусственные экосистемы, создавая будто бы «сказочные» пейзажи. То сейчас, во время неминуемого роста площадей антропогенных ландшафтов всѐ более превалирует тематика создания пусть и чуждых данной (некоторой) климатической зоне, но всѐ же природных ком-

1104

плексов растений. Кроме того, согласовываясь с исследованиями учѐных в области ботаники, биохимии и биофизике, воссоздаются целые экопласты, где растения комбинируются с сопутствующей, симбиотической микрофлорой и даже фауной. Эту идею можно объяснить достаточно легко, рассмотрев еѐ на наиболее явном уровне взаимодействия (между самими растениями).

Вокруг каждого растения, точно так же, как и вокруг человека, создается своеобразный микромир. Известно, что все растения в процессе жизнедеятельности неизбежно выделяют через корни и листья, различные вещества ‒ продукты обмена, ‒ которые смогут оказывать то или иное воздействие на своих соседей. Это свойственно не только растениям, но и всему живому. Любой организм, осуществляя обмен веществ с окружающей средой, получает необходимые ему вещества и выделяет ненужные метаболиты, изменяя окружающую среду и оказывая воздействие на другие организмы. Оно может быть положительным, приводящим к улучшению их роста и развития или, по крайней мере, не оказывающим неблагоприятного влияния. В этих случаях принято говорить о биологической совместимости. В случаях угнетающего воздействия одних организмов на другие говорят о биологической несовместимости [2].

Влияние всех возможных отрицательных факторов и воздействий должно учитываться на этапе проектирования оранжерей. И выражается это в проектировании (в соответствии с нормами технологического проектирования) целого ряда автоматических систем, таких как:

1)автоматическое поддержание температуры воздуха на заданном уровне в зависимости от освещенности или по временной программе (день‒ночь);

2)автоматическое регулирование относительной влажности воздуха;

3)автоматическое поддержание температуры поливной воды на заданном уровне;

4)автоматическое регулирование температуры теплоносителя в системе отопления почвы;

5)автоматический контроль и регистрацию регулируемых параметров;

6)программное (временное) управление системами орошения, подкормки растений углекислым газом, испарительного охлаждения и увлажнения, дополнительного облучения рассады, теплозащитных экранов;

7)дистанционный контроль метеорологических факторов (температуры наружного воздуха, скорости и направления ветра, интенсивности солнечной радиации);

8)автоматическую сигнализацию предельных отклонений температуры воздуха, включения электромагнитных клапанов системы полива и увлажнения, работы циркуляционных насосов систем отопления и полива [4].

Как видим, в таких сооружениях пока еще нет единой автоматической системы управления технологическим процессом. Автоматизированы в

1105

основном лишь процессы управления параметрами микроклимата.

Такие технологические операции, как полив, подкормка растений, снабжение их углекислым газом и дополнительное облучение рассады, управляются по временным программам, причем алгоритм управления задается агрономом-технологом. Однако автоматизировать управление всем технологическим процессом выращивания растений по критерию оптимальной продуктивности чрезвычайно сложно. [4]

Дело в том, что между оптимизацией параметров процесса и конечным результатом лежит значительный временной интервал, а критерий текущей оптимизации ‒ интенсивность фотосинтеза ‒ не всегда совпадает с конечной продуктивностью. К примеру, если оптимизировать процесс выращивания томатов по максимальному фотосинтезу, то они начнут жировать, а урожайность их в этом случае снизится. [4]

Конечно, существует оптимальный алгоритм управления технологическим процессом для конкретной культуры в конкретных условиях, какой и выдается агрономом-технологом оператору систем автоматического регулирования для настройки этих систем на определенный режим. Этот алгоритм в виде экспертной системы может быть заложен в память вычислительных устройств; сюда же должны периодически поступать метеорологические данные, данные о параметрах микроклимата в теплице, наличии воды и питательных веществ в грунте или в субстрате, показатели состояния растений. Анализируя поступающую информацию, компьютер определит, какие управляющие воздействия на исполнительные устройства технологического оборудования нужно осуществить для оптимального протекания процесса выращивания [4].

Углубляясь и алгоритмизируя эти процессы, важно понимать их взаимное влияние друг на друга, в процессе управления. А также важность надѐжности этих систем для обеспечения условий жизни растений в целом. К примеру, если потребитель не относится по надежности энергоснабжения к первой категории, то в этом случае возможна гибель растений при длительном (свыше 2 ч) отключения электроэнергии. В таких случаях нужно иметь автономный резервный источник электроэнергии или резервный насос от двигателя внутреннего сгорания. Если растения будут выращиваться в темном помещении, необходима система облучения [4].

В соответствии с нормами технологического проектирования при различных светокультурах требоваться будет различная степень облучѐнности. К примеру: облученность должна составлять 80 Вт/м2 (ФАР) для культуры огурца и 95 Вт/м2 для культуры томата. При этом облучатели с лампами располагают над рядами растений, но не ближе чем в 0,5 м от растений. Рекомендуемое соотношение между натриевыми (ДНаТ400) и металлогалогенными (ДРИ400) источниками должно быть 3:1. Облучательные установки с лампами ДРИ2000 и ДМ4-3000 подвешивают на высоте 2‒2,5 м от нулевой отметки, взаимное их расположение определяется

1106

расчетной удельной мощностью и размерами помещения. В помещениях, оборудованных облучательными установками, выделяется избыточное тепло, которое необходимо удалять при помощи системы вентиляции. Чтобы избежать осушения воздуха при вентилировании, а также для снижения требуемой производительности вентиляционной системы помещения оборудуют системами испарительного охлаждения и увлажнения. Система состоит из оросителей и устанавливаемых на них с шагом 3 м распылителей. Рабочее давление в оросителях 0,7‒0,8 МПа, расход распылителя 0,0233 л/с. При площади теплицы до 1000 м2 система включается сразу во всей теплице, при большей площади происходит поочередное включение участков при помощи электромагнитных клапанов. При проектировании системы испарительного охлаждения следует учесть, что на лампы облучательных установок не должна попадать вода, т.е. взаимное расположение систем должно удовлетворять этому требованию [4].

Отопительно-вентиляционное оборудование выбирается из расчета обеспечения компенсации теплопотерь сооружения при отключенной системе облучения. Вторым критерием при выборе теплопроизводительности системы отопления является требуемый подогрев приточного воздуха при осушении помещения.

Необходимая кратность вентиляции рассчитывается также по двум критериям: по предельной температуре и относительной влажности воздуха. Расчеты проводятся с учетом влияния растений и системы испарительной охлаждения [4].

Как правило, удельная теплопроизводительность систем отопления капитальных сооружений для выращивания растений при искусственном облучении в центральных районах должна составлять 200‒220 Вт/м2, Максимальная кратность воздухообмена системы вентиляции ‒ 50‒60 объемов в час, минимальная ‒ 5‒10 объемов в час. Поскольку требуемая кратность воздухообмена зависит от сроков эксплуатации сооружений и фазы развития культуры, необходимо предусмотреть возможность включения в работу одного или нескольких вентиляционных агрегатов. Наличие нескольких агрегатов способствует также повышению надежности системы. Управление отопительно-вентнляционными системами производится по команде термо- и влагорегуляторов, системой облучения и испарительного охлаждения ‒ по временной программе [4].

Угасая и возрождаясь вновь, жизнь развивается, подобно тому, как бесконечно заходит и встаѐт солнце. Воспроизводится цикл за циклом. И человек активно вмешивается в управление природными процессами, где его стратегия приспособления заключается в активном их подчинении. Не является ясным окажется ли он прав, но уже сейчас, на данном этапе развития он способен как воссоздавать, так и полностью разрушать экосистемы. К сожалению, понимание столь большой, взятой на себя ответственности приходит не сразу же после еѐ приятия (принятия решения активных преобразующих действий, над природой). Одним из достиже-

1107

ний разумной мысли человека стало именно создание и развитие оранжерей. Потребовалось много времени, чтобы они приобрели именно тот облик, который воплощают сейчас.

И всѐ чаще они играют роль последнего оплота погибающих экосистем, резерваций вымирающих видов растений. Там, где великие достижения идут рука об руку с неугасимой печалью. И там где, человек вынужден был, научился вычленять целые группы природных организмов, воссоздавая рукотворные экосистемы, воплощѐнные в сложных агротехнических сооружениях называемых оранжереи.

Список литературы

1.[Электронный ресурс] / Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/ wiki/%CE%F0%E0%ED%E6%E5%F0%E5%FF

2.[Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.phitodecor.ru

3.[Электронный ресурс] / Режим доступа:http://ru.wikipedia.org/wiki/% CE%F0%E0%ED%E6%E5%F0%E5%FF

4.[Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.diy.ru /dom_i_uchastok/67_landshaftnyj_dizajn/plodovyij-sad-i-ogorod/oranzherei-i-zimnie- sadyi/stroitelstvo-oranzherei-uchityivaem-klyuchevyie-momentyi/

5.[Электронный ресурс] / Режим доступа: http://berrylib.ru/books/ item/f00/s00/z0000039/st020.shtml.

К. А. Кисляков, магистрант

Г. И. Яковлев, доктор технических наук, профессор Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова

Моделирование молекул гранулированного теплоизоляционного материала

Впоследнее время отмечается повышенный интерес к разработкам в области керамических композиционных материалов. Составляющими изучаемого композиционного материала являются: жидкое стекло и битый кирпич.

Изготовление образцов керамо-силикатных предварительно вспучиваемых гранул производилось за счет коагуляции смеси боя кирпича и жидкого натриевого стекла в среде раствора хлорида кальция.

Реакция взаимодействия жидкого стекла с раствором СаСl2 описывается следующей формулой Na2SiO3+CaCl2 → CaSiO3↓+2NaCl. Для моделирования молекул и расчет исходных компонентов произведен в программе

Hyperсhem версии 8.0.

Впервом варианте расчета опитимизированные зарание молекулы жидкого стекла и хлористого. Для получения данной реакции нужно смо-

1108

делировать исходные данные в программе Hyperchem. На рис. 1 изображена молекула жидкого стекла, на рис. 2 изображена молекула хлористого кальция. Для выполнения расчетов выбран полуэмпирический метод ZINDO/1, так как он включает все атомы исходных молекул.

Оптимизированные молекулы помещаем в периодический бокс размерами 12×12×12 A. После оптимизации молекул видно, что атомы хлора начали притягиваться к атому натрия. Данные по длинами связей между атомами молекул, до и после оптимизации занесены в табл. 1. Данные по углам между связями атомов молекул, до и после оптимизации, занесены в табл. 2.

Таблица 1. Длины связей между атомами молекул Na2SiO3 и CaCl2 до и после

их взаимодействия

На рис. 3 видно как изменились углы межатомных связей молекул. Изменение угла между атомами в молекуле CaCl2 (от 180,0° до 142,7°) свидетельствует о том, что атомы хлора стремятся к атомам натрия для создания хлористого натрия. Расстояние между атомом кальция и кремния уменьшилось от 0,42 до 0,34 нм, это свидетельствует о выделении гидросиликата кальция CaSiO3↓.

1109

Таблица 2. Углы между связями атомов в молекулах Na2SiO3 и CaCl2 до и по-

сле их взаимодействия

Во втором способе расчета молекулы жидкого стекла и хлористого натрия оптимизируются без периодического куба. После оптимизации помещаются в периодический куб и повторно оптимизируются (рис. 4).

Таблица 3. Длины связей между атомами молекул Na2SiO3 и CaCl2 до и после

их взаимодействия

1110

Таблица 4. Углы между связями атомов в молекулах Na2SiO3 и CaCl2 до и по-

сле их взаимодействия

Проанализировав табл. 3 и табл. 4 можно сделать вывод, что расстояние между атомами натрия и кислорода увеличилось от 0,339 нм до 0,630 нм, это свидетельствует о разрыве связи между этими атомами. Расстояние между атомами натрия и атомами хлора уменьшилось с до 0,32 нм, что означает об образования связи (Na‒Cl). На Рис. 4 видно как атом кремния с кислородом сокращает расстояния с молекулами воды. Это характеризует о выделением «студня» поликремниевой кислоты (H2SiO3)n.

Расчет взаимодействия молекул был выполнены по двум вариантам. По окончанию расчетов получены таблицы расстояний связей атомов и значений углов между связями, измеренных до и после оптимизации молекул. По сравнению с данными таблиц расхождение в расчетах составило 17 %. Это свидетельствует о различии последовательности двух методов и наличии погрешностей. Исходя из расчетов, можно сделать следующие выводы:

Впервом методе расстояние между атомом кальция и кремния уменьшилось от 0,339 до 0,630 нм, это свидетельствует о выделении гидросиликата кальция CaSiO3↓.

Во втором методе видно как атом кремния с кислородом сокращает расстояния с молекулами воды. Это характеризует о выделении «студня» поликремниевой кислоты (H2SiO3)n.

Вобоих случаях наблюдается Во втором методе расстояние между атомами натрия и атомами хлора уменьшилось до 0,32 нм, что означает о создании связи (NaCl). Этим так же характеризуется изменение угла между связями атомов в молекуле хлористого кальция (от 180,0° до ~142,7°).

Список литературы

1. Соловьев, М.Е., Соловьев, М.М. Компьютерная химия М.: СОЛОН-Пресс,

2005.

1111

2.Уэллс, А. Структурная неорганическая химия: В 3-х т. Т.3: Пер. с англ. –

М.: Мир, 1987.

3.Берников, А.С. Компьютерная технология конструирования химической структуры и прогнозирования свойств термостойких полимеров: Дис. Д-ра хим.

Наук: 02.00.06 Нальчик, 2000.

Л. В. Комогорова, аспирантка

Л. И. Ившина, кандидат архитектуры, доцент Ижевский государственный технический университет

имени М. Т. Калашникова

Характеристика акустического фона на примере г. Ижевска

Исследование посвящено проблеме акустического дискомфорта на селитебной территории г. Ижевска. На основании анализа результатов социологического опроса выделены основные источники шума в условиях городской среды. Показана зависимость уровня звукового давления от характера источника шума, а также от расстояния между источником шума и жилым зданием. Проанализированы методы решения проблемы повышенного уровня шумового фона на территории жилой застройки и внутри здания.

Многочисленные источники городского шума разбросаны по территории города, в результате чего в городе всегда ощущается определенный «акустический фон». Его величина значительно колеблется. Она зависит от времени суток, от близости и количества источников шума и других факторов [1].

Результаты социологического опроса, проведенного среди жителей г. Ижевска, показали, что 38% респондентов ощущает акустический дискомфорт на территории их непосредственного проживания. Основными источниками шума горожане выделяют шум, исходящий от соседей, и шум транспортных потоков (рис. 1).

Рис. 1. Источники шума

Нужно также отметить, что 58 % респондентов, испытывающих акустический дискомфорт, проживают вдоль магистральных улиц, а 65 %

1112

респондентов, не жалующихся на повышенный уровень шума, проживают внутри квартала или за городской чертой.

Для оценки шума по санитарным нормам проводились измерения уровней звукового давления в октавных полосах в диапазоне средних частот 63‒8000 Гц в различных точках г. Ижевска. Для исследования были выбраны три различные по статусу улицы г. Ижевска с расположенными вдоль них жилыми домами, удаленными от проезжей части на 12 м, 50 м и 75 м. Транспортный поток улиц также отличался как по количественному, так и по качественному составу.

Зависимость уровня звукового давления от источника шума показана на рис. 1.

Рис. 2. Зависимость уровня звукового давления от источника шума

На рис. 2 под номером 1 указан общий шумовой фон в г. Ижевске; под номером 2 – общий шумовой фон и шум автомобилей; под номером 3 – общий шумовой фон, шум автомобилей и шум общественного транспорта; под номером 4 – все выше перечисленные источники шума и шум трамвая.

Рис. 2 наглядно показывает, что уровень шума на селитебной территории превышает допустимый уровень шума. Величина превышения колеблется от 40 % до 74 % относительно максимального допустимого значения, установленного СанПиН 2.1.2.2645-10.

На акустический фон прилегающей к жилому зданию территории влияет также расстояние до источника шума; наличие зеленых насаждений, защитных экранов между источником шума и жилым зданием (рис. 3). Точке 1, взятой на расстоянии 12 м от источника шума, соответствует звуковое давление 83 дБА; точке 2, взятой на расстоянии 50 м от источника шума, ‒ 77 дБА; наконец, точке 3, взятой на расстоянии 75 м от источника шума, ‒ 84 дБА. Возрастание кривой после расстояния 50 м обусловлено увеличением интенсивности транспортного потока на территории, где была взята точка 3. Отсюда следует вывод, что, несмотря на увеличение расстояния от источника шума до жилого здания, уровень шумового фона остается практически неизменным при повышении интенсивности транспортного потока.

1113

Рис. 3. Зависимость уровня звукового давления от расстояния до источника шума

В условиях сложившейся застройки могут быть использованы различные административные мероприятия: перераспределение движения по улицам и проездам города, ограничение движения в разное время суток по тем или иным направлениям, изменение состава эксплуатируемых транспортных экипажей [1]. Возможен также перенос на специально создаваемые автомобильные городские дороги всего транзитного внегородского и общегородского, особенно грузового, движения. Для эффективной шумозащиты жилых зданий, расположенных вдоль улиц с интенсивным движением различных видов транспорта, требуется строительство специальных акустических экранов. Роль экранов могут выполнять защитные стенки, малоэтажные здания нежилого назначения и даже жилые здания [2]. На объемно-планировочном уровне необходима разработка проекта реконструкции жилых домов по принципу шумозащищенных с целью обеспечения акустического комфорта внутри здания.

Результаты натурных измерений и данные социологического опроса показывают превышение уровня звукового давления на территории сложившейся жилой застройки в г. Ижевске. Акустический дискомфорт наблюдается как внутри жилых зданий, так и на прилегающих к ним территориях.

Для повышения уровня акустического комфорта людей, проживающих в зонах шумовой активности, необходимо разработать программу мероприятий, затрагивающих как градостроительный аспект, так и объемнопланировочные решения существующих зданий.

Список литературы

1.Осипов, Г.Л. «Защита зданий от шума», М.: Стройиздат, 1972. – 216 с.

2.Самойлюк, Е.П. «Борьба с шумом в градостроительстве», К.: Будивэльнык,

1975. – 128 с.

1114

В. Е. Копылов, ассистент

(Северо-Восточный Федеральный Университет имени. М. К. Аммосова, г. Якутск) О. Н. Буренина, кандидат технических наук

Л. А. Николаева, кандидат технических наук (Институт проблем нефти и газа СО РАН)

Разработка модифицированных асфальтобетонных смесей для строительства дорог в условиях севера

Природные условия регионов с холодным климатом требуют от дорожных покрытий повышенной прочности, влаго- и морозоустойчивости, стойкость к перепадам температур.

Важнейшим составляющим асфальтобетона является связующее, от качества которого зависят не только технические и эксплуатационные характеристики дорожного полотна, но и стоимость его устройства. В настоящее время для укладки асфальтобетонных покрытий используются высокомарочные дорожные битумы, которые хоть и отвечают требованиям ГОСТ, но эксплуатационные характеристики и долговечность дорожного покрытия из них остаются крайне невысокими [2]. Анализ опыта применения модификаторов для улучшения качества битумов показал, что для повышения реологических и физико-механических характеристик битумов и асфальтобетонов обычно используют различные виды полимеров, синтетические каучуки, катионные и анионные поверхностноактивные вещества, которые значительно увеличивают стоимость и без того дорогостоящих битумов. Кроме этого, ограниченная распространенность собственного производства связующих материалов во многих регионах России, в том числе в Якутии, сдерживает массовое использование перспективных рецептур при строительстве асфальтобетонных покрытий.

Всвязи с этим появляется необходимость применять при проектировании новые технологические решения, направленные на улучшение характеристик асфальтобетонов, снижение затрат при проведении строительных и ремонтно-монтажных работ и повышению межремонтных сроков.

Целью работы является повышение качества и долговечности дорожного полотна за счет использования модифицированного асфальтового вяжущего.

Вкачестве объектов исследования были выбраны: щебень 20 – 40 мм производства ОАО Производственное объединение «Якутцемент», полученный на дробильно-сортировочной фабрике (ДСФ) по производству товарного щебня; в качестве связующего вещества использовался модифицированный гудрон, представляющий собой тяжелый нефтяной остаток, полученный в результате отгонки из нефти при атмосферном давлении и под вакуумом фракций, выкипающих до 450 – 600 °C; модификато-

1115

ром был выбран природный цеолит Кемпендяйского месторождения (Якутия) в диспергированном и активированном состояниях.

Щебень из горных пород предварительного измельчался в дробилке для получения фракций от 0,017 до 5мм.. Размеры зерен по фракциям, а также их массовое содержание в смеси представлено в табл. 1.

Таблица 1. Размер зерен, мм, мельче, в % по массе

Содержание фракции менее, масс %

Цеолит предварительно измельчался и просеивался через сито с диаметром отверстий 0,071 мм.

Физико-механические свойства смесей, асфальтобетонов определяли на образцах, полученных уплотнением смесей в стальных формах в соответствии с ГОСТ 12801-98.

По истечении 3-х суток образцы были готовы для проведения испытаний. Исследовались основные физико-механические свойства асфальтобетонов согласно имеющимся ГОСТам и методикам.

Установлено, что прочность при сжатии образцов увеличивается с увеличением количества вводимого гудрона до 7 масс. %, а затем снижается. Выбрано оптимальное значение гудрона, равное 7 масс. %, которое будет использовано при оптимизации модифицированных составов асфальтобетонов. Значение прочности при сжатии асфальтобетонных образцов достигает 1,11 МПа, что не соответствует требованиям ГОСТ, поэтому для достижения требуемых показателей необходима его модификация.

Одним из перспективных методов модификации является перевод веществ в активное состояние путем физического воздействия, например, механоактивации. Применение предварительной механохимической активации в мельницах-активаторах планетарного типа позволяет значительно увеличить степень дисперсности наполнителя, что способствует накоплению энергии на границе раздела, которая тратится на взаимодействие, что приводит к увеличению адсорбционных свойств и химической активности наполнителя.

Для проведения механохимической активации ингредиентов связующей композиции цеолит предварительно был обработан при температуре

110 °С.

Механоактивацию цеолита проводили в планетарной мельницеактиваторе АГО-2 (частота вращения водила 630об/мин, барабана 1290 об/мин) в течение 1, 3, 5 минут. Мельницы-активаторы такого типа, обеспечивают очень высокий уровень энергетического воздействия на материал (до 60g) [3, 4].

1116

Установлено, что прочность при сжатии образцов увеличивается с увеличением количества вводимого гудрона до 7 мас.%, а затем снижается. Выбрано оптимальное значение гудрона, равное 7 мас.%, которое будет использовано при оптимизации модифицированных составов асфальтобетонов. Значение прочности при сжатии асфальтобетонных образцов достигает 1,11 МПа, что не соответствует требованиям ГОСТ, поэтому для достижения требуемых показателей необходима его модификация.

Установлено, что прочность при сжатии асфальтобетонных образцов увеличивается с увеличением вводимого в гудрон цеолита до 15 масс. %, а затем снижается. Положительный эффект влияния цеолита на прочностные характеристики асфальтобетонов, вероятно, объясняется улучшением адгезионных взаимодействий на границе «щебень–связующее» за счет повышения содержания асфальтенов и смол, уменьшения содержания малополярных масел в связующей композиции.

Установлено, что предел прочности при сжатии увеличивается до среднего содержания зерен щебня требуемой фракции, после чего, наблюдается его снижение.

Анализ полученных результатов показал, что прочность при сжатии образцов асфальтобетонов, зависит от времени механоактивации модифицирующей добавки. Установлено, что предел прочности при сжатии увеличивается с увеличением времени механоактивации до 3 минут, после чего наблюдается его снижение. Возможно, это связано с тем, что превышение оптимального времени активации приводит к существенному диспергированию исходных наполнителей с образованием высокодиспергированных порошков, которые легко агломерируются, что и приводит к уменьшению прочностных характеристик асфальтобетонов. Агломерированные частицы наполнителя проявляют меньшую активность в процессах структурообразования асфальтобетонов вследствие снижения поверхностной энергии частиц.

По результатам исследований асфальтобетонных образцов на прочность при сжатии была выбрана оптимальная рецептура асфальтобетонной смеси: среднее содержание зерен щебня, 7 мас.% гудрона, 15 мас.% цеолита, активация цеолита в течение 3 минут. Дальнейшие испытания проводились с использованием асфальтобетонных образцов, изготовленных по оптимальной рецептуре.

Для разработанных асфальтобетонных смесей: 1) 93 масс. % щебня + 7 масс. % гудрона; 2) 78 масс. % щебня + 7 масс. % гудрона + 15 мас. % наполнителя; 3) 78 масс. % щебня + 7 масс. % гудрона + 15 масс. % акт. наполнителя были определены следующие основные характеристики: плотность, прочность при сжатии, водопоглощение, морозостойкость, остаточная прочность при сжатии.

Результаты исследования комплекса физико-механических свойств асфальтобетонов, представленные в табл. 2, свидетельствуют, что введение в гудрон активированных структурно-активных наполнителей приво-

1117

дит к значительному улучшению технических характеристик разработанных асфальтобетонов. Видно, что наибольший вклад в увеличении прочности асфальтобетонов вносит активация наполнителя. Так, значение прочности при сжатии образцов с диспергированной добавкой повышается в 1,9 раза, при активации добавки – в 2,1 раз по сравнению с образцами, содержащими исходный гудрон. Плотность образцов уменьшается, но не значительно. Водопоглощение асфальтобетонов с модифицированным связующим составляет 1,06 % для образцов с диспергированным цеолитом и 0,49 % для образцов с активированным цеолитом, что в 7 и 15 раз соответственно ниже, чем в исходных образцах. Значение модуля упругости образцов асфальтобетонов с модифицированным связующим составляет 78,79 МПа и 88,48 МПа, что выше значения модуля упругости образцов с исходным связующим на 31,61 % и 47,80 % соответственно.

Таблица 2. Основные технические характеристики асфальтобетонов

Анализ результатов исследований на морозостойкость показал, что потеря прочности исходных образцов после 25 циклов замораживания ‒ оттаивания составляет 42 %, что на 26 – 33 % больше потери прочности при сжатии образцов, содержащих модифицированное связующее.

По результатам исследования основных свойств образцов асфальтобетонов можно сделать вывод о том, что введение в нефтяное связующее диспергированного и активированного структурно-активного наполнителя приводит к значительному улучшению технических характеристик разработанных асфальтобетонов по сравнению с асфальтобетонами, содержащими гудрон в исходном состоянии.

Разработанная рецептура рекомендована для изготовления асфальтобетонов повышенной прочности для строительства автомобильных дорог в условиях Севера.

Список литературы

1.Аввакумов, Е.Г. Механические методы активации в переработке природного

итехногенного сырья / Е.Г. Аввакумов, А.А. Гусев. - Новосибирск: Гео, 2009. –

155 с.

2.Соломенцев, А.Б. Классификация и номенклатура модифицирующих добавок для битумов / Соломенцев, А.Б. // Наука и техника в дорожной отрасли – 2008.

‒ № 1. – С. 14‒16.

1118

3.Охлопкова, А.А. Модификация полимеров ультрадисперсными соединениями / А.А. Охлопкова, О.А. Адрианова, С.Н. Попов. – Якутск: ЯФ Изд-ва СО РАН,

2003. – 224 с.

4.Болдырев, В.В., Аввакумов, Е.Г. Фундаментальные основы механической активации, механосинтеза и механохимических технологий [текст] / В.В. Болдырев, Е.Г. Аввакумов и др.; Ин-т химии твердого тела и механохимии СО РАН. – Новосибирск: Издательство СО РАН, 2009. – 343 с.

А. В. Куликова, магистрант

Н. Н. Дмитриева кандидат архитектуры, доцент Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова

Актуальность реконструкции существующих промышленных территорий

Современные проблемы больших городов, в том числе и экологические, кризис промышленного производства в отдельных странах, изменения технологии, организации производства, а также процесс глобализации остро ставят вопросы поиска новых подходов к формообразованию промышленных объектов в 21 веке, тенденций и прогнозов [1].

На период с 1917 по 1940 г. на территории СССР возникло около 500 новых городов, преобладающая часть которых в качестве градообразующей базы имела промышленность. За этот же период, численность городского населения увеличилась в 2,2 раза – с 29,1 до 63,1 млн. человек. Доминирующая роль промышленности оказала серьезное влияние на планировочную структуру городов. Строительство предприятий сопровождалось формированием при них жилых поселков с набором учреждений культурно-бытового назначения[4]. С развитием городов, размещѐнные ранее на окраинах промышленные предприятия, органично вошли в архи- тектурно-планировочную структуру современного города, и на данный момент составляют вместе с жилой и общественной застройкой единое целое, участвуют в застройке магистралей и площадей, набережных рек, в выразительности силуэта города.

Переход России к рыночной экономике вызвал необходимость рационального использования промышленных территорий, отдельных промышленных предприятий, производственных зданий и сооружений. Практика промышленного строительства в различных странах показала, что тенденция размещения новых предприятий вне города, ведет к дополнительным затратам на прокладку инженерных и транспортных коммуникаций. Удаление мест приложения труда, при котором работающие на промышленных предприятиях затрачивают на дорогу в одну сторону более 40 минут, негативно сказывается на их работоспособности, увеличивая транспортную усталость. Так же существовавшая тенденция советской

1119

архитектурной практики – проектирование и строительство цехов с завышением их объемно-планировочных параметров с расчетом на будущее развитие технологического процесса, так же оказалась малоэффективной. Это оказалось связано с тем, что темпы производства не всегда предсказуемы, а современные производственные машины имеют меньшие объемы, чем некоторое время назад [3].

Использование сохранившихся цехов под новые функции, признание их художественной и исторической ценности в России пока не нашло широкой поддержки. Главная причина этого ‒ не столько большие затраты и долгий срок окупаемости, сколько неготовность инвесторов, потребителей и городских властей воспринимать промышленные здания как привлекательную среду для работы и жизни. Несмотря на это, прогресс в этом направлении все же имеется. Примером тому может служить проект бизнес-центра «Фабрика Станиславского» в г. Москве (рис. 1, 2).

Особенностью этого проекта является глобальный масштаб реконструкции, включающий несколько этапов и предусматривающий создание территории нескольких функциональных зон. Основная часть квартала с наиболее хорошо сохранившимися зданиями было решено преобразовать под бизнес-центр. Примерно одна треть территории предназначена для возведения жилья, между офисной и жилой частями расположен театр. Такая разноплановость серьезно усложнила разделение на общественные

изакрытые зоны. Вся внутренняя территория комплекса лишена заборов – она разбивается на отдельные зоны при помощи элементов благоустройства: дорожек и газонных полей, цветочных клумб и деревянных помостов.

Альтернативным способом использования индустриальных построек является проектное предложение мастерской «Сити-Арх» по созданию лофтов в цехах бывшей текстильной фабрики. По проекту этого бюро реконструируется четыре здания производственных цехов Даниловской мануфактуры. Здания расположены в глубине застройки и не видны ни со стороны набережной, ни со стороны шоссе, но это никак не облегчило стоящую перед архитекторами задачу. Основным пунктом технического задания было сохранение брутальной эстетики красного кирпича (рис. 3, 4). Во всех помещениях доминируют высокие сводчатые потолки и стены из обработанного кирпича, колонны выполнены из чугуна и бетона, антресоли отделаны натуральным деревом и черным металлом. Об индустриальном прошлом цехов, превращенных в удобные офисы и апартаменты, также напоминают открытая проводка инженерных коммуникаций

ивпечатляющие своими масштабами камины [4].

Ввыставочном и торгово-офисном комплексе «Флакон», созданном в 2009 году на территории бывшего завода Хрустальный имени Калинина в Москве сейчас располагаются кафе, магазины и мастерские. На двух площадках для проведения массовых мероприятий (Flacon Space и Flacon Loft) постоянно проводятся лекции, кинопоказы, ярмарки, ночные вече-

1120

ринки, выставки, дизайнерские фестивали, концерты. Под офисы и торговлю отдано по 40% площадей.

Рис. 1. Фабрика Станиславского. Вид внутреннего двора комплекса

Рис. 2. Фабрика Станиславского. Подсветка фасадов старого и нового корпусов в темное время суток

Оставшиеся 20 % ‒ это общественное питание, спорт, развлечения и выставочные площади. «Флакон» поддерживает креативную атмосферу за счет многочисленных мероприятий: выставок, семинаров, воркшопов. Территория завода давно и заслуженно приняла звание кластера для работников творческих профессий [5].

Рис.3. Даниловская мануфактура. Общий вид реконструируемой текстильной мануфактуры

1121

Рис. 4. Даниловская мануфактура. Подсветка реконструируемого корпуса

Рис. 5. Дизайн-завод Флакон. Внутренний двор с бассейном

Рис. 6. Дизайн-завод Флакон. Внутренний двор дизайн-завода

Таким образом, исходя из возможности многостороннего использования индустриальных территорий, можно с уверенностью говорить об актуальности реконструкции пришедших в упадок заводов.

Список литературы

1.Морозова, Е.Б. Три века промышленной архитектуры, 2002 [Электронный ресурс]. URL: http://newsletter.iatp.by/ctr2-10.htm

2.Бочаров, Ю.П. Город и производство. ‒ М.: Стройиздат, 1980. – 124 с., ил.

3.Сысоева, О.И. Реконструкция промышленных объектов Учеб.пособие – Мн.:БНТУ, 2005. – 136 с.

4.Мартовицкая, А. Лофт производственных цехов, 2011. [Электронный ре-

сурс]. URL: http://archi.ru/agency/news_current.html?nid=33675 (дата обращения 05.02.2013).

5.Тыкулов, Д. Фабрики превращаются в арт-кластеры, 2012 [Электронный ресурс]. URL: http://www.archi.ru/events/news/n ews_present_press.html?nid=40343 (дата обращения 05.02.2013).

1122

6.Чайко, Д.С. Интеграция исторических промышленных объектов актуальные проблемы современной науки, М.Спутник, 2007.

7.Журнал Arx Гид, 2005. ‒ 164 с.

8.Журнал SPEECH: Вторая жизнь, 2008. ‒ 248 с.

А. А. Куляшова, магистрант

Н. Л. Тарануха, доктор экономических наук, профессор Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова

Особенности строительных работ в условиях плотной жилой застройки

Проблемы строительства в условиях плотной застройки уходят далеко в прошлое. Во многих странах, в том числе и в России люди всегда стремились к наиболее тесному проживанию, создавая тем самым поселения с застройкой по плотности до 60‒80%.

В настоящее время в России, в особенности в промышленно-развитых городах растет спрос как на жилые, так и на административные площади. При этом возникает острая нехватка земельных площадей. В связи с этим наступает потребность в использования ранее застроенных территорий с уже имеющейся инфраструктурой.

При этом неизменно происходит уплотнение жилой застройки. Следует различать в основном два вида застройки:

‒точечное строительство;

‒развитие застроенных территорий при сносе аварийного жилья и на основании муниципальных адресных программ.

При развитии застроенных территорий, строительство новых зданий, ведется после полного сноса ранее построенных, с подготовкой строительной площадки в соответствии с нормами по плотности застройки (СП 42.13330.2011 Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений. Актуализированная редакция СНиП 2.07.01-89*) и обеспечением объекта благоустройства (стоянок для автомобилей, игровых площадок, проездов и др.).

Точечное строительство, возможно как отдельно стоящее здание вблизи существующих, так и непосредственно примыкающее к ним. При большом разнообразии инженерно-геологических условий площадок строительства, во многих случаях строительство новых зданий на площадках с плотной застройкой приводит к деформациям, а иногда и разрушениям близ расположенных существующих зданий. Поэтому при проектировании и строительстве нового здания нужно обеспечить архитектурный баланс со существующими зданиями и обеспечить их надежность, как при строительстве, так и при эксплуатации нового объекта.

1123

Особенностью проектирования основания новых зданий и разработки мероприятий по сохранению надежности существующих в условиях плотной застройки, требует тщательного рассмотрения и учета характеристик проектируемых зданий и строительных конструкций и фундаментов, а так же технических характеристик и состояния конструкций существующих зданий.

При возведении зданий вблизи существующих в условиях плотной городской застройки следует осуществлять мониторинг за состоянием возводимого здания и окружающих его зданий и среды как в период строительства, так и в период эксплуатации.

Особенностью производства работ зданий является обязательность учета дефектов обследованных объектов до начала строительства.

Особенностью инженерных изысканий для проектирования новых зданий рядом с существующими является обеспечение изучения инже- нерно-геологического условия площадки строительства нового здания, а так же получение необходимых данных для проверки влияния нового здания на осадки существующих, для проектирования мероприятий по уменьшению влияний нового здания на деформации существующих, а так же для проектирования в случае необходимости усиления основания фундаментов существующих зданий.

Защита существующих зданий (оснований и фундаментов) при строительстве новых выполняется в случаях:

‒расположения здания в зоне влияния нового здания;

‒возведения заглубленных помещений, влияющих на деформацию существующих зданий;

‒при выполнение устройства фундаментов с применением специальных видов работ (замораживание, инъекции и др.);

‒при необходимости выполнения водопонижения.

Для обеспечения эксплуатационной пригодности существующего здания и сооружения, вблизи которых планируется новое строительство целесообразно применение следующих основных методов производства работ:

‒ фундаменты на естественном основании: усиление оснований, увеличение опорной площади, устройство перекрестных лент или фундаментные плиты, укрепление фундаментной плиты, усиление сваями различных видов (буроинъекционными, буронабивным, вдавливаемыми);

‒свайные фундаменты: усиление свай, устройство дополнительных свай с уширением ростверка, изменение конструкции свайного фундамента за счет пересадки несущих конструкций на дополнительные сваи со значительно большей несущей способностью, устройство перекрестных лент или сплошной железобетонной плиты на свайных фундаментах, уширение ростверков, усиление тела ростверков;

‒ограждающие конструкции (шпунт, стена в грунте и др.);

‒предварительное закрепление грунтов различными способами (це-

1124

ментация, смализация и др.) в зонах сопряжения реконструированного и нового сооружения;

‒использование конструктивных решений, не создающих дополнительных воздействий на существующие конструкции (решение консольного типа со сваями, применение вдавливаемых и завинчивающихся конструкций свай и др.).

При производстве работ по строительству нового здания рядом с существующим, а также в случае разборки при этом старых построек следует не допускать:

‒нарушения структуры несущих слоев основания и потери устойчивости откосов при отрывке котлованов, траншей и т. д;

‒фильтрационного разрушения основания;

‒технологического вибрационного воздействия;

‒промораживания грунтов основания существующего здания со стороны отрытого котлована.

При возведении новых зданий, вплотную примыкающего к существующему, минимальное расстояние между краями нового и существующего здания устанавливается при проектировании в зависимости от способа разработки грунта, глубины котлована, конструкции фундаментов и разделительной стенки. Конструкция и размещение фундамента должны назначаться с учетом развития дополнительных неравномерных деформаций фундаментов существующего здания. При этом, как правило, должен устраиваться осадочный шов, чтобы было возможным раздельное перемещение новых и старых построек в течение всего периода.

В качестве примера рассчитаем допустимое расстояние между фундаментами нового и существующего здания (рис.1), с учетом разности отметок заложения, определяющихся исходя из условия [1]:

где a ‒ расстояние между фундаментами в свету; j1 и c1 ‒ соответственно расчетные значения угла внутреннего трения и удельного сцепления грунта, принимаемые для расчета по первой группе предельных состояний; р ‒ среднее давление под подошвой фундамента существующего здания от расчетных нагрузок, определяемых для расчета основания по несущей способности.

Для расчета несущим слоем грунта примем суглинки полутвердые, непросадочные, согласно инженерно-геологическим изысканиям, со следующими характеристиками: j1 =21° и c1 =0,040 МПа; разность отметок заложения, примем ∆h = 2 м; предположим, что среднее давление под подошвой фундамента существующего здания от расчетных нагрузок,

определяемых для расчета основания по несущей способности, составляет

р = 15т/м2.

Подставляем все значения в условие, и находим расстояние между фундаментами:

1125

a≥ ∆h /(tgj1+c1/p)= 2 м/(tg21°+0,040 МПа/15 т/м2)=

=2 м/(tg21°+4 т/м2/15 т/м2)= 3,075 м.

Следовательно, расстояние между фундаментами принимается из условия а ≥ 3,075 м.

Рис. 1. Расположение соседних фундаментов на различной глубине

При строительстве в условиях плотной застройки необходимо обеспечить компактное размещение в увязке с инженерно-транспортной инфраструктурой, эффективно использовать территорию в зависимости от ее градостроительных ценностей, комплексный учет архитектурноградостроительных традиций, охраны окружающей среды, памятников истории и культуры.

Список литературы

1. Рекомендации по проектированию и устройству оснований и фундаментов при возведении зданий вблизи существующих в условиях плотной застройки в г.Москве. Разработан: МГСУ Минвуза РФ, Ассоциация «Стройнормирование», НИИОСП им. Герсеванова Госстроя России 109428, г. Москва, 2-я Институтская ул. 6, ГПИ «Фундаментпроект», ПСФ «Гидростройинжиниринг», 1999-01-13.

Н. М. Макаров, старший преподаватель Л. Г. Иванова, кандидат геолого-минералогических наук

Северо-Восточный Федеральный Университет имени М. К. Аммосова, г. Якутск

Организация постов стационарного наблюдения за температурным режимом земляного полотна

Земляное полотно автомобильной дороги является системой, которая, находясь во взаимодействии с геологической средой, воспринимает природные воздействия и транспортные нагрузки. В процессе жизненного цикла земляного полотна в нем возникают дефекты, снижающие его экс-

1126

плуатационную надежность. Нарушение стабильности эксплуатируемого земляного полотна чаще всего бывает предопределено всей историей его жизненного цикла. Такие деформации почти никогда не проявляются сразу после строительства. Им, как правило, предшествуют длительные внутренние процессы, которые в конечном итоге снижают прочностные свойства грунтов и способствуют образованию ослабленных зон в теле земляного полотна. Такими факторами могут быть аномальные погодные условия (большое количество осадков, суровая зима), увеличение скорости и интенсивности движения транспорта, нагрузки на ось и т.д. Тогда дефекты земляного полотна рано или поздно приводят к его разрушению. Промежуток времени между зарождением и проявлением дефекта различен и может изменяться от нескольких дней до нескольких лет. Деформации рано или поздно приводят к отказам земляного полотна, под которыми понимается полное или частичное нарушение его работоспособности [1].

При назначении в весенний период продолжительности ограничения движения транспортных средств одним из определяющих факторов является глубина оттаивания дорожных конструкций.

В настоящее время уделяется недостаточное внимание разработке методик расчета глубины оттаивания дорожных конструкций в сравнении, например, с известными методами прогнозирования процесса промерзания.

Методы расчета глубины оттаивания можно разделить на две группы:

‒точные методы, базирующиеся на решении двухмерной или трехмерной задачи тепломассообмена и требующие надежных исходных данных, в том числе определения начальных условий;

‒приближенные методы, основанные на эмпирических зависимо-

стях.

Точные методы расчета глубины оттаивания в современных условиях пока еще не обеспечивают достоверности при решении конкретных производственных задач. В настоящее время отмечается сопоставимость результатов расчетов точными и приближенными методами. Таким образом, для определения периода ограничения движения транспортных средств целесообразно использовать наиболее простые приближенные методы, основанные на эмпирических зависимостях [2].

Для изучения температурного режима земляного полотна, нами были обустроены посты стационарного наблюдения

При выборе участков дорог, для проведения полевых исследований дорожных конструкций были приняты следующие критерии:

1.намечаемые для обследования участки дорог, по возможности должны быть дислоцированными в зонах действия существующей в Республике сети гидрометеостанций;

2.участки дорог должны отвечать требованиям действующих строительных норм правил на проектирование и строительство автомобильных дорог;

1127

3.грунтовые, климатические и гидрологические условия на выбранных для изучения участках дорог, должны быть характерными для ранее обоснованного нами дорожно-климатического района;

4.конструкции земляного полотна и дорожной одежды должны отражать характерные решения, имеющие наибольшее распространение в районе исследования.

Для проведения детальных обследований дорожных конструкций, на выбранных участках, оборудуются посты наблюдения. Оборудование постов должно позволять проводить необходимый комплекс визуальных наблюдений и инструментальных исследований [3].

Эти ограничения при выборе характерных участков дорог и назначения мест расположения постов определены программой исследования, с целью изучения работы дорожных конструкций в определенных природ- но-климатических условиях.

Рис. 1. Схема заложения датчиков на наблюдательном посту: 1 – оголовки; 2, 3 – термокоса; 4 ‒ скважина № 1;

5 – скважина № 2; 6 – скважина № 3

Согласно вышеперечисленным требованиям, на сети дорог Республики Саха (Якутия), были выбраны участки с оборудованными на них постами для визуального и инструментального наблюдения. В земляном полотне, на оси и обочине дороги, были установлены 10-ти метровые температурные трубки, оснащенные температурными датчиками, в про-

1128

цессе бурения производился отбор керна с фиксацией конструктивных слоев грунта земляного полотна. Выполнено определение влажности грунтов весовым способом. Производился контроль геометрических параметров земляного полотна, выполнена съемка поперечного профиля, определена высота насыпи на участках наблюдений. Для наблюдения за перемещениями земляного полотна были установлены глубинные марки, так же как и температурные трубки на оси и обочине дороги.

Наблюдения за температурой и глубиной оттаивания грунтов земляного полотна и его основания, а также прилегающей территории проводят в соответствии с ГОСТ 24847-81, ГОСТ 25358-82 с помощью жидкостных (ртутных, спиртовых) термометров, а также электрических термометров сопротивления. Жидкостные термометры применяют, как правило, при измерениях температуры грунтов в шурфах и буровых скважинах, а электрические термометры сопротивления - в скважинах. При использовании электрических датчиков скважины после установки в них датчиков засыпают сухим песком или высушенным и размельченным грунтом, в котором бурили скважины.

Рис. 2. Установка и соединение температурных кос.

На участках, где насыпь проектируют по первому принципу, скважины бурят в поперечном сечении насыпи по ее оси и серединам обеих обочин, а также на полосе отвода на расстоянии не менее 10 м от подошвы с обеих

1129

сторон насыпи. Глубина, на которой располагают устье скважин, должна быть больше двух глубин оттаивания грунтов в естественных условиях.

Температуру фиксируют на глубинах 0,2; 0,4; 0,8; 1,2; 1,6; 2; 2,5; 3 м; от 3 до 10 м ‒ через каждый метр, а глубже 10 м ‒ через 5 м [4]. На глубинах до 3 м измеряют температуру четыре раза в сутки, до 10 м – один раз в сутки, глубже 10 м ‒ один раз в месяц.

Данные измерений температуры грунтов необходимы для прогнозирования температурного режима дорожных конструкций, запроектированных по различным принципам и построенных с полным соблюдением технологических требований.

Список литературы

1.Пугачев, И.Н. Обоснование сроков ограничения нагрузки на автомобильные дороги в период весенней распутицы в зависимости от природно-климатических условий (на примере Южной части Дальнего Востока): Автореф. Дис. канд. техн. наук. – Хабаровск, 2001. – 17 с.

2.Правила временного ограничения движения на автомобильных дорогах при недостаточной прочности нежестких дорожных одежд / Федеральный дорожный департамент Минтранса России.- М., ИНФОРМАВТОДОР. 1994. – 24 с.

3.Научно-технический отчет по теме 1.9.12 «Разработка регионального стандарта дорожной службы «Расчетные характеристики прочности и деформируемости грунтов земляного полотна сети автомобильных дорог РС(Я) для проектирования нежестких дорожных одежд для условий 1 дорожно-климатической зоны»«

Якутск: ЯГУ, 2007. ‒ 55 с.

4. ВСН 84-89. Изыскания, проектирование и строительство автомобильных дорог в районах распространения вечной мерзлоты. – М.:Министерство транспортного строительства СССР, 1990. ‒ 272 с.

А. Л. Медведева, студент

Л. И. Ившина, кандидат архитектуры, доцент Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова

Купольное строительство

Мы настолько привыкли к квадратным домам и комнатам, что совершенно упустили из вида потрясающие эстетические и практические особенности других геометрических форм. А ведь природа, как мировой разум - великий творец, создала миллиарды форм животворящего многообразия без прямого угла, без прямой, без квадрата, прямоугольника или куба. Ни в одной из сфотографированных учеными галактик не заложен в основание прямоугольник или квадрат.

Сегодня времена архитектурного клише канули в лету и с каждым годом открываются все новые и новые творческие горизонты для архитек-

1130

торов, инженеров и дизайнеров. Абстрагировавшись от стандартов и шаблонов, стало возможным смотреть на жизнь с других, более интересных, точек зрения. Появилось много уникальных технологий быстровозводимых конструкций зданий.

Одним из новых видов быстровозводимых конструкций является домсфера или дом-купол, которая уверенно завоевывает место на строительном рынке доступного жилья. Очевидные преимущества строений на основе купола задаются свойствами сферы:

−максимальный внутренний объем при одинаковой с «прямоугольным» строением полезной площади;

−больше воздуха и света;

−меньше до 30 % затрат на строительные материалы;

−минимальная площадь внешней поверхности при одинаковой с «прямоугольным» строением полезной площади;

−меньше рассеивается тепла зимой, меньше тепла поглощается летом. Соответственно снижаются (до 30 %) расходы на обогрев и кондиционирование;

−купол очень легкий, поэтому для постройки купольного дома не нужен мощный и дорогостоящий фундамент, кроме того это дает возмож-

ность ставить такие дома на любом грунте.

−сфера – очень прочная конструкция, в ней нет отдельной «крыши», стропильной системы, тяжелых перекрытий. Поэтому купольный дом обладает высокой сейсмоустойчивостью, и разрушение даже 35% элементов конструкции не приводит к ее обрушению;

−недостижимая для других строений прочность позволяет купольным строениям выдерживать большую снеговую нагрузку;

−непревзойденная аэродинамика куполов обеспечивает отличное огибание ветрами (купольные дома доказали свою непревзойденную устойчивость во время разрушительных ураганов и смерчей на побережье США);

−небольшой купольный дом не имеет несущих стен, поэтому несущие стены можно устанавливать достаточно произвольно, что дает больше свободы при внутренней планировке;

−через меньшую площадь поверхности проникает меньше звуков, что делает жизнь в купольном доме более комфортной;

−купольный дом можно как угодно разместить на участке (он все равно «круглый»);

−купола можно постепенно пристраивать;

−купольный дом прекрасно соответствует архитектурнохудожественным требованиям (рисунок) [1];

О материалах и технологиях

На сегодняшний день в мире разработаны и используются десятки технологий по строительству разнообразных купольных домов и сооружений. Рассмотрим некоторые из них.

1131

Рисунок. Купольный дом

Купольный дом из сенобетона

Этот способ возведения купольных домов относится к числу самых доступных, в материальном плане, вариантов.

Фундамент. Стоит сразу отметить, что конструкция не будет излишне тяжелой, а потому, и фундамента вполне достаточно простого – ленточного, в иных случаях будущий обладатель дома предпочитает ставить дом на сваи.

Каркас. Материалом для возведения основы для такого дома-сферы, как правило, служит деревянный брус. Реже – легкий металлически профиль. На что сразу стоит обратить внимание – каркас для такого типа постройки потребуется двойной, с дополнительной перевязкой между внешним и внутренним «скелетом» купольного дома. Процесс возведения основы можно значительно ускорить, если для состыковки элементов использовать обычные коннекторы (соединители в виде звездочек).

Наполнитель. Как уже понятно из названия технологии, в роли наполнителя, утеплителя, уплотнителя и собственно стены-крыши, будет выступать солома, пропитанная в цементно-известковый растворе. Тюками необходимо заполнить все внутреннее пространство между каркасами, оставив лишь проемы для окон и дверей, где заблаговременно устанавливаются коробки из бруса или досок. При необходимости, если пропитка покажется недостаточной, каждые несколько уже уложенных слоев тюков, можно дополнительно пролить раствором.

Кровля. Купольный дом, фактически – это 20 % здания и 80 % – крыша. Само основание – это примерно 1,20 метра от основания до начала скругления – можно просто покрасить, или покрыть отделочным камнем. Оптимальным вариантом для оборудования кровельной части таких домов является битумная черепица. Впрочем, можно обойтись просто рубероидом, или покрыть дранкой, металлом, керамической черепицей и т.д.

Плюсами такого типа строительства являются:

1132

‒низкая стоимость исходных материалов;

‒высокая скорость возведения здания;

‒небольшие трудозатраты;

‒отсутствие необходимости в приобретении утеплителя. С задачей защиты помещений от морозов или излишней жары – вполне справляется солома. А практически монолитный тип строения – минимизирует вероятность образования мостиков холода;

Коннекторный способ купольного домостроения

Для всех купольных домов вопрос фундамента – одинаков.

Что касается технологии, то в данном случае речь идет о фактически бескаркасном типе строительства. Элементы стены-крыши собираются из отдельных ребер (отрезки бруса, металлического профиля) при помощи специальных коннекторов – соединительных узлов.

Для такого типа строения обязательно потребуется утепление (минвата, пенопласт, пенополистирол и т.д.), а так же материалы для обшивки здания изнутри и снаружи.

Бесконнекторный способ купольного домостроения

Для того, чтобы собрать эти два типа конструкций, соединителей – коннекторов не потребуется. Однако сама технология схожа с предыдущей.

В первом случае, здание буквально собирается, как детская игрушка их готовых панелей треугольной формы, во втором – купол конструируется из точно подогнанных друг к другу отрезков бруса.

Соответственно, после завершения возведения дома, потребуется утеплить здание и позаботиться о внутренней и внешней обшивке. И не забыть о том, что между внешней поверхностью и теплоизолятором нужно оставить небольшой прогал. Здание тоже должно «дышать».

Купольный дом из легких конструкций

Если предыдущие типы купольных конструкций были названы легкими, то это строение – буквально «воздушное». Каркас собирается из отрезков металлической или пластиковой трубы по коннекторному типу. А затем строение «затягивается» в некое подобие тента. Естественно, теплоизоляция и внутренняя обшивка каркаса – необходимость.

Однако стоит отметить, что в районах с достаточно суровым климатом, такие купольные постройки едва ли приживутся. Разве что для организации оригинальных кафе-ресторанов, небольших турбаз или охотни- чье-рыбацких деревень [2].

Отопление купольных построек

Только геометрия сферы способна предоставить наименьшие эксплуатационные расходы на отопление, сфера – идеальная форма для энергосбережения и любой проект купольного дома предусматривает пассивное отопление, использующее энергию солнца и эффект Бернулли. В качестве дополнительного (вспомогательного) отопления в холодное зимнее время

вкуполе можно использовать систему теплых полов на первом этаже, в случаях с небольшими строениями, вполне достаточно одной печи или

1133

камина, расположенных как можно ближе к центру купола дома.

Прямой обогрев солнечными лучами помещений купола через ориентированные окна, использование стены Тромба, размещенной по центру купола и совмещенной с камином или печью, позволят полностью решить вопрос с отоплением без потребления энергии. Система ориентированных на солнце и звезды окон позволит максимально долго обходится без искусственного освещения. В доме происходит ежедневная соляризация всех помещений.

Построить более теплый Купол не значит использовать больше изоляции. Сюда входит много аспектов – это и вентилируемый каркас купола, и правильная укладка изоляции, уплотнение деталей, оболочка купола, паронепроницаемый слой, изоляция фундамента, современные стеклопакеты с i-стеклом, рекуперация тепла, грунтовый теплообменник, стена Тромба и многое другое, что делает купола непревзойденно экономичными [3].

Во многих регионах мира уверены, что, по крайней мере, в области малоэтажного жилого строительства, за купольными зданиями – будущее. Экологичные, экономичные, быстровозводимые и долговечные, они на все 100 % отвечают требованиям, предъявляемым сегодня к жилым помещениям.

Их строительство не требует привлечения значительных усилий и специальной строительной техники. Они способны выдерживать и сильную жару, и зимний холод, эффективно противостоят ураганам и землетрясениям. Наконец, в них просто уютно и комфортно жить [2].

Список литературы

1. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.mydome.ru/ обновлен

03.02.13.

2. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://svoi-dom-nsk.ru/?p=884 об-

новлен 04.02.13.

3. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.apxu.ru/article/dome/

обновлен 04.02.13.

Е. А. Миронова, студент

А. М. Непогодин, старший преподаватель Ижевский государственный технический университет

имени М. Т. Калашникова

Получение и использование биогаза из органических отходов очистных сооружений канализации

Постоянно растущие цены на ископаемое органическое топливо делают весьма актуальными задачи изыскания альтернативных, постоянно возобновляемых источников энергии. Использование отходов городского

1134

хозяйства, птицеводства, животноводства и растениеводства как альтернативных и возобновляемых источников тепловой и электрической энергии давно является одним из важнейших направлений в энергетической стратегии многих стран мира.

Одним из способов использования биологических отходов является использование биогазовых технологий, суть которых заключается в переработке биологических отходов в анаэробном реакторе биогазовой установки. В биогазовой установке происходит переработка осадков сточных вод, навоза и растительных остатков с получением горючего биогаза и высококачественного удобрения.

Целью переработки биоотходов является снижение загрязнения окружающей среды и использование энергетического потенциала органических остатков.

Биогаз – это горючая газовая смесь, состоящая из 50-70% метана, 3040% углекислого газа и небольшие количества сероводорода, аммиака, водорода. Из 1 м³ биогаза можно получить около 18-24 МДж энергии.

Обобщенная схема биогазовой установки для переработки биоотходов состоит из следующих основных элементов: приемника отходов, биореактора, газового и теплового хозяйства. Основой любой биогазовой установки является биореактор или метантенк. В реакторе устанавливаются системы термостатирования, отбора биогаза, перемешивания. Объемы метантенков могут варьировать в больших пределах - от 3 м3 до 5 тыс. м3.

Для производства биогаза возможно использование следующих органических материалов:

‒жидкий навоз, твердый компост;

‒биологические отходы, собранные на фермах;

‒вторичное (вторично выращенное) сырье (кукурузный силос, непищевые зерна);

‒сточные воды и их осадки;

‒биологические отходы от ферм по забою крупного рогатого скота, пивоваренных заводов и дистилляторов, складов для хранения фруктов, молочных ферм и др.

Схема анаэробной обработки осадков сточных вод с получением биогаза и преобразованием его в электрическую и тепловую энергии на очистных сооружениях канализации представлена на рисунке.

Сырой осадок после первичных отстойников и избыточный активный ил аэротенков сгущается до 95 % и направляется через теплообменник в метановый реактор, где под действием метанобразующих бактерий, без доступа кислорода, часть органической составляющей распадается и образуется биогаз. Газ накапливается под колпаком метантенка. Сброженный осадок поступает на сгущение или механическое обезвоживание, затем вывозится на иловые площадки для складирования или перерабатывается для получения биоудобрений.

1135

Рисунок. Принципиальная схема получения и утилизации биогаза из осадка сточных вод на очистных сооружениях канализации

Биогаз, пройдя осушение, очищается от примесей серы и собирается в аккумулирующие ѐмкости – газгольдеры, для последующей переработки на когенерационных установках в тепло и электричество. Подача газа на сжигание происходит прямо из газгольдера. Биогаз может использоваться

вгазовых турбинах или газопоршневых двигателях.

Вбиогазовых энергоустановках лучшие характеристики показывают биогазовые дизельные двигатели. Широкое распространение получили биогазовые двигатели немецкой марки Jenbacher. Эти двигатели являются

вданный момент наиболее экономически эффективным способом производства энергии.

Часть энергии направляется на обогрев метантенка и поддержания необходимой для технологии температуры, а остальная часть биогаза может быть использована для нужд теплоснабжения близлежащими посѐлками. Для сжигания излишка биогаза в составе сооружений предусмотрена газовая свеча.

Выводы:

1.Образующийся биогаз может использоваться как энергоресурс для выработки тепловой и электрической энергии в различных энергетических устройствах. Это позволит полностью обеспечить энергопотребность очистных сооружений и близлежащего поселка.

2.Использование биогаза позволяет полностью или частично отказаться от природного газа, цены на который непрерывно растут.

1136

3. Применение биогазовых технологий позволяет получить дешевые экологически чистые органические удобрения и обеспечить процесс восстановления и увеличения естественного плодородия почв.

Список литературы

1.Баадер, В, Доне, Е, Бренндерфер, М. Биогаз: теория и практика (пер. с нем.

Ипредисловие М.И. Серебряного) – М. Колос, 1982 – 148с.

2.Гюнтер, Л.И., Гольдфарб, Л.Л. Метантенки. – М.: Стройиздат, 1991 – 128 с.

О. Ю. Михайлова, аспирант

Г. И. Яковлев, доктор технических наук, профессор Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова

Влияние тонкомолотого доломитизированного известняка на прочность бетона

Экологические и экономические условия являются двигателем изменений в ассортименте производимых цементов. Обыкновенные портландцементы чаще заменены цементами с минеральными добавками [1,2].

Доломит является одним из материалов, который имеется в изобилии во многих карьерах. Однако сегодня, он чаще всего отбрасывается в производстве клинкера или в качестве основного компонента в цементе, изза ограничений в содержании MgO. Этот материал является ресурсом, который по минералогическому составу очень похож на известняк и, следовательно, может быть использован в качестве минеральной добавки в цемент [3].

В работе [4] показана возможность пригодности использования не только чистых доломитов, но и известковых доломитов с содержанием MgO от 16 % в получении доломитовых цементов.

«Эффект микронаполнителя», который возникает при введении в бетонные смеси тонкодисперсных минеральных веществ, выражается в повышении прочности бетона [5]. Наиболее полно микронаполняющий эффект проявляется при увеличении объемной концентрации тонкодисперсных добавок, когда пористость цементного камня уменьшается, а плотность его структуры увеличивается. Высокодисперсные частицы известняка заполняют пустоты между более грубыми зернами цементных частиц, которые также могут быть заполнены водой[6]. Эффект заполнения пустот, уплотнение структуры, как и эффект раздвижки мельчайших цементных зерен – являются чисто физическими факторами, которые не зависят от гидравлической активности наполнителя, происхождение ультрадисперсного материала не принципиально и определяется прежде всего доступностью и стоимостью компонентов

1137

Для приготовления составов использовался в качестве вяжущего портландцемент ПЦ 500-Д0 ОАО «Искитимцемент», а в качестве заполнителя - песок речной с фракцией до 2,5 мм. В работе был использован известняк доломитизированный из отсевов Пудлинговского щебеночного завода, расположенного в Свердловской области.

В исследовании применялись два вида тонкомолотого порошка данного доломитизированного известняка со средним размером частиц 4 мкм и 2,79 мкм с удельной поверхностью 5500 и 7523 см2/г соответственно. Для определения удельной поверхности используется и среднемассового размера частиц исследуемого дисперсного порошка используется прибор системы Ходакова (ПСХ – 12).

Удельная поверхность порошка известняка измерялась с помощью лазерного анализатора распределения частиц по размерам LA-950 фирмы

Horiba.

Минералогический состав щебня по рентгенограмме порошка (рис. 1) представлен карбонатом, доломитом и кремнеземом. Кремнезем в основном представлен кристаллической фазой, что не предопределяет его активность. Таким образом, данный порошок доломитизированного известняка является инертной добавкой – наполнителем в портландцемент.

Рис. 1. Рентгенограмма порошка доломитизированного известняка

Результаты измерений образцов на прочность при сжатии в возрасте 14 и 28 дней представлены на рис. 2. Как видно, частичная замена цемента порошком из доломитизированного известняка увеличивает прочность на сжатие. Прочность образцов, содержащих 25 процентов порошка доломитизированного известняка от массы цемента, увеличилась на 16,7% и 23,5% в возрасте 14 и 28 дней соответственно, по сравнению с контрольными образцами.

1138

Ультрадисперсные частицы доломитизированного известняка играют роль участков нуклеации, где происходит увеличение скорости кристаллизации силикатов, что способствует ускорению гидратации минералов портландцемента, изменения соотношения в составе гидросиликатов CaO

– SiO2.

Рис. 2. Влияния содержания тонкомолотого доломитизированного известняка на прочность цементного бетона при сжатии: в возрасте 14 и 28 суток.

Как видно из рис. 3 тонкость помола порошка влияет на скорость набора прочности. Чем выше удельная поверхность порошка вводимого в

смесь, тем выше скорость набора прочности.

Рис. 3. Влияние удельной поверхности тонкомолотого доломитизированного известняка на прочность цементного бетона при сжатии в возрасте 7 суток

При оптимальном содержании известняка (25 % от массы вяжущего) набор прочности больше контрольного образца (0 % добавки) на 56 %. По результатам испытания можно сделать вывод, что при увеличении тонкости помола предел прочности на сжатие бетона увеличивается и в тоже время увеличивается плотность.

1139

Для исследования влияния вводимой добавки - наполнителя были проведены исследования микроструктуры на растровом электронном микро-

скопе (прибор Phenom G2 pure).

в г Рис. 4. Микроструктура РЭМ бетона: а – без добавки в возрасте 7 суток при ×6000

увеличении; б – бетона с добавкой возрасте 7 суток при ×6000 увеличении; в – с добавкой в возрасте 7 суток при ×5000 увеличении г – бетона с добавкой в

возрасте 90 суток при ×7000 увеличении

Результаты исследований микроструктуры показали, что в цементной композиции (рис. 4а) в возрасте 7 дней без добавки тонкомолотого известняка, структура бетона рыхлая, пористая с преобладанием макропор. При наличии добавки доломита увеличивается количество центров, которые инициируют более интенсивную кристаллизацию (рис. 4б), что в свою очередь приводит к ускорению гидратации. На поверхности цементной частицы возникает тонкий слой новообразований, состоящих из гидроксида кальция (пластинчатые кристаллы, с совершенной спайностью) (рис.4в). Это приводит уплотнению и увеличению структуры на ранних стадиях. Этот слой со временем увеличивается до 4 мкм в возрасте 90 суток (рис.4г). В итоге можно увидеть ярко выраженное уплотнение структуры бетона. В данном случае межфазный слой имеет хорошее сцепление, что приводит к увеличению прочности и плотности модифицированного бетона.

1140

Таким образом, ультрадисперсные частицы доломитизированного известняка служат дополнительными центрами кристаллизации, оптимальное содержание добавки 25 % доломитизированного известняка от массы цемента. При таком количестве мелкозернистый бетон имеет наибольшую прочность на сжатие.

Список литературы

1.Piechówka-Mielnik M., Giergiczny Z. Properties of Portland-composite cement with limestone. [Электронный ресурс]. - 13th International Congress on the Chemistry of Cement Proceedings CD. June 13th 2011. - 1 электрон. опт. диск (CD-ROM).

2.Nocuń-Wczelik W., Łój G. Effect of finely dispersed limestone additives of different origin on cement hydration kinetics and cement hardening. [Электронный ресурс]. - 13th International Congress on the Chemistry of Cement Proceedings CD. June 13th 2011. - 1 электрон. опт. диск (CD-ROM).

3.Schöne S., Dr. Dienemann W., Wagner E. Portland dolomite cement as alternative to

Portland limestone cement. [Электронный ресурс]. ‒ 13th International Congress on the Chemistry of Cement Proceedings CD. June 13th 2011. ‒ 1 электрон. опт. диск (CD-ROM).

4. Рахимов, Р.З., Шелихов, Н.С. Комплексное использование карбонатного сырья для производствастроительных материалов // Строительные материалы, 2006, № 9. – С. 42‒44.

5.Зоткин, А.Г. Эффекты минеральных добавок в бетоне// Технология бето- нов.–2007. – № 4. – С.10‒12.

6.Копаница, Н.О., Аниканова, Л.А., Макаревич, М.С. Тонкодисперсные добавки для наполненных вяжущих на основе цемента // Строительные материалы. –

2002. ‒ № 9. – С. 2‒4.

А. В. Обухов, магистрант И. Н. Шабанова, доктор химических наук, профессор

В. И. Кодолов, доктор химических наук, профессор Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова

Определение оптимальной концентрации наноструктур в модифицированном полимере, с использованием метода рентгеноэлектронной спектроскопии

Актуальность исследования в области рентгеноэлектронной спектроскопии обусловлена важностью развития методов диагностики, которые позволяют контролировать промежуточные и конечные результаты создания новых материалов. Важная роль в диагностике и анализе материалов принадлежит рентгеновским методам. Странно то, что такой информативный метод, как рентгеновская спектроскопия, который предназначен для исследования поверхностных слоев, недостаточно применяется в исследованиях наноструктурированных материалов. В настоящее время ко-

1141

личество работ по рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) очень незначительно, а исследование металл/углеродных наноструктур, используя РФЭС, находятся в зачаточном состоянии. Этот метод не связан с ионной или электронной бомбардировкой поверхности, и является неразрушающим методом анализа, что выгодно отличает его от аналогов [1]. В данной работе дана теоретическая информация и экспериментальные результаты исследования поликарбоната модифицированного металл/углеродными наноструктурами.

Данная статья посвящена исследованию поликарбоната модифицированного медь/углеродными наноструктурами с использованием РФЭС. Исследование проводится с целью определения оптимальной концентрации наноструктур в объеме модифицируемого полимера.

В основе метода РФЭС лежит явление фотоэффекта, которое заключается в эмиссии фотоэлектронов при попадании рентгеновского излучения на поверхность исследуемого материала [2].

Кинетическая энергия фотоэлектронов Ekin, регистрируемых в эксперименте, определяется уравнением:

hυ=Eb+Ekin+φ [3].

Разница в сечении ионизации различных уровней отражается в интенсивности линии спектра фотоэлектронов. Спектр фотоэлектронов, получаемый в эксперименте, содержит различные группы электронов, образующихся как в результате взаимодействия рентгеновского излучения с атомами вещества, так и в результате взаимодействия фотоэлектронов с энергетической структурой исследуемого материала в процессе их движения к поверхности. К первой группе относятся характерные линии фотоэлектронов, а ко второй группе относятся «плазмоны» и сателлиты

«встряски» (shake up, shake off, shake down) [4].

Модификации полимера металл/углеродными нанокомпозитами включает в себя подготовку тонкодисперсной суспензии (ТДС) на основе раствора поликарбоната в органическом растворителе (хлористом метилене). Для этого производиться смешение продуктов и обработка смеси ультразвуковым полем. Затем необходимо добавление в полученную ТДС раствора полимера в хлористом метилене до рассчитанного массового содержания металл/углеродного нанокомпозита. Для равномерного распределения металл/углеродного нанокомпозита в полученной смеси, производиться обработка ультразвуковым полем. Далее получаем пленки путем испарения растворителя из смеси. Из полученных пленок растворитель полностью удаляется путем нагрева и вакуумирования.

Использование хлористого метилена облегчает равномерное распределение наноструктур по объему. Характеристики ТДС с хлористым метиленом более приемлемы по сравнению с ТДС на основе дихлорэтана.

Получение тонкодисперсных суспензий на основе металл/углеродных наноструктур включает три последовательных этапа:

1142

‒обработку порошков металл/углеродных наноструктур, в механической ступке с целью разрушения крупных агрегатов частиц;

‒механохимическую активацию компонентов суспензии, в результате которой осуществляется взаимодействие полимера с наноструктурами;

‒ультразвуковую обработку, способствующую полному и равномерному диспергированию частиц наноструктур по объему дисперсионной среды.

В работе использовался рентгеноэлектронный магнитный спектрометр

сразрешением 10-4, светосилой прибора – 0,085 % при возбуждении AlKα линией, в вакууме 10–8–10–10 Па. Синтез металл/углеродных наноструктур растет с увеличением металлического компонента и заполнения его d- оболочки.

Согласно результатам рентгеноэлектронной спектроскопии и электронной микроскопии установлено, что относительное содержание в C1s

– спектре С-С и Ме-С- компонентов, тип гибридизации валентных s, p электронов атомов углерода позволяет осуществлять контроль за формированием и ростом наноструктур. Увеличение содержания этих связей в C1s-спектре коррелирует с ростом металл/углеродных наноструктур. За основу исследований изменения структуры полимеров при наномодифицировании служит изучение формы C1s спектра.

В ходе проведения исследований изменение структуры поликарбоната

наномодифицированного медь/углеродными наноструктурами содержания 10-5, 10-4, 10-3, 10-2, 10-1 % и контрольного образца по спектрам C1s, были получены следующие спектры (рис. 1) и (рис. 2).

Рис. 1. Рентгеноэлектронный C1s спектр наноструктур (слева) и контрольного образца поликарбоната(справа).

1143

Рис. 2. Рентгеноэлектронный C1s спектр поликарбоната наномодифицированного медь/углеродными наноструктурами с концентрацией 10-5, 10-4, 10-3, 10-2, 10-1 %

Данные полученые при наномодифицировании поликарбоната: максимальная модификация характерна для содержания наноструктур от10-3 % до 10-2 %. Высокое содержание кислорода в структуре поликарбоната, близкое к энергии C-C с sp3 –гибридизацией, не позволяет выделить точное содержание компоненты C-C с sp3 гибридизацией валентных электронов. При содержании наноструктур от 10-5 % до 10-4 % структура C1sспектра поликарбоната изменяется в меньшей степени, чем при содержании наноструктур в поликарбонате от 10-2 % до 10-3 %, что коррелирует с измененением оптических свойств материала [5].

Таким образом, рентгеноэлектронными исследованиями было показано:

1.Структура наномодифицированного поликарбоната изменяется в зависимости от содержания металл/углеродных наноструктур, что приводит к улучшению эксплуатационных характеристик.

2.Содержание модификатора - металл/углеродной наноформы для по-

лучения максимального модифицирования структуры поликарбоната равно 10-2 % ‒ 10-3 %.

В дальнейшем следует использовать именно эту концентрацию наноструктур для модификации поликарбоната, так как она оказала наибольшее влияние на электронную структуру материала.

1144

Дальнейшие перспективы использования полученных данных заключаются в экономическом эффекте от применения сверхмалых концентраций наноструктур (10-2 – 10-3%) для придания материалу улучшенных оптических, физико-механических и теплофизических свойств.

Список литературы

1. Шабанова, И.Н., Кодолов, В.И., Теребова, Н.С., Тринеева, В.В. Рентгеноэлектронная спектроскопия в исследовании металл/углеродных наносистем и наноструктурированных материалов. Ижевск 2012. ‒ С. 8‒10.

2. Кодолов, В.И., Хохряков, Н.В., Кузнецов, А.П. К вопросу о механизме влияния наноструктур на структурно изменяющиеся среды при формировании «интеллектуальных» композитов // Нанотехника, 2006. №3(7). ‒ С. 27‒30.

3.Петров, Н.А., Яшина, Л.В. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия поверхности. Москва 2011. ‒ С. 4‒11.

4.Шабанова, И.Н., Макарова, Л.Г., Кодолов, В.И., Кузнецов, А.П. Контроль за образованием металл/углеродных тубуленов методом РЭС. // Химическая физика

имезоскопия, 2002, т.4, №1, ‒ C. 66‒75.

5.Першин, Ю.В., Кодолов, В.И. Модификация поликарбоната с применением медь/углеродного нанокомпазита. // Химичесая физика и мезоскопия , 2012, т.14

№1, C. 54‒59.

6.Makarova, L.G., Shabanova, I.N., Kodolov, V.I., Kuznetsov, A.P., Szargan, R., Hallmeier. X-ray photoelectron investigation of carbon cluster systems obtained by lowenergetic synthesis. // Химическая физика и мезоскопия, 2001, т.3, №1, C. 30‒36.

7.Shuklin S.G., Kodolov V.I., Kuznetsov A.P., Bystrov S.G., Makarova L.G., Demicheva O.V., Rudakova T.A. Investigation of epoxy intumescent composites modified by

metalcontaining tubules. // Химическая физика и мезоскопия, 2001, т.3, №1, ‒ C. 37‒45.

8.Shabanova, I.N., Makarova, L.G., Kuznetsov, A.P., Kodolov, V.I. X-ray photoelectron spectroscopy as the method of controlling for the obtained of metal-carbon tubulenes. // Abstract Book ECASIA’2001, Avignon, France, 2001, p. 381.

9.Наноматериалы и перспективы их применения. «Умные» наноматериалы // http://nanoedu.ulsu.ru/w/index.php. (дата обращения 10.02.2013г).

А. И. Поздеев, магистр

М. В. Свалова, кандидат технических наук, доцент Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова

Методика исследования параметров технологического процесса анаэробного сбраживания осадков сточных вод

Исследование анаэробного сбраживания осадков сточных вод в метантенках является актуальным в области биогазовых технологий. Как правило, такие исследования выполняются в лабораторных и промышленных условиях на действующих очистных сооружениях где монтируются физические модели и пилотные установки. При исследовании параметров про-

1145

цесса анаэробного сбраживания осадков сточных вод используются математические методы.

Анаэробное сбраживание представляет собой ферментацию в отсутствии кислорода, направленную на превращение органических веществ из сложных соединений в метан и диоксид углерода.

Анаэробный процесс метановой ферментации проходит по следующей схеме [1]. Процессе ферментации описан формулой:

органические вещества + Н20→СН4+ СО2+С5Н7NО2 + NH4 + НСО3-.(1)

При отсутствии кислорода энергия от органических веществ поставляется так же, как и в аэробном процессе, но с меньшей интенсивностью, что определяет более низкую активность анаэробного процесса роста микроорганизмов и, соответственно, более продолжительное время процесса обработки отходов.

Практическая разница между аэробным и анаэробным методами очистки может быть оценена значениями параметров этих процессов, приведенными в табл. 1.

Таблица 1. Разница между аэробным и анаэробным методами очистки

Конечные продукты аэробной и анаэробной обработки приведены в табл. 2.

Таблица 2. Конечные продукты аэробной и анаэробной обработки

1146

Впоследние годы рядом работ [1, 2, 3] показана целесообразность применения метантенков не только для сбраживания сырых осадков и избыточного активного ила, но и в качестве первой ступени очистки вы-

сококонцентрированных стоков (БПКп более 4‒5 г/л) с последующей их аэробной доочисткой [2].

Применяемые в течение длительного времени конструкции метантенков, в которых были реализованы указанные выше типы переработки, представляли собой железобетонные или стальные вертикальные резервуары с жестким перекрытием и коническим или плоским днищем.

Внастоящее время ведутся работы по созданию лаборатории биотехнологий на очистных сооружениях канализации в посѐлке Медведево.

На сегодняшний день на сооружениях установлено следующее оборудование:

1. Система микроволнового разложения Berghof SPEEDWAVE MWS-

2+ DAC-70;

2. Система очистки воды Simplicity S.Kit (EU);

3. Прямые микроскопы Olympus серии CX41 в комплекте с компьютером и принтером.

На практических занятиях в лаборатории биотехнологий на очистных сооружениях с помощью прямого микроскопа Olympus серии CX41 проводятся экспериментальные исследования. Нами ведутся научные разработки в рамках договора № ВИВ-1-12/С от 16.07.2012г, на проведение НИР, в рамках договора проходят лабораторные занятия, где проводятся анализы и исследования, рассматриваются процессы поглощения микроорганизмами, составляющими активный ил, находящимися в сточной жидкости, загрязняющих веществ, проникающих внутрь клетки, где они под воздействием ферментов подвергаются биохимическим превращениям.

Происходит биологическое окисление в присутствии кислорода до безвредных продуктов углекислого газа и воды:

Органическое вещество + О2 (в присутствии ферментов) => СО2 + Н2О + Q (2)

Выделяющаяся при этом энергия используется клеткой для обеспечения своей жизнедеятельности (движение, дыхание, размножение).

Проведенные исследования в лаборатории биотехнологий положены в основу технологического процесса анаэробного сбраживания осадков сточных вод, проводимого по теме магистерской работы. Лабораторию биотехнологий планируется использоваться, как центр коллективного пользования для научных экспериментов, исследования осадков сточных вод в рамках договора НИР № ВИВ-1-12/С от 16.07.2012г, обучения студентов, проведения конференций, круглых столов и повышения квалификации сотрудников предприятий и научных учреждений.

1147

Список литературы

1.Ксенофонтов, Б. С., Рожкова, М. И. Обезвоживание и утилизация избыточного активного ила и осадков сточных вод. -М., ‒ 1987.

2.Лобанова, B. C. Методические аспекты очистки бытовых стоков. 1996, Экологические аспекты Кубани, с. 70‒75.

3.Мальцев, П. М. Технология бродильных производств. М., 1980. ‒ 134 c.

4.Алиев, Т.А. Экспериментальный анализ.: Машиностроение,1991. ‒ 272 c.

С. И. Россавская, магистрант

Н. М. Якушев, кандидат экономических наук, доцент Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова

Сравнение ТЭП применения каркаса из металлических и деревянных конструкций при строительстве спортивных сооружений

Технико-экономические показатели при проектировании нужны для оценки качества проектного решения, совершенства конструктивной формы, выявления затрат, связанных с изготовлением, транспортированием и монтажом (в отдельных случаях и с эксплуатацией) конструкции и оценки технологичности.

При проектировании в первую очередь следует рассматривать техни- ко-экономические показатели, характеризующие качество проектного решения и технологичность конструкции с точки зрения затрат в отрасли строительства [1].

Технико-экономическими показателями являются:

масса металла (объем древесины);

продолжительность монтажа;

трудоемкость монтажа;

затраты труда рабочих;

средний разряд работы;

затраты труда машинистов;

технологическая себестоимость монтажа.

Трудоемкость изготовления или монтажа есть суммарное количество рабочего времени, затраченного по всем операциям технологического процесса изготовления или монтажа.

Технологическая себестоимость изготовления или монтажа есть сумма затрат на изготовление или монтаж без учета затрат на основные материалы [1].

Металлический тип каркаса – долговечный и не подвержен усадке. При использовании оцинкованной стали долговечность сооружения увеличивается до 80‒100 лет. Каркас такого типа гораздо легче кирпичного в 5‒7 раз, поэтому часто используют столбчатый фундамент.

1148

Для примера рассмотрим металлическую раму (рис. 1), состоящую из двух стоек и ригелей, пролет которой 40 м и высотой 11,1 м. Материал рамы – сталь листовая горячекатаная.

В ФЕР-2001-09 «Строительные металлические конструкции» [2] мы взяли данные о монтаже металлического каркаса представленные в табл. 1.

Рис. 1. Металлическая рама

Таблица 1. Данные о монтаже металлического каркаса

В отдельных случаях могут оказаться экономически выгодными применение деревянных конструкций, при строительстве зрелищных и спортивных зданий с большими пролетами.

В последнее время всѐ чаще применяются и весьма экономичные по расходу древесины предварительно напряженные деревянные конструкции, армированные высокопрочной стеклопластиковой арматурой.

Монтаж деревянных конструкций ведут теми же средствами и способами, что и монтаж любых других конструкций [3].

Для примера принята двускатная деревянная рама (рис. 2) пролетом 40 м и высотой 11,1 м. Балки и стойки изготовлены из клееной древесины.

Рис. 2. Деревянная рама

В табл. 2 представлены данные о монтаже деревянного каркаса рассмотренные в ФЕР-2001-10 «Деревянные конструкции» [4].

Таблица 2. Данные о монтаже деревянного каркаса

На рис. 3, 4, 5, 6 показано в виде графика ТЭП монтажа металлического и деревянного каркаса.

На графиках (рис.3, 4, 5, 6) точно видно, что затраты труда рабочих при монтаже металлического каркаса гораздо больше деревянного. С другой стороны технологическая себестоимость деревянного каркаса в 2 раза выше.

Делаем вывод: что два вида каркаса по стоимости монтажа не значительно отличаются друг от друга. В дальнейшем на использование может повлиять стоимость материала конструкции или архитектурная выразительность, эмоциональное восприятие применяемых конструкций.

Список литературы

1. «Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП II-23- 81* »Стальные конструкции» ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989. ‒ 148 с.

2.ФЕР-2001-09 «Строительные металлические конструкции».

3.Атаев, С.С., Данилов, Н.Н., Прыкин, Б.В. и др. «Технология строительного производства. Учебник для вузов», Стройиздат, 1984.

4.ФЕР-2001-10 «Деревянные конструкции».

1151

О. А. Сабрекова, аспирант

Н. Н. Дмитриева, кандидат архитектуры, доцент Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова

Особенности формирования архитектурного облика исторических улиц (на примере г. Сарапула)

Исследование является актуальным в области истории и теории архитектуры, градостроительства. Роль архитектуры исторических улиц в единстве многообразия современного города очень велика, так как исторические улицы - это часть градостроительного, планировочного, функционального каркаса города.

Город ‒ сложная композиционная структура, складывающаяся в пространстве и во времени. Даже будучи какое-то время стабильной, планировочная структура и внешний облик города постоянно меняется в деталях, здесь происходит непрерывная последовательность состояний.

Образ города, его «генетический код» формируется под воздействием исторической среды, которая в свою очередь, состоит:

1)из материальных объектов (крупных и малых архитектурных форм)

2)из открытых пространств (воздушной среды)

3)из визуального качества города как элемента индивидуального мен-

тального восприятия воздушного пространства, замкнутого материальными объектами [5, с. 40].

Облик города является совокупностью наиболее общих и значимых особенностей облика его улиц. Таким образом, классификация компонентов облика города будет обобщающей для внешнего вида улиц. По Ю. В. Ранинскому, она такова: «...Все составляющие облика города имеют иерархическую соподчиненность и объединяются в пять компонентных групп, выделяемых по признаку их устойчивости во времени (по убывающей степени): природные компоненты, планировочная структура, акцентные здания и сооружения, рядовая ткань и все «наполнение» городской среды...» [3, с.63‒64].

Улица является одним из основных элементов городской структуры, наиболее старинные из которых называются историческими. Такие улицы образованы многофункциональными архитектурными объектами, принадлежащими различным стилевым эпохам. Понятие «улица» ‒ это нечто (дома, сооружения), стоящее к чему-то лицом, «улица человека». Улица ‒ простор между двух порядков домов. Люди в первую очередь обозревают облик (лик, лицо, абрис, силуэт) архитектурных объектов, уличное пространство. Особенности улиц (композиция силуэта, ансамблей зданий, членений фасадов, колористических гармоний и т.д.) придают своеобразие городу. Однако во время архитектурно-строительной деятельности существует постоянная опасность утраты ценного архитектурного наследия.

1152

Города имеют неповторимый внешний вид, возникая и развиваясь в своеобразных природных условиях и в разные исторические времена. На структуру его пространственной среды влияют изменения материальной базы, происходящие из-за исторических перемен в социальной жизни и духовной культуре общества, что отражается в свою очередь на функциональной, композиционной и художественной стороне облика городских улиц. Эти и многие другие объективные причины отразились на формировании внешнего вида Сарапула - одного из красивейших городов Удмуртии и Прикамья. Сарапул расположен на правом берегу реки «Кама». Он возник и развивался как крупный купеческий город.

Для статьи, посвященной формированию облика исторических улиц города, был выбран именно Сарапул. Во-первых, это один из старейших городов Удмуртии, основанный в XVI веке, сохранивший в центральной части историческую планировку. Во-вторых, этот город прошел большинство исторических этапов развития страны. В-третьих, этот «царственно поставленный» город Прикамья сохранил многое из своего исто- рико-культурного наследия: соборы, церкви, купеческие дома и т.д.

В историко-краеведческом очерке этнолог А.А. Шепталин пишет: «Если современный Сарапул в различной мере сопоставим со многими другими городами региона, то еще менее ста лет назад это был второй по значению и развитию город Вятской губернии, во многом даже конкурировавший с губернским центром. Он занимал выгодное положение на пересечении важнейших транспортных артерий и в начале XX в. был одним из наиболее динамично развивавшихся городов не только региона, но и всей страны»[]

13 августа 1784 года Екатерина II утвердила первый генеральный план застройки города: «План Вятского наместничества городу Сарапулу» (рис. 1). Согласно плану территория города простиралась от реки Юрманки до реки Сарапулки. Параллельно реке Каме были расположены 3 улицы (Больше-Покровская, Вятская, Троицкая), перпендикулярно ‒ 7 (Тихоновская, Никольская, Мало-Покровская, Нагорная, Богоявленская, Вознесенская). Центральным местом города стала просторная Соборная площадь. С западной стороны город обнесен земляным валом и рвом.

Изучение особенностей формирования облика исторических улиц проводилось на примере центральной части (исторического центра) Сарапула, первое поселение которого располагалось вдоль берега р.Кама, что характеризует приречный тип заселения, форма поселения (планировка) – линейная с наличием продольных улиц. На плане конца XVII века прослеживается дальнейшее территориальное развитие поселения, для которого характерны растянутость улиц по берегу реки. Планировка «старой» части города отличается некоторыми особенностями: улицы старой части села как бы сходятся к центру ‒ площади, а более новая часть селения имеет уже «квартальную застройку», которая нарушается лишь там, где местность пересекают овраги, балки и реки. Первый этап переплани-

1153

ровки и дальнейшего развития города Сарапула связан с составлением и утверждением новых регулярных планов. При этом новый план города сохранил основные направления их дорегулярного развития, т.к было сохранено расположение исторически сложившегося ядра. Его каркасом являлись старинные улицы, которые можно представить как комплексный объект архитектурно-градостроительного наследия, включенный в систему исторического центра города, содержащий в себе материальные свидетельства событий жизни, деятельности и культуры населения.

Рис. 1. Первый генеральный план 1784 г. Рис. 2. Дача П. А. Башенина

В статье рассмотрены разнохарактерные исторические улиц центра Сарапула, на их примере рассмотрено разнообразие формирования архитектурного облика городских улиц. Перечислим исследуемые улицы, а также дадим их краткую предварительную характеристику:

‒ Благовещенская ‒ улица, названная по празднику Благовещения, находилась на западной окраине города, в дореволюционный период еще только застраивалась. Здесь, как и во всей западной части города, располагалось много дач, в основном купцов и чиновников. Самая крупная дачная постройка ‒ дача П. А. Башенина (рис. 2). Улица завершалась в районе Георгиевской церкви и городского кладбища.

‒ Больше-покровская ‒ одна из самых старых улиц Сарапула, ранее носила название Казанская. В дореволюционный период считалась самой представительной и богатой улицей, хотя и располагалась в низменной, пойменной части города, с частыми затоплениями во время весенних наводнений.

‒ Богоявленская ‒ улица, получившая название по празднику Богоявления, начинается с берега Камы, где располагались дома известной в Сарапуле купеческой династии Дедюхиных. В центральной части города выделяются домовладения Михеевых, архиерейский дом, дом нотариуса Дрягина, частная аптека Феофилактова, земский книжный склад. Далее располагались дома чиновников, мелких ремесленников и торговцев.

1154

‒Вознесенская – улица получила название по главному храму Сарапула ‒ Вознесенскому собору. Улица начинается с набережной реки Камы и двух площадей ‒ нижней Соборной (Базарной) и Верхней Соборной. Здесь находились здания городской думы и Окружного суда, доходные дома самых известных купеческих фамилий ‒ Смагиных, Барабанщиковых, Пешехоновых.

‒Вятская ‒ одна из центральных улиц старого города названа по губернскому городу Вятка. Начиналась на Старцевой горе, была застроена деревянными двухэтажными домами сарапульских мещан, выделяется известная до революции усадьба колбасника Добрынина. После моста через Юрманку постройки 1870 года, который сохранился до нашего времени, начинается центральная часть улицы и самого города с доходными домами купцов Бодалева, Шитова, Дедюхиных, Макарова. В низинной части улицы дома более скромные по своей архитектуре, принадлежали торговцам и ремесленникам.

‒Мало-покровская ‒ улица названа по Покровской церкви, начинается

внизинной части у реки Камы, застроена в основном деревянными домами мещан. Здесь располагались постоялые дворы, ночлежный дом, в районе Никольской единоверческой церкви находился чугунолитейный и меднолитейный завод торгового дома Родыгиных.

‒Нагорная ‒ одна из значимых улиц города, названа по характеру местности. Начинаясь в прикамской части, там, где располагались дома купцов Башенина и Зылева, улица поднимается в гору. Далее улица проходит мимо Благовещенского Женского монастыря, Алексеевского реального училища. В западной части располагались наиболее богатые дачи купцов и чиновников. Улица завершалась кварталом земской больницы.

Проведя теоретический анализ социальных и культурно-исторических предпосылок исторических улиц можно факторы, влияющие на формирование облика этих улиц:

‒историко-градостроительные, охватывающие городскую среду и планировку;

‒архитектурно-композиционные, оценивающие характер архитектуры зданий и сооружений;

‒морфологически-эволюционные, анализирующие контекст объекта. Основные социально-экономические, экологические и культурно-

исторические особенности формирования изменений облика улиц (на примере г.Сарапула) конкретизируются следующим образом: архитектурный облик исторических улиц является частью постоянно меняющейся природной и историко-архитектурной среды города; регулярная перепланировка, которой подвергался город Сарапул , возникший в XIII веке, приводила к постоянной смене облика улиц; смена исторических периодов жизни общества, тесно связанная с экономикой, ведет к переменам во взглядах людей.

1155

Разработка концепций сосуществования «старого» и «нового» в архитектурном облике города в целом возможна на основе системного анализа процесса формирования облика его структурных элементов, в частности таких, как историческая улица. В настоящее время вырабатывается новая градостроительная стратегия, исходящая из признания безусловной ценности исторической среды и сохранения ее как информационной системы, требующая проведения в жизнь политики «охраны исторических городов», « с мерами по защите, консервации, реконструкции, адаптации его к современным условиям.

Список литературы

1 . Архитектурные памятники Удмуртии. Ижевск, 1975. ‒ 23 с.

2.Решетников, Н.Л. топография старого Сарапула. – Сарапул [б.и.], 2008. (МУП «Сарапул.гор.тип.»). ‒ 222 с.: ил.

3.Ранинский, Ю.В. Историко-теоретические основы преемственности в развитии архитектурного ансамбля /Ю.В.Ранинский// Дисс. Д-ра архитектуры.-М., 1982.

3.Степанов, А.В. Градостроительные проблемы крупного города: Городской центр. – М., 1975. – 48 с.

3.Скокан, А.А. Воссоздание утраченных памятников архитектуры // Проблемы воссоздания памятников архитектуры. – М., 1998. – С. 33–34.

4.Шепталин, А.А. Сарапул. Сарапулъ. Сарапулъ. Историко-краеведческие очерки. Ижевск: Удмуртия, 2007.-376 с.: ил.+вкл.

5.[Электронный ресурс] / Режим доступа: http://terraplan.ru/.

А. В. Седова, бакалавр

Л. И. Ившина, кандидат архитектуры, доцент Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова

Устройство кампусов

Создание кампусов является актуальным в области строительства и архитектуры. Практически для всех университетов по всему миру характерно стремление создать обособленные территориальные образования в городской среде. Существуют кампусы различной функциональной направленности.

Кампус (англ. campus) ‒ университетский городок, включающий, как правило, учебные помещения, научно-исследовательские институты, жилые помещения и общественно-рекреационные объекты [4].

Кампусы могут быть разных типов: городские распределенные, городские локальные (кампус высокой плотности в городской застройке), пригородные (загородные) локальные. Последняя модель ‒ наиболее современная и признанная эффективной стратегия кампуса университетов характеризуется «пространством встречи города и кампуса» ‒ обществен-

1156

ным пространством-входом на территорию кампуса и более приватным характером пространства кампуса [1].

Отличие кампуса от города заключается в том, что у них разные миссии, и, соответственно, разные принципы обслуживания населения. Существуют торговые и коммерческие предприятия, которые не стоит допускать в молодѐжную среду. Производственная и промышленная деятельность не приемлемы в кампусе, если те не являются частью инфраструктуры исследовательских программ вуза. Однако даже в том случае они должны быть малы и ориентированы на открытия, а не конвейерное производство. Важнейшим фактором успеха кампуса является наличие уникального, чѐтко определенного брэнда и визуального имиджа, включенного в имидж университета [2].

1.Микрокампус в городской среде. Предполагает концентрацию всех минимально необходимых функций комплекса в одном объекте (Университет Боккони, Дизайн-школа в Копенгагене, Международная школа бизнеса в Сколково, Москва).

2.Миникампус – такой тип характерен для классических университетов, новых университетов (один университет – до 2000-5000 студентов), в сложных архитектурных, климатических или ландшафтных условиях (пример – Гонконгский университет), где используются планировочные концепции «колледжа» или иная плотная пространственная сетка как основа архитектурно-градостроительных особенностей .

Для микро- и миникампусов характерны следующие пространственные принципы:

1) Нысокая плотность застройки (связанная с высокой этажностью или высокоплотной ковровой структурой застройки с минимимальными пространствами);

2) Наличие одного основного пространства как «коммуникатора» и места социальных взаимодействий, многофункциональность и совмещение в корпусах различных элементов.

3.Классический исторический кампус – с системой моллов и колледжей. Характерный пример – Оксфорд (некоторые современные университеты «воссоздают» эту модель, например, Университет Цзинань в КНР). Колледж представляет собой историческую пространственную схему: центром композиции был четырехугольный двор «кулуатр» – или «квадрангл», как правило, квадратной или прямоугольной формы, вокруг которого формировались все функциональные объемы. Молл ‒ внутриквартальное единое пешеходное пространство, проходящее через несколько кварталов-колледжей и окруженное типологически и пространственно сходными объектами, в классической модели университетского комплекса играет роль «знакового формирующего пространства».

4.Макрокампус – с большой плотностью застройки и/или сложной структурой, обычно неоднократно реконструируемой и перестраиваемой. Со временем классические университеты, подвергаясь изменениям про-

1157

граммы, под влиянием расширения и развития университета приходят к такой структуре.

5.Мегакампус. Этот тип состоит из нескольких университетов (от 2 до

10)с общей социальной, инженерной и транспортной инфраструктурой – до 220 000 чел. (Мегакампус в Гуанчжоу).

Основные архитектурно-градостроительные принципы мегакампусов можно описать следующим образом:

1) фрактальная структура (каждый элемент мегакампуса относительно независим и повторяет общую структуру мегамодели);

2) общая инфраструктура (транспортная, социальная и инженерная); 3) пространственное и стилевое разнообразие [3].

Теперь рассмотрим концепции внутренней планировки кампусов. У кампуса есть много планов: учебный, стратегический, студенческого жизнеустройства, финансовый, ландшафтный и т.д. Мастер-план должен интегрировать в себя другие планы ‒ в особенности те, которые касаются учѐбы. Кроме основных зон, включающих объекты университетского кампуса, необходимо особо выделить пространства кампуса, как носителей различных социальных функций. Это могут быть «центральные пространства», которые чаще всего окружают основные объекты кампуса (библиотеку, администрацию, основное учебное здание) и служат для публичных выступлений, сборов, торжественных мероприятий. Пространства «покоя», такие как парковые рекреационные пространства, созданные для отдыха и занятий. Пространства «движения», или коммуникационные пространства, необходимые для транспорта, пешеходов, должны обеспечивать кратчайшие связи для пешеходного и транспортного движения, исключая транзитные потоки.

Не стоит переоценивать архитектуру и планировку – она лишь физическое отражение задуманного руководством университета. Таким образом, мастер-план необходимо периодически пересматривать. Как минимум каждые 5 лет, вслед за обновлением учебной программы.

Вообще изменчивость – ключевая особенность студенческих кампусов. Невозможно спроектировать кампус раз и навсегда. Именно поэтому монументальные здания имеют право на существование, но не в качестве академических построек. Их сложно и дорого модифицировать. Колледжи и университеты меняют исследовательские направления, принимают то больше, то меньше студентов, организовывают новые факультеты и т.д. и т. п. Некоторые трансформации малозаметны, другие – существенны. Соответственно, хочется, чтобы здания не ограничивали свободу перемен, были способны адаптироваться под новые запросы и функционально, и физически.

Учитывая суровый климат нашей местности, будет странным создание школы, сформированной вокруг озеленѐнных дворов, более уместных в южных широтах. В наших условиях такая система не обеспечивает главного – неформального общения, для которого как раз и создаются такие

1158

дворы. Поэтому привычные компоненты кампуса предпочтительнее размещать под одной крышей.

Многие знают фразу Уинстона Черчилля о том, что «мы формируем наши здания, а здания формируют нас». Архитектор должен думать о том, как его проект будет способствовать процессам обучения. Здания и кампусы могут поддерживать взаимодействие студентов, а могут препятствовать ему. При этом речь идѐт не только о студентах, но и об отдельных факультетах и преподавателях. Задача архитектора – спроектировать здание, которое могло бы побуждать к совместной работе, воодушевлять студентов приобретать знания в процессе формального и неформального общения. Также не стоит забывать, что правильно организованное пространство – это ещѐ и способ привлечь наиболее перспективных студентов и преподавателей. Размеры помещений, их конфигурация, освещение, цвет, меблировка – всѐ это должно работать на то, чтобы поддерживать ощущение университетской, то есть комфортной для обучения среды [2].

Список литературы

1.Пучков, М.В. Жилые пространства университетских комплексов нового поколения / М.В. Пучков. – Екатеринбург: Изд-во УрГУ, 2010.

2.Проект Россия/ Project Russia 61 3/2011 Кампус/Campus.

3.Пучков, М.В. Архитектурная идентичность организации: пространственные схемы кампусов / М.В. Пучков // Архитектурный вестник УралНИИпроект РААСН. – 2010. – № 3.

4.[Электронный ресурс] / Режим доступа http://ru.wikipedia.org/ wiki/%CA%E0%EC%EF%F3%F1 обновлѐн 16.01.12.

К. В. Серебренников, магистрант

Н. Н. Дмитриева, кандидат архитектуры, доцент Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова

Современное состояние и проблемы жилой застройки

В конце 50-х годов прошлого столетия было необходимо решить острейшую жилищную проблему, возникшую в послевоенное десятилетие во всех крупных городах Советского Союза. Появились первые проекты полносборных 5-этажных домов, называемых сегодня «типовыми домами первого периода индустриального домостроения». Являясь прогрессивным шагом на пути развития жилищной архитектуры того времени, этапом массовой индустриализации строительства, они в свое время помогли реализовать в сжатые сроки правительственную программу по обеспечению жильем населения с посемейным расселением. В каждом городе появились жилые массивы с комплексным социально-бытовым обслужива-

1159

нием в виде школ, детских садов, магазинов. В то время перед индустриальным домостроением ставились две задачи: во-первых – в сжатые сроки возвести большое количество жилья для расселения людей в отдельные благоустроенные квартиры из подвалов, коммунальных квартир и неблагоустроенных бараков, во-вторых – сделать это с минимальными затратами материальных ресурсов [1].

Огромные масштабы строек, необходимость минимизации сроков проектирования и строительства, несовершенство проектных решений и индустриальной базы привели к незавершенным жилым структурам с точки зрения комплексности их решений, общей невыразительности архитектуры первых индустриальных жилых зданий. Это же повлияло и на преждевременное физическое и моральное старение данной жилой среды [2].

Сегодня квартиры в домах первого периода индустриального домостроения значительно проигрывают по своим потребительским качествам домам более поздней разработки, и пользуются спросом на вторичном рынке жилья лишь по причине своей низкой стоимости. Многие жители при первой возможности стремятся сменить данные квартиры на жилье в домах, построенных по более новым проектам и сериям, что говорит о сильном моральном износе «хрущевок», к основным планировочным недостаткам которых можно отнести:

‒кухни с минимальными площадями (5 м2);

‒проходные комнаты;

‒совмещенные санузлы малой площади;

‒узкие и длинные спальные комнаты (шириной 2,4 м);

‒практически отсутствующие прихожие.

В условиях жестких требований экономики и технологии представления об архитектуре массовых жилых зданий заключались в том, что в объемно-пространственной композиции здания не должно быть ничего не отвечающего его внутренней планировочной структуре и технологии изготовления конструктивных элементов. Поэтому архитектурнохудожественные и градостроительные требования отошли на второй план. Таким образом, не изученность возможностей технологии производства и жесткие требования унификации привели к чрезмерному упрощению объ- емно-пространственных решений (жесткая прямоугольная конфигурация плана, минимальное количество балконов, упрощенная конструкция сопряжения стеновых панелей). Следствием этого стала схематичность композиционных решений зданий, повторение стандартных элементов и деталей без учета их внешнего вида, примитивизм, монотонность и безликость жилой массовой застройки. Также на ее архитектурном облике сказалось невысокое качество строительных работ, незавершенность благоустройства.

С началом массового индустриального строительства застройка происходила по укрупненной схеме, с площадью микрорайонов, достигающей 1,4‒1,6 км2. Укрупненная система застройки дала возможность суще-

1160

ственно улучшить санитарно-гигиенические условия. Такие решения имели достаточно низкую плотность застройки, не превышающую 150-200 чел/га. Наблюдалась тенденция опережения роста городских территорий, это обгоняло прирост населения и приводило к снижению плотности застройки, что привело к увеличению общегородских транспортных и других инженерных коммуникаций, негативным социально-экономическим и экологическим последствиям. Появились так называемые спальные районы, удаленность которых от основных мест работы населения исчисляется часами, проведенными в городских транспортных средствах [3].

Одним из самых значительных просчетов в модели микрорайона образца середины ХХ века, тянущим за собой целую цепочку проблем, является отсутствие в его структуре упорядоченных транспортных и пешеходных путей. Застройка носит хаотичный характер, направления передвижения людей и личного автотранспорта стихийны, из-за чего не создается необходимая для малого бизнеса плотность пешеходного потока. Отсюда следует неразвитость сети культурно-бытового обслуживания района. При этом необходимые коммерческие точки находятся на большом расстоянии, что стимулирует жителей на пользование личным транспортом [4].

За последние годы особенно обострилась транспортная проблема. Жилые дома расположены в глубине застройки, вдали от городских магистралей, на десятки домов приходится один-два тупиковых проезда. Жители микрорайонов зачастую не готовы пешком преодолевать расстояния более 300 м для того чтобы попасть на остановку общественного транспорта или автостоянку. Во-первых, это влечет за собой нежелание пользоваться общественным транспортом, подталкивая человека к покупке личного автомобиля и, следовательно, к увеличению общего уровня автомобилизации. Во-вторых, приводит к тому, что жители хранят личный автотранспорт во дворах домов, которые сами по себе тесны и не удовлетворяют современным противопожарным и санитарно-гигиеническим нормам. Особенно остро в настоящий момент стоит вопрос о размещении на территории микрорайонов достаточного количества парковочных мест для автомобилей, учитывая значительно возросший уровень автомобилизации, который в Ижевске составляет 206 автомобилей на тысячу жителей [5].

Таким образом, анализируя современное состояние жилой застройки первого периода индустриального домостроения, можно выделить следующие ее основные проблемы и недостатки:

‒значительный моральный и физический износ зданий;

‒низкие эстетические характеристики территории районов (удручающий вид зданий, отсутствие благоустройства, монотонность застройки);

‒неэффективное использование территории (неразвитость сети куль- турно-бытового обслуживания населения, низкая плотность застройки, наличие пустующего, функционально незаполненного пространства);

‒транспортная проблема (наличие тупиковых проездов, трудность при

1161

ориентации в пространстве микрорайона, катастрофическая нехватка парковочных мест, несоответствие параметров имеющихся проездов современному законодательству).

Список литературы

1. Усов, С.М. О реконструкции застройки с преобладанием 5-этажных домов первого периода индустриального домостроения в Москве. [Электронный ресурс]

М., 2005. URL: http://www.stroymusey.ru/ journal/reconstruction-1.php. (Дата обра-

щения: 06.02.2013).

2.Сапрыкина, Н.С. Основные градостроительные концепции. [Электронный ресурс] URL: http://www.cih.ru/k4/p1f.html. (Дата обращения: 06.02.2013).

3.Афанасьев, А.А., Матвеев, Е.П. Реконструкция жилых зданий. Часть I. Технологии восстановления эксплуатационной надежности жилых зданий. [Элек-

4.Трабун, Д. Перестройка улицы: //UrbanUrban. 24.01.2012. [Электронный ресурс]. URL: http://urbanurban.ru/2012/01/24/street-reconstruction/ (Дата обраще-

ния: 06.02.2013).

5.Информационный портал Удмуртской Республики 24.12.2012. [Электрон-

ный ресурс]. URL: http://www.udm-info.ru/news/udm/24-12-2012/iauto.html (Дата обращения: 07.02.2013).

С. С. Таранов, студент

Л. А. Лукьяненко, старший преподаватель Ижевский государственный технический университет

имени М. Т. Калашникова

Выбор объекта налогообложения при использовании упрощенной системы налогообложения

Внастоящее время на территории Российской Федерации действуют несколько систем налогообложения. Система налогообложения – совокупность налогов и сборов, взимаемых в установленном порядке. Законодательной основой построения налоговой системы Российской Федерации является Налоговый Кодекс (далее ‒ НК РФ), а также принятые в соответствии с ним федеральные законы о налогах и сборах, законодательные акты субъектов Российской Федерации.

Вданной статье мы рассмотрим упрощенную систему налогообложения (далее ‒ УСН), ее преимущества перед общей системой налогообложения, определим критерии выбора объекта налогообложения при использовании УСН.

Преимущество УСН перед общей системой налогообложения состоит

втом, что применение УСН организациями освобождает их от обязанно-

1162

сти по уплате налога на прибыль организаций, налога на имущество организаций. Также, организации, применяющие УСН, не признаются плательщиками налога на добавленную стоимость (ст. 346. 11 п. 2 НК РФ).

Строительная организация вправе перейти на упрощенную систему налогообложения, если по итогам девяти месяцев того года, в котором организация подает уведомление о переходе на упрощенную систему налогообложения, доходы, определяемые в соответствии со статьей 248 НК РФ, не превысили 45 млн. рублей (ст. 346.12 п. 2).

Согласно статье 346.12 НК РФ, налогоплательщиками признаются организации и индивидуальные предприниматели, перешедшие на упрощенную систему налогообложения и применяющие ее в порядке, установленным главой 26.2 НК РФ.

Строительная организация не вправе применять УСН, если:

‒У организации имеются филиалы и (или) представительства;

‒Доля участия в других организациях составляет более 25 процен-

тов;

‒Общая численность работников за налоговый (отчетный) период превышает 100 человек;

‒Остаточная стоимость основных средств превышает 100 млн. руб-

лей;

‒Она является казенным или бюджетным учреждением; Организации и индивидуальные предприниматели, изъявившие жела-

ние перейти на упрощенную систему налогообложения со следующего календарного года, уведомляют об этом налоговый орган по месту нахождения организации или месту жительства индивидуального предпринимателя не позднее 31 декабря календарного года, предшествующего календарному году, начиная с которого они переходят на упрощенную систему налогообложения (ст. 346.13 НК РФ). В уведомлении указывается выбранный объект налогообложения. Объектом налогообложения признаются (ст. 346.14 НК РФ):

‒Доходы (Д);

‒Доходы, уменьшенные на величину расходов (Д-Р).

Выбор объекта налогообложения осуществляется самим налогоплательщиком (п. 2 ст. 346.14 НК РФ).

Доходы и расходы определяются кассовым методом. Перечень доходов и расходов отражен в ст. 346.15 и 346.16 НК РФ соответственно.

Вслучае, если объектом налогообложения являются доходы организации или индивидуального предпринимателя, налоговой базой признается денежное выражение доходов организации или индивидуального предпринимателя, налоговая ставка устанавливается в размере 6 процентов.

Вслучае, если объектом налогообложения являются доходы организации или индивидуального предпринимателя, уменьшенные на величину расходов, налоговой базой признается денежное выражение доходов, уменьшенных на величину расходов, налоговая ставка устанавливается в

1163

размере 15 процентов. Законами субъектов Российской Федерации могут быть установлены дифференцированные налоговые ставки в пределах от 5 до 15 процентов в зависимости от категорий налогоплательщиков.

Нами были произведены расчеты, позволяющие выбрать объект налогообложения при УСН, при условии равного объема выручки от реализации и разных объемов расходов, принимаемых с целью налогообложения (в процентах от выручки – до 60 %, 60‒80 %, более 80 %).

Рис. 1. Соотношение уплачиваемых налогов и чистой прибыли при различных объектах налогообложения

Произведенные нами расчеты показали, что при сумме расходов, принимаемых с целью налогообложения, не превышающих 60 % от выручки от реализации, целесообразно использовать объект налогообложения доходы; при сумме расходов, принимаемых с целью налогообложения, составляющих 60‒80 % выручки, величина прибыли после налогообложения и величина налога при объекте доходы, уменьшенные на величину расходов, соответственно равны величине прибыли после налогообложения и величине налога при объекте налогообложения доходы; при сумме расходов, принимаемых с целью налогообложения, превышающих 80 % от выручки, целесообразно использовать объект налогообложения доходы, уменьшенные на величину расходов.

На рис. 1 представлены соотношения между суммами уплачиваемых налогов и чистой прибыли при различных объектах налогообложения.

Список литературы:

1. Налоговый кодекс РФ (часть 2) от 05.08.2000 N 117-ФЗ в ред. от 29.12.12.

1164

К. В. Тарануха, аспирант Ижевский государственный технический университет

имени М. Т. Калашникова

Сетевое моделирование и управление инвестиционно-строительным процессом

Сетевое моделирование является актуальным в области управления инвестиционно-строительным процессом. Существуют математические методы и компьютерные программы по сетевому планированию и управлению в строительстве.

Перед всеми участниками инвестиционного процесса (инвесторы, за- стройщики-заказчики, проектировщики, подрядчики) на этапе бизнес планирования встают различные производственные и организационные задачи. Одной из основных является задача повышения эффективности строительного производства как составной части инвестиционного процесса, обеспечивающей общую эффективность бизнес-плана. Среди многочисленных организационных, социальных и технологических мер, повышающих эффективность деятельности строительных фирм, достойное место занимают решения по выбору рациональных методов организации работ при возведении комплексов объектов.

До настоящего времени теорией и практикой накоплено множество вариантов организации работ. Однако наиболее эффективным следует считать такой метод организации работ, при котором отдельные специализированные бригады (потоки) параллельно работают в строгой последовательности на ряде захваток (объектов). Можно сказать, что важнейшее направление повышения эффективности строительного производства, которое необходимо предусматривать при инвестиционным планировании - это интенсификация производства, достигаемая в результате мероприятий по его рациональной организации. К таким мероприятиям относятся: выбор рациональной очередности освоения фронтов работ (строительства объектов), введение параллельно работающих исполнителей и частичное совмещение работ на фронтах работ.

Наиболее целесообразными методами решения этих задач считаются методы, основанные на количественных подходах, использовании информации об объемно-планировочных и других параметрах объектов, о производственных и ресурсных возможностях генподрядчика и субподрядчиков. Современные количественные методы основываются на использовании математических, графических и других моделей. Сложность решаемых задач и их многовариантность вызывают необходимость использования компьютерных программ в процессе вариантных проработок.

Данные задачи целесообразно решать с помощью технологоорганизационной календарной сетевой модели. Сетевая модель дает полное представление о строительном процессе конкретного объекта или

1165

комплекса и представляет собой взаимосвязанную систему расчетнографических документов в электронном виде:

‒расчетная ведомость работ;

‒календарный сетевой график строительства;

‒календарные графики трудовых и финансовых ресурсов;

‒технико-экономические показатели (ТЭП) сетевой модели строительства;

‒распределение капвложений по периодам строительства;

‒ведомости потребности строительства в материальных и трудовых ресурсах.

Для проектирования предлагаемых сетевых моделей разработана «Система автоматизированного проектирования сетевых моделей строительства», описываемая в учебном пособии [1].

Система предназначена для локальной автоматизации работ по организации строительства, в которых решаются основные задачи инвести- ционно-строительного процесса. Система может использоваться на различных стадиях планирования и управления инвестиционным процессом (технико-экономическое обоснование, проект, рабочая документация и др.) всеми участниками: инвесторами, застройщиками-заказчиками, проектировщиками, подрядчиками, органами экспертизы.

Система основана на современных методах сетевого планирования и обработки информации и позволяет [2]:

‒производить расчеты и формировать календарные сетевые графики строительства отдельных объектов или их комплексов;

‒корректировать на любой стадии сроки выполнения работ, зависимости между ними и степень их совмещения;

‒группировать работы по отдельным исполнителям (строительным потокам, захваткам или технологическим узлам и т.п.);

‒рассчитывать объемы и получать графики потребности трудовых и финансовых ресурсов с разбивкой по заданным исполнителям (потокам), для финансовых ресурсов выполняется разбивка по видам: строительномонтажные работы, оборудование и общие капитальные вложения;

‒учитывать в расчетах ресурсов работы и затраты, начисляемые в процентах на весь период строительства в зависимости от объемов капвложений:

‒выполнять распределение капвложений по периодам строительства (неделя, квартал, год) с расчетом задела;

‒объединять календарные сетевые модели строительства в модели более высокого уровня (без ограничений на сложность структуры и глубину вложения) с получением сводных (комплексных) сетевых графиков

играфиков ресурсов;

‒сокращать начальную продолжительность строительства, а также оптимизировать движение трудовых, материальных ресурсов во времени за счет возможности подбора наиболее рациональной организации произ-

1166

водства работ;

‒производить расчеты потребностей строительства в материальных и трудовых ресурсах, административно-бытовых и складских площадях с оформлением выходных документов в табличном виде;

‒настраивать и компоновать выходные документы (компактность размещения на листе, настройка горизонтального и вертикального масштабов графических построений).

Система предоставляет возможность по вводу и последующему использованию любой другой информации по строящемуся комплексу и вложенным строительным объектам. Существует возможность пользовательской настройки приложения путем добавления дополнительных функций (макросов), а также создания связанной базы данных укрупненных работ.

Выбор и обоснование рациональной организации всех стадий строительного цикла по возведению объектов по прогрессивным техническим решениям является одним из важнейших этапов технологической подготовки производства. Он способствует повышению эффективности строительного производства за счет рационального использования орудий, предметов и живого труда.

В настоящее время на различных стадиях проектирования и подготовки строительного производства существует возможность выбора органи- зационно-технологических решений из большого числа возможных вариантов, характеризующихся как положительными, так и отрицательными свойствами. Выбор наиболее рационального решения требует выполнение вариантного проектирования. Вариантное проектирование может осуществляться лишь на качественно новом уровне путем разработки и внедрения новых методов автоматизированного проектирования на основе и применения специальных методов выбора рациональных вариантов.

Опыт применения оптимизационных расчетов показал, что методы оптимизации являются важным средством эффективности производства и совершенствования управления. В настоящее время важно научить специалиста анализировать любую организационно ‒ экономическую проблему

спозиций системного анализа и применения автоматизированного проектирования и сетевого моделирования, рационального использования ма- териально-технических, трудовых и финансовых ресурсов.

Список литературы

1.Тарануха, Н.Л., Папунидзе, П.Н. Сетевое моделирование строительного производства. Учебное пособие. Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2002. ‒ 106 с.

2.Тарануха, Н.Л. Системотехническая оценка проектных решений в строительстве. Монография. Ижевск,Изд-во ИжГТУ, 2003. ‒ 213 с.

1167

А. С. Казанцева, студент; Д. Р. Гайнетдинова, студент С. В. Сычугов, инженер

Т. А. Плеханова, кандидат технических наук, доцент Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова

Применение отходов гальваники в качестве добавок направленного действия для ангидритовых вяжущих

Вопрос переработки твѐрдых отходов гальванических предприятий с получением на их основе минеральных добавок различного назначения (наполнителей, химически или физически активных) актуален по причине экономии природных ресурсов [4] и позволяет исключить операцию дробления, либо помола [3, 7]. Находясь в дезинтегрированном виде такие отходы, обладают высокой удельной поверхностью.

Применение некоторых технологических переделов: обжига, механохимической активации, химической обработки, способствующих повышению активности добавок, позволяют получать модификаторы, которые обладают полифункциональным действием [8].

Использование полифункциональных модифицирующих добавок в гипсовых составах на основе природного ангидрита, позволяет получать композиционные материалы с комплексом улучшенных свойств [12].

Цель настоящей работы заключалась в разработке составов композиционных ангидритовых вяжущих, модифицированных добавками техногенного происхождения.

В эксперименте был использован ангидрит Ергачѐвского месторождения (Пермский край), измельчѐнный до удельной поверхности Sуд = 380 м²/кг. Для ускорения реакции гидратации и твердения ангидритового вяжущего, а также регулирования сроков схватывания применялась сульфатная активация, в качестве активатора использовали бисульфат натрия.

Вкачестве модифицирующих добавок исследовались:

1)Гальванический шлам (ГШ) завода ОАО «Аксион-холдинг» (г. Ижевск), который представляет собой отход от производства гальванических покрытий. Шлам представляет продукт, полученный нейтрализацией

кислотных стоков (H2SO4, H2SO3, HCl, HF, HNO3), растворами щелочей (NaOH, Na2CO3) и содержит элементы щелочноземельных металлов;

2)Гальванический шлам металлургического предприятия ГМК «Норильский никель» (г. Норильск) – карфосидерит (КС), представляющий собой отход от производства никелевых порошков, получаемых электролитическим способом из водных растворов солей никеля, с последующей сушкой и термообработкой в восстановительной среде.

Химический состав добавок представлен в табл. 1. и на рис. 1, а, б. Для определения химического состава порошки предварительно подсушивали при температуре 100 °С и исследовали с помощью метода рентге-

1168

нофазового анализа, а также растровой электронной микроскопии. Рентгенофазовые исследования выполнялись на рентгеновском дифрактометре ДРОН–3 с медным антикатодом (Сukα, λ=0,154178 нм) [13].

Исследование микроструктуры частиц порошков проводилось при различных увеличениях с помощью электронного сканирующего микро-

скопа JEOL SEM JSTM 330A.

Удельная поверхность и средний диаметр частиц порошков определяли при помощи лазерного анализатора HORIBA LA-950 и прибора ПСХ-9. Физико-технические характеристики порошков представлены в табл. 2.

Потери при прокаливании порошков определяли на пробах массой 50±0,01 г с допустимым расхождением двух последовательных измерений

0,02 г.

Для определения рН-водной вытяжки приготавливаемых растворов исследования проводили с помощью прибора рН 150МИ. Для приготовления растворных смесей использовалась вода, соответствующая ГОСТ

23732–79.

В качестве контрольного состава был выбран ангидритовый цемент [2] марки М50 состава (%): молотый природный ангидрит – 81,5, шлак - 12,5, известь строительная быстрогасящаяся (1 сорт) – 5,0, сульфатные активаторы FeSO4×7H2O – 0,5, NaHSO4×H2O – 0,5. Водоцементное отношение (В/Ц) ангидритового цемента составляло 0,31.

Химический состав шлака представлен следующими оксидами (%): SiO2 – 60,4, Fe2O3 – 6,38, MgO – 0,61, Al2O3 – 19,02, Na2O – 0,13, K2O – 0,54, CaO – 2,63. Шлак относится к кислому виду Мk = 24,51 и обладает активностью к вяжущему компоненту Ма = 0,315.

Таблица 1. Химический состав техногенных порошков

Для проведения исследований были изготовлены образцы-балочки с размерами 40×40×160 мм, которые хранились в воздушно-сухих условиях и подвергались испытанию на 7-е и 28-е сутки. В качестве исследуемых параметров в ангидритовых композициях были приняты подвижность и водопотребность, предел прочности при сжатии и изгибе, средняя плотность и водостойкость, водопоглощение, сроки схватывания.

Анализ исследований химического состава и свойств ГШ выявил его слабую модифицирующую способность по отношению к вяжущему, поэтому, был применѐн обжиг добавки при оптимальных технологических режимах (температура и время выдержки) [9]. Наилучшую модифицирующую способность показал гальванический шлам, обожжѐнный при тем-

1169

пературе 800 °С в течении одного часа, потери при прокаливании соста-

вили 22…25 %.

Таблица 2. Физико-технические характеристики техногенных порошков

а б Рис. 1. Спектры РФА исследуемых добавок: а – рентгенограмма КС;

б – рентгенограмма ГШ, обожжѐнного при температуре 800 °С.

Химический состав ГШ (рис. 1, б), выявил наличие кристаллических фаз: моноферрита кальция СаО·Fe2O3 (dα = 4,589; 3,505; 1,506; 1,412 Å), маггемита γ-Fe2O3 (dα = 4,427; 2,325; 1,819 Å) и магнетита Fe3O4 (dα = 4,951; 2,974; 1,483 Å), образующегося в результате обжига гематита (α- Fe2O3) в среде восстановителя – СО2 (или СО) при распаде кальцита. Минералогический состав КС (рис. 1, а) показал наличие кристаллической сернокислой окиси железа H3O·Fe3(SO4)2·(OH)6 (dα = 4,771; 3,992; 2,460; 1,577 Å).

Данные pH-водной вытяжки приготовленного раствора с добавкой обожжѐнного ГШ показали наличие щелочной среды (табл. 2), которая устанавливается за счѐт гидратации моноферрита кальция (СаО·Fe2O3). Использование модификатора ГШ в системе «ангидритовое вяжущее – сульфатный активатор» позволяет интенсифицировать процесс гидратации нерастворимого ангидрита по смешанному механизму (щелочной компонент и добавка сульфата) [6]. Согласно данным рН-метрии (табл. 2) добавка КС способствует образованию кислой среды – 5,14…6,98, что наиболее благоприятно влияет на процесс преобразования нерастворимого ангидрита в двугидрат по данным [10].

Анализ удельной поверхности частиц порошков, определѐнный методом Блэйна, позволяет отнести их к классу высокодисперсных добавочных веществ.

1170

а б Рис. 2. Микроструктура частиц исследуемых добавок при различных увеличениях:

а – ГШ, обожжѐнный при Т = 800 °С (х 5000); б – КС (х 8000).

Известно [1], что форма и рельеф поверхности частиц влияет не только на размерность надмолекулярных образований, но и на механическое сцепление с добавочным веществом. Увеличение числа контактов, механической адгезии достигается при взаимодействии тонкодисперсного модификатора с высокоразвитой поверхностью и вяжущего компонента.

Таким образом, принимая во внимание результаты микроскопических (рис. 2, а, б) и физико-химических методов исследования состава и свойств порошков, подтверждена эффективность использования высокодисперсных добавок КС, обожжѐнного ГШ в качестве модификаторов ангидритового вяжущего.

Для приготовления растворных смесей сульфатный активатор 0,75 % по массе предварительно смешивали с водой затворения, после чего добавляли суперпластификатор С-3 в количестве 0,3…0,5 % от массы вяжущего совместно с модифицирующей добавкой.

Модифицирующие добавки вводились в количествах: ГШ – 0…5 %, КС – 0,5… 5,0 % от массы вяжущего. Молотый природный ангидрит затворяли модифицирующими суспензиями, а после достижения однородности смесей их укладывали в формы и уплотняли. Водо-твѐрдое отношение принималось 0,21…0,31, исходя из необходимых технологических характеристик растворных смесей (связности, подвижности).

Были получены показатели пределов прочности на сжатие и изгиб в возрасте 7 и 28 суток, представленные в табл. 3. Установлены следующие оптимальные концентрации добавок: КС – 1 %, ГШ – 0,3…0,5 % (табл. 3).

Анализ физико-технических свойств модифицированных ангидритовых вяжущих свидетельствует о повышении прочности и понижении водопоглощения образцов в возрасте 28 суток при оптимальном содержании добавок, при этом улучшаются технологические свойства: сохраняется требуемая подвижность и связность растворных смесей.

Таким образом, добавки ГШ и КС обладают направленным действием, так как одновременно воздействуют не только на физико-технические

1171

свойства, но и на целый ряд технологических свойств ангидритовых растворов.

Таблица 3. Физико-технические и технологические свойства ангидритовых

композиций

Установлено, что добавка гальванического шлама, обожжѐнного при температуре 800 °С, увеличивает прочность в 1,8…2,1 раза по сравнению с контрольным образцом. Водостойкость композиций, оцениваемая по Кр = 0,56…0,67, позволяет отнести их к вяжущим повышенной водостойкости. У составов ангидритовых композиций, модифицированных ГШ, величина Кр увеличивается на 39…47 % по сравнению с контрольным образцом.

Применение добавки КС повышает прочность более чем в 2,5 раза. Ангидритовые вяжущие, модифицированные КС относятся к неводостойким вяжущим (Кр<0,45).

В зависимости от предъявляемых требований композиционные ангидритовые вяжущие могут использоваться в качестве напольных составов (М100…М200) с последующей отделкой паркетом, линолеумом, мозаичным покрытием.

Список литературы

1.Батраков, В.Г. Модифицированные бетоны. – М.: АСВ, 1998. – 701 с.

2.Будников, П.П. Гипс, его исследование и применение. – М.: 1951. – 372 с.

3.Герасимова, Л.Г. Утилизация техногенных отходов с получением пигментных наполнителей // ALITinform. Международное аналитическое обозрение Це-

мент. Бетон. Сухие смеси, № 2(19), 2011. – С. 106–112.

4. Долгорѐв, А.В. Вторичные ресурсы в производстве строительных материалов: Физико-химический анализ. Справочное пособие – М.: Стройиздат, 1990. – 456 с.

1172

6.Клименко, В.Г. Теоретические основы проектирования состава активаторов твердения ангидрита // VI Междунар. науч.-практ. конф. «Повышение эффективности производства и применения гипсовых материалов и изделий» (Пермь, 5-7 сент. 2012). – Пермь, 2012. С – 41 – 47.

7.Наумов, В.И., Наумов, Ю.И., Галкин, А.Л, Сазонтьева, Т.В. Утилизация шламов гальванических производств // Гальванотехника и обработка поверхности, 2009. Т.XVII, № 3. – С. 41–47.

8.Ратинов, В.Б., Розенберг, Т.И. Добавки в бетон. – М.: 1989. – 188 с.

9.Сычугов, С.В., Яковлев, Г.И., Казанцева, А.С., Гайнетдинова, Д.Р. К вопросу о повышении водостойкости вяжущего на основе природного ангидрита // Ин-

теллектуальные системы в производстве. – 2012. – № 17 (2). – С. 168–172.

10. Фишер Х.-Б. Влияние активаторов твердения на свойства природного ангидрита / Х.-Б. Фишер, Б.Б. Второв // II Международное совещание по химии и технологии цемента, 4-8 декабря 2000 г., РХТУ им. Менделеева. – М.: Том. 2. – С.

53–61.

12 Халлиулин М.И., Алтыкис М.Г., Рахимов Р.З. Композиционное ангидритовое вяжущее повышенной водостойкости // Стрительные материалы, №12, 2000. – С. 34–35.

13. Powder Diffraction File, Inorganic, JCPDS International Centre for Diffraction Data, U.S.A., 1977. – 1084 p.

С. Э. Филиппов, ассистент, аспирант А.А. Христофорова, ведущий научный сотрудник

М. Д. Соколова, кандидат технических наук, доцент Северо-Восточный Федеральный Университет имени М. К. Аммосова, г. Якутск

Институт проблем нефти и газа СО РАН

Исследование материалов дорожно-строительного назначения на основе органического вяжущего с применением резиновой крошки

Измельчение резиновых отходов и получение резиновой крошки (РК) считают наиболее эффективным методом их переработки, поскольку в этом случае в продуктах переработки сохраняются физические свойства резины [1].

Улучшить условия работы дорожных одежд возможно, устраивая конструктивные слои из асфальтобетонных смесей, содержащих измельченную резину. В этом случае снижаются динамические воздействия на нижележащие слои, повышается сцепление шин с дорогой, повышается стойкость к удару и растрескиванию полотна при температурных перепадах [2]. Именно эти свойства могут быть с высокой вероятностью реализованы в случае применения резиновой крошки в составе дорожных материалов.

В связи с этим, разработка покрытий технологических дорог с применением резиновой крошки перспективна как для повышения производи-

1173

тельности, так и для повышения ресурсосбережения и экологической безопасности природы и промышленных предприятий.

Вбольшей степени качество асфальтобетона определяется свойствами применяемого вяжущего – битума. Использование модифицированных вяжущих материалов повышенного качества при строительстве и ремонте дорог с асфальтобетонными покрытиями является особенно актуальным в районах с суровым резко-континентальным климатом и низкими зимними температурами.

Вданной работе представлены результаты исследования влияния модификации битума механоактивированной резиной крошкой на свойства асфальтобетона. Для улучшения взаимодействия на границе раздела фаз «резиновая крошка-битум» был использован природный цеолит Хонгу- рин-Кемпендяйского месторождения (Республика Саха (Якутия)). Частицы цеолитов Хонгурина III являются аморфными и изотропными, их форма приближается к сферической, размер их составляет 1,6...4 мкм. В порошке отдельные частицы образуют ассоциаты (от 10 до 100 мкм), при этом мелкие частицы Хонгурина III, не теряя своей индивидуальности, выстраиваются в объемные конструкции, края которых являются чрезвычайно извилистыми. Подобное строение Хонгурина III указывает на его высокую поверхностную активность и способность образовывать дополнительные связи с матрицей [4]. Количество вводимого природного цеолита составляло 2% от массы резиновой крошки.

Проведенные ранее испытания показали, что механоактивация резиновой крошки приводит к появлению большего числа химических элементов на поверхности крошки. Выявлена миграция серы к поверхности, что приводит к интенсификации процессов на границе раздела фаз «резиновая смесь – органическое вяжущее» [5].

Механоактивация резиновой крошки была проведена на планетарной мельнице АГО-2, принцип работы которой заключается в следующем: при вращении барабанов вокруг общей и планетарной осей мельницы, возникает не только ударное воздействие, но и фрикционное взаимодействие между шарами и измельчаемым материалом, что приводит к высвобождению огромного количества механической энергии. Образованная механическая энергия частично расходуется на увеличение удельной поверхности диспергируемого материала и в большей степени приводит к повышению внутренней энергии вещества.

Для приготовления асфальтобетона применялся дорожный битум БНД 90/130. Резиновую крошку (РК) из отработанных шин получали на режущей мельнице фирмы «Fritch» с использованием сита 0,25 мм.

Методом ситового анализа исследованы размеры резиновой крошки до

ипосле механоактивации с помощью микроскопа МБС-10 (рис. 1). Видно, что применение механоактивации позволяет уменьшить размеры резиновой крошки, повысить однородность фракционного состава (рис. 1 в, г),

1174

снизить долю зеркальных и увеличить количество неровных разрыхленных участков на поверхности частиц (рис. 1а, б).

в) г)

Рис. 1. Поверхность резиновой крошки (а, б) и распределение размера частиц (в, г) до (НА) и после механоактивации (Акт).

Для характеристики термических свойств битумов определили температуру размягчения и температуру хрупкости (табл. 1).

Таблица 1. Температура размягчения и хрупкости битумов, модифицирован-

ных резиновой крошкой

Установлено, что температура размягчения битума модифицированного РК повышается по сравнению с температурой размягчения исходного битума на 3,6 °С. Применение механоактивации позволяет повысить этот

1175

показатель на 5 °С. Исследования низкотемпературных свойств показал снижение температуры на 2 °С для битума, модифицированного активированной крошкой по сравнению с исходным битумом.

Результаты исследования физико-механических свойств асфальтобетонов с битумом, модифицированным резиновой крошкой, приведены в табл. 2.

Таблица 2. Основные физико-механические показатели асфальтобетонов

В табл. 2 обозначения: ρm, ρmM – средняя плотность минеральной части, VM –пористость минеральной части, V° – остаточная пористость, W – водонасыщение, Rсж – предел прочности при сжатии, Rp – предел прочности на растяжение при расколе.

Видно, что плотность асфальтобетона и его минеральной части при введении как неактивированной, так и активированной крошки повышается в одинаковых пределах. Преимущество механоактивации проявляется в снижении остаточной пористости, водонасыщении, в повышении предела прочности при сжатии и предела прочности на растяжение при расколе.

Таким образом, показана перспективность применения резиновой крошки и ее механоактивации в технологии получения дорожных битумов и асфальтобетонов.

Список литературы

1.Серенко, О.А., Мурадова, У.А., Мешков, И.Б., Оболонкова, Е.С., Зеленцкий,

С.Н., Музафаров, А.М. Измельчение отходов силоксановой резины методом упругодеформационного воздействия. // Каучук и резина. 2008. №3. – С. 24.

2.Василовская, Г.В., Иванова, Л.А. Повышение долговечности асфальтобетона путем модификации вяжущего полимерными добавками // Труды НГАСУ. Современные строительные материалы и ресурсосберегающие технологии. – Новосибирск: НГАСУ, 2003. Т.6, №2 (23). – С. 203–207.

3.Методические рекомендации по строительству асфальтобетонных покрытий с применением дробленой резины/Союздорнии . – М.: 1985.

1176

4.Колодезников, К.Е. Цеолитоносные провинции востока Сибирской платформы. – Якутск: ЯФ изд. СО РАН, 2003. - 224 с.

5.Христофорова, А.А., Соколова, М.Д. Механоактивационный способ обработки измельченных вулканизатов // Химия в интересах устойчивого развития (2009), № 4, – С. 435–438.

А. А. Фролова, магистрант С. Г. Быстров, кандидат химических наук, доцент

В. И. Кодолов, доктор химических наук, профессор Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова

Исследование топографии пленок поливинилового спирта, модифицированных металл/углеродными нанокомпозитами

Полимерные композитные материалы за последние годы получили широкое распространение в строительстве, благодаря ряду преимуществ над традиционными видами материалов (металлами, керамикой, деревом и др.):

1) уникальное сочетание свойств (прочностных, теплофизических, термохимических, реологических, адгезионных, электрических и других);

2)возможность управления свойствами полимерных композитных материалов путем простого изменения состава и условий получения;

3)сохранение основных достоинств полимеров:

‒низкая плотность при постоянстве удельных характеристик;

‒легкая перерабатываемость.

Введение модификатора на основе металл/углеродных нанокомпозитов в состав композиции приводит к структурированию среды, уменьшению количества дефектов, что улучшает физико-механические характеристики материала [2]. Присутствие в составе нанокомпозитов соединений металла может придать конечному материалу дополнительные свойства, например, магнитную восприимчивость и теплопроводность [1]. Предполагается, что модификация полимерных композитных материалов нанокомпозитами позволит улучшить их эксплуатационные характеристики.

В данном исследовании применялся частично гидролизованный поливиниловый спирт (ПВС) марки BP-05, в качестве наномодификатора применялись медь/углеродные нанокомпозиты (Cu/C). Были получены два образца пленок из водного раствора ПВС с содержанием нанокомпозитов 0,001% и 0,01% от массы сухого ПВС, а также контрольный образец.

Исследования топографии проводились методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) на зондовом микроскопе SOLVER 47 PRO в полуконтактном режиме. Средняя арифметическая шероховатость поверхности рассчитывалась для каждого образца по АСМ изображениям десяти участков поверхности размером 1×1 мкм с помощью программы обработ-

1177

ки данных для зондового микроскопа. Проведен расчет погрешности измерений шероховатости – среднеквадратического отклонения (табл.).

Таблица Шероховатость исследуемых образцов

Для каждого образца получены изображения топографии и фазового контраста поверхности. Размеры изображений 5×5 мкм.

Рис. 1. АСМ-изображение топографии поверхности исследуемого образца № 1

Рис. 2. АСМ-изображение топографии поверхности исследуемого образца № 2

1178

Рис. 3. АСМ-изображение топографии поверхности исследуемого образца № 3

Ниже приведены гистограммы распределения по размерам особенностей рельефа поверхности исследуемых образцов, вычисленные по кадрам с размерами 5×5 мкм.

Рис. 4. Гистограмма распределения по размерам особенностей рельефа поверхности образца № 1

1179

Рис. 5. Гистограмма распределения по размерам особенностей рельефа поверхности образца № 2

Рис. 6. Гистограмма распределения по размерам особенностей рельефа поверхности образца № 3

Таким образом, исходя из расчетов, при введении в ПВС модифицирующей добавки (Cu/C нанокомпозита) в количестве 0,001% происходит увеличение шероховатости поверхности образца (таблица) и изменение вида гистограммы распределения по размерам особенностей рельефа поверхности (рис. 4 и рис. 5). Изменения наиболее заметны для образца № 2 с меньшей, по сравнению с образцом № 3, концентрацией добавки. Дан-

1180

ный результат может быть обоснован преобразованием надмолекулярной структуры ПВС под действием добавки.

Сделано предположение о том, что увеличение шероховатости образца ПВС, модифицированного медь/углеродными нанокомпозитами позволит улучшить адгезионные характеристики полимерных композиционных материалов, в состав которых включен данный модифицированный ПВС.

Список литературы

1.Кодолов, В.И. Перспективы развития направления самоорганизации наносистем в полимерных материалах [Текст] / В.И. Кодолов, В.В. Тринеева // Химическая физика и мезоскопия. – 2011. – Т.13, № 3. – С. 363–375.

2.Тринеева, В.В. Получение металл/углеродных нанокомпозитов и возможности применения [Текст] / В.В. Тринеева, М.А. Вахрушина, В.И. Кодолов // Вестник Удмуртского Государственного Университета. – 2012. – № 1. – С. 39–42.

О. С. Чередникова, студент

Т. В. Яковлева, старший преподаватель Ижевский государственный технический университет

имени М. Т. Калашникова

Очистка сточных вод коттеджного поселка от азота и фосфора

Очистка сточных вод является одним из основополагающих компонентов в системе защиты окружающей среды от загрязнения. Актуальность проблемы удаления из сточных вод соединений азота и фосфора обусловлена ухудшением качества воды рек и водохранилищ, вызванным эвтрофикацией, которая в значительной мере определяет экологическую ситуацию.

В настоящее время широко развивается строительство коттеджных поселков. Нельзя не обратить внимание на нужды владельцев загородных участков, которые хотят решить проблему очистки сточных вод в целом по посѐлку, не строя индивидуальных систем для каждого отдельного дома. В данном случае жители коттеджных посѐлков вынуждены строить собственные очистные сооружения.

Условия спуска сточных вод в водоемы регламентированы СанПиН 2.1.5.980-00 «Водоотведение населенных мест, санитарная охрана водных объектов. Гигиенические требования к охране поверхностных вод».

Уровень загрязнения российских водоемов биогенными элементами достаточно высок и не позволяет рассчитывать на процессы самоочищения, поэтому при утверждении проектов вновь строящихся очистных сооружений к сбрасываемым сточным водам предъявляются требования, как правило, на уровне ПДК водоемов питьевого и хозяйственно-бытового назначения.

1181

Помимо удаления из сточных вод органических веществ, на сегодняшний день разработаны специализированные биотехнологии удаления соединений фосфора и азота.

Метод биологической очистки сточных вод считается самым универсальным из существующих методов. Глубокую очистку от азота и фосфора дает биотехнология, основанная на процессах нитриденитрификации и биологической дефосфотации (рис. 1), благодаря которым соединения азота превращаются в молекулярный азот, выделяющийся в атмосферу, а фосфаты потребляются бактериями активного ила (фосфор аккумулирующими бактериями) и удаляются вместе с избыточным илом.

Рис. 1. Биологическая дефосфотация. Основные биохимические процессы в анаэробных и аэробных условиях. Ф – ортофосфаты; ПФ – полифосфаты; КПФ –

клеточные полифосфаты; Р-бактерии – фосфорнакапливающие бактерии; Не Р-бактерии – гетеротрофные бактерии кислотного сбраживания

Для очистки сточных вод, поступающих с территории коттеджного поселка, предлагается модульная установка малой производительности. Данная установка представлена на рис. 2.

1182

Рис. 2. Модульная установка очистки хозяйственно-бытовых сточных вод: 1 – отстойник-уплотнитель; 2 – биотенк (аэротенк с блоками плоскостной загрузки); 3 – вторичный отстойник с блоками тонкослойного отстаивания; 4 – УФ-установка; 5 – воздуходувка; 6 – воздушный фильтр; 7 – аэрофильтр

затопленный; 8 – фильтры; 9 – бак фильтра; СВ – сточная вода; ОВ – очищенная вода; ИИ – избыточный ил; АВ – атмосферный воздух; Оп. – опорожнение; ГПВ – грязная промывная вода

Интенсификация процесса биологической очистки от азота и фосфора достигается путем размещения в аноксидной и анаэробной зонах специального оборудования (плоскостная загрузка, пористые и перемешивающие аэраторы) и созданием оптимального гидродинамического режима в аэротенке.

Вотстойнике-уплотнителе (1 рис. 2) обеспечивается предварительная механическая очистка от песка и грубодисперсных взвешенных веществ, уплотнение и стабилизация осадка, который периодически откачивается эрлифтом, в анаэробном режиме.

Вбиотенке (2 рис. 2), оборудованном системой мелкопузырчатой аэрации и блоками плоскостной загрузки, протекают процессы аэробноаноксидного окисления органических веществ, нитрификации, денитрификации и биологической дефосфотации.

Плоскостная загрузка изготовляется в виде плоских и гофрированных листов из стойких полимерных материалов, имеющих сетчатую структуру для эффективного прикрепления микроорганизмов и образования устойчивых биопленок.

При размещении загрузки в анаэробной зоне на ней развивается биопленка специфического микробного ценоза, которая содержит преимущественно анаэробные гетеротрофные бактерии, адаптированные

кпоступающим в анаэробную зону органическим веществам и

обеспечивающие их быстрое сбраживание. При этом, в сравнении с другими технологиями биологической очистки от фосфора доля бактерий в активном иле, способных производить кислотное сбраживание органических веществ, уменьшается. Соответственно, растет доля бактерий, участвующих в очистке от азота. В результате, интенсификация анаэробного сбраживания в анаэробной зоне вызывает увеличение

1183

скорости нитрификации в аэробной зоне аэротенка в расчете на 1 г активного ила.

Всилу более высокой устойчивости прикрепленных микроорганизмов

кнеблагоприятным воздействиям увеличивается стабильность процесса кислотного сбраживания и уменьшается риск срыва процесса биологической дефосфотации.

На основе использования пористых и перфорированных аэраторов в технологии очистки сточных вод от азота и фосфора сокращается расход воздуха на аэрацию.

Пористые аэраторы выполняются в виде трубы из стеклоткани, пропитанной композицией из термореактивных смол с последующей ее полимеризацией и имеющей упорядоченную микропористую структуру с заданным расстоянием между порами. Они обеспечивают мелкопузырчатую аэрацию с высокой эффективностью массопередачи кислорода из воздуха в воду.

Перфорированные аэраторы используются как перемешивающие устройства для создания в аэротенке аноксидных зон, необходимых для удаления нитратов в процессе денитрификации. Они изготавливаются из тех же материалов и имеют те же размеры, что и пористые трубчатые аэраторы, но стенки перфорированных аэроторов непроницаемы для

воздуха и содержат отверстия. При низкой интенсивности аэрации (2‒2,5 м3/м2·ч) это позволяет создавать в аэротенке практически бескислородные

условия (СО < 0,05 мг О2/л), необходимые для реализации современных биотехнологий очистки от азота и фосфора.

Аэрирующие модули (рис. 3) представляют собой трубы, на которые через пластмассовые тройники попарно крепятся аэраторы. Модули могут размещаться в несколько рядов, образуя широкую аэрируемую полосу, отвечающую ширине аэрируемого сооружения, что позволяет

поддерживать активный ил во взвешенном состоянии даже при низкой интенсивности аэрации (2 м3/ч). Изменение шага между аэраторами позволяет изменять интенсивность аэрации в широком диапазоне, обеспечивая оптимальный кислородный режим.

1184

Рис. 3. Аэрирующий модуль

Вывод: данная технология, предназначенная для эффективной биологической очистки сточных вод от азота и фосфора, позволяет повысить производительность аэротенка, скорость и стабильность процессов очистки, сократить расход воздуха для аэрации, что позволяет уменьшить капитальные затраты на строительство и эксплуатацию очистных сооружений. Кроме того, применение плоскостной загрузки и пористых и перфорированных аэраторов позволяет достичь нормативных показателей по содержанию биогенных элементов в очищенной сточной воде, сбрасываемой в водоем.

Список литературы

1.Воронова, Ю.В. Водоотведение/Под ред.– М.: ИНФРА-М, 2007. – 415 с.

2.Жмур, Н.С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. – М.: АКВАРОС, 2003. – 512 с.

3.Креал. Очистка сточных вод.: [Электронный ресурс]. СПб., 1993-2012. URL: http://kreal.spb.ru/. (Дата обращения: 18.11.2012).

1185

С. В. Чурашова, магистрант

Ю. Г. Кислякова, кандидат педагогических наук, доцент Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова

Требования к выбору трассы газопровода

Трасса газопровода – положение оси газопровода на местности, определяемое двумя проекциями: горизонтальной (планом) и вертикальной (продольным профилем) [1].

Выбор трассы газопровода осуществляется проектной организацией совместно с заказчиком на основе утвержденного задания на проектирование.

Трассу газопровода выбирают таким образом, чтобы добиться минимальных затрат при сооружении и эксплуатации газопровода. При обосновании трассировки газопровода необходимо учитывать ряд факторов:

‒диаметр и протяженность газопровода;

‒расположение и количество площадок компрессорных станций;

‒конструктивные схемы укладки газопровода;

‒безопасность населения и персонала, работающего вблизи газопро-

вода;

‒охрана окружающей среды;

‒наличие других сооружений;

‒наличие полезных ископаемых;

‒инженерно-геологические и климатические условия;

‒требования к строительству и эксплуатации газопровода;

‒местные требования;

‒перспективы развития территории;

‒наличие крупных и средних рек, болот, озер, автомобильных и железных дорог, оврагов, действующих трубопроводов, линий электропередач и связи, сельскохозяйственных угодий;

‒археологические памятники (курганы, поселения);

‒наличие факторов коррозионной опасности [2].

При выборе трассы газопровода исследуется район, где планируется размещение линейного объекта. Проводятcя инженерно-геологические и инженерно-геодезические изыскания. В этом районе изучаются явления, процессы и факторы природного и техногенного происхождения.

Производить выбор трассы газопровода нужно исходя из требований, которые предусмотрены действующими земельным, водным, и градостроительным кодексам. Также следует учитывать защиту населения и территории от чрезвычайных ситуаций техногенного характера.

Не допускается размещать трассы газопроводов на рекреационных территориях (водных, лесных, ландшафтных), в зонах санитарной зоны источников водоснабжения, водоохранных и прибрежных зон рек, морей,

1186

охранных зонах курортов .

Трассу газопровода следует выбирать с учетом затрат на возмещение:

убытков землепользователям;

потерь сельхозпроизводства при отводе земель под строительство;

ущерба рыбному, лесному хозяйству;

других потерь от негативного воздействия на окружающую среду при строительстве и эксплуатации газопровода;

расходов на археологические раскопки [2].

При принятии варианта прокладки газопровода необходимо учитывать перспективное развитие городов и других населенных пунктов, расширение промышленных, сельскохозяйственных и других объектов, автомобильных дорог и проектируемого газопровода на ближайшие 20 лет.

Следует учитывать при выборе трассы и условия строительства. Это может обеспечить применение наиболее экономичных и высокопроизводительных методов строительно-монтажных работ.

Выбор трассы газопровода зависит от классификации газопроводов по давлению. В свою очередь они делятся на газопроводы высокого давления I и II категории, среднего и низкого давления. Газопроводы низкого и среднего давления прокладывают в отведенных для инженерных сетей технических полосах вдоль улиц дорог и городских проездов параллельно красным линиям застройки. Газопроводы высокого давления размещают в районах с малой плотностью населения и по проездам, где мало насыщенны другими подземными коммуникациями.

Прокладка газопровода может быть подземной и надземной.

В обоснованных случаях допускается надземная прокладка газопроводов на отдельных участках трассы, в том числе на участках переходов через искусственные и естественные преграды при пересечении подземных коммуникаций [3]. Прокладка газопроводов по проездам с усовершенствованным дорожным покрытием, а так же параллельно путям электрифицированных железных дорог не рекомендуется. Не допускается прокладка газопровода в тоннелях, коллекторах и каналах.

Глубина прокладки зависит от уровня промерзания грунта и осуществляется не менее 0,8 м до верха газопровода или футляр. В тех местах, где не предусматривается движение транспорта и сельскохозяйственных машин, глубина прокладки стальных газопроводов может быть не менее 0,6 м. Именно при выборе трассы для стальных газопроводов нужно учитывать коррозионную активность грунтов и наличие блуждающих токов.

Чтобы не повредить наземные и подземные сооружения при строительстве газопроводов и ремонтных работах на них, а также для осложнения продвижения газа при его утечках в здания и коммуникации устанавливают минимальные расстояния между ними и газопроводом. Так, например, минимальное расстояние между газопроводом и зданием в свету должно быть при низком давлении газа ‒ 2 м, при среднем ‒ 4, при высоком до 0,6 МПа ‒ 7 м, при высоком до 1,2 МПа ‒ 10 м. Регламенти-

1187

рованы также в [4] расстояния до трамвайных и железнодорожных путей, водопровода и канализации, тепловых сетей и других сооружений. Наиболее опасными являются расположение газопровода вблизи безнапорных коммуникаций (канализация, водостоки...), потому что по ним вытекающий газ может распространяться на большие расстояния и скапливаться в подвалах, зданиях и сооружениях. В связи с этим и при проектировании предусматривают наибольшие расстояния от этих коммуникаций. При пересечении газопроводами инженерных сетей расстояние между ними в свету должно быть не менее 0,2 м.

Трассу газопровода наносят в масштабе на топографические планы. Указывают привязки газопровода к постоянным сооружениям, охранные зоны, диаметры и тип трубы. После трассировки строят продольный профиль, на котором обозначают подземные сооружения, пересекаемые газопроводом. Под профилем указывают длину и уклоны участков, отметки поверхности земли и верха трубы, глубину заложения, диаметры трубы, основание траншеи и углы поворота.

Согласование трассы газопровода выполняется с землепользователями и всеми заинтересованными ведомствами и организациями в соответствии с требованиями действующих земельного и водного кодексов.

Cписок литературы

1.Постановление Правительства РФ от 20.11.2000 №878 (ред. От 22.12.2011) «Об утверждении Правил охраны газораспределительных сетей».

2.СТО Газпром 2-2.1-249-2008 «Магистральные газопроводы».

3.СНиП 42-01-2002 «Газораспределительные системы».

4.СниП 2.07.01-89* «Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений».

5.Кузнецов, Р.Н. диссертация «Определение оптимального маршрута газопровода», 2009. – 125 с.

Е. Н. Шмыков, магистрант Н. Н. Дмитриева, кандидат архитектуры, доцент

Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова

Качество городской среды и брендинг территорий

Большинство современных городов старается приобрести или сменить имидж с промышленного города на туристический, деловой, город-арену спортивных мероприятий и т. д. Все это необходимо для того чтобы максимально отдалить промышленные зоны от существующего города, этим улучшить экологическую ситуацию в современном городе, привлечь дополнительный приток денежных средств за счет туризма и мероприятий

1188

которые собирают большое количество приезжих.

Все чаще старые промышленные города начинают сталкиваться с проблемой препятствия городскому развитию со стороны градообразующих

промышленных объектов, которые в настоящее время лишь частично используются или не используются совсем. Как правило, большинство градообразующих объектов принадлежат к архитектурным памятникам или являются объектами исторического наследия, из-за чего не могут быть подвергнуты сносу. Хотя такие здания и сооружения часто находятся в центральных районах города и имеют экономически и эстетически привлекательное расположение для новых коммерческих, офисных или развлекательных зданий и сооружений.

Все требуемые преобразования старых промышленных объектов ведут к повышению качества городской среды, которое в свою очередь, влечет необходимость в брэндинге территории. Брэндинг необходим для того, чтобы обеспечить конкурентную способность города, его политическую и экономическую значимость на региональной и мировых аренах.

Брэндинг территории основывается на стратегическом подходе к связям с общественностью, предполагающем, что изменение имиджа ‒ непрерывный, целостный, системный, согласованный и широкомасштабный процесс, требующий гораздо большего, чем быстрая смена или внедрение логотипа или слогана [1].

Существует много примеров реализованных стратегий развития старых промышленных городов США и Европы, как удачных, так и разрозненных точечных попыток улучшения состояния городской среды. Но в попытке объединить многообразие вариантов развития городов можно выделить наиболее общий критерий, по которому различаются стратегии развития,– возможность модернизации промышленной базы города с целью создания конкурентоспособной продукции.

Для того чтобы повысить качество среды конкретного города, в первую очередь, необходимо выявить причину наступления кризисной ситуации.

Вслучае с промышленными городами часто это три основные причины:

1.доминирование производственной отрасли в экономике региона;

2.затухание экспортного спроса на региональный продукт;

3.последний этап жизненного цикла продукта.

В теории жизненного цикла, разработанной американским экономистом

Р. Верноном, выделяется 4 стадии существования продукта (внедрение, рост, зрелость и упадок). «Старыми» становятся те продукты, которые не смогли «выпасть» из цикла, оставшись на ранней, инновационной стадии, поэтому они постепенно начинают проигрывать в конкуренции инновационным продуктам, что приводит к упадку спроса на продукт [2].

Также, если проанализировать проблемы промышленных городов видно, что промышленное прошлое создает похожий спектр проблем – транспортные, жилищные, экологические и, что немаловажно, имиджевые. Та-

1189

ким образом, помимо создания или реструктуризации экономической базы города, стратегии развития промышленных городов включают проекты и по другим направлениям. Одним из значимых направлений развития промышленных городов становится улучшение и создание новой социальной инфраструктуры. Транспортные проекты присутствуют в стратегиях развития многих городов, но цели и содержание этих проектов могут быть различными.

Однако для перехода к современным подходам решения важен вывод, сделанный М. Штайнером. Он заключается в том, что проблемы промышленных территорий возникают в основном в связи со снижением не спроса на продукцию отрасли, а конкурентоспособности продукции данной территории по сравнению с продукцией других территорий. В таком случае политика поддержания спроса для реанимации промышленности таких территорий обречена на неудачу, а основной проблемой промышленных территорий становится неспособность промышленности изменить предложение под новые рыночные условия, и акцент изучения данной проблематики должен быть перенесен со спроса на предложение. Изучение предложения, в свою очередь, делает основным предметом исследования структуру организации промышленности на данной территории, причем с точки зрения не ее монопрофильности (как это было в одной из традиционных теорий), а «барьеров трудовой мобильности и предпринимательской активности». Иными словами, встает вопрос об организации институтов (пример развития г. Питтсбург, США; г. Эссен, Германия) [3].

После определения основного пути развития региона для того, чтобы сделать возможным процесс перехода города из стадии производства в стадию развития социальных услуг, или иной другой путь развития, необходим комплексный подход. В том числе, виде тесного долговременного сотрудничества администрации города (региона) с лидерами крупного бизнеса для того, чтобы постепенно проводились реформы на крупных предприятиях согласно общей стратегии развития региона.

Необходимо назначить ответственные органы управления за контроль выполнения плана работ по повышению качества среды региона, проектные институты по разработке концепций развития. Также необходима организация советов по утверждению проектов развития.

В ходе работ проведенных должным образом и отлаженной системе контроля сроков разработки проектов, введения их в процесс реализации, относительно быстро изменятся экологическое, транспортное, жилищное и имиджевое состояния города.

Список литературы

1.Брэндинг территорий [Электронный ресурс] URL: http://www.wikipedia.ru (Дата обращения 7.02.2013).

2.Стародубровская, И., Лободанова, Д., Борисова, Л. Стратегии развития

1190

старопромышленных городов: Международный опыт и перспективы в России. – Москва, 2011 г.

4. Качество городской среды [Электронный ресурс] URL: http://www.acmegroup.ru/node/267, (Дата обращения 7.02.2013).

Н. А. Якунина, магистрант Л. И. Ившина, кандидат архитектуры, доцент

Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова

Усиление деревянных перекрытий цехов завода «ИжМаш» при его реконструкции

Усиление и восстановление несущих свойств перекрытий являются одними из самых востребованных процессов при реконструкции зданий. В данном случае реновации завода «Ижмаш» в технопарк должна быть проведена модернизация перекрытий по деревянным балкам, которые являются основой конструктивного остова зданий ряда заводских корпусов.

Существует множество способов усиления упомянутого выше вида перекрытий при модернизации объектов, из которых необходимо выбрать наиболее целесообразный.

Для данного объекта необходимо устройство несгораемых перекрытий, но существуют технологии, позволяющие сохранить деревянные балки, накат и историческую отделку потолков, где возможно произвести их восстановление, а не замену. Все эти сохраняемые конструкции используются в качестве несъемной опалубки для устройства железобетонного монолитного слоя [2].

Обычное усиление деревянных балок перекрытий может производиться путем увеличения сечения балок различными способами или при помощи протезов [3]. Организация же несгораемых перекрытий происходит посредством устройства железобетонной ребристой плиты, железобетонной плиты по стальным балкам либо несгораемой железобетонной мембраны из сборных железобетонных плит при полном сохранении старого перекрытия, к чему прибегают гораздо реже, чем к первым двум способам [1].

Для процесса реновации цехов завода «Ижмаш» выбрано устройство железобетонной плиты по стальным балкам, так как обнаружен существенный прогиб конструкции перекрытий, который будет полностью устранен, а появление новых недопустимых деформаций предотвращено за счет несущей способности балок.

При исполнении данного способа на первом этапе происходит разборка чистых полов и лаг, рыхление или замена звукоизоляционной засыпки, также проводится осмотр щитового наката и подшивки пола и при необ-

1191

ходимости их удаление и замена на новые конструкции. Следующим этапом является осмотр несущих деревянных балок и принятие решения об их сохранении либо замене части конструкции или целой балки при невозможности обеспечения несущей функции. Далее устанавливаются несъемная опалубка и нужный объем съемной, арматурные сетки и арматурные каркасы. Установка стальных балок двутаврового сечения и забивка стальных скоб в деревянные балки для последующей фиксации в теле монолитного перекрытия (с целью передачи нагрузки) почти завершает последовательность действий устройства несгораемого перекрытия. В итоге проводят бетонирование перекрытия [1].

Схема железобетонного перекрытия по стальным балкам при сохранении деревянного исторического перекрытия представлена на рисунке.

Рисунок. Разрез по усиливаемому перекрытию:

1 – деревянные балки, 2 – черепные бруски, 3 – накат, 4 – засыпка, 5 – демонтируемые лаги, 6 – монолитная железобетонная плита,

7 – опорные прокладки, 8 – пол, 9 – стальные скобы подвески деревянных балок к монолитному перекрытию, 10 – стальные балки

Следует упомянуть, что все составляющие данного процесса проводятся с использованием крана «в окно», позволяющего транспортировать заменяемые и разобранные, а также новые конструкции, и сохранить при этом конструкции стен, вышележащих перекрытий и крыши, что является, безусловно, неотъемлемой стороной сохранения реновируемого памятника архитектурного наследия.

В рамках проводимого диссертационного исследования на данный составной процесс разработана технологическая карта, предусматривающая вышеперечисленные работы и включающая таблицы по калькуляции трудовых затрат, операционному контролю качества, потребности в инструменте, инвентаре и механизмах.

Предполагается, что данный способ усиления оправдает затраты на использование стальных балок и монолитное бетонирование в плане дальнейшей окупаемости территорий и пространств технопарка, а также поспособствует внесению вклада в сохранение исторического наследия и достойное продолжение «жизни» индустриального объекта.

1192

Список литературы

1. Маклакова, Т.Г. Конструкции гражданских зданий: Учебник / Т.Г Маклакова, С.М. Нанасова ; М.: Издательство АСВ, 2000 – 280 с.

2.Маклакова, Т.Г. Проектирование жилых и общественных зданий: Учебное пособие для вузов / Т.Г Маклакова, С.М. Нанасова, В.Г. Шарапенко ; Под ред. Т.Г. Маклаковой. – М.: Высш. шк., 1998. – 400 с.: ил.

3.Кутуков, В.Н. Реконструкция зданий: Учебник для строительных вузов / В.Н. Кутуков ; М.: Высш. школа, 1981. – 263 с., ил.

4.Типовая технологическая карта (ТТК). Демонтаж деревянного перекрытия с

использованием крана «в окно».

5.Интернет-ресурс: http://www.kodeks-luks.ru/ Использование: 25.12.2012 г.

6.Интернет-ресурс: http://project-load.ru/index.html Использование: 25.12.2012 г.

1193