CC BY
52
уП(р У 0,71) У 0,21 до уП(р = 1,0) = 0,29.
Значения функций уп , уп , уП , уп'°, уп,с , уП , уП в зависимости от изменения плотности застройки р с шагом Ар = 0,05 даны в таблице 3 и представляют собой соответствующие доли объема подготовительных работ. При этом
Уи+уЦ + гЦ1 = 1
Таблица 3
Функции распределения объемов подготовительных работ
р Уп (р) уп (р ) уп (р ) Уп" (Р ) УПС (Р ) уП (Р ) уП (Р )
1 2 3 4 5 6 7 8
0,05 0,19 0,02 0,79 -0,03 0,82 0,16 0,84
0,10 0,26 0,03 0,71 -0,02 0,73 0,23 0,77
0,15 0,31 0,04 0,65 -0,02 0,67 0,29 0,71
0,20 0,35 0,06 0,59 0,00 0,59 0,35 0,65
0,25 0,38 0,07 0,55 0,02 0,53 0,40 0,60
0,30 0,41 0,09 0,50 0,03 0,47 0,44 0,56
0,35 0,45 0,10 0,45 0,04 0,41 0,49 0,51
0,40 0,47 0,12 0,41 0,07 0,34 0,54 0,46
0,45 0,50 0,13 0,37 0,08 0,29 0,58 0,42
0,50 0,52 0,15 0,33 0,10 0,23 0,62 0,38
0,55 0,55 0,16 0,29 0,12 0,17 0,67 0,33
0,60 0,57 0,17 0,26 0,14 0,12 0,70 0,30
0,65 0,58 0,19 0,23 0,16 0,07 0,74 0,26
0,70 0,60 0,20 0,20 0,18 0,02 0,79 0,21
0,75 0,63 0,22 0,15 0,15 0,00 0,78 0,22
0,80 0,65 0,23 0,12 0,12 0,00 0,77 0,23
0,85 0,66 0,25 0,08 0,09 0,00 0,75 0,25
0,90 0,68 0,26 0,06 0,06 0,00 0,74 0,26
0,95 0,70 0,28 0,02 0,02 0,00 0,72 0,28
1,00 0,71 0,29 0,00 0,00 0,00 0,71 0,29
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Олейник П. П. Организация строительства. Концептуальные основы. Модели и методы. Информационно-инженерные системы / П. П. Олейник. - М. : Профиздат, 2001. - 408 с.
2. Шепелев И. Г. Математические методы и модели управления в строительстве / И. Г. Шепелев. - М. : Высшая школа, 1980. - 214 с.
3. Харитонов В. А. Подземные здания и сооружения промышленного и гражданского назначения / В. А. Харитонов. - М. : АСВ, 2008. - 180 с.
УДК 621.357:539.3
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ДИСПЕРГИРОВАНИЕ УГЛЕГРАФИТОВЫХ
МАТЕРИАЛОВ
В. Е. Ваганов, к. т. н., доц. ФГБОУ «Владимирский государственный университет им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»
Ключевые слова: нанографит, электрохимия, диспергирование
Для получения коллоидных дисперсий наноуглерода в качестве предшественников, как правило, используются углеродные материалы: терморасширенный графит, природный или высокоориентированный пиролитический графит, а также другие углеграфитовые материалы.
Существующая в настоящее время технология производства коллоидного графита основана на окислении предварительно подготовленного (термоочистка, виброизмельчение) дисперсного графита в смеси серной и азотной кислот. Основным недостатком является большая продолжительность процесса (около 24 часов), неоднородность состава полученных соединений и невозможность целенаправленного получения материалов с необходимыми свойствами важнейшими из которых являются: размеры частиц, дисперсия по размерам, стабильность суспензии, способность к когезии с покрываемой поверхностью.
Электрохимическая технология по сравнению с химическим способом синтеза коллоидного графита позволяет улучшить эти показатели, повысить производительность, обеспечивает повышение чистоты и однородности продукта.
Целью работы является: исследование общих закономерностей расслоения и диспергирования кристалла графита и его модификаций электрохимическими методами. Объекты исследований: графит марки ГТ-2, ГЛ-2, пирографит, спектральночистый графит, окись графита (ЭГО), терморасширяющаяся окись графита (ТРОГ).
Электрохимические свойства УГМ в растворах электролитов. Первая попытка исследования водорастворимых продуктов анодного окисления УГМ была, предпринята Папазогли и сотр.[1], которые провели длительное (до 200 ч) анодное окисление ряда УГМ в воде. Полученный и выделенный ими продукт был хорошо растворим в воде, в разбавленной и концентрированной серной и азотной кислоте и при окислении переходил в смесь карбоновых и бензолполикарбоновых смол. Авторы [2 - 4] предположили, что в электролите накапливается высокодиспергированная окись графита - слоистое соединение графита с ковалентно-связанным кислородом.
Описание эксперимента. Главный параметр, определяющий качество терморасширяющейся окиси графита (ТРОГ), - коэффициент вспучивания (Kv, см3/г). Исследовано влияние на коэффициент вспучивания ряда стандартных электролитов - водных растворов органических и неорганических веществ. На основании предварительных исследований установлено, что некоторые из них (HCl, CH3COOH) способствуют образованию ТРОГ, в то время как другие Na2SO4, NaNO3 ведут к продукту с низким Kv<10 см3/г. Лучшие результаты достигнуты для H2SO4 и HNO3 (Kv=50 - 100 см3/г), однако серная кислота является более удобной, так как при электролизе не генерирует в отличие HNO3 активных радикалов и не летуча.
С целью снижения энергозатрат, и увеличения выхода диспергированных углеграфитовых материалов применены катализаторы - ионы металлов переменной валентности Mn+7, Co3, Cr+6 и H2O2. Влияние катализаторов на Kv окисленного графита представлено в таблице 1.
Влияние катализаторов К
Таблица 1
Добавка Концентрация добавки, масс.% Коэффициент расслоения при 250°С, см3/г Удельный расход электроэнергии, кВт-ч/кг
Без добавки 50 - 80 10 - 15
Mn+7 5 100 - 180 25 - 30
Cr+6 5 100 - 110 20 - 22
Co+3 5 150 - 160 30 - 35
H2O2 0,1 250 - 400 1,5
Наиболее эффективным катализатором оказалася Н202, который не только увеличивает скорость образования ТРОГ и приводит к максимальным значениям Ку= 250 - 400 см3/г, но значительно снижает удельный расход электроэнергии при малых вводимых концентрациях перекиси водорода.
Электрохимический синтез дисперсного графита проводился в гальваностатическом режиме с сообщением количества электричества 700 А'ч/кг при потенциале анода 2,1В. В таблице 2 приведены результаты электрохимического диспергирования графита с одновременным предварительным механическим измельчением графитовых частиц.
Таблица 2
Результаты электрохимического диспергирования
Q, Ач/кг Размер частиц преимущественной фракции, мкм Выход по коллоидному графиту, % Размер частиц исходного графита, мкм
700 15,0 - 21,0 9,6 50 - 85
50 0.05 - 0,1 30 - 40 15 - 21
Было установлено что при анодном окислении коллоидного препарата в электролитах содержащих Na2SO4 на платиновом аноде при плотносях тока до 0.5 А/см 2 происходит образование устойчивой суспензии за счет окислительно-гидролитического диспергирования окисленного графита. Как окись графита, так и графитовая сажа полученная из окиси графита переходят в устойчивую суспензию. В результате такой обработки в электролизере накапливаются коллоидоподобные продукты графита с дисперсностью от 1 нм до 10 цм.
Исследование диспергирования полированной поверхности графитового электрода выполнялось в стандартной ячейке в два этапа.
Первый этап. В качестве анода использовался электродный графит, для катода - металл (нержавеющая сталь) или электродный графит (Российский стандарт ЭГ). Применялся аналоговый источник питания АТН - 2232 (20 ампер). Расстояние между анодом и катодом составляло интервал от 0.5 до 1.5 см. В качестве электролита применялся 20%-ый водный раствор №^04. Анодная плотность тока составляла 0.4 - 0.8 А/см2. Температура электролиза не превышала 80 С. В результате в электролизере накапливался шлам - продукт коррозии анода. Шлам отмывали от сульфата натрия дистиллированной водой. Отмывочная вода возвращается в электролизер для повторного электролиза по первому этапу. Полученный материал высушивали при температуре 90 С в сушильном шкафу СНОЛ 10/11 на воздухе до полного высыхания, когда вес материала не изменялся. Из сухого порошка изготавливали электрод прессованием в матрице для второго этапа электролиза.
Второй этап. Изготовленный электрод из материала первого этапа применялся в качестве анода. Катодом служил - электродный графит. Электролит - 12 - 15% водный раствор Расстояние между анодом и катодом выдерживалось в параметрах от 0.5 до 1.5 см. Анодная плотность тока 0.4 - 0.8 А/см2. Применялось интенсивное перемешивание. Время электролиза составляло 1 - 3 часа. К полученной в результате обработки суспензии при перемешивании приливали дистиллированной воды в 3 - 4 раза превышающей исходный объем для удаления остатков раствора №^04. Полученный состав центрифугировали для осаждения частичек графита, отделяли осадок от раствора. В оставшийся осадок доливали новую порцию дистиллированной воды, перемешивали и вновь обрабатывали на центрифуге. Эту процедуру повторяли до полного обесцвечивания промывных вод. Обработанную суспензию оставляли на время коагуляции (выпадения осадка). Осадок отделяли центрифугированием или фильтрованием. Накопившийся осадок высушивали при температуре окружающей среды до постоянного веса материала при температуре 90 С в сушильном шкафу СНОЛ 10/11 на воздухе.
Результаты и их обсуждение. Образцы охарактеризованы методами электронной растровой микроскопии и спектроскопией комбинационного рассеяния.
Важно отметить, что спектры и микрофотографии различных образцов свидетельствуют об идентичности наблюдаемых структур вне зависимости от исходных материалов. Это говорит об аналогичности формирующихся структур и позволяет сделать заключение о воспроизводимости технологии получения материала.
На рисунке 1(а) показана частичка микрографита после первой стадии электрохимического диспергирования и окисления. На второй стадии электрохимической обработки происходит образование нанографита, микрофотография которого представлена на рисунке 1 (б).
Рис. 1. Микрофотография фрагмента образования коллоидоподобного графита (а);
нанографита (б)
На рисунке 2 представлены графитовые листы толщиной 35 нм и 59 нм, которые получены после второго этапа электролиза графита.
В работе [5] при изучении наноблоков графеновых слоёв в терморасширенном графите была предложена методика расчёта толщины наноблоков. В соответствии с предлагаемой оценкой и исходя из расстояния между графеновыми слоями исходного графита (0,335 нм), можно предположить, что количество таких слоёв в наноблоках составило: в блоке 35 нм -105 слоёв и в блоке 58,59 нм - 175 слоёв.
Рис. 2. Микрофотография фрагмента образования нанографита
Дальнейший анализ образца структуры ЭГ-0 был проведен методом комбинационного рассеяния света (КРС). Для возбуждения спектров использовался Не — № и полупроводниковые - лазеры с длинами волн 473 пт и 632.8 пт. Исследования проводились при комнатной температуре. На спектре КРС образца (рис.3) ЭГ-0 наблюдались следующие линии: Б в области 1360 ст -1, О - 1580 ст -1, 2Б - 2720 ст -1), а так же линия 2953 ст -1 и неявно выраженной пик - 2455 ст -1.
Известно [6 - 11], что при структурных нарушениях кристаллической решетки графита начинает появляться линия в области 1355 см-1 - Б-линия, запрещенная по правилам отбора в бездефектном кристалле графита. Принято считать, что эта линия обусловлена дефектами кристаллической структуры графита, ее наличие характерно для поликристаллического графита, всех видов аморфного графита и нанкокристаллическких графитовых пленок.
Более определённую информацию о локальном количестве монослоёв графена можно получить из анализа спектральной 2Б-линии (2710 ст-1). Авторы [11] указывают на смещение 2Б - линии в зависимости от слоёв графена. Для однослойного графена характерна линия спектра в области 2710 ст-1, в то время как линия интенсивности двухслойного графена смещается в область 2730 ст-1. Образец ЭГ-0 имеет 2Б-линию в области 2720 ст-1. Сравнивая спектры, представленные в работах [6 - 11] с полученными в данной работе, можно
предположить о наличие в полученных нами материалах некоторого количества однослойного графена.
d
............:...........1 1
......:.........L 2d
А \ ШМ
s
О 0,5 ЦО 1,5 1/1 1,] fTicui rtrt, Ml Г.Ъп
Рис. 3. Спектр КРС образца ЭГ-0
Выводы. Электрохимическим методом удалось диспергировать следующие материалы: пирографит; природный графит; искусственный (электродный) графит; кокс; углеродные наноматериалы. Полученные результаты создают предпосылки для разработки новой технологии получения нанографита, основанной на электрохимическом диспергировании различных углеродных материалов.
Дальнейшая разработка такого способа позволит осуществлять получение окиси мелкодисперсного графита в одну стадию с возможностью регулирования свойств получаемых соединений.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Тарасевич М. Р. Электрохимия углеродных материалов. - М. : Наука, 1984. - 253 с.
2. Тарковская И. А. Окисленный уголь. - Киев: Наук,думка, 1981. - 200 с.
3. Gmelins Handbuch der anorganischen. Chemie. Kohlenstoff.Teil B. Lfg. 3« Chemisches verhalten von Graphit. Gr aphitv er bin dun g вд, Kolloider Kohlenstoff. System - nummer 14, -8 vollig neu bearb.aulf. - Weinheim : Verl.Chemie GmbH, 1968. - Р. 789 - 1050.
4. Уокер Ф. Химические и физические свойства углерода. - М. : Мир, 1969. - 366 с.
5. Наседкин Д. Б. Бабич И. В., Плато И. В. Изучение наноблоков графеновых слоёв в терморасширенном графите // Наноструктурные материалы - 2010: Беларусь, Россия, Украина. Киев 19 - 22 октября 2010 г. Тезисы. - 501 с
6. Ferrari A.C., Robertson J. Phys. Rev. B. - 2000. - V. 61. - P. 14095.
7. Маслова О. А., Михейкин А. С., Леоньтьев И. Н., Юзюк Ю. И., Ткачёв А. Г. Спектры комбинационного рассеивания углеродного наноматериала «Таунит» / Российские нанотехнологии. - 2010. - Том 5. - № 9 - 10. - С. 89 - 93.
8. Murat Alanyaliog" lu, Juan Jose' Segura, Judith Oro' -Sole', Nieves Casan~ -Pastor // The synthesis of graphene sheets with controlled thickness and order using surfactant-assisted electrochemical processes. CA R B O N 5 0 ( 2 0 1 2 ) 1 4 2 -1 5 2.
9. Ferrari A. C., Meyer J. C., Scardaci V., Casiraghi С, Lazzeri M., Mauri F., Pkcanec S., Jiang D., Novoselov K. S., Roth S., Gaim A. K. Raman Spectrum of Graphene and Graphene Layers / Phys. Rev. Lett. - 2006. - V. 97. - P. 187401.
10. Букалов С. С., Михалицын Л. А., Зубавичус Я. В., Лейтес Л. А., Новиков Ю. И. // Исследование строений графита и некоторых других sp2 углеродных матриц методами микроспектроскопии КР и рентгеновской дифрактометрии / Рос. Хим. Жур. (Ж. рос. Жим. Об-ва им. Д.И.Менделеева). - 2006. - Т. L. - №1. - С. 83 - 91.
11. .Щёкин А. А. //Исследование углеродных наноструктур комбинированным методом атомно-силовой микроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния / Автореферат / Зеленоград. - Москва, 2011. — С. 18.
УДК 69.06:658.012.2
ВИЗНАЧЕННЯ РАЦЮНАЛЬНОГО СКЛАДУ ВАНТАЖОП1ДЙОМНИХ МЕХАН1ЗМ1В 13 ЗАСТОСУВАННЯМ ТЕОР11 1ГОР
С. Ф. Курта, асп.
Запор1зька державна тженерна академ1я
Ключовi слова: теор1я ¡гор, техтко-економ^чна модель, висотш виробнич1 буд1вл1, варт1сть гри, адлова точка
Актуальшсть теми. Необхщшсть проведення кшьюсного анатзу фiнансово-економiчних ситуацiй та прийняття на !х основi управлiнських рiшень i зумовила використання спецiальних економiко-математичних методiв обгрунтування рiшень в умовах ринково! невизначеностi. Часто у будiвельному виробницга з'являеться потреба у вирiшеннi питань з конфлштними ситуацiями за допомогою методiв, що дозволяють знаходити кшьюсш характеристики економiчних процесiв i мають переваги в обгрунтуваннi рiшень порiвняно з iншими методами.
Постановка проблеми. При проектуванш виконання робiт iз зведення висотних виробничих будiвель в рiзних граничних умовах дiючого виробництва число можливих варiантiв вибору провщних механiзмiв для монтажу конструкцiй зазвичай невелике. Це зумовлено тим фактором, що в складних умовах ддачого виробництва вкрай складно пiдiбрати стоянки крана (комплекпв крана) i тим самим пiдбiр кранiв виконуеться «тд мюце» iз забезпеченням технiчних вимог монтажу. Така ситуащя не дозволяе ютотно збiльшити коло розглянутих вантажотдйомних механiзмiв для забезпечення економiчно доцшьного !х використання при монтажi будiвельних конструкцiй. Проте навiть у таких жорстких граничних умовах вибiр комплекту засобiв мехашзацп вкрай важливий.
Аналiз публiкацiй. Для вирiшення вказаних проблем пропонуеться використання теори iгор - роздшу прикладно! математики, який використовуеться в сощальних науках — економщ, бюлогп, полiтичних, комп'ютерних науках (головним чином для штучного штелекту) i фшософи. Вперше математичнi аспекти теори були викладеннi в класичнiй книзi 1944 року Джона фон Неймана та Оскара Моргенштерна «Теорiя ^ор та економiчна поведшка». Наведенi у втизнянш [1; 2] та шоземнш [3 - 5] лiтературi методи та моделi визначення оптимальних ршень в умовах конфлiктiв розглядають умови застосування теори iгор в основному в економiчнiй галузi та маркетингу. Застосування теори конфлштних ситуацiй при визначенш оптимальних методiв оргашзаци та технологи будiвництва висвiтлене вкрай обмежено.
Видшення не вирiшених ран1ше питань. Запропоноваш ранiше методи [6; 7] вибору оптимальних складiв механiзмiв для будiвництва багатоповерхових споруд застосовувались на пiдборi технiчних даних механiзмiв та порiвняннi !х цiнових характеристик мiж собою. Питання розподiлу машино-годин та !х вартостi мiж пiдiбраними (за техшчними характеристиками) механiзмами в обсязi затверджено1 Замовником кошторисно1 документацil не розглядалось.
Формулювання цшей. Розробити ефективну модель визначення оптимальних комплекпв вантажотдйомних механiзмiв в обсязi технiко-економiчних умов, затверджених Замовником.
Основний матерiал дослщження. Роздiл математики, що вивчае конфлштш ситуацil на основi !х математичних моделей, називаеться теор!ею ¡гор. Таким чином, теорiя iгор - це математична модель конфлштних ситуацiй, що розробляе рекомендаци з найбiльш рацюнальним способом дiй кожного з учасниюв гри. Тобто таких дiй, яю мають забезпечувати !м найкращий результат. 1грову схему можна надати багатьом ситуащям у будiвельному виробництвi. Розглянемо матричну гру з оптимальними змшаними стратегiями. Головним у розглядi ^ор е поняття оптимальних стратегiй гравщв. У цьому поняттi вкладено такий змют: стратегiя гравця е оптимальною, якщо застосування ще1 стратегil забезпечить йому найбшьший гарантований виграш при рiзних стратегiях iншого гравця. Виходячи з цих позицiй, перший гравець розглядае матрицю А сво1х виграшiв
