CC BY
248
Однако делать окончательные выводы о работоспособности конструкции только по результатам потери её массы или толщины несущей стенки совершенно недопустимо. Для этого необходимо понимание существа коррозионных процессов, свойств материалов, технологических сред, температурных условий работы, без которого не представляется возможным представить объективной картины влияния рабочих условий на остаточный ресурс работы оборудования. Кроме того, неизбежное чередование режимов эксплуатации по температуре, давлению, пусковым и остановочным режимам эксплуатации существенно влияет не только на скорость общей коррозии, но и на полное изменение физико-химической обстановки, которое приводит к погашению одного вида коррозии и появлению другого вида (например, замене общей коррозии коррозионным растрескиванием под напряжением, межкристаллитной коррозией и т.д.).
Например, при эксплуатации оборудования нефтехимических производств в составе технологических отложений на внутренней поверхности характерно наличие различных сульфидов металлов, которые являются продуктом высокотемпературной или низкотемпературной сернистой коррозии. При свободном доступе кислорода в режиме простоя эти соединения вступают в химическую реакцию с образованием сероводородной, серной и политионовых кислот. Эти химические соединения обладают повышенной агрессивностью. Могут вызывать интенсивную коррозию углеродистых и низколегированных сталей, причем с изменением характера повреждений и появлением различных видов коррозии: общей, язвенной, коррозионного растрескивания. Причем низколегированные стали подвергаются неравномерной коррозии с очаговым характером повреждений, а аустенитные стали под действием политионовых кислот становятся чувствительны к межкристаллитной коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением. Таким образом, стояночная коррозия приводит к изменению не только количественных показателей коррозии, но и к изменению вида коррозионного поражения металла.
Следует отметить, что наиболее характерные виды коррозионного поражения металла определяются не только условиями эксплуатации (температура, среда, давление) но и составом материала.
Например, углеродистые стали в основном подвергаются высокотемпературной коррозии в сероводородных газовых средах при температуре выше 260оС и содержанием H2S более 0,005%, поэтому эти стали в основном применяются ниже этой температуры. Для этих сталей наиболее вероятно общая коррозия, но возможна и язвенная, а иногда и коррозионное растрескивание под напряжением.
Для защиты от высокотемпературной газовой коррозии применяются хромомолибденовые теплоустойчивые стали 15Х5М, Х9М, 15ХМ, 12Х2М1, при коррозионном поражении которых характерны как общая коррозия, так и коррозионное растрескивание под напряжением.
Наибольшей стойкостью к коррозионному поражению обладают высоколегированные хромоникелевые стали. Однако эти стали во многих случаях проявляют склонность к межкристаллитной коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением, причем ситуации по учету и прогнозированию реализации этой склонности еще недостаточно изучены, поэтому встречает определенные затруднения, что затрудняют подход к оптимизации применения этих сталей. Соответственно, это должно сказываться и на проведение экспертизы промышленной безопасности оборудования из этих сталей.
Дополнительную сложность придает применение в конструкциях узлов и сочетания материалов разного легирования: двухслойные стали и разнородные сварные соединения, которые отличаются не только различным электрохимическим потенциалом, но и проявлением диффузионного перемещения атомов внедрения на границе сплавления при высокотемпературной эксплуатации.
Кроме того, к усложнению работ по диагностике приводят также такие эксплуатационные изменения в металле, которые проявляются в основном при сверхнормативной эксплуатации: наводороживание, науглероживание, азотирование, изменение тонкой структуры металла, ползучесть и т.д.
Всё отмеченное обусловливает необходимость во многих случаях проводить целые исследования по коррозии и металловедению.
Выводы и предложения.
1. Определение скорости общей коррозии, хотя и является методически сложным процессом, но не дает полную и тем более, окончательную картину служебных свойств нефтехимического оборудования, а поэтому не может служить окончательным критерием оценки работоспособности.
2. Для оценки эксплуатационной надежности конструкции необходимо инструментальное исследование наружной и внутренней поверхности несущих элементов с её контролем внешним осмотром, цветной дефектоскопией и замером твердости, по результатам которых определяется необходимость и разрабатывается методика дальнейших исследований металла и уточнение условий эксплуатации оборудования.
3. Во многих сложных случаях при составлении программы диагностирования необходимо предусмотреть назначение группы экспертов специальной подготовки для проведения совещания, на котором предметно обсуждаются специфические особенности конкретной работы и варианты возможных технических решений.
Литература
1. Воробьева Г.Я. Коррозионная стойкость материалов в коррозионных средах химических производств. - М.: Химия, 1975.
2. ГОСТ 9.908-85. Единая система защиты от коррозии и старения. Металлы и сплавы. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости.
References
1. Vorob'eva G.Ja. Korrozionnaja stojkost' materialov v korrozionnyh sredah himicheskih proizvodstv. - M.: Himija, 1975.
2. GOST 9.908-85. Edinaja sistema zashhity ot korrozii i starenija. Metally i splavy. Metody opredelenija pokazatelej korrozii i korrozionnoj stojkosti.
Фаликман В.Р.1, Охотникова К.Ю.2
1Доктор материаловедения, 2аспирант,
ФГБОУ ВПО «МГСУ»
ГЕОПОЛИМЕРНЫЕ ВЯЖУЩИЕ И БЕТОНЫ В СОВРЕМЕННОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Аннотация
Рассмотрен отечественный и зарубежный опыт разработки и применения геополимерных вяжущих и бетонов, мировая история которых насчитывает уже много лет. На нескольких примерах проиллюстрированы особенности и узкие места, связанные с использованием различных материалов. Показана необходимость разработки системы нормативных документов для широкого внедрения новых решений в практику строительства в целях устойчивого развития.
Ключевые слова: геополимеры, бетоны, устойчивое развитие.
93
Falikman V.R.1, Okhotnikova K.Yu.2
'Doctor of Material Sciences, 2Post-graduate Student,
Moscow State University of Civil Engineering GEOPOLYMERIC BINDERS AND CONCRETE IN MODERN CONSTRUCTION
Abstract
Alkali Activated Materials (AAM) has been known in the construction globally many years. The paper reports the peculiarities of geopolymers as a subset of AAM based on different raw materials, and the existing level of research concerning various aspects of AAM. Some opportunities and bottlenecks for AAM development are exposed based on some practical examples. AAM are used now not only for special projects, but as a replacement for traditional concrete as well. For sustainable development necessity to implement a set of new standards dedicated to AAM is shown.
Keywords: geopolymers, concrete, sustainable development.
Оживление российской экономики и развитие строительного комплекса страны ведет к увеличению потребности в строительных материалах. Это обусловливает поиск путей снижения их себестоимости, расширения минерально-сырьевой базы за счет использования местных сырьевых ресурсов, а также новых эффективных технологий их производства.
Технология производства самого распространенного на земле строительного материала - бетона, изделий и конструкций на его основе в настоящее время развивается, переживая эволюционные и революционные периоды [1].
В настоящее время портландцемент является основным общестроительным вяжущим веществом. Однако производство портландцемента по обжиговой технологии достаточного энергоемко и сопровождается большими выбросами СО2. По данным Gigaton Throwdown Initiative (2009), «цементная индустрия ответственна за выбросы примерно 5% общих выбросов CO2 в атмосферу, или 2,1 гигатонн в год». Действительно, при производстве цементного клинкера в процессе разложения сырьевых компонентов образуется 0,53 кг CO2 на тонну клинкера, еще 0,37 кг выделяется при сгорании топлива, и таким образом, общая нагрузка на окружающую среду достигает 0,9 т CO2 / т клинкера. С учетом ежегодного роста объемов производства и применения цемента этот факт представляет значительную угрозу для человечества, в целом.
Существующие на сегодня пути совершенствования производства клинкера, как правило, основаны на повышении энергоэффективности печей и помольных установок, использовании альтернативных источников топлива и сырья, улавливании и использовании CO2. Снижение содержания клинкера в цементе, в основном, достигается за счет применения активных минеральных добавок природного или искусственного происхождения при одновременном улучшении гранулометрического состава цемента. Хотя в последние годы в цементном производстве достигнуты вполне заметные успехи, похоже, что это направление себя почти исчерпало и вышло на определенное технологическое «плато» [2]. Поэтому создание альтернативных вяжущих и строительных материалов на их основе для замещения энергоемкого портландцемента остается актуальной задачей для современного строительного материаловедения.
Одним из путей решения вышеизложенных проблем является разработка и широкое внедрение в производство бетонов на вяжущих щелочной активации (ААМ), в том числе с использованием геополимерных вяжущих (геополимерный бетон).
Под вяжущими щелочной активации, в широком смысле слова, принято подразумевать вяжущие системы на основе тонкодисперсных аморфных или кристаллических алюмосиликатных материалов, затворяемых растворами щелочей или солей, имеющими щелочную реакцию (обычно растворами гидроксидов, силикатов или алюминатов натрия и калия) [3].
Геополимеры представляют собой подкласс ААМ, вяжущие свойства которых обеспечиваются преимущественно высококоординированными алюмосиликатами. Для образования геля в качестве первичной фазы имеющееся в наличии вступающих в реакцию количество ионов кальция, как правило, может быть очень низким, обеспечивая формирование псевдоцеолитных сетчатых структур вместо цепей обычно образующихся гидросиликатов кальция. В качестве прекурсоров для геополимерных вяжущих обычно используют низкокальциевые золы-уноса или кальцинированные глины, а в качестве активаторов - гидроксиды или силикаты щелочных металлов.
Строго говоря, портландцементный камень и затвердевшее геополимерное вяжущее имеют различный химический состав и принципиальным образом различаются по структуре. Продукт гидратации цемента - кальциево-силикатный гидрогель, который имеет слоистую тоберморитоподобную структуру, формируемую листами из кальциево-кислородных октаэдров и цепочками из тетраэдров [SiO4] и [AlO4], тогда как геополимерный камень представляет собой каркасный алюмосиликат из тетраэдров [SiO4] и [ЛЮ4], имеющих общие вершины.
Начало работам в области вяжущих щелочной активации положил Пьюрдон в своем исследовании по влиянию растворов гидроксида натрия на техногенные алюмосиликатные материалы различного состава и морфологии [4]. Развитие этого направления в бывшем СССР было связано, прежде всего, с работами В.В. Глуховского, интенсивно проводившимися в 1960-е годы [5]. Его усилиями были осуществлены первые серьезные попытки широкого внедрения шлакощелочных вяжущих материалов в промышленность.
Потенциально значительные экологические преимущества применения геополимерных вяжущих возникают, в первую очередь, за счет использования вторичного сырья, такого как доменный шлак или золы-уноса. Вовлечение техногенных отходов в хозяйственный оборот вместо природных сырьевых материалов являются для России весьма актуальным и требующим особого внимания, т.к. в горной, энергетической, добывающей, химической, металлургической и других отраслях промышленности РФ накопилось большое количество твердых отходов (по разным оценкам - от 80 до 100 млрд. тонн и более).
Свойства геополимеров (физико-механические и эксплуатационные) функционально связаны с составом и дисперсностью минеральной составляющей, природой и содержанием щелочного компонента, наличием добавок, особенностями структурообразования и другими факторами.
В качестве минеральных составляющих для производства геополимеров используются алюмосиликатные материалы как естественного (горные породы), так и техногенного происхождения (шлаки, золы, микрокремнезем и другие отходы производства). Из продуктов, не являющихся отходами производства, значительный интерес в качестве основы геополимеров у исследователей вызывает метакаолин (Al2Si2O7), получаемый кальцинацией каолинита при 500-800°С [6]. В отличие от минеральных отходов и побочных продуктов промышленности, метакаолин разных производителей характеризуется стабильностью химического состава, морфологии и дисперсности частиц, и поэтому он часто используется в качестве модельной системы при изучении формирования геополимерного камня. Различные комбинации твердых прекурсоров и щелочных активаторов для получения геополимерных вяжущих приведены в таблице 1.
94
Таблица - Различные комбинации твердых прекурсоров и щелочных активаторов для получения вяжущих
MOH M2O-rSiO2 M2CO3 M2SO4 Другие
Доменный шлак Приемлемый Желательный Хороший Приемлемый
Зола-уноса Желательный Желательный Слабый, приемлемый только при наличии цемента (клинкера) Только при наличии цемента (клинкера) NaAlO2 прием- лемый
Кальцинированные глины Приемлемый Желательный Слабый Только при наличии цемента (клинкера)
Натуральные пуццоланы и вулканические пеплы Приемлемый/ Желательный Желательный
Каркасные алюмосиликаты Приемлемый Приемлемый Только при наличии цемента (клинкера) Только при наличии цемента (клинкера)
Синтетические стекла Приемлемый/ Желательный (в зависимости от состава стекла) Желательный
Мартеновские шлаки Желательный
Фосфорные шлаки Желательный
Ферроникелевые шлаки Желательный
Медные шлаки Приемлемый (помол шлака проблематичен)
Красные шламы Приемлемый (лучше с добавкой шлака)
Золошлаковые отходы, твердые городские отходы, зола мусоросжигательных заводов Приемлемый
Среди всего многообразия металлургических и других видов шлаков практическое значение для получения вяжущих имеет доменный шлак. Этот побочный продукт выплавки чугуна обладает сходным с портландцементом химическим составом. Доменный шлак давно используется для получения бесклинкерных вяжущих щелочной активации [5]. Кроме того, он применяется в качестве модифицирующей добавки в геополимерных вяжущих на основе золы ТЭЦ.
Шлакощелочные вяжущие (ШЩВ) получают из тонкоизмельченных до удельной поверхности 3000-3500 см2/г гранулированных металлургических шлаков, к которым добавляются малогигроскопичный щелочной компонент и вода (или заранее приготовленный раствор одного из доступных соединений щелочных металлов). Для производства таких цементов пригодны шлаки доменных, мартеновских, электротермофосфорных печей, а также шлаки цветной металлургии
Наиболее употребительными активаторами являются кальцинированная сода, поташ, фтористый натрий, растворимые щелочные силикаты (жидкое стекло, дисиликат натрия, метасиликат натрия), жидкие отходы соответствующих производств, плавы щелочей и т. д. Их доля составляет 2-5 % массы шлака в пересчете на Na2O и 3-10 % в пересчете на К2О.
При щелочной активизации гидратированный кремнезем связывается в гидросиликаты и гидроалюмосиликаты кальция, при сульфатной - сульфат кальция непосредственно взаимодействует с глиноземом, гидроксидом кальция и водой с образованием гидросульфоалюминатов. Росту активности шлака способствует и повышение его основности, а также введение силикатов щелочных металлов. Значительно увеличить гидравлическую активность шлаков позволяет их тонкое измельчение, в результате которого повышается реакционная активность зерен шлака. При этом особенно сильно действуют на проявление вяжущих свойств шлаков химическая активизация и тепловая обработка.
Как правило, ШЩВ содержат дополнительно корректирующие добавки, предназначенные для обеспечения стехиометрии и фазового состава конечного продукта твердения.
На основе бесцементного шлакощелочного вяжущего могут быть получены бетоны (ШЩБ) с прочностью на сжатие (в зависимости от примененного щелочного компонента) до 150 МПа, морозостойкостью до F1300 (при испытаниях при температуре -20°C) или до F140 (при испытаниях при температуре - 50°C), обладающие высокой коррозионной стойкостью, в том числе в органонефтяной среде, трещиностойкостью, регулируемой деформативностью, повышенной выносливостью при динамических воздействиях. Такие бетоны можно укладывать в металлическую опалубку при температурах до -40°С без потери прочности от замораживания. Все другие характеристики бетонов, как правило, соответствуют требованиям ГОСТ на цементные бетоны.
Отличительными особенностями бетонов на основе ШЩВ является возможность применения менее качественного заполнителя с суммарным содержанием пылевидных и глинистых частиц до 25% и возможность снижения температуры тепловлажностной обработки сборных железобетонных конструкций или полный отказ от нее.
В 1984-1987 годах Липецкое управление треста Центрметаллургремонт своими силами спроектировало и построило опытнопромышленную установку по производству ШЩВ на объем производства 16 тысяч тонн молотого шлака в год. Это позволило полностью отказаться от цемента при строительстве жилья и выпуске сборного железобетона в объеме 45 тыс. кубометров товарной продукции. За 1987-1992 годы управлением на ШЩВ были построены два 20-этажных (автор проектов - НПСО "Монолит", г. Москва, гл. архитектор А. Н. Белоконь) и один 16-этажный дом (автор проекта - институт Липецкгражданпроект).
95
Не случайно, что изобретение ШЩВ запатентовано в США, Германии, Японии, Канаде, Австралии, Финляндии, Франции. Опытом производства работ в зимнее время при строительстве домов интересовались специалисты из Финляндии, Японии и бывшей Югославии.
Другим часто встречающимся на практике видом геополимерных материалов являются вяжущие на основе зол-уноса ТЭС.
Золы ТЭС представляют собой дисперсные частицы минеральной части угля или горючего сланца сферической формы, прошедшие в процессе сжигания топлива кратковременную тепловую обработку при температуре 1200.. .1600 °С. При быстром охлаждении в золе образуется значительная доля стекловидных фаз, что наряду с высокой удельной поверхностью этого материала - 200.600 м2 /кг - является первопричиной проявления его вяжущих свойств. Применение золы в технологии геополимерных вяжущих позволяет значительно расширить сырьевую базу их производства.
В зарубежной практике (ASTM С618-12А) золы делятся на два класса - F и C. Содержание в них оксида кальция - менее и более 10% , соответственно.
По данным Американского общества по испытанию материалов, для получения вяжущих предпочтительна низкокальциевая зола-унос класса F. Установлено, что зола-унос с высоким содержанием оксида кальция затрудняет протекание реакций полимеризации, ухудшает удобоукладываемость смеси и микроструктурные характеристики цементного камня. Для производства геополимерного бетона обычно используется низкокальциевая зола-унос, содержащая до 80 % алюмосиликатов, при соотношении Si/Al, равном 2. В такой золе обычно содержится около 10...20% оксида железа, менее 5% оксида кальция. Содержание несгоревшего топлива, определяемое по потере при прокаливании, в золе-уносе должно составлять менее 2 %. Этот показатель является важным фактором, влияющим на механические свойства вяжущего. Однако, как показывает практика, требования к содержанию этого снижающего качество золы компонента для производства геополимера могут быть менее жесткими, чем при использовании золы в качестве компонента композиционного вяжущего на основе портландцемента. Так, европейские стандарты EN 206-1 и EN 450-1 ограничивают потери при прокаливании 2...5 %. Результаты испытания золы, содержащей 23 % несгоревшего угля, показали, что ее нельзя применять в производстве армированного бетона. Однако эта же зола была с успехом использована для синтеза геополимера.
Важную роль в процессе полимеризации алюмосиликатов золы играет вид щелочного активатора. В качестве щелочного активизатора используются растворы, содержащие гидроксид натрия NaOH или гидроксид калия KOH, а также и силикат натрия или силикат калия, причем скорость протекания геополимерных реакций выше, если щелочным активатором служит раствор гидроксида щелочного металла, силиката натрия или силиката калия, в сравнении со скоростью реакций при использовании только гидроксида щелочного металла.
Основным компонентом геополимерных вяжущих на основе магматических горных пород (минерально-щелочного вяжущего) являются измельченные магматические горные породы алюмосиликатного состава, твердение которых активируется щелочными материалами. В зависимости от реакционной активности магматических пород будет варьироваться активность вяжущего.
Для активизации процессов твердения геополимерных вяжущих на основе магматических горных пород применяются гидроксид натрия технический, гидроксид калия, натриевое, калиевое, калий-натриевое жидкое стекло, кальцинированная сода. Роль добавок-модификаторов выполняют доменный шлак, каолин, метакаолин и гидроксид алюминия Al(OH)3.
К алюмосиликатам, пригодным для получения геополимеров, относятся природные и дегидратированные глины, в том числе указанный выше метакаолин.
Исследование влияния количества щелочного компонента на прочностные свойства геополимеров показало, что по мере увеличения содержания щелочи в их составе до пределов, при которых соотношение Na2O:Al2O3 = 1:1, вяжущая способность таких композиций повышается. Установлено также, что наличие в обожженных глинистых материалах определенного количества стекловидной фазы, а в дегидратированных глинах - аморфного кремнезема позволяет им более активно влиять на процессы структурообразования и формирования свойств композиционных геополимеров [3].
Технологические аспекты приготовления бетонов на основе вяжущих щелочной активации и их строительно-технические свойства, в основном, аналогичны технологии и свойствам бетонов на основе портландцемента, хотя в синтезе геополимерных бетонов, как правило, всегда требуется дополнительная термическая активация. Температура значительно ускоряет процесс растворения исходного алюмосиликатного каркаса и тем самым оказывает важное влияние на твердение геополимерных композиций, особенно в начальный период реакции [7]. Зола-унос при обычной температуре вступает в реакцию очень медленно и даже через месяц твердения в обычных условиях обеспечивает незначительную прочность. Однако выдерживание свежеприготовленного изделия при 70 - 90°С в течение от нескольких часов до 1 суток позволяет достичь практически конечной прочности, составляющей до 60 - 70 МПа (по некоторым данным, прочность геополимеров может достигать 100 МПа и более) [3].
Бетоны, получаемые на основе вяжущих щелочной активации (геополимеров), обладают низкой проницаемостью и высоким показателем рН поровой жидкости, что обеспечивает хорошую защиту арматурной стали по отношению к хлоридной коррозии. Высокая стойкость геополимеров в агрессивных средах, устойчивость при перепадах температуры делает эти материалы пригодными для работы в неблагоприятных условиях. Так, в соответствии с литературными данными, геополимеры представляют интерес в качестве матрицы для иммобилизации токсичных и радиоактивных отходов. По сравнению с портландцементом, используемым в настоящее время для отверждения ядерных отходов низкой и средней активности, геополимеры обеспечивают большую стабильность защитных оболочек.
Вместе с тем нельзя не признать, что многие публикации о химии и технологии геополимеров носят явно спекулятивный характер, в то время как технические трудности их применения пока еще слишком велики, чтобы использование геополимеров в технологии бетона хотя бы в отдаленной степени приближалось к объемам применения портландцемента. Причинами являются и недостаточная их изученность, особенно с позиций обеспечения долговечности конструкций, и отсутствие нормативной документации, и неоднородность сырьевых материалов, а также многие другие факторы.
Однако существующие подходы к обеспечению устойчивого развития строительства из конструкционного бетона уже явно недостаточны [8]. На смену уже во многом выработавшей себя «цементной стратегии» применения портладцемента и его разновидностей приходят новые, учитывающие последние достижения в области материаловедения, технологии бетона и расчета конструкций на основе их полного жизненного цикла. Они могут стать основой для решения глобальной задачи - сдержать все возрастающую нагрузку на окружающую среду, обеспечив 50%-ное снижение эмиссии СО2 и энергопотребления в строительном производстве. Отсюда особую остроту приобретает ставшая крылатой фраза П/K. Meхтa: “..будущее индустрии цемента и бетона будет в значительной степени зависеть от нашей способности взаимоувязать их рост с целью устойчивого развития.” [9].
Литература
1. Фаликман В.Р. Новые эффективные высокофункциональные бетоны. Бетон и железобетон. Оборудование. Материалы. Технологии. № 1,2011, стр. 48-54.
2. Chatterjee, A.K. Chemistry and engineering of the clinkerization process - incremental advances and lack of breakthroughs, Cement and Concrete Research, 41, 2011. pp 624-641
3. Alkali Activated Materials. Ed. by Provis J.L., van Deventer J.S.J. Springer, 2014. 388 p.
96
4. Purdon A.O. The action of alkalis on blast furnace slag. J. Soc. Chem. Ind. 1940. V. 59. P. 191-202.
5. Глуховский В.Д., Пахомов В.А. Шлакощелочные цементы и бетоны. Киев: «Будивельник», 1978.- 184 с.
6. Weng L., Sagoe-Crentsil K. Dissolution processes, hydrolysis and condensation reactions during geopolymer synthesis. J. Mater. Sci. 2007. V. 42. P. 2997-3006.
7. Khale D., Chaudhary R. Mechanism of geopolymerization and factors influencing its development. J. Mater. Sci. 2007. V. 42. P. 729-746.
8. Гусев Б.В., Фаликман В.Р. Бетон и железобетон в эпоху устойчивого развития. Евразийский Союз Ученых. Ежемесячный научный журнал. №2(11). 2015. Часть 2. Стр. 15 - 18.
9. Concrete technology for a sustainable development in the 21st century. Ed. by O.E. Gj0rv, K. Sakai. London - New York: E& FNSpon, 2000. 386 p.
References
1. Falikman V.R. Novye jeffektivnye vysokofunkcional'nye betony. Beton i zhelezobeton. Oborudovanie. Materialy. Tehnologii. № 1,2011, str. 48-54.
2. Chatterjee, A.K. Chemistry and engineering of the clinkerization process - incremental advances and lack of breakthroughs, Cement and Concrete Research, 41, 2011. pp 624-641
3. Alkali Activated Materials. Ed. by Provis J.L., van Deventer J.S.J. Springer, 2014. 388 p.
4. Purdon A.O. The action of alkalis on blast furnace slag. J. Soc. Chem. Ind. 1940. V. 59. P. 191-202.
5. Gluhovskij V.D., Pahomov V.A. Shlakoshhelochnye cementy i betony. Kiev: «Budivel'nik», 1978.- 184 s.
6. Weng L., Sagoe-Crentsil K. Dissolution processes, hydroly-sis and condensation reactions during geopolymer synthesis. J. Mater. Sci. 2007. V. 42. P. 2997-3006.
7. Khale D., Chaudhary R. Mechanism of geopolymerization and factors influencing its development. J. Mater. Sci. 2007. V. 42. P. 729-746.
8. Gusev B.V., Falikman V.R. Beton i zhelezobeton v jepohu ustojchivogo razvitija. Evrazijskij Sojuz Uchenyh. Ezhemesjachnyj nauchnyj zhurnal. №2(11). 2015. Chast' 2. Str. 15 - 18.
9. Concrete technology for a sustainable development in the 21st century. Ed. by O.E. Gj0rv, K. Sakai. London - New York: E&FNSpon, 2000. 386 p.
Фахрутдинов А.Р.
Студент,
Томский Политехнический Университет ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОИСКА ПУТИ В АВТОМАТИЗАЦИИ
Аннотация
Цель исследования - выявить самый приемлемый для задач автоматизации алгоритм нахождения пути, разобрать его плюсы и минусы, а также рассмотреть способы его реализации.
Ключевые слова: нахождение пути, автоматизация, кратчайший путь, алгоритм А*.
Fakhrutdinov A.R.
Student,
Tomsk Polytechnic University
USING OF PATHFINDING IN AUTOMATION
Abstract
Objective of this research - find the most suitable for automation’s tasks pathfinding algorithm, determine pros and cons, find out way of implementation.
Key words: pathfinding, automation, shortcut, A* algorithm.
Каждый день человек, пытается найти более легкое решение, наиболее прочный механизм и кратчайший путь. Почти каждый день мы сталкиваемся вопросом, как его определить и куда двигаться, чтобы не потерять много времени.
В автоматизации, робототехники и во многих других сферах, встает вопрос о необходимости нахождения кратчайшего и более удобного пути.
Самое большое распространение получили в компьютерных играх, где принцип нахождения пути для юнитов очень необходим. Именно поэтому в настоящее время применяются самые различные и изощрённые методы для его нахождения.
Цель данной работы является определение метода нахождения пути для глобальных карт. Актуальность данной темы вытекает из того факта, что реализация данной задачи необходима в различных сферах жизни человека.
По своей сути любой алгоритм поиска пути основывается на теории графов. Граф - это совокупность непустого множества вершин и множества пар вершин (связей между вершинами).[1,2]
Объекты представляются как вершины, или узлы графа, а связи - как дуги, или рёбра. Для разных областей применения виды графов могут различаться направленностью, ограничениями на количество связей и дополнительными данными о вершинах или рёбрах., Начиная с одной (стартовой) точки и исследуя смежные узлы до тех пор, пока не будет достигнут узел назначения (конечный узел). Кроме того, в алгоритмы поиска пути в большинстве случаев заложена также цель найти самый короткий путь. Некоторые методы поиска на графе, такие как поиск в ширину, могут найти путь, если дано достаточно времени. Другие методы, которые «исследуют» граф, могут достичь точки назначения намного быстрее. Здесь можно привести аналогию с человеком, идущим через комнату. Человек может перед началом пути заранее исследовать все характеристики и препятствия в пространстве, вычислить оптимальный маршрут и только тогда начать непосредственное движение. В другом случае человек может сразу пойти в приблизительном или предполагаемом направлении цели и потом, уже во время пути, делать корректировки своего движения для избегания столкновений с препятствиями.
К самым известным и популярным алгоритмам поиска пути относятся такие алгоритмы:
• Алгоритм поиска A*
• Алгоритм Дейкстры
• Волновой алгоритм
• Навигационная сетка (Navmesh)
• Иерархические алгоритмы
• Обход препятствий
• Алгоритм «Разделяй и властвуй»
• Алгоритм поворота Креша
В данной работе мы рассмотрим комбинированная алгоритм, объединяющий в себе иерархический и волновой алгоритмы.
97
