CC BY
73
По данным компрессионных испытаний, модуль общей деформации пылевато-гли-нистых грунтов оценивается значениями Е = = 1,6-1,9 МПа. Подсчитанная по методу послойного суммирования вероятная осадка фундаментов достигает предельных значений уже при контактных давлениях р порядка 100 кПа (рис. 5). Таким образом, проектирование фундаментов зданий и сооружений следует вести по допускаемым нормативами осадкам основания.
d = 1 d = 1
50 100 150 200 р, кПа 300
Рис. 5. Зависимость осадки основания от контактного давления и глубины заложения << (м) при различной ширине фундамента В (м)
В Ы В О Д Ы
1. При проектировании ленточных и плотных (отдельных) фундаментов под стены и колонны (опоры) зданий и сооружений следует ограничиваться контактным давлением р = = 80-110 кПа.
2. При необходимости передачи на основание значительных сосредоточенных нагрузок в связи с высокой деформативностью следует применять фундаменты глубокого заложения.
3. При проведении инженерно-геологических изысканий разведочное бурение необходимо выполнять на глубину 40-60 м (для нескольких скважин).
4. При проектировании строительных котлованов следует учитывать возможность разбухания глинистого грунта после выемки грунта, особенно в срединной части котлована.
5. Интенсивность ударных и вибрационных воздействий строительных машин и механизмов при выполнении работ по устройству фундаментов следует ограничивать в связи с возможностью тиксотропного разжижения глинистого грунта.
Поступила 27.03.2012
40 S, см 30
20
10
0
УДК 625.856
НОВЫЕ МЕТОДЫ АКТИВАЦИИ МИНЕРАЛЬНЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ АСФАЛЬТОБЕТОНА
Докт. техн. наук, проф. КОВАЛЕВ Я. Н., асп. БУДНИЧЕНКО С. С.
Белорусский национальный технический университет
Эксплуатационная долговечность асфальтобетона в значительной мере зависит от прочности его структуры, которая определяется в основном величиной адгезионной связи, осуществляемой на границе раздела фаз между поверхностью каменных материалов и биту-
мом. Эффективным средством, направленным на увеличение адгезионной связи между структурными компонентами асфальтобетона, является их активация [1].
В качестве нового метода активации минеральных заполнителей в асфальтобетоне впер-
Наука итехника, № 5, 2012
вые рассмотрена возможность использования торфа как эффективной активирующей добавки [2, 3]. Такая возможность была обоснована теоретически. Суть ее состоит в следующем. Известно, что при термической переработке любого вида топлива (и торфа в том числе) имеет место деструкция его горючей части с образованием жидких и твердых продуктов. Характер деструкции и ее глубина определяются природой и характером воздействия на топливо. Исходя из этой предпосылки и стремления использовать продукты термической деструкции торфа для активации минеральной части асфальтобетона имеются следующие пути реализации такой задачи. Это низкотемпературный термолиз, газификация, коксование и полукоксование (пиролиз).
Из всех способов термической деструкции торфа наиболее привлекательными для проведения процесса активации являются процессы термолиза и пиролиза, так как они предполагают получение не только газообразных компонентов, но и жидких. Газификация, в свою очередь, ставит цель получить только горючий газ.
В рамках поставленной задачи были рассмотрены два варианта ее решения: подача торфа в смеситель и подача его в сушильно-нагревательный барабан. При любом из этих вариантов необходимы наличие поставщиков и оценка стоимости разного вида торфа, условий его хранения и доставки.
Вариант подачи торфа в смеситель. На основе составления и анализа балансовых уравнений энергетических процессов, протекающих в смесителе [4], установлено, что влиянием влажности торфа (вводимого до 1 % в состав минеральной части) на степень его деструкции можно пренебречь. Однако с увеличением количества торфа и его влажности при подаче в смеситель необходимо учитывать объем выделяемого из торфа водяного пара (рис. 1), который значительно снижает температуру асфальтобетонной смеси. Тем не менее установлено, что при этом обеспечивается достаточно высокая степень адгезии битума к активированным частицам минеральной смеси (рис. 2).
Вариант подачи торфа в сушильно-нагревательный барабан. В равной степени эффективным способом активации минеральных за-
полнителей (по сравнению с предыдущим вариантом) как в технологическом, так и в энергетическом плане является подача торфа в сушильно-нагревательный барабан. В этом случае также отмечено повышение адгезии торфоактивированных частиц минеральной части к битуму. При этом не возникает опасений, связанных с появлением в асфальтобетоне остатков торфа, что могло бы ухудшить свойства конечного продукта. В существующем температурном и газовом режимах сушиль-но-нагревательного барабана торф частично выгорает, и в технологический поток поступает зола, выступающая в роли минерального порошка.
о
о
ой Л
S? &
и с
S и
н
210 200 190 180 170 160 150 140 130 120
199,9 199.9199,6 19 .4
88.3
Ч74
190.6
30.8
0,050 0,250 0,750 5,000
0,075 0,500 2,500 7,500
Выход водяных паров, кг
25,000
Рис. 1. Зависимость температуры асфальтобетонной смеси после протекания процесса термолиза торфа в смесителе асфальтобетонного завода от выхода водяных паров из торфа
Рис. 2. Зависимость коэффициента адгезии от температуры активации и содержания торфа в смеси
56
■■ Наука итехника, № 5, 2012
Для анализа процессов, протекающих в су-шильно-нагревательном барабане, рассмотрена их физическая модель. При этом пространство сушильно-нагревательного барабана разбивается на характерные зоны (рис. 3).
Выход готового материала
Перемещение минеральных материалов с торфом
Рис. 3. Зональная физическая модель процессов, протекающих в сушильно-нагревательном барабане
В первой зоне происходят механическое и термическое воздействия на торф, поступивший в сушильно-нагревательный барабан. Осуществляется размельчение фракций торфа, нагрев и сушка в стадии постоянной скорости, когда температура торфа остается практически постоянной и имеет порядок «50-60 °С.
Во второй зоне продолжается процесс размельчения фракций торфа, начавшийся в первой. Процесс сушки переходит в зону падающей скорости сушки с одновременным ростом температуры высушиваемого материала [5, 6]. С удалением всей физической влаги температура торфа превышает значение 100 °С, после чего начинается процесс его термической деструкции, интенсивность которого нарастает по мере роста температуры торфа до 200-300 °С. Температура торфа превышает температуру песчано-гравий-ной смеси. Это связано с нахождением частиц торфа в потоке горячих газов, интенсивностью межфазового теплообмена, размерами частиц и процессом их частичного горения, начало которого происходит в этой зоне.
Выделяющиеся из торфа фракции находятся в потоке в газовой фазе, и в этой зоне неизбежно имеет место частичная конденсация (адсорбция) ингредиентов продуктов термолиза на холодных поверхностях минеральных компонентов. Указанным процессом конденсации обеспечивается требуемое покрытие поверхности минеральных материалов компонентами, улучшающими адгезию битума к минеральной части асфальтобетона.
В третьей зоне протекает процесс горения летучих веществ, выделяющихся из торфа.
Наука
итехника, № 5, 2012_
Процесс горения твердых частиц фрезерного торфа соответствует достижению частицами температуры воспламенения торфа, которая находится в диапазоне 225-280 °С [7]. Здесь заканчиваются процессы деструкции и покрытия поверхности минеральных материалов продуктами термической деструкции торфа. Образовавшаяся зола и частицы твердого остатка торфа подвергаются дальнейшему механическому диспергированию под воздействием горячих компонентов песчано-щебеноч-ной (гравийной) смеси. Последнее обстоятельство достаточно важно, поскольку препятствует агрегатированию частиц торфяной золы. Что касается возможности наличия несгоревшего остатка торфа в рассматриваемой зоне, можно отметить: указанный процесс диспергирования способствует ускорению процессов горения и окончания температурной деструкции торфа с началом активной фазы его горения.
В четвертой зоне полностью заканчивается горение торфа, завершается процесс диспергирования золы торфа, которая далее выполняет роль минерального порошка. Весь материал покидает сушильно-нагревательный барабан и поступает на следующий технологический этап.
В Ы В О Д Ы
1. В результате активации минеральной части асфальтобетонной смеси продуктами термического распада торфа при его термодеструкции в смесителе увеличивается адгезионное взаимодействие в системе «битум - минеральный материал». Отмечаются устойчивая тенденция улучшения всех прочностных показателей, коррозионной стойкости и увеличение общего уровня надежности асфальтобетона.
2. При подаче торфа в сушильно-нагрева-тельный барабан достигается следующее: осуществляется частичное покрытие поверхности минеральных заполнителей монослоем квазивяжущего (продуктом термолиза торфа), обеспечивающее увеличение адгезии битума с минеральным заполнителем; происходит (до 5 %) замена доломитового минерального порошка; реализуется замещение части первичного энергоносителя (природного газа или мазута) за счет теплоты, выделяемой при горении торфа (10-15 % от расхода традиционного энергоносителя).
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Ковалев, Я. Н. Активационные технологии дорожных композиционных материалов / Я. Н. Ковалев. -Минск: БелЭн, 2002. - 336 с.
2. Ковалев, Я. Н. Применение торфа как активирующей добавки в асфальтобетон / Я. Н. Ковалев, С. С. Буд-ниченко // Строительная наука и техника. - 2009. - № 3. -С. 12-16.
3. Способ активирования дорожных минеральных материалов: пат. 14303 Респ. Беларусь, МПК С 04В 14/00 / Г. В. Чепцов, Я. Н. Ковалев, С. С. Будниченко; заявитель БНТУ. - № а 20090402; заявл. 18.03.2009; опубл. 11.01.2011.
4. Теплотехнический справочник / под ред. В. Н. Юре-нева, П. Д. Лебедева. - Изд. 2-е, перераб. - М.: Энергия, 1975. - Т. 1. - 744 с.
5. Романюк, В. Н. Теплотехнологические системы преобразования вещества как база для интенсивного энергосбережения / В. Н. Романюк // Главный энергетик. -2008. - № 2. - С. 8-12.
6. Романюк, В. Н. Возможности качественного расширения теплофикации на базе теплотехнологических систем преобразования вещества / В. Н. Романюк, В. К. Су-диловский // Энергетика... (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ). - 2005. - № 6. - С. 48-54.
7. Справочник потребителя биотоплива / В. Варес [и др.]; под. ред. В. Вареса. - Таллинн: Таллиннский тех-нич. ун-т, 2005. - 183 с.
Поступила 06.06.2012
УДК 691.328:[620.191.33+620.169.1+539.3]
ВЕРОЯТНОСТНАЯ МОДЕЛЬ КАРБОНИЗАЦИИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Докт. техн. наук, проф. ЛЕОНОВИЧС. Н.'>, ЧЕРНЯКЕВИЧО. Ю.2)
1 Белорусский национальный технический университет, 2)Брестский государственный технический колледж
При обследовании существующих конструкций вероятностные методы расчетов открывают обширные возможности для инженеров благодаря гибкости расчетных методик, способных учитывать изменения условий эксплуатации конструкций или предъявляемых к ним требований [1]. Цель - спрогнозировать скорость и глубину карбонизации железобетонных конструкций, подверженных воздействию атмосферных условий, при их эксплуатации в областных центрах Беларуси.
Детерминированный расчет глубины карбонизации бетона, связанный с большим количеством допущений и упрощений, дает возможность достаточно просто устанавливать требования, обеспечивающие долговечность проектируемых конструкций. Однако детерминированные модели карбонизации не позволя-
ют в должной степени учитывать возможные изменения условий эксплуатации либо срок службы проектируемых или обследуемых конструкций. Настоящая статья посвящена вопросам вероятностного моделирования карбонизации бетона. Предполагая, что процесс карбонизации носит стохастический характер, расчетные уравнения скорости и глубины карбонизации должны включать параметры и переменные, также имеющие случайную природу. Для создания вероятностных моделей этих параметров необходимы подробное изучение соответствующих явлений и эффектов, а также анализ актуальных статистических данных.
В статье представлена методика расчета карбонизации бетона без трещин (железобетонных конструкций, эксплуатируемых в условиях Республики Беларусь).
■■ Наука
итехника, № 5, 2012
