CC BY
26
Список литературы
1. Техническая эксплуатация автомобилей : учебник для вузов / Е.С. Кузнецов [и др.]. - 4-е изд., перераб. и дополн. - М. : Наука, 2004. - 535 с.
2. Азгальдов Г.Г. О квалиметрии / Г.Г. Аз-гальдов, Э.П. Райхман. - М. : Изд-во стандартов, 1972. - 172 с.
3. Техническая эксплуатация автомобилей : учебник для студентов, обуч. по спец. «Автомобили и автомобильное хозяйство» / О.Н. Дидманид-зе [и др.]. - М. : ООО «УМЦ Триада», 2012. -455 с.
4. Воронин Д.М. Расчет уровня обеспеченности колхозов и совхозов объектами инженерной службы / Д.М. Воронин, Ю.М. Степаненко // Научно-технический бюллетень СибИМЭ. - 1981. -Вып. 27. - С. 28-32.
Долгушин Алексей Александрович, канд. техн. наук, доц., Новосибирский ГАУ dolgushin07@ rambler.ru; Воронин Дмитрий Максимович, д-р техн. наук, проф., Новосибирский ГАУ.
References
1. Tehnicheskaja jekspluatacija avtomobilej : uchebnik dlja vuzov / E.S. Kuznecov [i dr.]. - 4-e izd., pererab. i dopoln. - M. : Nauka, 2004. - 535 s.
2. Azgaldov G.G. O kvalimetrii / G.G. Azgal'-dov, Je.P. Rajhman. - M. : Izd-vo standartov, 1972. -172 s.
3. Tehnicheskaja jekspluatacija avtomobilej : uchebnik dlja studentov, obuch. po spec. "Avtomo-bili i avtomobil'noe hozjajstvo" / O.N. Didmanid-ze [i dr.]. - M. : OOO "UMC Triada", 2012. -455 s.
4. Voronin D.M. Raschet urovnja obespechen-nosti kolhozov i sovhozov objektami inzhenernoj slu-zhby / D.M. Voronin, Ju.M. Stepanenko // Nauchno-tehnicheskij bjulleten' SiblMJe. - 1981. - Vyp. 27. -S. 28-32.
Dolgushin Alexey Aleksandrovich, Cand. Tech. Sci., Ass. Prof., Novosibirsk SAU, dolgush-in07@rambler.ru; Voronin Dmitry Maksimovich,
Dr. Tech. Sci., Prof., Novosibirsk SAU.
УДК 625.84:631 М.В. Тарасова
РЕГУЛИРОВАНИЕ СВОЙСТВ ЦЕМЕНТОГРУНТА КАК СПОСОБ ЛИКВИДАЦИИ БЕЗДОРОЖЬЯ В СЕЛЬСКОЙ МЕСТНОСТИ
Существующие сельские дороги на большей протяженности Омской области характеризуются низким качеством. Современное, ведущееся во все возрастающих объемах строительство порой требует использования низкокачественных, и даже некондиционных, минеральных ресурсов. Поэтому использование местных природных материалов в качестве компонентов для производства цементогрунтов является крайне актуальным. Для выделения значимых факторов методом случайного баланса была составлена матрица планирования эксперимента. Выявлены факторы, которые указывают на то, что степень вариации прочностных свойств укрепленных грунтов цементом зависит главным образом от качества получаемой смеси, обусловленного содержанием цемента в перемешиваемых частях грунта, количеством цемента и соотношением частей грунта при перемешивании в объеме укрепляемого грунта. Установлено, что формирование структуры укрепленных грунтов, как и структуры твердеющего вяжущего, идет через образование на начальной стадии кратковременной коагуляционной рыхлой структуры, представляющей собой пространственную сетку, образующуюся путем беспорядочного сцепления мельчайших частиц десперсной твердой фазы через тонкие прослойки десперсионной жидкой среды.
Ключевые слова: цементогрунт, однородность, распределение вяжущего, структура укрепленных грунтов.
© Тарасова М.В., 2016
Введение
Существующие сельские дороги на большей протяженности Омской области характеризуются низким качеством, что ставит перед необходимостью проведения большого объема работ по капитальному ремонту, реконструкции и строительству новых дорог. Дорожное строительство является весьма материалоемким. Стоимость строительных материалов на месте их применения достигает 50-60% общей стоимости работ, в связи с чем насущной становится проблема сокращения материалоемкости, бережного использования материальных ресурсов.
Современное строительство, ведущееся во все возрастающих объемах, порой требует использования низкокачественных, и даже некондиционных, минеральных ресурсов. За последние десятилетия месторождения кондиционных заполнителей практически исчерпаны или труднодоступны, поэтому использование местных природных материалов в качестве компонентов для производства цементогрунтов является крайне актуальным.
Объекты и методы
Изменение основных свойств цементогрунта в зависимости от его состава необходимо изучить экспериментально. На примере цементогрунта рассмотрим методику выполнения работ. На основе выявленных рациональных составов получим информацию, необходимую при планировании эксперимента. Для этого следует:
- спланировать математические модели зависимости прочностных свойств цементогрунта от его состава;
- на основе полученных данных определить рациональные составы, обеспечивающие требуемый класс прочности, удобноукладываемость и удобноуплотняемость.
Для выделения значимых факторов методом случайного баланса была составлена матрица планирования из расчета, чтобы число опытов в матрице было кратным двум и превышало число (п + 1), где п - число факторов. Это упрощает работу и позволяет оценить линейные эффекты во всех случаях [1].
Исследуемые факторы и уровни их варьирования приведены в табл. 1.
Таблица 1
Исследуемые факторы и уровни их варьирования
№ п/п Фактор Уровень варьирования Код фактора
Нижний (-) Верхний (+)
1 Изменение числа пластичности грунта, % 1 18 Х1
2 Содержание цемента в перемешиваемых частях грунта, % 2 14 Х2
3 Уплотняющая нагрузка, МПа 10 20 Хз
4 Количество воды в смеси, % 0,1 50 Х4
5 Длительность воздействия уплотняющей нагрузки, с 120 240 Х5
6 Количество цемента, % 7 14 Хб
7 Соотношение частей грунта при перемешивании 1 3 Х7
Для проведения отсеивания незначимых факторов методом случайного баланса необходимо построить матрицу планирования, по которой будем проводить отсеивающие эксперименты. Матрица планирования строится из того расчета, чтобы число опытов в матрице было кратным 2 и превышало число (к + 1), где к - число факторов.
При построении матрицы планирования (табл. 2) использовали метод, заключающийся в случайном смешивании регулярных дробных реплик факторного эксперимента, которые содержат 8 опытов. Данный способ наиболее распространен и считается более эффективным, чем способ построения матриц путем случайного распределения уровней столбцов с помощью таблиц случайных чисел (чистый случайный баланс) [2].
Таблица 2
Матрица планирования и результаты эксперимента
№ п/п Очередность выполнения опытов Факторы Cv
Х1 Х2 Хз Х4 Х5 Х6 Х7
1 8 - - + - + - + 0,218
2 3 + - - - + - - 0,139
3 4 - + - + - - + 0,174
4 6 + + + - - + + 0,212
5 1 - - - + + + - 0,185
6 2 + - + + - + + 0,251
7 5 - + + - + - - 0,137
8 7 + + - + - + - 0,181
Сочетание уплотняющих нагрузок, вида грунта и исследуемых факторов было задано согласно матрице планирования (табл. 2). Причем для устранения влияния систематических ошибок, возникающих из -за непредвиденной перемены во внешних условиях (перемена температуры, давление масла и т.д.), эксперименты были выполнены в случайном порядке [2]. Основным показателем однородности при статистической обработке является выходной параметр коэффициента вариации, который равен [3]:
С, ,
м
где и - среднеквадратичное отклонение, которое рассчитывалось по программе в MS Excel стандартным отклонением; м - математическое ожидание (среднее значение) [4]. Выходной параметр коэффициента вариации представлен в табл. 2.
Результаты исследования После обработки экспериментальных данных согласно табл. 1 по методике из источников [2; 5] было установлено, что основное влияние на качество получаемого це-
ментогрунта оказывают факторы: Х7 - соотношение частей грунта при перемешивании; Х6 - количество цемента, %; Х2 - содержание цемента в перемешиваемых частях грунта [6]. Это подтверждается в литературе по теме [7]. Незначительная значимость остальных факторов по сравнению с факторами Х7, Х6 и Х2 объясняется тем, что невозможно улучшить физико-механические показатели материала воздействием количества воды в смеси (Х4) и длительностью действующих (Х5) уплотняющих нагрузок.
Значимость именно факторов Х7, Х6 и Х2 указывает на то, что степень вариации
Рис. 1. Основные рецептурно-технологических факторы и степень их влияния на однородность цементогрунта по прочности: Х1 - изменение числа пластичности грунта, %; Х2 - содержание цемента в перемешиваемых частях грунта, %; Х3 - уплотняющая нагрузка, МПа; Х4 - количество воды в смеси; Х5 - длительность воздействия уплотняющей нагрузки, с; Х6 - количество цемента, %; Х7 - соотношение частей грунта при перемешивании
прочностных свойств укрепленных цементом грунтов зависит главным образом от качества получаемой смеси, обусловленного содержанием цемента в перемешиваемых частях грунта, количеством цемента и соотношением частей грунта при перемешивании в объеме укрепляемого грунта [8].
Рис. 2. Электронно-микроскопический анализ грунта
При этом формирование структуры укрепленных грунтов, как и структуры твердеющего вяжущего, идет через образование на начальной стадии кратковременной коагуляционной рыхлой структуры, представляющей собой пространственную сетку, образующуюся путем беспорядочного сцепления мельчайших частиц десперсной твердой фазы через тонкие прослойки десперсионной жидкой среды. В процессе твердения укрепленного грнута в нем формируется каркас пространственной кристаллизационной структуры из гидратных фаз вяжущего и продуктов их химического взаимодействия с грунтовыми минералами, который с течением времени упрочняется. Нарастание прочности укрепленного грунта во времени обеспечивается в основном обрастанием первоначального каркаса гидросиликатными новообразованиями тоберморитоподобно-го типа, а также гидроксидом кальция. В структуре укрепленного грунта наряду с микроучастками, на которых образуется жесткий скелет, имеются участки, где жесткого срастания частиц не произошло. На этих участках возможен механизм образования структуры за счет механического сцепления близко расположенных друг к другу обросших кристаллами новообразований грунтовых частиц [5], что подтверждается снимками (рис. 2).
Выводы
Следовательно, укрепленный грунт представляет собой конгломерат, состоящий из кристаллических и коллоидных (микрокристаллических) гидратных новообразований, не прореагировавших остатков зерен цемента, грунтовых частиц, а также тонко-распределенных в массе материала воды и воздуха.
Таким образом, из проведенного эксперимента видно, что основными факторами являются Х7, Х6, Х2, которые оказывают влияние в начальной стадии на перемешивание грунта [5].
M.V. Tarasova
Regulation cement-ground properties as a way of elimination off-road in the countryside
Existing rural roads in the greater length of the Omsk region are characterized by low quality. Modern building in ever increasing amounts requires the use of low-quality or even substandard mineral resources. Therefore the use of native materials used as components for the production cement-ground is extremely urgent. To highlight the significant factors were randomly balance was made up of experiment planning matrix. There were significant factors which indicate that the degree of variation of strength properties of hardened soil cement depends mainly on the quality of the resulting mixture caused in stirred cement ground parts, and the amount ratio of cement ground portions with stirring and strengthens the soil volume.It was found that the formation of the structure of reinforced soil structures as well as hardening the binder, is through the formation of the initial stage of coagulation short loose structure, which is a three-dimensional network is formed by random clutch of tiny particles disperse solid phase through the thin layer of fluid dispersive.
Keywords: cement-ground, uniformity, binder distribution, reinforced soil structure.
Список литературы
1. Рождение изобретения (стратегия и тактика решения изобретательских задач) / А.И. Га-санов [и др.]. - М. : Интерпракс, 1995. - 432 с.
2. Малышев В.П. Вероятностно-детерминированное планирование эксперимента / В.П. Малышев. - Алма-Ата : Наука КазССР, 1981. - 467 с.
3. Тарасенко Ф.П. Введение в курс теории информации / Ф.П. Тарасенко. - Томск : Изд-во Том. ун-та, 1963. - 512 с.
4. Общая теория статистики: статистическая методология в коммерческой деятельности / под ред. А.С. Спирина, О.Е. Башиной. - М. : Финансы и статистика, 1994. - 254 с.
5. Прокопец В.С. Однородность и долговечность конструкционных слоев дорожной одежды из грунтов, укрепленных вяжущими материалами / В.С. Прокопец, М.В. Тарасова // Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии : сб. докл. Междунар. науч.-практ. конф. - Белгород : Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2007. - Ч. 4. - С. 289-291.
6. Прокопец В.С. Влияние однородности прочности оснований из укрепленных грунтов на несущую способность дорожных одежд / В.С. Прокопец, М.В. Тарасова // Современные методы строительства автомобильных дорог и обеспечение безопасности движения : сборник науч. трудов. - Белгород : Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2007. - С. 71-76.
7. Бабков В.Ф. Основы грунтоведения и механики грунтов / В.Ф. Бабков. - М. : Высшая школа, 1964. - 384 с.
8. Хархута Н.Я. Прочность, устойчивость и уплотнение грунтов земляного полотна автомобильных дорог / Н.Я. Хархута, Ю.М. Васильев. -М. : Транспорт, 1975. - 285 с.
Тарасова Марина Владимировна, канд. техн. наук, доц., Омский ГАУ, tarasmarin@mail.ru.
References
1. Birth of the invention (the strategy and tactics of Inventive Problem Solving) / A.I. Hasanov etc. - M. : Interpraks, 1995. - 432 p.
2. Malyshev V.P. Probabilistic and deterministic planning of the experiment / V.P. Malyshev. -Alma-Ata : Science of the Kazakh SSR, 1981. - 467 p.
3. Tarasenko F.P. Introduction to information theory / F.P. Tarasenko. - Tomsk : Publishing house Tom un Press, 1963. - 512.
4. The General theory of statistics: Statistical methodology in commercial activities / ed. A.S. Spi-rin, O.E. Bashina. - M. : Finance and Statistics, 1994. - 254 p.
5. Prokopets V.S. The uniformity and durability of structural layers of the pavement of the soil reinforced cementitious materials / V.S. Prokopets, M.V. Tarasova // Research, nanosystems and resource-saving technologies in the construction industry : sat. rep. intern. scientific-practical. conf. -Belgorod : Izd. BSTU Shukhov, 2007. - Part 4. -P. 289-291.
6. Prokopets V.S. Influence of uniformity of strength of fortified bases on the soil bearing capacity of pavements / V.S. Prokopets, M.V. Tarasova // Modern methods of construction of roads and traffic safety : a collection of scientific works. -Belgorod : Izd. BSTU V.G. Shukhov, 2007. -P. 71-76.
7. Babkov V.F. Fundamentals of soil science and soil mechanics / V.F. Babkov. - M. : High School, 1964. - 384 p.
8. Kharkhuta N.Y. The strength, stability and compaction of soil subgrade of highways / N.Ya. Harhuta, Y.M. Vasiliev. - M. : Transport, 1975. - 285 p.
Tarasova Marina Vladimirovna, Cand. Tech. Sci., Ass. Prof., Omsk SAU, tarasmarin@mail.ru.
