2016 год, №4

Содержание выпуска
Процессы, протекающие на поверхности бетонных покрытий при их химической защите от зимней скользкости
Пшембаев М.К., Ковалев Я.Н., Яглов В.Н.
Стр. 265 — 270
Бетонные покрытия автомобильных дорог наряду с эксплуатационными нагрузками, обусловленными движением транспортных средств, подвергаются погодно-климатическим воздействиям. К ним относятся: изменения температуры и влажности воздуха, солнечная радиация, приземная скорость ветра, участвующая в формировании активного тепломассообмена в поверхностном слое бетонного покрытия. Одними из самых сложных и ответственных эксплуатационных периодов работы дорог являются так называемые переходные (от лета к осени и от зимы к весне). Они сопровождаются интенсивным выпадением осадков в виде дождя, снега и возможным образованием гололедных отложений на поверхности цементобетонных покрытий. Эти воздействия существенно ухудшают фрикционные свойства поверхностей дорожного покрытия (коэффициент сцепления φ снижается до 0,4 и менее), что может явиться предпосылкой к созданию различных аварийных ситуаций из-за резкого увеличения тормозного пути. Например, при сухом бетонном покрытии φ = 0,80-0,85, а при гололеде φ = 0,08-0,15, что соответственно увеличивает тормозной путь от 7,5 до 20,0 м и более. В условиях зимней эксплуатации автомобильных дорог с бетонным покрытием на их поверхности возможно образование слоя льда. Для его удаления применяют различные методы, в том числе химические антигололедные реагенты, в частности хлорид натрия NaCl. Этот реагент понижает температуру замерзания образующегося рассола и вызывает таяние льда при отрицательной температуре. Процессы растворения NaCl и плавление льда носят эндотермический характер, т. е. сопровождаются поглощением теплоты, вследствие чего в поверхностном слое бетонного покрытия, находящегося под тающим льдом, резко снижается температура: наблюдается явление термического удара.
Кинетика твердения бетона с наноуглеродной добавкой УКД-1 в варианте беспрогревной технологии
Марко О.Ю., Батяновский Э.И.
Стр. 271 — 280
Изложены результаты исследований влияния отечественной комплексной химической добавки, содержащей структурированный углеродный наноматериал и характеризующейся совмещенным (ускоряющим твердение и пластифицирующим) эффектом на кинетику твердения бетона в беспрогревном варианте технологии монолитного бетонирования. С использованием стандартизированных и оригинальных методик экспериментально выявлены закономерности роста прочности тяжелого цементного бетона под влиянием отдельно взятого ускоряющего компонента добавки УКД-1 и самой этой добавки в зависимости от ее дозировки (в диапазоне 0,5-2,0 % от массы цемента). Оценены зависимости темпа роста бетона с добавкой УКД-1 от основных технологических факторов - качества цемента, величины водоцементного отношения, состава бетона и консистенции бетонной смеси, температуры среды твердения и теплоизолирующих характеристик форм-опалубок. Это позволило обосновать рациональные режимы и параметры условий твердения бетона с добавкой УКД-1 для обеспечения прочности (на сжатие) в диапазоне 50-100 % от требуемой в проектном возрасте (28 сут.) без затрат энергии на ускорение его твердения.
Влияние цитрата натрия на процесс формирования цементного камня в глиноземистом вяжущем
Леонович С.Н., Свиридов Д.В., Щукин Г.Л., Беланович А.Л., Савенко В.П., Карпушенков С.А.
Стр. 281 — 286
Рассмотрено влияние цитрата натрия на процесс формирования цементного камня на основе глиноземистого вяжущего. Образование каркаса цементного камня в цементном гидравлическом вяжущем сопровождается протеканием сложных физико-химических процессов межфазового взаимодействия и диспергирования, которые определяются качественным и количественным составом цементного раствора, постоянным изменением его свойств от начала приготовления до твердения. Добавка цитрата натрия в воду затворения увеличивает гидратацию как портландцемента, так и глиноземистого цемента. Процесс увеличения скорости гидратации цементов является следствием деструкции поверхностных образований и исключения эффекта торможения скорости гидратации и гидролиза продуктов взаимодействия клинкерного материала с водой затворения. Установлено, что цитрат натрия позволяет управлять процессами гидратации, гидролиза, схватывания и твердения цементной массы. Высокая степень гидратации глиноземистого цемента в присутствии цитрата натрия обеспечивает быстрое схватывание и твердение вяжущего, низкую пористость и достаточно высокую прочность на сжатие цементного камня во все сроки твердения. Увеличение концентрации цитрата натрия в цементной смеси до 10 % от массы цемента не только оказывает влияние на процесс разжижения цементного раствора, сокращение времени схватывания и твердения цементной массы, но и повышает прочность на сжатие цементного камня. Анализ структуры поверхности скола цементного камня дает основание утверждать, что добавка цитрата натрия обеспечивает уплотнение цементного камня и уменьшение его водопоглощения.
Использование фильтров из волокнистых материалов в мелиоративном и гидротехническом строительстве
Климков В.Т.
Стр. 287 — 291
При строительстве первых дренажных трубчатых систем столкнулись с проблемой защиты их от заиления частицами грунта, проникающими через входные отверстия. Поиски и исследования привели к использованию различных волокнистых материалов, играющих роль фильтров. Вначале широко применялись стеклохолсты. Однако они, обладая хорошими фильтрационными свойствами, имели ряд существенных недостатков. Большую роль в использовании пластмасс сыграли работы, выполненные в Институте механики металлополимерных систем (г. Гомель, Республика Беларусь). Разработана технология получения термоскрепленных волокон из термопластов, названных полиэтилен-холстами. Исследование свойств последних под нагрузкой показало, что при определенных давлениях их поперечная и продольная проницаемости становятся равными, т. е. материал делается изотропным. Рассмотренные взаимодействия фильтрующего материала и опорного каркаса выявили, что основная фильтрация воды происходит непосредственно над перфорационными отверстиями, в то время как материал над глухими участками каркаса в работе не участвует. В связи с этим разработана новая конструкция фильтрующего элемента, который может использоваться в водозаборах поверхностных и подземных вод. Фильтрующий элемент состоит из опорного каркаса с отверстиями и установленного на нем фильтрационного покрытия. Между ними на опорном каркасе выполнены водоподводящие полости - канавки, расходящиеся в виде лучей от перфорационных отверстий. Эти канавки могут иметь боковые ответвления второго, третьего и т. д. порядков. Поскольку лучеобразное расположение канавок создает кратчайшие пути потоку профильтровавшейся воды от периферии к отверстиям каркаса, а площадь поперечного сечение канавок в сотни раз превосходит площадь поровых ходов в водоприемном покрытии, обеспечивается свободное движение воды к отверстиям, а тем самым высокая производительность элемента, так как в работу вовлекается почти вся поверхность водоприемного покрытия. Такие фильтрующие элементы могут использоваться в различных конструкциях фильтрования жидкостей и газов.
Оценка надежности и степени риска возникновения аварий на шламохранилищах 4-го РУ ОАО «Беларуськалий»
Богославчик П.М., Круглов Г.Г., Линкевич Н.Н.
Стр. 292 — 297
На основании теории надежности дано определение надежности дамб обвалования шламохранилищ, приведены характеристики надежности и их анализ. Перечислены показатели качества грунтовых дамб, которые подразделяются на две группы: показатели назначения и показатели конструктивной надежности. Выполнен краткий анализ всех возможных причин возникновения аварий на грунтовых плотинах и дамбах, на основании которого выделены одиннадцать основных объектов диагностирования применительно к дамбам шламохранилищ. Для оценки степени риска возникновения аварий на шламохранилищах ОАО «Беларуськалий» проанализированы все возможные причины аварий и вероятность их появления. Констатируется, что нарушение работы дамб возможно, как правило, при нарушении правил эксплуатации. Выделены основные параметры состояния шламохранилища, которые необходимо контролировать в процессе эксплуатации постоянно. Проанализированы результаты наблюдений за шламохранилищами и расчеты устойчивости откосов дамб для случаев нормальной эксплуатации (основной расчетный случай) и нарушения работы противофильтрационных устройств (особый расчетный случай). Поскольку в особом случае коэффициент запаса устойчивости близок к 1,0, для всех расчетных сечений определено предельное положение кривой депрессии. Рекомендуется постоянный контроль ее положения, и в случае достижения его предельного значения - принятие мер по его снижению. На основании анализа всех факторов приводятся итоговые экспертные оценки вероятности возникновения аварий на исследуемых дамбах шламохранилищ 4-го РУ ОАО «Беларуськалий». Сделан вывод о малой степени риска их разрушения.
Поровая структура дорожного бетона
Пшембаев М.К., Гиринский В.В., Ковалев Я.Н., Яглов В.Н., Будниченко С.С.
Стр. 298 — 307
Из многочисленных классификаций структур бетона выделяются три основных типа: микроструктура - структура цементного камня; мезоструктура - структура цементно-песчаного раствора в бетоне; макроструктура - двухкомпонентная система, состоящая из раствора и крупного заполнителя. Для каждой из перечисленных структур характерны свои особенности, связанные с условиями их образования. Так, микроструктура цементного камня может быть охарактеризована такими структурными составляющими, как кристаллический сросток, тоберморитовый гель, не до конца гидратированные зерна цемента и поровое пространство. Наиболее важные технологические факторы, влияющие на формирование микроструктуры цементного камня, - химико-минералогический состав цемента, тонкость его помола, водоцементное отношение и условия твердения. В зависимости от соотношения этих факторов формируется конкретная микроструктура цементного камня. Цементный камень - капиллярно-пористое тело, состоящее из различных твердых фаз, представленных преимущественно субмикрокристаллами коллоидной степени дисперсности, способными адсорбционно, осмотически и структурно удерживать (связывать) некоторое количество влаги. Защита дорожного бетона как капиллярно-пористого тела - одна из актуальных задач. Она решается методами первичной и вторичной защиты. Методы первичной защиты используются на стадии проектирования, приготовления и укладки бетона. Методы вторичной защиты - на стадии эксплуатации бетонного дорожного покрытия. В статье рассмотрены структуры твердой фазы бетона и характеристики его порового пространства. Приведены причины возникновения пор, а также их форма, размеры и расположение в объеме бетона. Наибольшую опасность для дорожного бетона представляют проникновение в него агрессивной жидкости и влагоперенос в затвердевшем бетоне. Водопроницаемость бетона характеризует его коэффициент фильтрации, который зависит от времени и условий твердения, а также от условий эксплуатации.
Расчетная оценка анкеровки в бетоне стеклопластиковой арматуры, производимой в Республике Беларусь
Садин Э.Я.
Стр. 308 — 314
Проанализированы преимущества и недостатки композитной арматуры при армировании железобетонных конструкций. Отражены результаты экспериментальных исследований прочности сцепления с бетоном стеклопластиковой арматуры производителей Республики Беларусь. Выполнен анализ влияния диаметра и длины контакта с бетоном стеклопластиковых арматурных стержней на прочность и деформативность сцепления с бетоном. Для изучения влияния диаметра и длины контакта с бетоном стеклопластиковых арматурных стержней на прочность и деформативность сцепления с бетоном композитной арматуры различных производителей изгибаемых железобетонных элементов контролировали характер разрушения опытных образцов и максимальную нагрузку, при которых сцепление стеклопластиковой арматуры с бетоном не нарушалось. Также контролировали перемещения незагруженного (свободного) и загруженного концов арматурного стержня относительно наружных граней бетона на обоих концах образца. Эксперименты показали, что разрушение опытных образцов происходило в результате возникновения одного из трех случаев: проскальзывания арматуры относительно бетона, скалывания защитного слоя бетона и разрыва композитной арматуры. Определены моменты начала сдвига арматурных стержней относительно бетона двумя разными методами. Представлены предложения по расчетной оценке анкеровки в бетоне стеклопластиковой арматуры производства ООО «Стройкомпозит» (г. Гомель, Республика Беларусь), ООО «Научно-производственная компания «БизнесКонтинент» (г. Брест, Республика Беларусь) и ЧП «Минпласт» (г. Минск, Республика Беларусь).
Современные курортные гостинцы Сирии: характер архитектуры и возможности для инновационной деятельности
Даниаль Юсеф
Стр. 315 — 321
В статье исследуется вопрос оценки условий и возможностей для инновационной деятельности в архитектурных решениях гостиниц Сирии. Проведен анализ понятия «инновация» применительно к архитектурной деятельности. До настоящего времени для градостроительных, климатических и социально-экономических условий Сирии нет однозначного толкования эффекта от инновационной деятельности не только применительно к архитектуре гостиниц, но и к архитектуре в целом. Факторы, определяющие инновационное развитие, - это, прежде всего, природные, производственные, научно-технические, технологические и другие ресурсы. Побудителем качественного развития архитектуры гостиниц в курортных зонах Сирии можно считать попытку уйти от устаревших проектных решений, потребность в развитии и росте экономического и социального уровня жизни, который до начала военных действий в стране достигался зачастую благодаря высокой туристической активности. Природно-климатический и исторический потенциал Сирии располагает к увеличению туристического потока и количественного состава гостиниц. Поэтому на данном этапе автор преследует цель выявить возможности для качественного развития новой архитектуры курортных гостиниц как наиболее востребованных среди туристов в Сирии. Несомненно, архитектура гостиниц должна не только отражать традиции и культуру региона, но и быть технически современной, чтобы удовлетворять мировому принципу устойчивого развития.
Математическое моделирование гибридных электротехнических систем
Лобатый А.А., Петренко Ю.Н., Эльзейн Аймад, Абуфанас А.С.
Стр. 322 — 328
К электротехническим системам относится большой класс систем, нашедших применение в различных отраслях промышленности и быту, в электрифицированных транспортных объектах и энергетике. Их характерная черта - комбинация непрерывного и дискретного режимов работы, что нашло отражение в появлении относительно нового термина «гибридные системы». Широкий класс гибридных систем - это импульсные преобразователи постоянного тока, работающие в режиме широтно-импульсной модуляции и являющиеся нелинейными системами с переменной структурой. Используя различные приемы линеаризации, можно получить линейные математические модели, которые достаточно точно имитируют поведение таких систем. Однако наличие в математических моделях экспоненциальных нелинейностей создает значительные трудности при реализации системы на цифровых аппаратных средствах. Решение может быть найдено применением аппроксимации показательных функций полиномами первого порядка, что нарушает строгость соответствия аналитической модели характеристикам реального объекта. Существуют два подхода в практике синтеза алгоритмов управления гибридных систем. Первый основан на представлении всей системы дискретной моделью, описываемой разностными уравнениями, и на основе этого - синтез дискретных алгоритмов. Второй подход основан на описании системы дифференциальными уравнениями - синтез непрерывных алгоритмов и дальнейшая реализация их в цифровой вычислительной машине, включенной в контур управления системой. Рассмотрено моделирование гибридной электротехнической системы с помощью дифференциальных уравнений. Пренебрегая длительностью импульсов, поведение компонент вектора фазовых координат гибридной системы предлагается описать стохастическими дифференциальными уравнениями, содержащими в общем случае нелинейные не дифференцируемые случайные функции. Получено векторно-матричное стохастическое уравнение, описывающее динамику процессов, в котором представлены как непрерывная, так и дискретная составляющие, характеризующие амплитудную модуляцию сигналов. На основе математической модели гибридной системы получено уравнение для плотности вероятности распределения фазовых координат системы.
Измерение глубины нарушенного слоя на поверхности кремниевых пластин методом оже-спектроскопии
Солодуха В.А., Белоус А.И., Чигир Г.Г.
Стр. 329 — 334
Предложен метод измерения глубины нарушенного слоя на поверхности кремниевых пластин, основанный на использовании оже-спектрометра с прецизионным распылением поверхностных слоев кремния и регистрацией интенсивности выхода оже-электронов. Для измерения глубины нарушенного слоя с помощью оже-спектроскопии снимается зависимость количества выходящих оже-электронов от времени распыления (профиль), и затем эта зависимость анализируется. Количество кремния в нарушенном слое меньше, чем в объеме. По мере углубления нарушенный слой уменьшается, что соответствует увеличению плотности атомов в одиночном слое. Сущность метода заключается в том, что нарушенный слой удаляется распылением пучком ионов, а выявление границы раздела осуществляется путем регистрации интенсивности выхода оже-электронов с распыляемой поверхности до достижения ею величины, равной интенсивности выхода оже-электронов для монокристаллического кремния. Регистрация интенсивности выхода оже-электронов с поверхности кремния при удалении поверхностных слоев кремния позволяет эффективно контролировать наличие нарушенного слоя на поверхности кремниевой пластины. Причем локальность контроля по глубине из-за особенностей метода оже-спектроскопии составляет около 1,0 нм. Интенсивность выхода оже-электронов определяется на оже-спектрометре автоматически, и по мере удаления нарушенного слоя она постепенно возрастает. Глубину нарушенного слоя определяют измерением высоты ступеньки, образованной в результате удаления нарушенного слоя с поверхности кремниевой пластины. Метод оже-спектроскопии обеспечивает эффективный контроль глубины повреждений поверхности на этапах изготовления кремниевых пластин и интегральных микросхем. Диапазон измерения глубины нарушений 0,001-1,000 мкм.
Анализ информационных факторов в проектировании интеллектуальных мехатронных систем
Гулай А.В., Зайцев В.М.
Стр. 335 — 344
Достижение основного результата при функционировании интеллектуальных мехатронных систем с цифровым управлением предлагается оценивать получаемым информационным эффектом. При этом в качестве основополагающего информационного фактора, влияющего на процесс проектирования мехатронной системы, рассматривается общность информационных требований с ее интеллектуальными компонентами. В связи с этим выделены параметры, с помощью которых можно достаточно полно охарактеризовать процессы получения и использования системной информации в объеме интеллектуальной мехатронной системы. Информационным критерием эффективности управления выбрана степень соответствия параметров векторов управления, синтезируемых системой, и результатов идентификации ее текущих состояний. Для формирования возможных состояний используется набор значений ожидаемых вероятностей нахождения каждого из параметров объекта управления и мехатронной системы в пределах требуемых допусков. Показано, что при комплексном информационном описании системы целесообразно использование экспертной оценки вероятности выбора допустимых векторов управления, которые обеспечивают перевод системы в благоприятные состояния. Данный подход позволил выделить основные информационно-технические характеристики интеллектуальной мехатронной системы: структурного построения (информационно-техническая совместимость и информационное согласование ее компонентов); объекта управления (неопределенность его состояния и информационный вектор, информационная емкость мехатронной системы); управляющих воздействий (их иерархия и энтропийный баланс процесса управления, управленческий ресурс мехатронной системы); результата функционирования (информационный эффект и критерий эффективности управления, вероятностный выбор состояний системы). По результатам выполненного анализа можно указать наиболее эффективные направления практического использования предложенного информационного подхода в создании интеллектуальной мехатронной системы: сопоставление альтернативных проектных решений на основе анализа расчетных оценок безусловной энтропии объекта управления и системы; моделирование с целью принятия окончательного системного варианта при построении цифрового блока управления создаваемой системы; комплексное применение знаний экспертов, наиболее полное введение знаний в процесс проектирования мехатронной системы.
Регулярный метод синтеза базовых бент-квадратов произвольного порядка
Соколов А.В.
Стр. 345 — 352
Рассматриваются вопросы конструирования классов максимально нелинейных булевых бент-функций произвольной длины N = 2k ( k = 2, 4, 6, …) на основе их спектрального представления - бент-квадратов Агиевича. Данные совершенные алгебраические конструкции являются основой для построения многих криптографических примитивов, таких как генераторы псевдослучайных ключевых последовательностей, криптографические S -блоки подстановки и т. д. Бент-функции находят свое применение для построения C -кодов в системах с кодовым разделением каналов, которые обладают минимально возможным значением пик-фактора  = 1, а также для построения систем ортогональных бифазных сигналов и помехоустойчивых кодов. Все многочисленные применения бент-функций связаны с теорией их синтеза. Однако регулярные методы синтеза полных классов бент-функций произвольной длины N = 2k в настоящее время неизвестны. В статье предложен регулярный метод синтеза базовых бент-квадратов Агиевича произвольного порядка n на основе регулярного оператора диадного сдвига. Выполнена классификация полного множества спектральных векторов длин ( l = 8, 16, …) на основе критерия максимального абсолютного значения и набора абсолютных значений спектральных компонент. Показано, что любой спектральный вектор может быть основой для построения бент-квадрата. Обобщены результаты синтеза бент-квадратов Агиевича порядка n = 8, показано, что существуют только три базовых бент-квадрата для данного порядка, тогда как еще пять могут быть получены с помощью операции ступенчато циклического сдвига. Синтезированы все базовые бент-квадраты порядка n = 16, позволяющие построение бент-функций длиной N = 256. Полученные базовые бент-квадраты могут служить как для непосредственного синтеза бент-функций и их практического использования, так и для проведения дальнейших исследований с целью синтеза новых структур бент-квадратов для порядков n = 16, 32, 64, …