Транспорт в XXI веке: состояние и перспективы
жүктеу/скачать 8,29 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЕРЕДОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
- Ключевые слова
- Буромбаев С.А.
- Бондарь И.С
- КОЛЕБАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ВЕРХНЕГО СТРОЕНИЯ ПУТИ СО СКРЕПЛЕНИЕМ ТИПА «FOSSLO» ПРИ УДАРНО-ИМПУЛЬСНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Айтжанова Т.К – профессор, д.т.н, Казахская академия транспорта и коммуникаций им. М.Тынышпаева (г. Алматы, Казахстан) Малгожата О. – советник правительства Франции (Париж, Франция)
МАТЕРИАЛОВ Создание и освоение безотходной и экологически чистой, мобильной технологии выпуска продукции, с высокими профессиональными и потребительскими свойствами и систем нового поколения для транспортного комплекса модульного исполнения, обеспечивающей эффективное использование энергии, с привлечением нетрадиционных источников. В связи с необходимостью широкого внедрения индустриальных методов строительства, все большее значение приобретает заводское производство всевозможных строительных изделии на основе извести, песка и местного сырья (нефтебитумные породы). Технологические особенности приготовления смесей на
основе нефтебитуминозных пород в установке определяются содержанием природного битума в породе и температурным режимом. Была установлена эффективность использования разработанных вяжущих и материалов из них в дорожном строительстве. Идентичность технологий приготовления смесей на основе нефтебитуминозных пород и асфальтобетонных смесей позволяет использовать для приготовления смесей на основе нефтебитуминозных пород серийно выпускаемые асфальтобетонные заводы периодичные действия. Ключевые слова: технология,нефтебитуминозные породы, автоклавированный силикатный кирпич, вяжущее, смесь. Глобальная проблематика энергетического кризиса и негативных аспектов взаимодействия биосферы с техносферой, обуславливает актуальность исследований, направленных на изыскание возможности инновационного подхода к созданию и организации наукоемких технологий, определяющими критериями которых являются – низкая энергоемкость, экологическая чистота как технологического процесса, так и выпускаемой продукции, высокая координация и гибкость, реализация принципов охраны окружающей среды и рационального природопользования. Для охраны окружающей среды и экономии топливно-энергетических ресурсов, большое значение обретает безотходное производство строительных материалов, включающее комплексную переработку побочных продуктов. Одним из направлении решении указанных проблем, является создание и освоение безотходной и экологически чистой, мобильной технологии выпуска продукции, с высокими профессиональными и потребительскими свойствами и систем нового поколения для транспортного комплекса модульного исполнения, обеспечивающей эффективное использование энергии, с привлечением нетрадиционных источников. В связи с необходимостью широкого внедрения индустриальных методов строительства, все большее значение приобретает заводское производство всевозможных строительных изделии на основе извести, песка и местного сырья (нефтебитумные породы). Все эти материалы имеют различную форм и размеры, начиная от небольших плиток и кончая панелями и другими крупноразмерными элементами сборных строительных конструкций. Сформованные изделия на основе вяжущих веществ, твердеют в условиях повышенной температуры и влажной среды. При тепловлажностной обработке не только
МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ _____________________________________________________________________________
187
ускоряется твердение вяжущих веществ, но меняется состав и структура получающих в затвердевшем, цементирующим веществе, новообразований, что изменяет некоторые свойства готовых изделий. При повышенной температуре значительной степени сказывается реакции взаимодействия цементирующего вещества с заполнителем, которые при обычной температуре не имеют практического значения и мало влияют на свойства изделии. Поэтому подробное рассмотрение процессов, протекающих при твердении вяжущих веществ в условиях повышенных температур имеет серьезное научное и практическое значение [1]. Существуют различные технологии производства автоклавныхизвестково- песчаных изделии. Эффективность производства зависит от сырья, местных условий и ряда других факторов (в наших условиях – от расположения месторождений и разработок нефтебитумнозных пород). При выборе наиболее эффективной технологии производства необходимо стремится к минимальному расходу извести, интенсификации технологических процессов, получению изделий с наиболее прочность и долговечностью. На основе продуктов переработки нефтебитуминозных пород и извести была изготовлена опытная партия силикатного кирпича с пустотами стандартногоразмера (250х120х65 мм) и при этом были приняты следующие соотношения компонентов: продукты переработки нефтебитуминозных пород – 75%; известково-песчаное вяжущее – 25% (при активности вяжущего 47%); удельная поверхность вяжущего – 21 м 2 /кг; влажность смеси -7%; удельное прессовое давление – 20,0 МПа; давление автоклавирования – 0,8 МПа; длительность автоклавной обработки – 8 часов. Следует отметить, что по прочности автоклавированный силикатный кирпич имеет марку – 200, а пропаренный – 100. Силикатный кирпич, изготовленный из указанных составов соответствует требованиям ГОСТ 379-86 «Кирпич и камни силикатные».
Таблица 1. Физико-технические характеристики силикатного кирпича из опытной партии на основе продуктов переработки нефтебитуминозных пород № Состав Состав смеси, % Плот- ность,
кг/м 3
Водо- погло-
щение, % Предел прочности, МПа, при: Морозо- стойкость, циклов сжатии изгибе 1 Продукты переработки нефтебитуминозных пород – 75, вяжущее – 25
1807
7,3
22,4
2,8
25 2 Продукты переработки нефтебитуминозных пород – 75, вяжущее – 25, цемент – 5*
6,8
12,4
1,4
15 На основе НБП и продуктов их переработки были изготовлены опытные бетонные образцы-блоки 4х4х16 мм, полученные тщательно перемешанной смеси песка и известково-песчаного вяжущего, путем уплотнения и последующего твердения в течении 8 часов в автоклаве.
МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ _____________________________________________________________________________
188
Соотношения компонентов следующие: продукты переработки НБП – 75%; известково-песчаные вяжущее – 25% (при активности вяжущего – 47%); удельная поверхнос-ть вяжущего – 50м 2 /кг; влажность смеси – 7%, удельное прессовое давление - 20,0 МПа, давление автоклавирования – 0,8 Мпа, длительность автоклавированной обработки – 8 часов. Изготовленные в этих условиях силикатные бетонные образцы имеют физико-технические свойства, соответствующие требованиям ГОСТ 25214-82; марку – 250. При изготовлении цементно-песчаных вяжущих на основе продуктов переработки нефтебитуминозных пород оценивается удельная поверхность компонентов, минералогический и гранулометрический составы, оптимальное содержание компонентов смеси, водоцементное отношение. Для исследований брались цемент с добавками (цементнг-песчанное вяжущее) в соотношениях с песком, равным 1:1,25 (вяжущее : песок) по весу – вяжущее – 170г, песок – 425г, воды – 53г, при В/Ц =0,30. В результате исследований был подобраны оптимальные составы, в зависимости от условий твердения: при твердении в обычных условиях – цементный клинкер 70%, продукты переработки нефтебитуминозных пород – 30%, предел прочности при сжатии – 46,0 МПа, сроки сначала схватывания – 1час 50 минут; при твердении в автоклаве – цементный клинкер – 50%, продукты переработки – 50%, предел прочности при сжатии – 53,8 МПа, сроки начала схватывания – 2 часа 20 минут. Учитывая физико-технические свойства цементно-песчаных вяжущих из механохимически активированных продуктов переработки нефтебитуминозных пород (высокая морозостойкость и коррозионная стойкость), доступность и многотоннажноеиспользование основных компонентов, уменьшение затрат на производство вяжущего, была установлена эффективность использования разработанных вяжущих и материалов из них в дорожном строительстве [2]. Смеси на основе нефтебитуминозных пород применяют для устройства: оснований на автомобильных дорогах не выше 11 и 111 категории, городских улиицах и площадях, усовершенствованных облегченных покрытий на дорогах не выше 111 и 1Vкатегории, а при стадиином строительстве на первой очереди для дорог 11 и 111 категории. Расчет дорожной одежды с конструктивными слоями из смесей на основе нефтебитуминозных пород проводят в соответствии с требованиями с ВСН 46-77. Толщина слоев должна быть не менее8 см. Смеси на основе нефтебитуминозных пород могут быть получены методом смешения непосредственно на дороге или в установке. В последнем случае они бывают теплыми или холодными. Необходимая шероховатость поверхности покрытия обеспечивается путем использования в составе асфальтобетонных смесей на основе нефтебитуминозных пород щебня и дробленного песка из подручных и труднополирующихся горных пород марки не ниже 1000. В других случаях шероховатость обеспечивается устройством поверхностной обработки из черного фракционного щебня или путем втапливания того же щебня в поверхность покрытия в процессе его уплотнения. Имея много общего с традиционными асфальтобетонными смесями, смеси на основе нефтебитуминозных пород отличаются от них по составу, свойствами, имеют характерные черты при проектировании состава, заключающиеся в необходимости учета минеральной составляющей породы или содержания в нем природного битума. Приготовление смеси на основе нефтебитуминозных пород требуетопределенного температурного режима и имеет специфические технологические особенности. При МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ _____________________________________________________________________________
189
основе получения смесей на основе нефтебитуминозных пород на установках, породу подают в мешалку без предварительного нагрева, поэтому продолжительность перемешивания смеси несколько увеличивается. При приготовлении смесей методом смешения на дороге в большинстве случаев требуется меньшее число проходов автогрейдера, за счет интенсивногораспределения битума в смеси, что повышает производительность отряда используемых машин. Устройство конструктивных слоев дорожных одежд из смесей на основе нефтебитуминозных пород осуществляется такжекак и асфальтобетонных. Технологические особенности приготовления смесей
на основе
нефтебитуминозных пород в установке определяются содержанием природного битума в породе и температурным режимом. Целесообразнее готовить смеси наоснове нефтебитуминозныхпород, подавая
породу без
предварительного нагрева
непосредственно в мешалку или в весовой бункер. Порода нагревается при перемешивании с минеральным материалом, за счет избыточного тепла последних. Для смесей, на основе нефтебитуминозных пород, применяютсяприменяются: щебень из естественного камня, отвечающий требованиям ГОСТ8267-75, ГОСТ9128-76 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон»; природный песок, отвечающий требованиям ГОСТ8736-67. При содержании в породе 10% природного битума, не требуется добавки вяжущих (нефтяныхбитумов). Минеральная составляющая представлена мелким песком с содержанием пылеватых частиц не более 30%. В процессе исследования смесей на основе нефтебитуминозных порол, приготовленных в установке, были выявлены их прочностные показатели. Испытанию подверглись смеси, имеющие постоянное содержание вяжущего (порода + жидкий битум). Было установлено, что по мере увеличения содержания пород в смеси и соответствующего снижения добавки жидкого
битума, прочность образцов увеличивается. Прирост прочности до водонасыщения происходит более интенсивно (1,5- 2,5 раза выше), чем в водонасыщенном состоянии (8,3-21,0 кгс/см). При увеличении содержания нефтебитуминозной породы в смеси от 12 до 24%, прочность сухих и водонасыщенных образцов возрастает в 2 раза. Коэффициент водостойкости составляет 0,6-0,7 [3]. С ростом содержания пород в смеси, пористость минеральной части и остаточная пористость несколько возрастают, что приводит к увеличению водонасыщения (5,7-7,8%) и набухания (1,2-1,6% за исключением смеси с минеральным порошком, для которой набухание составляет 0,2%). Для уменьшения пористости в смеси, вводили минеральный порошок в количестве 8-11%. Образцы имели прочностные показатели в 1,5 раза выше, чем образцы минерального порошка, при равном содержании нефтебитуминозной породы и без добавки битума. При увеличении содержания породы от 21 до 31% в смеси с минеральным порошком, наблюдается некоторое снижениепрочности образцов до водонасыщения. Прочность образцов после водонасыщения увеличивается. Смеси с большим содержанием нефтефебитуминозной породы имеют избыточное количество природного битума. Величины пористости минерального состава смесей изменяются незначительно, а остаточная пористость изменяется существенно с 8,2 до 4,8%. Набухание и водонасыщение образцов уменьшаются, а при содержании пород 31% имеют незначительную величину, что подтверждает предположение о избыточном содержании природного битума в смеси.
МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ _____________________________________________________________________________
190
Идентичность технологий приготовления смесей на основе нефтебитуминозных пород и асфальтобетонных смесей позволяет использовать для приготовления смесей на основе нефтебитуминозных пород серийно выпускаемые асфальтобетонные заводы периодичные действия.
Литература 1.
Нефтебитуминозные породы Казахстана. Проблемы и перспективы /Надиров Н.К., Браун А.Е., Трохименко М.С., Мусаев Г.А., Стрельникова В.Я.- Алма-Ата: Наука, 1985.- 376 с. 2.
Надиров Н.К., М., Стрельникова В.Я., Амралин А.Ж. Тяжелые нефти и нефть из битуминозных песков – сырье для получения дорожных вяжущих // Нефтебитуминозные породы, перспективы использования.- Алма-Ата: Наука, 1982. - 280-282 с. 3.
Бекбулатов Ш.Х. Перспективы использования битуминозных пород в дорожном строительстве // Нефтебитуминозные породы, перспективы использования.- Алма-Ата: Наука, 1982. – 10-15с. 4.
Айтжанова Т.К. Киры и отходы их переработки ка вяжущие для бесцементных бетонов в дорожном строительстве // Материалы 1 международной научно-практической конференции «Транспорт Евразии: взгляд в ХХ1 век».- Алматы, 2000. - 159-162с.
им. М.Тынышпаева (г. Алматы, Казахстан) Бондарь И.С. – ст. преподаватель, Казахская академия транспорта и коммуникаций им. М.Тынышпаева (г. Алматы, Казахстан) Бихожаева Г.С. – доцент, к.т.н., Казахская академия транспорта и коммуникаций им. М.Тынышпаева (г. Алматы, Казахстан)
Колебания, возникающие в элементах верхнего строения пути (рельсах, шпалах, рельсовых скреплениях, балластном основании и др.) при прохождении поездной нагрузки, в значительной мере влияют на прочность, а, следовательно, и на долговечность работы, как самих элементов, так и железнодорожного пути в целом. Задача, связанная с уменьшением влияния вибрационных воздействий на верхнее строение пути, решается в направлении создания таких промежуточных скреплений, которые изолировали бы в достаточной степени шпалы, балласт и земляное полотно от вредных вибраций. Такие скрепления уменьшали бы уровень динамического воздействия колес подвижного состава на путь с железобетонными шпалами. До настоящего времени в Республике Казахстан не разработана методика экспериментального определения влияния
вибрационных воздействий на железнодорожный путь. В связи с этим, экспериментальные исследования собственных колебаний элементов верхнего строения пути, вполне актуальны и своевременны. К сожалению, эта проблема не исследовалась детально, а все предыдущие подобные исследования проводились на основе измерений, выполненных в аналоговой форме [1-3].
МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ _____________________________________________________________________________
191
Известно, что колебания, возникающие в элементах верхнего строения пути при прохождении поездной нагрузки, представляют собой группу затухающих колебаний [1], [2]. В данной работе приведены результаты экспериментальных исследований колебаний в элементах верхнего строения пути со скреплением типа «FOSSLO» от ударного импульса. Исследования выполнялись с использованием датчиков вибрации МВ-25Д-В и цифровой спектральной обработки сигнала на персональном компьютере. Для возбуждения колебаний в элементах верхнего строения пути, использовались следующие варианты возбуждения: а) возбуждение колебаний производилось ударом резинового молотка весом около 2 кг по центру рельса между шпалами; б) возбуждение колебаний производилось ударом резинового молотка весом около 2 кг по рельсу над шпалой. Оба варианта возбуждения имитируют удар колеса тележки при прохождении неровности. Для измерения колебаний элементов верхнего строения пути датчики вибрации устанавливались в пяти различных точках: на наружной ветви упругой клеммы с внешней и внутренней стороны рельса, на середине и конце железобетонной шпалы, на балластное основание. Расположение датчиков на конструкции верхнего строения пути со скреплением типа«FOSSLO» показано на рисунке 1. Возбуждение колебаний по каждому варианту выполнялось от 5 до 10 раз. Электрический сигнал с выхода соответствующего датчика подавался на стандартную схему АЦП (фирма «Л-КАРД», модель Е-14-440) и далее на персональный компьютер, где колебания визуализировались на экране дисплея в виде виброграмм (осциллограмм). Спектр каждой полученной реализации рассчитывался в среде MATHCAD с использованием программы быстрого преобразования Фурье.
Рисунок 1. Схема расположения датчиков вибрации на элементах верхнего строения пути со скреплением типа «FOSSLO»
В дальнейшем результаты измерений анализировались в лабораторных условиях, в частности проводился статистический анализ характеристик виброграмм и их спектров с целью изучения степени идентичности проведенных измерений при каждом варианте МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ _____________________________________________________________________________
192
возбуждения колебаний. Статистический анализ экспериментальных данных позволил выявить высокую степень сходимости результатов измерений при каждом используемом варианте возбуждения колебаний. На
основании статистического анализа экспериментальных данных вполне можно делать аналитические выводы о характере колебаний каждого исследуемого элемента верхнего строения пути. Анализ виброграмм и их графиков спектральной плотности дисперсии, полученных для различных элементов верхнего строения пути со скреплением типа «FOSSLO», дал следующие результаты. Колебания на наружной ветви упругой клеммы с внешней и внутренней стороны рельсаскрепления типа «Fosslo» идентичны по виду и характеру. При этом форма импульса близка к классической экспоненциально затухающей синусоиде. На всех полученных спектрограммах хорошо прослеживаются частоты в диапазоне 1 до 1000 Гц. В спектрах виброграмм регистрируются пять амплитудных выбросов со значением спектральной плотности больше единицы на частотах 40, 77, 156, 751, 805 Гц (рисунок 2).
Рисунок 2. Виброграмма (а) и спектрограмма (б) отклика на ударное воздействие на наружной ветви упругой клеммы с внешней (внутренней) стороны рельса скрепления типа «Fosslo»
В спектрах виброграмм со скреплением типа «Fosslo», полученных на конце шпалы прослеживаются четко выраженные амплитудные выбросы на частотах 41, 77, 269 Гц (рисунок 3).
МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ _____________________________________________________________________________
193
Рисунок 3. Виброграмма (а) и спектрограмма (б) отклика на ударное воздействие на конце шпалы для скрепления типа «Fosslo» (первый спектральный максимум на частоте 41 Гц, второй на частоте 77 Гц, третий на частоте 269 Гц)
Форма импульса зарегистрированного на середине железобетонной шпалы типа «Fosslo» близка к классической экспоненциально затухающей синусоиде. В спектрах виброграмм полученных на середине шпалы регистрируются два практически равнозначных спектральных максимума на частотах 40 и 81 Гц (рисунок 4).
Рисунок 4. Виброграмма и спектрограмма отклика на ударное воздействие на середине шпалы для скрепления типа «Fosslo» (первый спектральныймаксимум на частоте 40 Гц, второй на частоте 81 Гц) МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ _____________________________________________________________________________
194
Колебания на середине и конце железобетонной шпалы для исследуемого скрепления типа «Fosslo» отличаются по своему характеру. Максимальные амплитудные отклонения на первой моде для всех равнозначных реализаций на конце шпалы в 2.5 раза больше чем на середине шпалы (рисунок 3, 4), что вполне соответствует теоретическим предпосылкам, изложенным в [4]. Максимальные амплитудные отклонения на второй моде для всех равнозначных реализаций на конце и середине шпалы практически равны между собой. Отсутствие амплитудного выброса на частоте 269 Гц, соответствующего более высокому номеру изгибной моды колебаний на середине шпалы (рисунок 4), объясняется большей площадью контакта центральной части шпалы с балластным основанием по сравнению с площадью контакта конца шпалы. Колебания, регистрируемые на балластном основании, для скрепления типа «Fosslo», имеют ярко выраженный характер – на всех полученных спектрограммах хорошо прослеживаются частоты в диапазоне 1-400 Гц с основными спектральными максимумами на частотах 44, 81 Гц (рисунок 5).
Рисунок 5. Виброграмма и спектрограмма отклика на ударное воздействие зарегистрированная на балластном основании из щебня (первый спектральный максимум на частоте 44 Гц, второй на частоте 81 Гц)
На основании полученных результатов исследований колебаний элементов верхнего строения пути со скреплением типа «Fosslo» можно сделать следующие жүктеу/скачать 8,29 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|