№ 1-2 (2025)

Баженовское месторождение хризотил-асбеста, расположенное в Свердловской области, является богатейшим в мире по запасам, уникальным по широте набора волокна по длине и прочности, без вредных для здоровья человека волокон крокидолита, тремолита. Трудно переоценить значение его открытия для экономики региона и для промышленности. Открытию Баженовского месторождения обязан своим появлением не только город Асбест, возникший рядом с карьером, но и многие предприятия промышленности строительных материалов и асбестотехнических изделий.

Обозначена проблема, скрытая внутри расчета сжатых железобетонных колонн в соответствии с требованиями СП 63.13330.2018 «СНиП 52-01–2003 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения» в части вычисления условной критической силы. Несмотря на то что бетон, входящий в состав железобетона, – это упруговязкопластический строительный материал, у которого возникает физическая нелинейность и нелинейная ползучесть уже при малых уровнях загружения (приблизительно от 20% призменной прочности бетона), в основе расчета сжатых колонн лежат постулаты и формулы, применимые к абсолютно упругим стержням, которые под нагрузкой работают по закону Гука. Выявлено, что условная критическая сила, применяемая для железобетонных колонн, является критической силой Эйлера, предназначенной для расчета стержней из абсолютно упругого материала на устойчивость при продольном изгибе, о чем свидетельствует решение задачи об устойчивости упругого стержня, шарнирно опертого по концам, загруженного продольной сжимающей силой. Данное решение находится в основе расчета железобетонных колонн на устойчивость. Выведены формулы, с помощью которых при расчете колонн по недеформированной схеме учитывается влияние прогиба на их несущую способность. Показано, каким образом учитывается эксцентриситет продольной силы, приложенной к колонне, и приведены допущения, которые при этом применяются. Выявлено, что при определении условной критической силы согласно СП 63.13330.2018 диаграмма «напряжение–деформация», нормируемая СП 159.1325800.2014 «Сталежелезобетонные пролетные строения автодорожных мостов. Правила расчета», не учитывается. Данные положения подтверждают необходимость дальнейшего исследования обозначенной проблемы.

Одной из тенденций современного строительства является использование высокодисперсных добавок с целью получения бетона со сверхвысокими эксплуатационными характеристиками (Ultra-High Performance Concrete) как по прочности, так и по долговечности, в особенности для объектов высотного строительства. Долговечность бетона определяется двумя основными параметрами – реакционной способностью компонентов цементного камня по отношению к агрессивной среде и проницаемостью для агрессивной среды. В статье рассмотрено применение тонкодисперсного карбоната кальция как добавки, повышающей долговечность бетона в целом и сульфатостойкость в частности. Механизм действия карбоната кальция основан на сочетании эффекта микронаполнителя и химического взаимодействия с минералами портландцемента. Карбонат кальция взаимодействует с продуктами гидратации трехкальциевого алюмината, уменьшая количество C₃A, доступного для взаимодействия с гипсом с последующим образованием основного деструктора при воздействии сульфатов – эттрингита. Карбонат кальция при больших дозировках снижает прочность бетона. Для устранения этого негативного эффекта предложено использовать наноразмерный карбонат кальция наряду с уже достаточно широко применяющимся микроразмерным СаСО₃. Применение наноразмерного карбоната кальция повышает суммарную реакционную емкость вводимой добавки, позволяя при этом уменьшить ее общее количество и таким образом не допустить снижения прочности бетона при существенном повышении его сульфатостойкости. Наноразмерный карбонат кальция уплотняет зону межфазного взаимодействия на границе «цементная матрица – заполнитель», образуя с мономинералами цемента комплексные соединения, что подтверждается данными физико-химических исследований. Для большего повышения долговечности бетона предложено совместное применение тонкодисперсного карбоната кальция с микрокремнеземом с целью связывания свободной извести в низкоосновные гидросиликаты кальция.

Одним из ключевых преимуществ сверхвысокопрочных фибробетонов (СВФБ) является высокая прочность при осевом растяжении и пластический характер разрушения, который отличается от рядовых фибробетонов наличием зоны деформационного упрочнения, характеризующейся образованием множества равномерно распределенных трещин и увеличением растягивающего напряжения после начала трещинообразования. В статье представлены результаты испытаний образцов СВФБ с различным видом и объемным содержанием стальной фибры на осевое растяжение. В качестве дисперсного армирования была использована стальная латунированная волновая фибра с соотношением длины к диаметру 15/0,3 и 22/0,3 мм и прямая с соотношением 13/0,2 мм. Объемное содержание фибры составляло от 1 до 3%. Установлено, что вид и концентрация фибры практически не влияют на напряжение трещинообразования. Максимальное растягивающее напряжение и энергия разрушения фибробетонов линейно увеличиваются при увеличении значения фактора фибры, учитывающего как объемное содержание, так и геометрические размеры отдельных волокон. При равных значениях фактора фибры составы с волновой и прямой фиброй воспринимают одинаковое напряжение, при этом энергия разрушения выше у образцов, армированных фиброй волнового профиля. По экспериментальным данным было получено уравнение для расчета минимально необходимого объема стальной фибры с заданными геометрическими размерами, при котором обеспечивается деформационное упрочнение при осевом растяжении.

В современных архитектурно-дизайнерских решениях формирования облика зданий продолжает набирать популярность наружная отделка фасадов из мелкозернистого бетона (МЗБ) на основе композиционных гипсовых вяжущих (КГВ) взамен традиционно применяемого портландцемента. Данные материалы обладают значительными преимуществами в регулировании сроков схватывания и скорости твердения. При этом необходимо, чтобы МЗБ на основе КГВ обеспечивали повышенную прочность, водостойкость и морозостойкость, а их поверхность обладала водоотталкивающими (гидрофобными) свойствами. В статье представлены результаты экспериментальных исследований физико-механических характеристик разработанных мелкозернистых бетонов на основе композиционных гипсовых вяжущих с минеральной добавкой высокоактивного метакаолина ВМК-45 и комплексом органических добавок – СП Melflux 1641F + РПП Vinnapas 8034H. Результаты выполненных исследований позволяют утверждать, что разработанный водостойкий и морозостойкий МЗБ на основе КГВ класса В22,5 с гидрофобной поверхностью можно использовать для наружной отделки фасадов зданий и сооружений. Водоотталкивающие свойства поверхности затвердевшего МЗБ проявляются в основном за счет применения комплекса химических добавок, принцип действия которых основан на совокупности электростатического и стерического эффекта отталкивания, достигаемого с помощью боковых гидрофобных полиэфирных цепей молекул, создавая защитную гидрофобную пленку.

Для оценки эффективности механоактивации минерального порошка, применяемого в качестве минеральной добавки для управления структурообразованием строительных материалов, предлагается использовать две характеристики: соотношение коэффициентов активности поверхности и степени изменения поверхностных свойств k_a/k_s и фрактальную размерность поверхности D_s. Предлагаемый математический алгоритм позволяет охарактеризовать дисперсные системы по изменению энергетических свойств поверхности частиц, непосредственно участвующих в процессе, а также рассчитать фрактальную размерность поверхности, образованной в результате помола. Данные параметры удобно использовать в качестве критериев эффективности активационных явлений, сопровождающих механический размол материала. Проверка адекватности предлагаемой модели проводилась на высокодисперсных порошках кварцевого песка и сапонитсодержащего материала, выделенного из суспензии оборотной воды процесса обогащения кимберлитовых руд. Показано, что для сырьевых материалов исследуемых систем 30-минутная продолжительность механического диспергирования на планетарной шаровой мельнице приводит к значительному изменению свойств поверхности вещества, а фрактальная размерность составила для кварцевого песка 2,36 и для сапонитсодержащего материала 2,46. Показано также, что традиционно используемые критерии оценки эффективности механического размола сырьевого материала по величине удельной поверхности, размерным параметрам частиц являются важными, но недостаточными. Разработанная модель механоактивации, использующая различные константы обрабатываемого вещества, устанавливает взаимосвязь не только между общим количеством разорванных в процессе обработки связей и количеством связей, изменяющих поверхностные свойства (соотношение коэффициентов k_a/k_s), но и учитывает изменение геометрических характеристик поверхности.

Выполненные исследования и анализ зарубежного опыта показали, что наиболее эффективным методом борьбы с налипанием горных пород на рабочие поверхности является их футеровка противоналипающими и легкозаменяемыми полимерными пластинами. Так, на фабрике окомкования AO «Михайловский ГОК им. А.В. Варичева» в результате выполненных исследований была принята классификация ППФП, а именно: ППФП ВД (высокого давления) ОИ (обычного исполнения); ППФП НД (низкого давления) ОИ (обычного исполнения); ППФП ПИУ (повышенной износостойкости и ударопрочности); ППФП ВИУ (высокой износостойкости и ударопрочности). В последние 35 лет на российском рынке рекомендуются для различных целей листовые материалы: ПВД, ПНД, ПП, ППФП-АСТИКИ, ППЛ-ЭИ, ППЛ-УИ(CBM), Supralen 1000, Tivar 1000, ВМПЭ 500, СВМПЭ 1000, СВМПЭ 9000, РЕ 500, РЕ 1000, РЕ 9000, lnkulen 100, 500, 1000, 9000. Для правильного подбора таких материалов к конкретным горно-геологическим и горнотехническим условиям эксплуатации различного технологического оборудования рекомендуются апробированные методики, позволяющие произвести подбор ППФП (листов) в зависимости от крепости горных пород по шкале проф. М.М. Протодьяконова и определить оптимальную толщину листа для различных условий эксплуатации оборудования. Положительный опыт по борьбе с налипанием тонкоизмельченного железорудного концентрата и сырьевых материалов на рабочие поверхности технологического оборудования фабрики окомкования AO «Михайловский ГОК им. А.В. Варичева» рекомендуется к широкому внедрению как на родственных предприятиях Курской магнитной аномалии, так и на аналогичных предприятиях других отраслей горнодобывающей и перерабатывающей промышленности.

Актуальность проблемы переработки полимерных отходов возрастает с каждым годом. Перспективно использование термопластичных отходов в качестве связующих в полимерминеральных композициях для производства мелкоштучных строительных изделий, таких как тротуарная плитка, бордюры, ограничители парковки, элементы садово-паркового дизайна и т. п. Технические требования к составам полимерминеральных композиций, свойствам изделий из них, методам испытаний не регламентированы. Одной из наиболее информативных характеристик являются статические одноосные испытания на сжатие. Необходимо накопление статистики по прочностным испытаниям композитов на основе вторичных термопластов и выработка математических закономерностей влияния размера образцов, в первую очередь их толщины, на прочностные свойства. Поэтому работа нацелена на совершенствование методических аспектов оценки прочности при сжатии полимерминеральных образцов на основе термопластичных матриц. Для изготовления образцов использовались измельченные полимерные отходы полиэтилентерефталата и полипропилена, добавка-совместитель этиленвинилацетат, известняковая мука. Образцы различной толщины изготавливались прессованием из горячих смесей, затем определялась их прочность при сжатии. В результате предложен дифференцированный подход к геометрии образцов с учетом особенностей их изготовления и сложностью получения образцов строго одинаковой толщины. Получена линейная базовая зависимость прочности от толщины образца, предложена методика пересчета прочности при сжатии с экспериментальной толщины образца на контрольную. Предложено за контрольную принять толщину образца 4 см, по аналогии с действующими стандартами на цементные композиты. Используя базовую зависимость и предложенную методику пересчета, можно проектировать рецептуры композиций с применением различных порошкообразных минеральных наполнителей (степень наполнения более 50 мас. %) и термопластичных отходов, сочетая в композициях жесткий термопласт полиэтилентерефталат и полиолефины.

Рассмотрена технология получения неокисленного битума путем двойного крекинга нефтяного остатка, такого как гудрон, мазут. Обоснованы целые показатели неокисленного дорожного битума путем сравнительного анализа с существующими в промышленности технологиями получения нефтяного дорожного битума (БНД) в соответствии с ГОСТ 33133–2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические требования». Сделан вывод о важности сохранения молекулярной структуры битума в процентном соотношении таких компонентов, как асфальтены, мальтены. Выявлено, что молекулярная структура окисленного и компаундированного битумов нестабильна из-за разных размеров асфальтенов, что снижает их технические характеристики. Рассмотрены модифицированные битумы с полимерными добавками и проведен сравнительный анализ с неокисленным битумом; сделаны выводы, что модификаторы только поддерживают нарушенную структуру битума, что ведет к непродолжительному сроку службы дорожного полотна. Изложены детально этапы процесса двойного крекинга. Рассмотрен материальный баланс технологии двойного крекинга и требования к неокисленному битуму на выходе в соответствии с ГОСТ 33133–2014. Рассчитан социально-экономический эффект от внедрения технологии получения неокисленного битума в дорожную отрасль. Представлен генеральный план и визуализация промышленной установки УПБН-50, расположенной на базе ГУП «ДСУ-3».