« Федеральное агентство по образованию Администрация Волгоградской области ...»

Глинообразующие минералы, определяющие основные свойства глин, представляют собой в основном гидросиликаты алюминия, содержащие кремнезем и оксиды железа, а также сульфаты, карбонаты и растворимые в воде соли различных металлов.

По данным рентгенофазового анализа (рис.1) глинистая составляющая представлена: каолинитом (d/n, – 7,225; 4,461; 4,201; 3,583; 2,567; 2,353; 2,249; 2,132; 2,045; 2,00; 1,922; 1,870; 1,782; 1,675), иллитом (d/n, – 10,0; 3,013; 2,398; 1,723; 1,658), монтмориллонитом (d/n, –16,37;5,011; 3,192), оксиды железа – гематитом (d/n, – 3,708; 2,694; 2,522; 2,214); кварцем (d/n, – 4,270; 3,351; 2,462; 2,2874 1,822).

Рис. 1. Рентгенофазовый анализ исходной пробы глин

Возможности широкого использования шлама металлургических и металлообрабатывающих производств в технологиях строительной керамики определяется его химическим и фазовым составом, наличием примесей. На металлургических и металлообрабатывающих заводах Волгоградской области скопилось значительное количество техногенных отходов-шлама, ежегодный объем на ГПЗ – 15 г. Волжского составляет более 2 тыс. т. в год.

Шлам представляет собой влажную текущую массу. Шлам представляет собой смесь, полученную в результате опиловки и шлифования деталей подшипников качения, обкатки и доводки шаров и других операция. Внешний вид шламов из общезаводского шламоотстойника зависит от места отбора и может меняться, от влажной сыпучей, до связанной массы.

По данным заводских лабораторий подшипниковый шлам содержит до 30-50 % металла от общего объема. Металлическая часть шлама состоит из не окисленной стали ШХ 15. Сталь представлена в виде микростружки с сильно развитой поверхностью. По данным химического анализа со­держание металла в виде окислов железа составляет до 70 %, 10 % неметаллических фракций (продуктов разрушения абразивного инструмента при шлифовании) и 20 % смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ). Более 10 – 15 % объема шлама — конгломераты, которые пред­ставляют собой окисленные металлические и неметаллические частицы, сцементированные СОЖ.

Внешний вид частиц шлама исследовали с помощью микроскопа МБС при увеличении в 20 и 50 раз, а их размеры определяли на микроскопе МИМ-8М. Помимо стружки в шламах встречаются частицы абразива с размером 70-200 мкм, осколочные частицы металла связаны металлическими волокнами диаметром до 470-530 мкм. Стружковые отходы в составе шлама являются существенных ограничением использования шламов в технологии строительной керамики. Поэтому они требуют измельчения в порошок, или, что еще экономически и экологически целесообразно, удаляются из шлама магнитной сепарацией.

Лабораторные исследования показали, что шлам в исходном состоянии хорошо смешивается с замоченной глиной. При этом содержание шлама в смеси можно доводить до 50 % и выше. Введение техногенного сырья (шлама стали ШХ 15) повышает коэффициент вспучивания глин при производстве материалов пористой структуры.

Хроматографический анализ отходящих газов при высокотемпературной обработке шлама показал (хроматограф Цвет 500, детектор по теплопроводности), что при нагревании до 800-9000С и выше органическая составляющая СОЖ подвергается конверсии водяным паром или кислородом. В результате образуется парогазовая смесь, состоящая из водорода, окиси углерода, двуокиси углерода и паров остаточной влаги. Создание же пористой структуры материала достигается вспучиванием размягченного при термической обработке глинистого сырья выделяющимися газами CO, CO2, H2O, N2, O2, H2, CH4, которые как отмечалось, образуются и при нагревании шлама стали ЩХ 15 с преобладанием первых трех.

Проведенный технико-экономический анализ подтверждает эффективность использования шлама в производстве строительной поризованной керамики.

Библиографический список:

1. С.Г. Васильев, С.П. Онацкий, М.П. Элизон Искусственные пористые заполнители и легкие бетоны на их основе: Справ. пособие; под. ред Ю.П. Горлова. - М.: Стройиздат, 1987 - 304с

2. Химическая технология керамики и огнеупоров / Под ред. Будникова П.П., Полубояринова Д.Н. – М.: Стройизд, 1972. – 552с.

3. В.К. Канаев. Новая технология строительной керамики. - М.: Стройиздат, 1990. - 264с.

4. А.И. Августиник Керамика. - Л.: Стройиздат, 1975. - 592с.

ПОВЫШЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ВСПУЧИВАНИЯ ГЛИНИСТОГО СЫРЬЯ ПУТЁМ ВВЕДЕНИЯ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ И ОРГАНИЧЕСКИХ ДОБАВОК

Крутилин А.А., Акчурин Т.К.

Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет

Строительный керамический кирпич является самым распространённым стеновым материалом, позволяющим экономить дефицитные металлы, цемент, а также транспортные средства. В общем балансе производства и применения стеновых материалов керамический кирпич занимает более 30%. Кирпич, накапливая солнечную энергию, медленно и равномерно отдает тепло, что защищает от чрезмерного нагревания летом и сохраняет тепло зимой. Кирпичная стена «дышит», пропуская испарения сквозь свою толщу. В результате в помещениях поддерживается уровень равновесной влажности

В данный момент в производстве строительного керамического кирпича сосредоточено внимание на совершенствовании технологии, улучшении качества выпускаемой продукции и расширении ассортимента. Предпочтение отдается выпуску эффективной пустотелой продукции, которая должна постепенно заменять традиционный полнотелый кирпич. Это позволит не только экономить сырьё, но и уменьшать толщину и массу наружных стен без снижения их теплозащитных свойств, а также создавать облегчённые конструкции панелей для индустриализации строительства.

Производство эффективных изделий с увеличением размеров и уменьшением средней плотности до 1250-1350 кг/м3 и менее за счёт рациональной формы и увеличения количества пустот снизит расход материалов на 1м2 наружных стен на 20-30%. Применение в строительстве кирпича высоких марок в несущих конструкциях позволит уменьшить его расход на 15-30%.

Для производства керамического кирпича экономически целесообразно использовать легкоплавкие высоковспучивающиеся глинистые породы (коэффициент вспучивания 4). При использовании сырья с худшей способностью к вспучиванию объемный вес получаемого материала высок и значительна себестоимость продукции. Однако существуют способы повышения коэффициента вспучивания глинистого сырья путем введения добавок. В сырье с коэффициентом вспучивания менее 2 необходимо вводить органические и железосодержащие добавки.

В настоящее время на металлургических и металлообрабатывающих заводах Волгоградской области скопилось значительное количество техногенных отходов - шлама, только на ГПЗ – 15 г. Волжского их объем составляет более 2 тыс. т. в год. Возможности широкого использования шлама в различных технологиях определяются его химическим и фазовым составом, наличием примесей.

Шлам представляет собой влажную текущую массу. На общезаводском шламоотстойнике, образуется смесь шламов, полученных в результате опиловки и шлифования деталей подшипников качения, обкатки и доводки шаров и других операция. Нами исследовано, возможность использования шлама стали ШХ 15 в качестве добавки при производстве материала пористой структуры. Шлам стали ШХ 15содержит до 30-50% металлических составляющих, остальное приходится на СОЖ, масло и абразив, и может использоваться как корректирующая добавка, повышающая вспучиваемость глинистой шихты.

Лабораторные исследования показали, что шлам в исходном состоянии хорошо смешивается с замоченной глиной. При этом содержание шлама в смеси можно доводить до 50 % и выше. Введение техногенного сырья (шлама стали ШХ 15) повышает коэффициент вспучивания глин при производстве материалов пористой структуры.

Хроматографический анализ показал (хроматограф Цвет 500, детектор по теплопроводности), что при нагревании до 800-9000С и выше органическая составляющая СОЖ подвергается конверсии водяным паром или кислородом. В результате образуется парогазовая смесь, состоящая из водорода, окиси углерода, двуокиси углерода и паров остаточной влаги. Создание же пористой структуры керамики достигается вспучиванием размягченного при термической обработке глинистого сырья выделяющимися газами CO, CO2, H2O, N2, O2, H2, CH4, которые как отмечалось, образуются и при нагревании шлама стали ЩХ 15 с преобладанием первых трех.

Основным критерием при оценке пригодности сырья для производства поризованной керамики является его способность вспучиваться при обжиге, образуя материал со средней плотностью образцов 0,2…1,3 г/см3.

Данные средней плотности образцов после обжига в зависимости от содержания шлама в глинистой шихте приведены на рисунке 1.

Содержание шлама, % по объему от всей массы

Рис. 1 Средняя плотность образцов после обжига в зависимости от содержания шлама

Коэффициенты вспучивания в зависимости от содержания шлама приведены на рисунке 2.

Содержание шлама, % по объему от всей массы

Рис. 2 Коэффициенты вспучивания в зависимости от содержания шлама

Как видно из рисунка 2 максимальное вспучивание глинистой шихты происходит при добавлении шлама в количестве 3% по объему от всей массы.

Проведенные исследования показали экономическую эффективность использования шламовых отходов в производстве строительной керамики. Введение техногенного сырья (шламовых отходов) повышает коэффициент вспучивания глин при производстве материалов пористой структуры, дает возможность более равномерного обжига материала по объему, позволяет увеличить пористость керамического черепка при производстве легких керамических кирпичей, улучшить основные физико-механические свойства изделий из керамики, что расширит сырьевую базу для производства пористой строительной керамики различного назначения, а также снизит экологическую нагрузку на окружающую среду, вследствие утилизации техногенного сырья металлообрабатывающей промышленности.

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ХИМИЧЕСКОЙ СТОЙКОСТИ ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗИЦИИ ПРИ ДЕЙСТВИИ АГРЕССИВНЫХ СРЕД

Акчурин Т.К., Савосин А.В.

Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет

Для эффективной защиты строи­тельных конструкций и технологиче­ского оборудования на крупных объектах химической промышленности рекомендуется использовать полимерные компо­зиционные материалы, модифици­рованные специальными добавка­ми, повышающими их химическую стойкость. В качестве дисперсного наполнителя такие материалы могут со­держать крупнотоннажные полимерные отходы химической промышленности, минеральные отходы металлургии и машиностроения, химический со­став которых эффективен для защи­ты от коррозии. Это позволяет наря­ду с решением основной задачи защиты от коррозии значительно расширить сырьевую базу для произ­водства новых строительных мате­риалов, решать природоохранные и экологические вопросы.

Для повышения прочностных показателей в составы химически стойких композитов в работе предлага­ется вводить в качестве дисперсного армирующего материала отходы некоторых предприятий Нижне-Волжского региона. Территори­альное расположение Волжских механических, химических, металлургических заводов, наличие большого количества минеральных и полимерных отходов де­лают актуальным создание таких композитных материалов.

Химическая стойкость полимерной композиции (ПК) зависит от следующих факторов:

- стойкость связующего к воздейст­вию данной агрессивной среды;

- монолитность структуры ПК – отсутствие дефектов (опреде­ляется технологией и качеством изготовления);

- химическая стойкость наполнителя [1, 2].

Ис­пользование в расчетах долговечности полимерной композиции (ПК) коэффициентов химической стойкости, определенных по соотношению прочностей образцов при сжатии или при растяжении в течение времени, по мнению ряда авторов [3, 4, 5, 6] необосновано, поскольку эта величина является функцией параметров массопереноса, интенсивности реакции, размеров изделий, дли­тельности воздействия агрессивных сред и других факторов. Стойкость ПК в любой момент времени может быть количе­ственно охарактеризована скоростью разрушения химических связей и межмо­лекулярного взаимодействия или их ослаблением, а также влиянием на структуру вновь соз­данных связей. Очевидно, что это правомерно и для разрабатываемой полимерной (полимеррастворной) композиции на основе эпоксидосодерджащих отходов.

Снижение физической стойкости пропорционально относительному увеличению массосодержания, в ре­зультате чего применена формула, позволяющая определить снижение стойкости ПК (ПРК) в любой момент времени.

. (1)

Окончательное выражение, описывающее массоперенос в полимерной (полимеррастворной) композиции на основе эпоксидосодержащих отходов с учетом физического и химического воздействия среды имеет вид:

. (2)

Если kx = 0, т.е. не происходит химической реакции между полимерной композицией и агрессивной средой. С учетом (2) стойкость ПК (ПРК) в любой момент времени при физико-химическом действии агрессивной среды можно выразить:

. (3)

Уравнения (2) и (3) с большой точностью описывают процесс массопоглощения агрессивной жидкости и процессы снижения стойко­сти полимерной композиции под действием агрессивных сред. Данные уравнения при использо­вании найденных коэффициентов физического и химического действия среды, а также параметров массопереноса позволяют прогнозировать стойкость полимерной композиции на основе эпоксидосодержащих отходов в любой момент времени.

При изучении химического сопротивления материала важно не только определить коэффициент его химической стойкости, изменения массы и т.д., но и суметь, исходя из конкретных условий эксплуатации, рассчитать экономиче­ски целесообразный срок его службы. В связи с этим для прогнозирования дол­говечности полимерной (полимеррастворной) композиции в условиях действия агрессивных сред был определен для каждого используемого вида среды длительный коэффициент химической стойкости (табл. 1). Представленные в табл. 1 данные свидетельствуют о том, что полимерная композиция на основе эпоксидосодержащих отходов может обеспечить надежную эксплуатацию изделий в условиях воздействия данных агрессивных сред в течение, как минимум, 10 лет и являет­ся, таким образом, высококоррозионностойким материалом.

Таблица 1

Прогнозируемый коэффициент химической стойкости полимерной

(полимерастворной) на срок = 10 лет в различных агрессивных средах

Наименование среды
	По ГОСТ 25881-83	Расчетное значение	Расхождение, %
1	2	3	4
30 %-ный раствор серной кислоты	0,913	0,951	3,9
5 %-ный раствор фосфорной кислоты	0,902	0,941	4,2
3 %-ный раствор азотной кислоты	0,710	0,744	4,7
5 %-ный раствор соляной кислоты	0,706	0,801	11,8
36 %-ный раствор соляной кислоты	0,521	0,516	0,9
5 %-ный раствор уксусной кислоты	0,731	0,805	9,1
10 %-ный раствор молочной кислоты	0,923	0,950	2,6
10 %-ный раствор лимонной кислоты	0,800	0,880	9,6
25 %-ный водный раствор аммиака	0,724	0,801	7,1
10 %-ный раствор едкого натра	0,800	0,874	8,3
Трансформаторное масло	0,800	0,869	8,6
Ацетон	0,819	0,878	6,7
Насыщенный раствор хлорида натрия	0,931	0,954	2,7

Полученные прогнози­руемые глубины проникновения агрессивных сред, позволяют назначить вели­чину защитного слоя заполнителя.

Рис. 4 В насыщенном растворе хлорида натрия

Рис. 5 В 5 %-ного растворе соляной кислоты

Рис. 6 В 5 %-ного растворе фосфорной кислоты

Рис. 7 В 10 %-ного растворе едкого натра

Зависимость экспериментального значения глубины проникновения в полимерный (полимеррастворный) композит на основе эпоксидосодержащих отходов в различных агрессивных средах от времени экспонирования представлены на рисунках 4-7.

Известно [7, 8], что в начальные периоды выдержки в агрессивных сре­дах снижение стойкости, например, полимербетона, происходит за счет адсорбции его агрес­сивной среды. Данное снижение стойкости носит обратимый характер, и после высушивания образцов их прочность, как правило, восстанавливается. В этом случае можно говорить, что снижение стойкости происходит за счет физиче­ского воздействия среды. При больших сроках выдерживания в агрессивных средах снижение стойкости носит необратимый характер. Это снижение объяс­няется химическим воздействием агрессивной среды на полимерную композицию.

В связи с этим для описания стойкости полимерной композиции на основе эпоксидосодержащих отходов в агрессивных средах сделаны следующие предположения: в начальный период выдержки в агрессивных средах снижение стойко­сти ПК (ПРК) происходит только за счет физического воздействия агрессивной среды. При более длительных сроках выдержки снижение стойкости происхо­дит как за счет физического, так и за счет химического действия среды.

Библиографический список:

1. Грасси, Н. Химия процессов деструкции полимеров / Н. Грасси. – М. : Химия, 1959.

2. Гуль, В. Е. Структура и механические свойства полиме­ров / В. Е. Гуль, В. Н. Кулезнев. – М. : Высшая школа, 1966.

3. Борисов, Ю. М. Строительные материалы и изделия для особых условий эксплуатации на основе жидких каучуков : дис. … доктора техн. наук. – В., 2004.

4. Мощанский, Н. А. Конструктивные и химически стойкие полимербетоны / Н. А. Мощанский, В. В. Патуроев. – М. : Стройиздат, 1970.

5. Соломатов, В. И. Структурообразование и технология полимеров / В. И. Соломатов // Строительные материалы, – 1970, – № 9.

6. Соломатов, В. И., Маслаков А. Д. Оценка химической стойкости полимер­бетонов и конструкций из них / В. И. Соломатов, А. Д. Маслаков // В сб. «Применение полимерных смол в бетон­ных и железобетонных конструкциях». – Вильнюс, 1971.

7. Емельянов, А. В. Методика определения коэффициента диффузии реаги­рующего компонента раствора в случае протекания гетерогенной реакции в диффузионной области / А. В. Емельянов // Физическая химия, Т.З, 1975.

8. Заиков, Г. Е. Химическая стойкость полимеров в агрес­сивных жидких средах

/ Г. Е. Заиков, Ю. В. Моисеев // Пластические массы, – 1972. – № 11.

ЗАВИСИМОСТЬ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПОТЕРЬ ОТ РАЗЛИЧНЫХ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Торгашина С.Н.

Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет

На рубеже нового тысячелетия проблема рационального использования национальных ресурсов становится определяющей для стабилизации экономики и жизнеобеспечения. Вот почему крайне необходима консолидация усилий по разработке и внедрению эффективных механизмов энергоресурсосбережения.

В ряду возобновляемых источников энергии именно солнечная представляет особый интерес для энергохозяйства (солнечное теплоснабжение; солнечные холодильные, кондиционирующие и теплонасосные системы). Создание надежного и дешевого, массового солнечного коллектора обусловит развитие практического использования солнечной энергетики в ближайшее время.

При проектировании и расчете систем, использующих солнечную энергию, необходимо определить эффективность работы системы солнечного теплоснабжения с наивысшим КПД. Это можно достичь на основе анализа зависимости коэффициента теплопотерь от различных теплотехничесих характеристик, (1).

(1)

где N - число стеклянных покрытий, шт

- средняя температура поглощающей пластины, К

Та - температура окружающей среды, К

f = (1.0 - 0,04 d + 5·10-4 )(1 + 0.058 N )

= 5,7 + 3,8 V, V - скорость среды над покрытием, м/с

р = (0,9-0,95) - степень черноты пластины,

g = 0,88 - степень черноты стекла (покрытия)

= n С0 10-8 - коэффициент лучеиспускания, Вт / м2К

Ub=k/L, где k-коэффициент теплопроводности; L- толщина изоляции.

Например, в варианте, представленном на рис.1приведены результаты расчетов тепловых потерь коллекторов с одним и двумя покрытиями для селективной и неселективной поверхности поглощающей пластины. Для каждого варианта указаны значения температур покрытия, а также величины конвективных и радиационных тепловых потерь. Отметим, что в случае неселективной поверхности основной вклад в теплообмен между пластинами вносит излучение. В случае селективной поверхности со степенью черноты 0,1между селективной поверхностью и покрытием преобладает, наоборот, конвективный перенос тепла, однако между двумя стеклянными покрытиями в коллекторе с двухстекольным покрытием по-прежнему доминирует перенос тепла излучением.

Рис 1. Распределение температуры и составляющие тепловых потерь плоских коллекторов через верхнюю поверхность при следующих условиях: средняя температура пластины 100° С, температура окружающей среды и небосвода 10° С, расстояние между пластинами 2,5 см, угол наклона 45°, скорость ветра 5 м/с.

а - одно покрытие, степень черноты пластины 0,95.Ut= 8,1 Вт/(м2- град);

б - одно покрытие, степень черноты пластины 0,1. Ut =. 4,ОВт/(м2-град);

в - два покрытия, степень черноты пластины 0,95, Ut = 4,3 Вт/(м2 • град);

г - два покрытия, степень черноты пластины 0,1. Ut = 2,5 Вт/(м2 • град).

При скорости ветра 5 м/с потери тепла с поверхности стекла в окружающую среду путем конвекции, как правило, примерно в 5 раз превышают потери тепла излучением. Поскольку величина скорости ветра 5 м/с близка к среднему значению для большей части территории РФ, это соотношение тепловых потерь в окружающую среду по существу соответствует средним условиям.

Как видно из формулы (1), расчет коэффициента потерь через нижнию изоляцию является довольно трудоемким процессом. Чтобы упростить расчет, были построены графики изменения величины этого коэффициента для одного, двух и трех стеклянных покрытий, расположенных на расстоянии 2,5 см друг от друга, при температурах окружающей среды Та, равных 40, 10 и -20 °С, скорости ветра над коллектором 0, 5 и 10 м/с, значениях степени черноты поверхности пластины р, равной 0,95, в диапазоне изменения температуры пластины от 10 до 130°С. Эти графики представлены на рис.2.

Рис.2. Коэффициент потерь коллектора.

а) скорость ветра 0 м/с, б) скорость ветра 5 м\с, в) скорость ветра 10 м/с.

Необычный характер изменения кривых при температурах окружающей среды ниже 40° С объясняется тем, что при снижении температуры пластины до 40° С и менее градиент температуры изменяет направление на противоположное и конвекция между пластинами прекращается. При этом механизм теплообмена (фактически, увеличения полезного тепла) будет определяться излучением и теплопроводностью, а не излучением и конвекцией. Поскольку термическое сопротивление за счет теплопроводности не зависит от уровня температур или их разности (если пренебречь изменением коэффициента теплопроводности), то происходит резкое изменение крутизны кривых.

Несмотря на то, что представленные на рис.2 значения коэффициента потерь Ut относятся к расстоянию между пластинами 2,5 см, их практически можно использовать и для других расстояний между пластинами. Действительно, коэффициент конвективного теплообмена в случае параллельных пластин пропорционален расстоянию между ними в степени (3 n — 1), где n — показатель степени в уравнении 2, зависящий от угла наклона. Этот показатель близок к 1/3, т.е. к значению, полностью исключающему зависимость h от расстояния между пластинами. Следовательно, зависимость Ut от расстояния между пластинами очень мала.

Для воздуха рекомендуются следующие зависимости, уравнение 2.

горизонтальные пластины, тепловой поток направлен вверх,

104< Сг< 107

Nu=0,152 (Сг)0,281,

пластины, наклоненные под углом 450, тепловой поток направлен вверх,

104< Сг< 107

Nu=0,093 (Сг)0,31,

вертикальные пластины,

1,5*104< Сг< 1,5*107

Nu=0,062 (Сг)0,327,

Nu=(L/k)/(1/h) (3)

где L- расстояние между пластинами

k- коэффициент теплопроводности

h- коэффициент теплообмена

Nu – число Нуссельта, Сг-число Грасгофа, рис.3

Рис.3. Число Нуссельта в зависимости от числа Грасгофа для свободной конвекции между параллельными пластинами. Направление теплового потока: 1-вверх, 2—под углом 450 вверх, 3- горизонтальное, 4- под углом 450 вниз, 5- вниз.

Несколько более существенной переменной является наклон коллектора к горизонту S. Данные, представленные на рис.2, относятся к коллектору с углом наклона 45°.На рис.4. приведена зависимость отношения коэффициента потерь Ut при любом значении наклона S к Ut от угла наклона S.

Рис.4. Зависимость коэффициента потерь через верхнюю поверхность коллектора от угла наклона к горизонту.

Для более полного понимания последующего математического описания рассмотрим градиенты температуры, типичные для солнечного коллектора, показанного на рис.5

Рис.5. Солнечный коллектор типа лист-труба.

1- верхний гидравлический коллектор, 2- нижний гидравлический коллектор, 3-трубы, расположенные на расстоянии W, 4-поглощающая пластина, 5- соединение, 6- труба в масштабе, 7-изоляция.

На рис.6изображена область между двумя трубами. Часть солнечной энергии, поглощаемой пластиной, передается по пластине в направлении к стенке трубы путем теплопроводности. Таким образом, температура коллектора между трубами будет выше, чем около труб. Температура пластины на участках, расположенных над трубами, будет почти постоянной благодаря выравнивающему влиянию трубы и металла сварного шва.

Рис.6. Конструкция коллектора типа лист-труба.

Под действием тепла, сообщаемого жидкости, она нагревается, и в ней возникает градиент температуры в направлении течения. Поскольку на любом участке коллектора общий уровень температуры определяется уровнем местной температуры жидкости, пространственная картина температурного поля будет выглядеть подобно показанной на рис 6, б. На рис. 6, в представлено распределение температуры в направлении оси х при любом значении у и в направлении оси у при любом значении х соответственно.

На рис. 7 показан график зависимости температуры воды на выходе из коллектора Ту, от расстояния W между трубами коллектора.

Рис. 7. График зависимости температуры воды на выходе из коллектора Ту, от расстояния W между трубами коллектора.

Анализ этого графика позволяет сделать вывод о несущественном влиянии расстояния между трубами коллектора на температуру воды на выходе из коллектора, а значит и на эффективность работы коллектора.

Влияние большого количества тепловых параметров на работу плоских солнечных коллекторов заставляет акцентировать внимание на исследование процессов в системе излучение - теплоноситель, в которых, немаловажную роль играют конструкция и технология изготовления отдельных элементов в системе теплоснабжения.

При описании картины, представленной в статье, можно сделать ряд основных упрощающих допущений, не искажая физической сущности процесса. Эти важные допущения следующие:

1.Режим работы стационарный.

2.Рассматривается конструкция типа лист — труба.

3.Гидравлические коллекторы обеспечивают равномерное распределение теплоносителя по трубам.

4.Поглощение солнечной энергии покрытиями не влияет на потери коллектора.

5.Тепловой поток через покрытия является одномерным.

6.Перепадом температур по толщине покрытия можно пренебречь.

7.Тепловой поток через теплоизоляцию нижней стенки является одномерным.

8.Градиентами температур по периметру труб можно пренебречь.

9.Градиенты температур в направлении потока и между трубами могут рассматриваться независимо друг от друга.

10.Свойства материалов не зависят от температуры.

11.Потери через верхнюю и нижнюю стенки коллектора происходят в окружающую среду, имеющую постоянную температуру.

12.Запыление и загрязнение коллектора не учитываются.

Детальное исследование солнечного коллектора представляет весьма сложную задачу. К счастью, сравнительно простой анализ дает очень полезные результаты. В процессе такого анализа будут выявлены наиболее существенные переменные, а также взаимосвязь этих переменных и их влияние на режим работы солнечного коллектора.

Библиографический список:

1.Дж.А.Даффи,У.А.Бекман. Тепловые процессы с использованием солнечной энергии. М.,1977.

2.С.Н. Торгашина. Определение условий оптимизации консруктивно-технологических параметров солнечных коллекторов систем теплоснабжения для нужд горячего водоснабжения. Волгоград.2006.

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА СМЕШИВАНИЯ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ СТРОИТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Волченко Е.Ю., Надеева И.В., Акчурин Т.К.

Волжский институт строительства и технологий (филиал) Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета

Разработка новых композиционных материалов с улучшенными физико-механическими свойствами вызывает необходимость детального исследования однородности композита на стадии формообразования, в частности смешивания.

Можно рассмотреть несколько методов определения количества компонентов в композиционных смесях, основанных на различиях в физико-химических свойствах компонентов композита:

1. Метод химического анализа, основанный на различиях в химических составах компонентов.

2. Метод подмешивающего компонента, когда в исследуемый состав перед смешением добавляют посторонний компонент резко отличный от компонентов по каким-либо свойствам (например, магнитным), и по количеству этого компонента судят о качестве смешивания.

3. Метод, основанный на различии в значениях плотностей компонентов композиционного материала.

Существующие методы оценки однородности распределения элементов либо фаз системы, как правило, не учитывают области их распределения. Однако эта характеристика тесно связана с объемом материала, в пределах которого она оценивается. Определение однородности (коэффициента вариации) в конкретном объеме (область оценки однородности) с учетом того, что эта область должна быть всегда больше самого крупного компонента системы, дает возможность устанавливать зависимость межу однородностью и свойствами композиционного материала.

Разработана методика, основанная на вычислении среднеквадратичного отклонения интенсивности вторичного излучения и построении топографии однородности распределения элемента (компонента).

Определяется среднеквадратичное отклонение значений интенсивностей вторичного излучения элемента, входящего в состав композита, получаемых посредством исследования образцов на установке микроанализатор МАР-2. При этом интенсивность излучения прямо пропорциональна количественному содержанию элемента в точке бомбардировки электронами. Следовательно, среднеквадратичное отклонение интенсивностей будет пропорционально отклонению от равномерного распределения массы элемента, по всему объёму смеси. Таким образом: можно численно выразить и дать количественную оценку однородности распределения и качеству смешивания. При этом увеличение коэффициента среднеквадратичного отклонения будет указывать на снижение качества смешивания.

Применение микрорентгеноспектрального анализа позволяет, с одной стороны, определять химический состав области исследования (а по нему и однородность), а, с другой – дефокусировкой электронного пучка в пределах 5-200 мкм экспрессно и с большой точностью изменять размер анализируемой области.

Для анализа использовались эмпирические данные вторичного излучения компонента композиционного материала.. Поскольку величина интенсивности излучения исследуемого компонента прямо пропорциональна его количественному содержанию в исследуемой области, то проанализировав данные об интенсивностях, можно судить о его общем распределении по объему смеси (т.е. однородности распределения массовой доли).

При абсолютно равномерном распределении, значения интенсивности (количественное содержание компонента) во всех точках измерения, должны иметь одинаковое значение. Математически это можно записать в следующем виде: (Hi-Hср)=0, где Hi- это i-е значение интенсивности излучения, Hср – среднее арифметическое.

При реальном смешивании таких результатов достигнуть практически не возможно, т.к. на процесс смешивания воздействует множество случайных факторов.

Поэтому критерием однородности может служить значение среднеквадратичного отклонения, которое будет отражать степень отклонения от эталонного распределения компонента. И целью улучшения смешивания будет являться, уменьшение этого коэффициента.

В результате проведения микрорентгеноспектрального анализа нами получены N значений интенсивности излучения компонента из N точек зондирования исследуемой поверхности.

В дальнейшем значение интенсивности будет рассматриваться как дискретная случайная величина.

Рассмотрим последовательность обработки данных:

1.Необходимо выявить наибольшее Xmax и наименьшее Xmin значения интенсивности и определить ширину интервалов группирования X по формуле:

X = (Xmax - Xmin ) / 1+ 3,2*lg N,

где N — общее число наблюдений

2.Подсчитываются частоты попадания случайной величины интенсивности X в интервале группирования. Выбирается начальное Xн и конечное Xк значения величины, которые берутся ближе к целочисленному Xmax и Xmin.

3.Определяются количество интенсивностей попавших в интервалы и середины этих интервалов.

2.Вычисляем математическое ожидание a по формуле:

a = 1 / N* Xi * ni,

где i=1

r – количество интервалов;

N – общее число наблюдений;

Xi – середины интервалов;

ni – частота попадания в интервалы.

3. Рассчитываем среднеквадратичное отклонение по формуле:

________________________

= 1 / (N - 1) * Xi - a)2 * ni

4. Рассчитываем нормированные и центрированные отклонения середины интервалов:

yi = (Xi- a) /

5. Определяем значения теоретической плотности распределения вероятностей fт(Xi ) по формуле:

fт(Xi) = (1 / fо(yi), где

___

fо(yi) = (1 / ) * exp( -yi2 / 2)

6.Строим график плотности распределения вероятностей.

7.Ввод эмпирических данных

8.Вычисление максимального и минимального значения интенсивностей

9.Вычисление ширины интервалов

10.Определение интервалов

11.Определение частот попадания интенсивностей в

заданные интервалы

12.Вычисление математического ожидания

13.Вычисление среднеквадратичного отклонения

14.Расчёт нормированного и центрированного отклонений середины интервалов:

15.Определение значения теоретической плотности распределения вероятностей Ft по формуле:

16.Построение графика плотности распределения вероятностей

17. Цветовое распределение значений интенсивностей вторичного рентгеновского излучения

Применяя современные системы компьютерной математики, предназначенные для автоматизации решения массовых математических задач процесс обработки данных можно свести к простому вводу эмпирических значений в программу, и в связи с этим появляется возможность быстрого получения топографии (топографический рисунок), которая дает визуальную оценку качества смешивания и распределения основного компонента.

Проанализировав топографию и размерность коэффициента среднеквадратичного отклонения можно в кратчайшие сроки сделать выводы о качестве смешивания материала, что делает возможным применение этого метода для контроля качества композиционного строительного материала.

ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА НА ЭПОКСИДНОЙ ОСНОВЕ В ПРОЦЕССЕ НАСЫЩЕНИЯ МАТРИЦЫ НАПОЛНИТЕЛЕМ

Бочарников А.С., Глазунов А.В.

Липецкий государственный технический университет

Для повышения прочностных характеристик полимерного композиционного материала (ПКМ) в его матрицу вводят мелкие частицы наполнителя из тонкомолотого песка, цемента и других материалов. В процессе наполнения полимерной матрицы прочность ПКМ сначала снижается до некоторого минимума, а затем повышается до своего максимального значения (рис. 1) [1, 2].

С целью выяснения причин характера изменения прочности ПКМ в процессе насыщения его наполнителем рассмотрим модель напряженного состояния двух элементной системы «частица наполнителя - матрица ПКМ» (рис. 2).

Рис. 1. Характер изменения прочности ПКМ в процессе насыщения матрицы наполнителем [1]

Рис. 2. Модель напряженного состояния двух элементной системы «частица наполнителя (Е) – полимерная матрица ПКМ: 1 – крайняя точка (Е) деформируемой матрицы из эпоксидной смолы; 2 – частица наполнителя

Выделим вокруг частицы наполнителя объемный элемент в виде полимерной призмы (рис. 2). В соответствии с законом Гука в результате усадки материала эпоксидной матрицы (в случае отсутствия внутри ее частицы наполнителя) плоское сечение ab должно было бы переместиться в матрице в положение а1b1 на расстояние S. Однако, при наличии жесткой частицы наполнителя деформации матрицы в крайней точке Е будут равны только. По мере удаления от указанной точки, перемещения материала матрицы будут уменьшаться и на некотором расстоянии влияние частицы на матрицу прекратится, а величина усадочных деформаций будет равна S.

В этом случае сечение а1b1 получит вид искривленной поверхности в виде воронки с центром углубления в точке Е. Так как на вырезанный призматический элемент эпоксидной матрицы не действуют внешние силы, то внутренние усилия, возникающие в жесткой частице наполнителя и в полимерном материале матрицы должны уравновешиваться. При этом усилие на жесткую сферическую частицу наполнителя Nн будет равно:

Nн =, (1)

н – напряжение сжатия частицы; Ан – площадь поверхности сферической частицы наполнителя.

Точно такое же усилие противоположного знака будет испытывать материал полимерной матрицы

, (2)

где - напряжения растяжения материала полимерной матрицы в процессе усадки; Ам- площадь сечения матрицы в направлении действия растягивающих усилий.

При определении растягивающего усилий Nм интегрирование должно распространятся на всю зону взаимодействия материала матрицы с частицей наполнителя. В таком случае, основное соотношение, связывающее между собой начальные сжимающие напряжения в частице и растягивающие напряжения в материале матрицы будет иметь вид

. (3)

С учетом принятых допущений о равномерности деформаций усадки, достаточном сцеплении частицы наполнителя с матрицей и справедливости действия закона Гука на материалы условие равенства напряжений (3) можно написать в несколько ином виде:

, (4)

где Ен и Ем - модули упругости, соответственно, наполнителя и матрицы;, - деформации сжатия частицы наполнителя и растяжения полимерного материала матрицы. Введем обозначения:

,, (5)

где kЕ – коэффициент соотношения модулей упругости материалов наполнителя и матрицы; kV - коэффициент насыщения полимерной матрицы наполнителем по объему; Vн, Vм – объем наполнителя и объем матрицы.

Разделим обе части равенства (4) на Ем Ам. Тогда с учетом (5) выражение (4) будет иметь вид:

. (6)

В таком случае величину сжимающих напряжений в частице наполнителя можно определить по формуле

. (7)

Из выражения (3) следует

. (8)

Принимая во внимание то, что при малой степени насыщения матрицы наполнителем параметр Ам значительно превышает параметр Ан, последним можно пренебречь. В таком случае с учетом выражений (3) и (5) зависимость между напряжениями сжатия наполнителя и растяжения матрицы будет иметь вид:

. (9)

На рисунке 3 приведены графические зависимости внутренних напряжений сжатия частиц наполнителя и растяжения матрицы ПКМ от степени наполнения матрицы при ее отверждении и усадке, рассчитанные по формулам (7) и (9) при следующих исходных данных: Ен= 5,9х104 МПа; Ем= 1х104 МПа; S=250х10-5; = 150х10-5.

На основании приведенных данных можно утверждать, что в процессе отверждения матрицы за счет усадочных деформаций материала, в граничных слоях ее пленочной структуры и частицах наполнителя возникают внутренние напряжения растяжения и сжатия. При малой степени насыщения они имеют значительные величины (90 и 9 МПа). По мере наполнения матрицы напряжения снижаются и при значительной степени насыщения они практически выравниваются.

В связи с этим можно сделать вывод о том, что снижение прочностных характеристик ПКМ до минимума (точки А и Б на рис.1) в пределах массовой степени насыщения матрицы 0,1 … 0,3, объясняется наличием внутренних остаточных напряжений в структурных элементах матрицы от усадочных деформаций в процессе ее отверждения. При значительной разнице между сжимающими напряжениями, действующими на частицу наполнителя, и растягивающими напряжениями, действующими на эпоксидную матрицу, поверхность матрицы в направлении растягивающих напряжений отрывается от поверхности наполнителя, образуя при этом, так называемые псевдопоры, что приводит к снижению прочности материала [1,2].

В случае предельного заполнения матрицы наполнителем со степенью насыщения 0,4 … 0,5 и выше внутренние напряжения сжатия и растяжения становятся приблизительно равными. В этот момент частицы наполнителя предельно приближены друг к другу, разделенные пленочной структурой матрицы минимальной толщины, псевдопоры не образуются и ПКМ имеет максимальные прочностные показатели, отмеченные на рис. 1 точками В и Г.

Библиографический список:

1.Соломатов В.И. Полимерные композиционные материалы[Текст]/В.И. Соломатов, А.Н. Бобрышев, К.Г. Химмлер//Под ред. В.И. Соломатова.- М.:Стройиздат,1988.- 312 с.

2. Бочарников А.С. Наполнители для магнитных герметизирующих компози­ций из отходов производств [Текст]/А.С. Бочарников, М.А. Гончарова, А.В.Глазунов// Вестник центр, регион.отд. Российской академии архитектурных и строит, наук. Выпуск 7.- Воронеж-Липецк, ЛГТУ.- 2008.- С. 116-121.

КОМПОЗИЦИОННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ КОНВЕРТЕРНЫХ ШЛАКОВ

Копейкин А.В., Гончарова М.А., Корнеев А.Д.

Липецкий государственный технический университет

Существует целый ряд причин, обусловливающих низкую степень утилизации конвертерных шлаков, связанных, прежде всего, со спецификой, разнообразием и отсутствием устойчивой закономерности проявляемых ими свойств как сырья для производства строительных материалов. Они имеют короткий интервал температур нарастания вязкости, что затрудняет их переработку в жидком состоянии, содержат включения металла, имеют высокую абразивность, а при хранении в отвалах схватываются в прочные монолиты или разрушаются за счет протекающих процессов распада.

Разработанные методы утилизации конвертерных шлаков заключаются в предварительном извлечении из него металлических включений и использовании их минеральной части для строительства и ремонта автомобильных дорог. Щебень из конвертерных шлаков легче укатывается, чем природные материалы и обладает вяжущими свойствами, что повышает стойкость дорожных покрытий. Модуль упругости основания дороги в процессе эксплуатации возрастает от 300-400 МПа до 1200 МПа. Конвертерный шлак также используется в качестве добавки (35-45%) при производстве цемента и заполнителя для бетонов. Тем не менее, наличие достаточно большого разнообразия методов переработки и утилизации конвертерного шлака, не решает проблем связанных с низкой степенью эффективности его использования.

Физико-химические исследования конвертерного шлака ОАО «НЛМК» показали, что он относится к высокоосновным шлакам с модулем основности

При микроскопическом анализе структуры образцов-шлифов из конвертерных шлаков, выполненном на инвертируемом металлографическом микроскопе GX-51, установлено присутствие в ней следующих минералов.

Основным минералом является двухкальциевый силикат (C2S, белит), который в зависимости от химического состава и условий охлаждения в разных соотношениях выделяется в виде зерен двух модификаций: округлых разного размера -C2S или зерен ромбической формы -C2S. Двухкальциевый силикат находится в модификации, стабилизированной, по-видимому, 3CaOP2O5. Постоянство кристаллической решетки C2S за счет кристаллического торможения наблюдается при содержании в шлаке P2O5 не менее 0,2 %. Ранние исследования конвертерных шлаков свидетельствуют о наличии сверхдлинных и, следовательно, ослабленных связей Ca-O в -C2S, которые, вероятно, облегчают реакции гидратации. Сильные связи Ca-O в комплексе с CaO6 в -C2S, напротив, обусловливают плохую реакционную способность конвертерного шлака по отношению к воде. Преобладающее содержание той или иной модификации белита будет определять реакционную способность (активность) шлака. Считается, что белит обеспечивает нарастание прочности конвертерного шлака в поздние сроки.

Периклаз (MgO) встречается в шлаке в виде скоплений кристаллов образующихся, как правило, вследствие разрушения футеровки.

Ферритная и алюмоферритная фазы наблюдаются в виде растворов 2CaOFe2O3, 4CaOAl2O3FeO и 3CaOAl2O3, при кристаллизации они заполняют промежутки между выкристаллизовавшимися C3S и C2S. Ферритная и алюмоферритная фазы наблюдаются в шлаке в виде длиннопризматических кристаллов или неправильных трудноразличимых зерен. В совокупности содержание этих фаз составляет от 15 до 30 %. RO-фаза представляет собой твердый раствор свободных оксидов MgO, MnO, FeO и наблюдается в виде мелких неправильных образований с высокой отражательной способностью.

С помощью проведенного рентгеноструктурного анализа конвертерного шлака удалось дополнительно выявить содержание -модификации кварца и геленита.

Были проведены исследования по определению активности конвертерных шлаков ОАО «НЛМК». Полученные результаты свидетельствуют о медленном наборе прочности конвертерными шлаками в ранние сроки, что может быть обусловлено наличием в их структуре минералов с низкой гидравлической активностью.

Таким образом, проявленная конвертерными шлаками активность дает основание использовать их как низкомарочных вяжущих, а также в качестве микронаполнителя способного оказывать структурирующее влияние на исходный материал.

Выявленные особенности конвертерного шлака могут быть с успехом использованы при производстве асфальтобетонов для дорожных покрытий. Этому способствует то, что при взаимодействии с водой на поверхности шлаковых зерен формируются продукты гидратации. При контакте битума с продуктами гидратации на разделе фаз (битум-шлак) образуются кальциевые (магниевые) нерастворимые соединения, устойчивые к длительному воздействию воды. При объединении битума со шлаковым материалом на границе фаз протекает химическое взаимодействие с формированием новых органоминеральных соединений.

Структура и физико-химические свойства конвертерных шлаков потенциально способны обеспечить достаточно интенсивное взаимодействие между шлаком и битумом. Выявлено, что с использованием тонкодисперсных конвертерных шлаков можно получить активированные минеральные порошки. Конвертерные шлаки вводились в состав асфальтобетонной смеси и щебеночно-мастичного асфальтобетона как в естественном, так и в активированном виде. Внедрение разработанных составов показало хорошие результаты при устройстве верхнего асфальтобетонного покрытия автомобильных дорог.

Проведенные исследования по применению конвертерных шлаков показывают, что имеются возможности значительного расширения сырьевой базы материалов для строительства.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНЫХ РАСХОДОВ ВОДЫ РЕК ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ И АВТОДОРОЖНЫХ ВОДОПРОПУСКНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Мусаелян С.М., Аверкова С.А., Богомолова О.А., ПетросянА.Б., Шиян С.И.,

Санжапов Б.Х.

Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет

Расчет максимальных расходов воды – один из наиболее ответственных элементов проектирования любого гидротехнического сооружения, лежащих в основе назначения размеров водосбросных сооружений. С ним связано также проектирование большого числа мостовых переходов и труб на сети железных и автомобильных дорог. От правильного назначения водосбросных и водопропускных отверстий зависит, с одной стороны, безаварийность и бесперебойность работы гидротехнических сооружений, с другой - их стоимость, т.е. реализуется обычный принцип любого инженерного решения: повышение надежности работы сооружений и оборудования, уменьшает степень риска вывода их из строя, но требует дополнительных затрат.

Максимальным стоком называют речной сток в периоды высоких паводков и половодий. По своему генезису (происхождению) максимальный сток рек подразделяют на весеннее половодье и дождевые паводки.

Весеннее половодье — многоводная фаза водного режима рек, характеризующаяся длительным и высоким подъемом уровней и увеличением расходов воды и еще более длительным спадом уровней и расходов.

Паводок — быстрый, относительно кратковременный подъем уровней и увеличение расходов воды и столь же быстрый их спад.

Катастрофический паводок (половодье) — выдающийся по высоте и редкий по повторяемости паводок, сопровождающийся разрушениями и жертвами. Именно на пропуск такого паводка (половодья) и рассчитываются отверстия гидротехнических сооружений, мостов, труб.

Максимальный сток обычно выражается наибольшим (максимальным) расходом воды за основную волну половодья или за наибольший паводок в данном году. Максимальный расход воды может быть наибольшим средним суточным или мгновенным. На малых реках между этими характеристиками могут быть существенные различия, но чем больше река, тем эти различия меньше.

Проблема расчета максимального стока является не только одной из важнейших, но и наиболее сложной задачей в гидрологических расчетах. От правильного определения максимального стока зависит, во-первых, обеспечение безаварийности работы сооружений и безопасность прилегающей к ним территории и населения и, во-вторых, снижение стоимости сооружений из-за принятия неоправданно больших расходов воды. По данным Международной комиссии по большим плотинам, причиной более 23 % аварий на крупных гидроузлах в основном стало занижение расчетного максимального расхода воды, т. е. недостаточность размеров и пропускной способности водосбросов. В качестве критерия при определении расчетного максимума стока для каждого вида строительства принимается ежегодная вероятность превышения этой величины, устанавливаемая нормативными документами.

Известны два принципиальных пути учета сложного процесса одновременного действия комплекса различных факторов при формирование стока. Первый заключается в их интегральной оценке посредством измерений расходов Q и уровней Н с последующей обработкой методами математической статистики. Прогнозирование расчетных характеристик основывается на длительном ряде наблюдений за расходом и уровнями водотока в конкретном створе.

В некоторых случаях такой метод можно применять и, относительно коротким и прерывистым рядам наблюдений, используя характер их изменения.

Второй метод определения расходов редкой повторяемости заключается в учете происхождения (генезиса) стока или просто в подборе эмпирических или полуэмпирических формул, отражающих влияние основных факторов формирования максимального стока. Влияние остальных факторов корректируется коэффициентами, полученными по данным гидрометеорологических наблюдений.

Основными факторами, определяющими количество воды поступающей на водосбор в период весеннего половодья, являются высота и плотность снежного покрова, площадь и характер его распределения. Существенное влияние на половодный сток оказывает интенсивность снеготаяния, то есть количество талых вод, образующихся в единицу времени. Оно зависит, главным образом, от солнечной радиации, температуры воздуха, скорости ветра, характеристик ландшафта и др.

На формирование максимального стока влияют и другие факторы. Так, с увеличением площади водосбора возрастает аккумулирующая способность и сглаживающее (трансформирующее) влияние на половодный сток. Именно поэтому с увеличением площади водосбора максимальный модуль стока уменьшается (редукция), продолжительность половодья увеличивается, а форма гидрографа становится более плавной, растянутой. Такое же влияние, как пло­щадь водосбора, оказывают на сток половодья озера, водохрани­лища, лес. Регулирующее влияние болот сравнительно невелико и зависит от типа, размера и размещения их по водосбору.

Важнейшие факторы, влияющие на формирование максимального дождевого стока, интенсивность дождя i, его продолжительность t и площадь, охватываемая дождем, инфильтрация воды в почву, добегание дождевых вод по русловой сети бассейна. Интенсивность дождя i = h/t – главный фактор в формировании максимальных дождевых расходов (h - слой осадков, мм t -продолжительность дождя, мин). В формировании максимумов дождевых паводков основное значение имеет центральная часть гидрографа ливневого стока с наибольшей интенсивностью, как и при снеговом половодье, часть дождевой воды расходуется на инфильтрацию в почву. Однако потеря дождевых осадков на инфильтрацию существенно больше, чем при снеготаянии, и доходит до 70- 80 % слоя осадков.

Осадки в виде дождя являются основным источником формирования паводков. Естественно, что характеристики осадков входят в формулы максимальных расходов в качестве определяющих факторов.

Максимальным расчетным расходом называют расход, на пропуск которого рассчитывают водопропускные и водосбросные отверстия гидротехнических сооружений, мостов, труб и т.д. Расчетная ежегодная вероятность превышения (обеспеченность) максимальных расчетных расходов устанавливается нормативными документами, которые определяют ее в зависимости от рода сооружения, класса капитальности и условий эксплуатации (СНиП 2.06.01.-86) (табл. 1.)

Все постоянные и временные сооружения разбиты по капитальности на четыре класса: I, II, III, IV. Для основного расчетного случая пропуск расчетного максимального расхода должен обеспечиваться, как правило, при нормальных условиях эксплуатации; для поверочного - при форсированном подпорном уровне.

Таблица 1

Вероятность превышения (%) расчетных максимальных расходов воды

Расчетный случай		Класс гидротехнического сооружения
		I		II	III		IV
Основной Поверочный	0,1 0,01		1,0 0,1		3,0 0,5	5,0 10

Класс сооружения и вероятность превышения расчетных расходов автомобильных дорог принимают по табл.2.

Расчетные вероятности превышения паводков Р (%) при проектировании насыпей на подходах к малым мостам (длиной до 25 м и трубам автомобильных дорог, а также водоотводных сооружений (канав и др.) для предотвращения переувлажнения и размыва земляного полотна поверхностными водами берутся следующие (таб. 3).

Таблица 2

Вероятность превышения расходов воды

Характеристики дорог	Тип сооружения	Вероятность превышения расходов, %
		расчетного	наибольшего
Железные дороги I и II категории общей сети, а также подъездные пути, не связанные с технологическими перевозками. Ниже I категории общей сети и все дороги промпредприятий	Постоянные мосты и трубы __	1 2	0,3 0,3
Автомобильные дороги и городские I, II и III категории общей сети и городские. Ниже III категории общей сети и все дороги промпредприятий. I категории общей сети. II и III категории общей сети, городские и все дороги промпредприятий. Ниже, III категории общей сети.	Постоянные мосты __ Постоянные мосты __ Малые деревянные мосты и трубы	1 2 1 2 3	_ __ __ __ __

Таблица 3

Вероятность превышения расходов воды насыпей и труб автомобильных дорог

Категория дороги	В районах с развитой дорожной сетью (не менее 0,2 км на 1 км2 территории)	В районах с малоразвитой дорожной сетью	Кюветы, нагорные канавы, водосборы	Продольные и поперечные канавы
I	2	1	1	4
II, III	3	2	3	6
IV, V	5	3	5	10