CC BY
67
pererabotki sel'skohozyajstvennoj produkcii v sovremennyh usloviyah: materialy Mezhdunar. nauch. -- prakt. konf. GNU PNII PiP MMP RASXN i VolgGTU. Volgograd 28-29 iyunya 2012 g. Ch. 2. Pere-rab. sel'skohoz. syr'ya i pischevyh pr-v. - Volgograd: IUNL VolgGTU, 2012. - S. 63-68.
20. Tehnologicheskij process vydeleniya ]firnogo gorchichnogo masla iz produktov pererabotki semyan gorchicy [Tekst] / G. G. Rusakova T. V. Kiseleva, E. D. Parahnevich, D. V. Parahne-vich // Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie. - 2012. - № 4 (28).
21. Filonenko, G. K. Kinetika sushil'nogo processa [Tekst] / G. K. Filonenko; Ivan. ]nerget. in-t im. V. I. Lenina. - M. -L.: Oboronizdat, 1939. - 140 s.
22. Donsi S., Ferrari S., Olivieri L. Sushka s. -- h. Produktov v dvuhkomponentnom psev-doozhizhennom sloe [Tekst]. -- 1987. -- Amsterdam etc., 1988. - S.277-286.
23. Laven, F.J. Vvedenie v tehnologiyu vspenivaniya [Tekst] /LZNzs'. Milchwirt. -- 1990.N 41-45. -- e. 1264-1266.
24. Patrick Perre, A Review of Modern Computational and Experimental Tools Relevant to the Field of Drying [Tekst]// Drying Technology: An International Journal. Special Issue: Selected Papers Presented at the 17th International Drying Symposium (IDS2010), Part 1. - Vol. 29, Issue 13. -2011. - R. 1529-1541.
25. Reihaneh Golestani, Ahmadreza Raisi, Abdolreza Aroujalian. Mathematical Modeling on Air Drying of Apples Considering Shrinkage and Variable Diffusion Coefficient [Tekst] // Drying Technology: An International Journal. - Vol. 31, Issue 1, -2013. - R. 40-51.
26. Sigg Philipp, Koch Alex. Nepreryvnaya vakuumnaya sushka [Tekst] //S'et. Technol. Eur. -1995. 2№3 - c.32-34
27. Wei Wang, Guohua Chen, Arun S. Mujumdar. A Model for Drying of Porous Materials: From Generality to Specific Applications [Tekst] // Drying Technology: An International Journal. Special Issue: Selected Papers Presented at the 17th International Drying Symposium (IDS2010), Part 1 . - Vol. 29, Issue 13, 2011. - R. 659-668.
E-mail: [email protected]
УДК 666.9.017: 620.179
ЭКСПРЕСС-МЕТОД ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ВОДОНЕПРОНИЦАЕМОСТИ
БЕТОНА КОНСТРУКЦИЙ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ
THE EXPRESS METHOD OF DIAGNOSING OF CONCRETE WATERPROOFING OF HYDRAULIC ENGINEERING CONSTRUCTIONS
С.Я. Семененко, доктор сельскохозяйственных наук Д.П. Арьков, кандидат технических наук
С.С. Марченко, кандидат технических наук
S.Y. Semenenko, D.P. Arkov, S.S. Marchenko
ФГБНУ «Поволжский научно исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий», г. Волгоград
The Federal State Budget Science Institution the Volga Scientific-Research Institute of Ecological-Meliorative Technologies
Разработка экспресс-методов неразрушающего контроля бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений в настоящее время является актуальной задачей. Вода и отрицательные температуры негативно влияют на гидротехнические сооружения, сокращая срок эксплуатации сооружений, воздействие этих факторов напрямую зависит от марки бетона по водонепроницаемости. Приоритетным в развитии мелиоративного и водохозяйственного комплексов Российской Федерации является повышение уровня жизни населения и конкурентоспособности сельскохозяйственной продукции, которое не может быть выполнено без достаточного контроля над состоянием комплексов гидромелиоративных систем (ГМС) и территорий, на которые они оказывают влияние. В настоящее время у большинства сооружений
мелиоративного назначения срок эксплуатации является предельным для сооружений подобного класса. Сооружения имеют разрушения, некоторые из них находятся в аварийном или нерабочем состоянии. В статье рассмотрен экспресс-метод определения класса бетона по водонепроницаемости, который основан на применении зависимости скорости распространения ультразвуковой волны и коэффициента фильтрации. Разработанный экспресс-метод значительно ускоряет процесс определения марки бетона по водонепроницаемости, не прибегая к трудоемким и затратным по времени операциям определения коэффициента фильтрации, используя полученные зависимости, позволяет определять марку бетона по водонепроницаемости. Предложенный экспресс-метод в совокупности с другими методами позволяет выполнять качественную и количественную оценку эксплуатационных характеристик гидротехнических сооружений, необходимую для прогнозирования дальнейших сроков службы.
Development of Express methods of nondestructive testing of concrete and reinforced concrete structures of hydraulic structures is currently an urgent task. Water and negative temperatures have a negative impact on hydraulic structures, reducing the life of the structures, the impact of these factors depends on the grade of concrete for water resistance. Priority in the development of reclamation and water economy complexes of the Russian Federation is to increase the level of living of the population and competitiveness of agricultural products, which cannot be performed without sufficient control over the condition of complexes of irrigation and drainage systems (GMS) and the areas on which they impact. Currently, most of the structures and reclamation of destination period of operation is the limit for buildings of this class. Structures are destruction, some of them are in poor or unusable condition. The article describes the rapid method of determination of concrete water tightness, which is based on the application of the dependence of the velocity of propagation of ultrasonic waves and filtration coefficient. Developed a rapid method significantly speeds up the process of determining the grade of concrete for water resistance without resorting to the laborious and time-consuming operations of determining the filter coefficient, using the received dependence allows to determine the grade of concrete for water resistance. Express-method in combination with other methods allows to perform qualitative and quantitative performance assessment of hydraulic structures is necessary for prediction of further lifetimes.
Ключевые слова: класс бетона, неразрушающие методы контроля, прочность, гидротехническое сооружение.
Key words: class of concrete, non-destructive methods of control, strength, hydraulic structure.
Введение. Данная работа выполнена в рамках государственной программы фундаментальных научных исследований №0717-2014-0004 «Разработка экспресс-методов неразрушающего ультразвукового контроля водонепроницаемости бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений» в ФГБНУ «Поволжский научно - исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий», г. Волгоград.
Результаты анализа данных государственного мониторинга за техническим состоянием мелиоративных систем свидетельствуют о том, что свыше половины оросительных систем (2294,2 тыс. га) и чуть больше четверти осушительных систем (1232,1 тыс. га) нуждаются в проведении работ по реконструкции и техническому перевооружению в целях повышения безопасности их эксплуатации, улучшения состояния мелиорируемых земель и повышения их продуктивности [7]. В настоящее время реконструкция гидромелиоративных систем выполнена не более, чем на 10 % от необходимого объема (за период реализации федеральной целевой программы «Сохранение и восстановление плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения и агроландшафтов как национального достояния России на 2006-2010 годы и на период до 2013 года», а также программы «Развитие водохозяйственного комплекса Российской Федерации в 2012-2020 годах»). Реконструкция мелиоративных систем проведена на площади 395 тыс. га, в т.ч. оросительных систем на площади 254,47 тыс. га, осушительных систем на площади 140,1 тыс. га.
Развитие мелиоративного и водохозяйственного комплексов АПК Российской Федерации относится к национальным приоритетным направлениям по обеспечению повышения уровня жизни населения и конкурентоспособности сельскохозяйственной продукции, что практически невозможно выполнить на практике без достаточного контроля за состоянием отдельно стоящих гидротехнических сооружений (ГТС), а также в комплексе гидромелиоративных систем (ГМС) и территорий, на которые они оказывают влияние.
В настоящее время срок эксплуатации большинства сооружений мелиоративного назначения составляет более 50 лет, что является предельным для сооружений подобного класса. Сооружения имеют разрушения, некоторые из них находятся в аварийном или нерабочем состоянии (фото 1, 2).
Одним из определяющих факторов, устанавливающих эксплуатационную надёжность и долговечность гидротехнических сооружений (ГТС), является водонепроницаемость бетона, определив которую, можно установить техническое состояние бетонной облицовки каналов и ГТС (марку бетона по водонепроницаемости).
Фото 1 - Разрушение железобетонных Фото 2 - Разрушение опорной части конструкций плотины мостового перехода
Материалы и методы. Методы определения водо- и паропроницаемости бетона подразделяются на косвенные и прямые, которые условно делятся на следующие группы [4]:
- методы, основанные на использовании приборов косвенного определения водонепроницаемости поверхности бетонных конструкций, применяемых в лабораториях и на строительных объектах. Основаны на измерении количества воздуха, проходящего через бетон. Известны также способы контроля потери вакуума, что считается показателем воздухопроницаемости бетона;
- методы, основанные на применении приборов прямого определения водонепроницаемости поверхностных слоев бетонных конструкций, используемых в лабораторных условиях и на строительных площадках. Водонепроницаемость характеризуется эффективностью сопротивления бетонной поверхности воздействию воды;
- методы с использованием стационарных лабораторных установок прямого определения водонепроницаемости бетонных образцов и кернов, заключаются в замере времени прохождения жидкости в тело бетона, тем самым производится моделирование механизма переноса влаги, так называемый метод по «мокрому пятну». Данный метод с использованием приборов является более точным и имеет малую погрешность измерений, но следует отметить, что есть существенный недостаток -отсутствует возможность получения значений водонепроницаемости в реальных условиях.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Приведенные методы сложно использовать конкретно для определения марки бетона конструкций ГТС по водонепроницаемости, и в частности, противофильтраци-онных элементов сооружений. Они являются трудоёмкими, многооперационными и длительными при проведении испытаний, применение их в реальных условиях обследования и диагностики конструкций ГТС представляется трудно выполнимой задачей. Сказанное свидетельствует об актуальности разработки неразрушающих экспресс-методов определения эксплуатационных показателей в процессе мониторинга и проведения комплексного обследования, и в частности водонепроницаемости, по которой устанавливается марка бетона конструкций ГТС по водонепроницаемости [2, 8].
Результаты и обсуждение. В разных сферах человеческой деятельности широко применяется ультразвуковой метод контроля качества. Преимущества этого метода перед другими: более надежное выявление опасных дефектов типа трещин и пор, высокая производительность, перспективным является использование ультразвукового метода при определении водонепроницаемости.
На базе Поволжского научно-исследовательского института эколого-мелиоративных технологий в лаборатории комплексных исследований строительных материалов и технологий проведены экспериментальные исследования по выявлению зависимости скорости распространения ультразвуковых волн (V, м/с) в бетоне и коэффициента фильтрации (Кф, м/с) - основного показателя, характеризующего марку бетона по водонепроницаемости [8].
При проведении исследований подготовлены бетонные образцы цилиндрической формы диаметром и высотой 150 мм (ГОСТ 12730.5-84) [2]. Всего изготовлено 4 серии по шесть образцов следующих классов бетона по прочности: В15; В20; В22,5; В25; В30. Для подтверждения классов по прочности, параллельно, из того же раствора, подготовлены образцы кубической формы ГОСТ 10180-90, по которым по прошествии 28 суток подтвержден класс серий образов.
Исследования проведены в два этапа:
1) измерена скорость распространения ультразвука в образцах с помощью прибора «Пульсар-1.2», по результатам построены графики, характеризующие диапазон скоростей для определенного класса бетона по водонепроницаемости;
2) определён коэффициент фильтрации образцов.
Для проведения испытаний по определению водонепроницаемости бетона и его воздухопроницаемости использовали:
- устройство типа «Агама-2РМ» для определения экспрессной оценки водонепроницаемости бетона, по воздухопроницаемости, принципиальная схема которого приведена на рисунке 1.
Л
Рисунок 1 - Принципиальная схема прибора экспрессной оценки водонепроницаемости бетона, по воздухопроницаемости
ИЗВЕСТИЯ"
№ 3 (43,1 2016
В соответствии с инструкцией по эксплуатации устройства определяли значение сопротивления бетона прониканию воздуха mi, с/см3.
Полученные значения mi бетона записывались в порядке возрастания номера образца и в качестве параметра, характеризующего воздухопроницаемость бетона в серии, определялось среднее арифметическое значение тс на участке [3, 6].
Выделены следующие классы бетона по водонепроницаемости: W8, W10, W12.
По полученным данным построен график распространения ультразвуковых волн (рисунок 2), указывающий, что для образцов одной марки скорость находится в определенных границах.
5500
5000
и
4500
-\Л/8 -\Л/10 \Л/12
4000 3500 3000 2500 2000
123456789 10 Рисунок 2 - Значение скоростей УЗК для образцов различных марок по водонепроницаемости
На основании определенных в процессе эксперимента значений скоростей УЗК в образцах, имеющих различные коэффициенты фильтрации, построен график 3, из которого прослеживается определенная зависимость скорости распространения УЗК в бетоне образцов одной марки и коэффициента фильтрации. Данный график может быть описан степенной функцией
у = 248,63х0,126.
Используя данное уравнение, можно, по известной скорости распространения ультразвуковой волны, определить коэффициент фильтрации бетона, по которому, в свою очередь, устанавливается марка бетона по водонепроницаемости [5].
5&00
*т
лто
А №12
3000
О 1Е-10 2Е-10 ЗЕ-Ю 4Е-Ю 5Е-10
Коэффициентфильтарации, Кф, см/с Рисунок 3 - Экспериментальные значения скоростей УЗК в образцах с различным коэффициентом фильтрации
217
ИЗВЕСТИЯ
№ 3 (43) 2016
Рисунок 4 - График зависимости скорости распространения ультразвуковых волн в образцах с различными коэффициентами фильтрации
Результаты статистической обработки данных, полученных в процессе эксперимента для образцов различных марок по водонепроницаемости, приведены в таблице 1.
Таблица 1
Среднее значение, Размах вариации, Я Ср.линейное отклонение, а Дисперсия, D Стандартное отклонение, о Коэф. вариации, %
W6 - - - - - -
W8 4063,44 1456 467,259 263465,802 513,289 12,63
W10 4726,75 984 408,75 153806,762 392,182 8,29
W12 5124,46 814,6 327,688 124786,035 353,250 6,89
Из таблицы видно, что все рассчитанные коэффициенты вариации менее 30 %, что свидетельствует об однородности полученных значений.
Результаты экспериментов нахождения средних значений скоростей в образцах различных марок по водонепроницаемости представлены на рисунке 5 квадратами. Их расположение на графике описывается уравнением:
у = - 14,228х2 + 549,82х + 605,87 с величиной достоверности аппроксимации R = 0,9986, по которой можно определить марку бетона по водонепроницаемости в зависимости от скорости УЗК.
5500
и 5000
£ 4500
>
л
§ 4000
о.
о
" 3500 3000
2500
2 4 б 8 10 12 14 16 18 20
Рисунок 5 - График зависимости скорости распространения ультразвуковой волны в образцах бетона различных марок по водонепроницаемости
Заключение. Предложенный экспресс-метод ускоряет процесс определения марки бетона по водонепроницаемости, не прибегая к трудоемким и затратным по времени операциям, связанным с определением коэффициента фильтрации, лишь используя полученные зависимости, позволяет определять марку бетона по водонепроницаемости. Метод в совокупности с другими методами позволяет выполнять качественную и количественную оценку эксплуатационных характеристик гидротехнических сооружений, необходимую для прогнозирования дальнейших сроков службы и др.
Библиографический список
1. Арьков Д.П. Диагностирование технического состояния железобетонных конструкций сооружений и оснований мелиоративных систем ультразвуковым способом [Текст]/ Д.П. Арьков, С.С. Марченко // Международный Научный Институт "Educatio" XI (18). - М., 2015. - С. 141-146.
2. Бербеков Ж. В. Неразрушающие методы контроля прочности бетона [Текст] /Ж. В. Бербеков // Молодой ученый. - 2012. - №11. - С. 20-23.
3. ГОСТ 12730.1-78 Бетоны. Методы определения плотности [Текст]. - М.: Изд-во стандартов, 1978.
4. ГОСТ 12730.5-84*. Бетоны. Методы определения водонепроницаемости [Текст]. -М.: Изд. стандартов, 1986.
5. ГОСТ 17624-87. Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности [Текст]. -М.: Изд. стандартов, 1987.
6. Зоценко, А.Ф. Измерение потерь воды приборами фильтромерами [Текст] /А.Ф. Зо-ценко // Мелиорация и водное хозяйство. - 1990. - № 10. - С. 44-46.
7. Краснощеков, В.Н. Методика оценки экономической эффективности мероприятий по реконструкции мелиоративных систем с учетом технического состояния гидромелиоративных объектов, вероятностного характера изменения природно-климатических условий, хозяйственных, экологических и социальных условий функционирования мелиорируемых агроланд-шафтов, экологической ценности природных экосистем, степени эрозии, структуры природных ландшафтов и ущерба здоровью человека: научн. издание [Текст]/В.Н. Краснощеков, Д.Г. Оль-гаренко. - Коломна : ИП О.М. Воробьев, 2015. - 116 с.
8. Методика определения водонепроницаемости деформационных швов гидротехнических сооружений [Текст]/ С.Я. Семененко, С.С. Марченко, Д.П. Арьков, П.В. Часовской. -Волгоград : ГНУ ПНИИЭМТ, 2013. - 51 с.
9. Семененко, С.Я. Методика ультразвукового диагностирования водонепроницаемости бетона конструкций гидротехнических сооружений [Текст]/ С.Я. Семененко, Д.П. Арьков, С.С. Марченко //Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2015. - № 1 (37). - С. 186-191.
10. Семененко, С.Я. Ультразвуковой способ диагностирования конструкций гидротехнических сооружений по водонепроницаемости [Текст]/ С.Я. Семененко, Д.П. Арьков, С.С. Марченко // Фундаментальные исследования. - 2015. - №3 (10). - С. 518-522.
References
1. Ar'kov D. P. Diagnostirovanie tehnicheskogo sostoyaniya zhelezobetonnyh kon-strukcij sooruzhenij i osnovanij meliorativnyh sistem ul'trazvukovym sposobom [Tekst]/ D. P. Ar'kov, S. S. Marchenko // Mezhdunarodnyj Nauchnyj Institut "Educatio" XI (18). - M., 2015. - S. 141-146.
2. Berbekov Zh. V. Nerazrushayuschie metody kontrolya prochnosti betona [Tekst] / Zh. V. Berbekov // Molodoj uchenyj. - 2012. - №11. - S. 20-23.
3. GOST 12730.1-78 Betony. Metody opredeleniya plotnosti [Tekst]. - M.: Izd-vo standartov, 1978.
4. GOST 12730.5-84*. Betony. Metody opredeleniya vodonepronicaemosti [Tekst]. -M.: Izd. standartov, 1986.
5. GOST 17624-87. Betony. Ul'trazvukovoj metod opredeleniya prochnosti [Tekst]. -M.: Izd. standartov, 1987.
6. Zocenko, A. F. Izmerenie poter' vody priborami fil'tromerami [Tekst] /A. F. Zocenko // Melioraciya i vodnoe hozyajstvo. - 1990. - № 10. - S. 44-46.
7. Krasnoschekov, V. N. Metodika ocenki ]konomicheskoj ]ffektivnosti meropriyatij po rekonstrukcii meliorativnyh sistem s uchetom tehnicheskogo sostoyaniya gidromeliorativnyh ob'ektov, veroyatnostnogo haraktera izmeneniya prirodno-klimaticheskih uslovij, hozyajstvennyh, ]ko-logicheskih i social'nyh uslovij funkcionirovaniya melioriruemyh agrolandshaftov, ]kologicheskoj cennosti prirodnyh ]kosistem, stepeni ]rozii, struktury prirodnyh landshaftov i uscherba zdorov'yu che-loveka: nauchn. izdanie [Tekst]/V. N. Krasnoschekov, D. G. Ol'garenko. - Kolomna : IP O. M. Voro-b'ev, 2015. - 116 s.
8. Metodika opredeleniya vodonepronicaemosti deformacionnyh shvov gidrotehnich-eskih sooruzhenij [Tekst]/ S. Ya. Semenenko, S. S. Marchenko, D. P. Ar'kov, P. V. Chasovskoj. -Volgograd : GNU PNII}MT, 2013. - 51 s.
9. Semenenko, S. Ya. Metodika ul'trazvukovogo diagnostirovaniya vodonepronicaemosti betona konstrukcij gidrotehnicheskih sooruzhenij [Tekst]/ S. Ya. Semenenko, D. P. Ar'kov, S. S. Marchenko //Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee profes-sional'noe obrazovanie. - 2015. - № 1 (37). - S. 186-191.
10. Semenenko, S. Ya. Ul'trazvukovoj sposob diagnostirovaniya konstrukcij gidrotehnicheskih sooruzhenij po vodonepronicaemosti [Tekst]/ S. Ya. Semenenko, D. P. Ar'kov, S. S. Marchenko // Fundamental'nye issledovaniya. - 2015. - №3 (10). - S. 518-522.
E-mail: [email protected]
УДК 631.4
РАЗРАБОТКА МЕТОДА И ПРОФИЛОГРАФА ДЛЯ ОЦЕНКИ МЕЛИОРАТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ НА СКЛОНОВЫХ АГРОЛАНДШАФТАХ
DEVELOPMENT OF A METHOD AND THE PROFILOMETER TO CONTROL RECLAMATION TECHNOLOGIES SLOPE AGROLANDSCAPES
С.А. Васильев, кандидат технических наук S.A. Vasiliev
Чувашская государственная сельскохозяйственная академия, г. Чебоксары Chuvash State Agricultural Academy
Возникающие трудности при проектировании, внедрении и проведении мелиоративных мероприятий на конкретных стокоформирующих поверхностях довольно часто связаны с существенной пространственной и временной изменчивостью почвенных характеристик. Применяя известные способы и методы по измерению микрорельефа подстилающей поверхности, определить количественно параметры шероховатости дневной поверхности почвы при проведении различных мелиоративных технологий на склоновых агроландшафтах не всегда возможно. Установлены основные недостатки технических средств контроля шероховатости поверхности поля. Для получения достоверной информации и проведения агротехнической оценки мелиоративных мероприятий на склоновых агроландшафтах предлагается использовать профи-лограф, включающий совместно работающие энкодер и датчик перемещения. Компьютерная программа обеспечивает обработку и представление информации в полярных координатах для 2-х параметров: расстояние между датчиком положения и поверхностью почвы, а также соответствующий этому положению угол поворота от нулевой отметки. Полевые исследования проводились на территории землепользования межхозяйственной оросительной системы «Дружба» Канашского района Чувашской Республики на различных агрофонах, всего более 5 (пашня, пашня с боронованием, дискование, посевы озимых, стерня зерновых и др.). После обработки почвы дискатором БДМ-3х4П были получены следующие данные, например, для одной точки: средний уклон составил 0,06, или 3,440, шероховатость - 3,54 мм, волнистость (из-борожденность) поверхности почвы - 7,94 см, направление основной обработки почвы - угол отклонения технологических борозд от направления склона составил 93,6 градусов.
