Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета 2011 №1 (26)
Подождите немного. Документ загружается.
Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)
112
2. Нарушение элементарных требований нормативных документов и технологии
производства ремонтных работ. Отсутствие или низкое качество проектной документации
на производство капитального ремонта. Отсутствие авторского надзора проектных организаций
за выполнением ремонтных работ.
3. Снижение несущей способности конструкций в процессе эксплуатации зданий
и сооружений разного рода перестройками, технологическими проемами и отверстиями, которые
выполняются непрофессионально. Неправильная оценка при ремонтных работах первоначальных
расчетных нагрузок на конструкции зданий и сооружений. Непроектные нагрузки на конструкции
зданий и сооружений в процессе их эксплуатации.
4. Производство работ по капитальному ремонту, перепланировке и переоборудованию
зданий и помещений без необходимых проектных решений, расчетов, приводящее к снижению
несущей способности конструкций, увеличению нагрузок на отдельные элементы.
5. Несоблюдение температурно-влажностного режима зданий и конструкций при
их эксплуатации и выполнении ремонтных работ.
6. Отсутствие правильной эксплуатации внутренних санитарно-технических систем
и инженерных сетей, промокание несущих конструкций в районах санитарных узлов, конструкций
технических этажей и подвалов техногенными водами. Отсутствие или недостаточная вентиляция
помещений, особенно с повышенной влажностью.
7. Несвоевременное устранение протечек кровли. Переувлажнение наружных стен,
парапетов и карнизов зданий вследствие неправильной работы или отсутствие защитных элементов
(отливов, водостоков и т. п.).
8. Разрушение или отсутствие антикоррозионной защиты металлических закладных деталей
в каменных элементах.
9. Переувлажнение подземных частей здания (конструкций фундаментов, подвалов
и технических этажей) поверхностными и грунтовыми водами вследствие разрушения водоотводов,
отмосток и гидроизоляции.
10. Замачивание просадочных грунтов основания, вымывание грунтов оснований
поверхностными и грунтовыми водами.
Часто к аварии может привести эксплуатация ветхих, аварийных, часто выведенных
из эксплуатации зданий, а также невыполнение эксплуатационными службами комплекса
инженерно-технических мероприятий по содержанию защитных устройств.
Причины, связанные с нарушением требований норм и отступлениями от проектов
при выполнении строительно-монтажных работ
1. Некачественная перевязка провоцирует раннее образование вертикальных трещин,
снижает несущую способность кладки. Отсутствие или недостаточная внутренняя перевязка стен,
забутовка из кирпичного боя.
2. Утолщение горизонтальных швов и плохое заполнение вертикальных швов в каменной
кладке.
3. Применение разнородных по прочности и жесткости материалов для кладки (например,
керамический и силикатный кирпич).
4. Некачественное армирование каменной кладки, неправильное выполнение связей
в несущих элементах.
5. Кладка кирпича на обледенелую поверхность, использование обледенелого кирпича.
Нарушения правил производства работ в зимних условиях.
6. Отступление (в сторону понижения) марок кирпича и раствора от проектных. Марка
кирпича влияет на прочность кладки сильнее, чем марка
раствора, особенно, если в проекте заложен
раствор невысокой прочности. Следует также иметь в виду, что чем ниже марка раствора, тем
у него более рыхлая структура, тем ниже его морозостойкость, следовательно, тем ниже
и долговечность самой кладки.
7. Повторное разведение водой загустевшего цементного раствора. В результате, раствор
резко теряет свою прочность, что опасно для несущих элементов кладки; он становится рыхлым
и легко размораживается (выветривается), что опасно для конструкций, эксплуатируемых
на открытом воздухе.
8. Недостаточная глубина опирания элементов перекрытий (покрытий) на каменные стены,
пилястры и колонны.
Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)
113
9. Перераспределение напряжений, происходящих в основаниях, которые вызывают
неравномерную осадку отдельных частей зданий. Возведение зданий на просадочных грунтах
без предварительного укрепления.
10. Неучет проектными организациями рекомендаций, изложенных в отчетах об инженерно-
геологических изысканиях. Осуществление проектирования зданий и сооружений при недостаточной
инженерно-геологической изученности площадок строительства. Смещение зданий относительно пятен
изысканий при их проектировании. Не учет возможных изменений инженерно-геологических условий
строительных площадок за период, прошедший между временем их производства и началом
выполнения строительно-монтажных работ (главным образом из-за переувлажнения грунтов).
11. Отсутствие необходимых расчетов конструкций и оснований, в том числе при изменении
технических решений конструктивных элементов; ошибки при расчете конструкций и оснований, не
обеспечение резервов несущей способности с учетом потери несущей способности в процессе
эксплуатации зданий и сооружений.
12. Неучет особенностей района строительства (сейсмические, снеговые, ветровые и другие
нагрузки). Недостаточное уплотнение насыпных грунтов, несвоевременный водоотвод
и водопонижение, обводнение и промораживание оснований в процессе строительства.
13. При проектировании не учитываются условия эксплуатации соответствующих
конструкций (повышенная влажность, агрессивная среда). Для наружных элементов каменных
конструкций в проектах занижается или не указывается требуемая морозостойкость строительных
материалов и конструкций, при строительстве это также не учитывается.
14. Необоснованное применение отдельных строительных материалов и изделий
в ответственных несущих конструкциях зданий и сооружений (разного типа кирпича – в фундаментах и
стенах подвалов, подвергающихся переувлажнению в процессе эксплуатации зданий, помещениях с
мокрым и влажным режимом). Применение для кладки стен с влажным режимом пустотелого кирпича,
керамических камней, глиняного кирпича полусухого прессования, силикатного кирпича, камней и
блоков без нанесения на их внутренние поверхности гидроизоляционного покрытия, применение этих
материалов для кладки стен цоколей, подземных частей зданий.
15. Изменение расчетной схемы зданий и конструкций.
16. Изменение первоначальных проектных решений в процессе строительства зданий
и сооружений.
17. Снижение несущей способности оснований эксплуатируемых зданий вследствие
строительства вблизи них новых объектов (отрыв котлованов ниже уровня заложения фундаментов
без соответствующего крепления их стенок, изменение температурно-влажностного режима грунтов
основания, вибрационные воздействия при забивке свай и т. п.).
В каждом конкретном случае необходимо тщательно анализировать причины, по которым
произошла авария. Аварии строительных конструкций редко происходят внезапно. Во время
проводимых технических осмотров можно наблюдать ряд предвестников аварии. Если
своевременно заметить признаки приближающейся аварии, то можно вовремя принять
профилактические меры: вывести людей из опасной зоны, произвести разгрузку аварийной
конструкции, установить временные крепления, разгрузить конструкцию и т. п. Поэтому так важно
инженерно-техническому персоналу строительных и эксплуатационных организаций знать
признаки аварийного состояния конструкций, соблюдать требования норм и правил эксплуатации
зданий, не допускать отступления от проектов при выполнении строительно-монтажных работ.
Литература
1. СП 13-102-2003. Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений.
Постановление Госстроя России. 2003.
2. Бедов, А. И. Проектирование, восстановление и усиление каменных и армокаменных конструкций : учебное
пособие / А. И. Бедов, А. И. Габитов. – М. : АСВ, 2006. – 566 с.
3. Гроздов, В. Т. Признаки аварийного состояния несущих конструкций зданий и сооружений / В. Т. Гроздов. –
СПб. : Издательский дом «КN+», 2000. – 48 с.
References
1. REG. 13-102-2003. Inspection regulations of edifices and constructions bearing building structures. Resolution of
Russia GosStroy. 2003.
2. Bedov, A. I. Designing, reconstruction and reinforcement of stone and armoured-stone structures : textbook /
A. I. Bedov, A. I. Gabitov. – M. : ACB, 2006. – 566 p.
3. Grozdov, V. T. Signs of emergency condition of buildings and constructions bearing structures / V. T. Grozdov.
SPb. : PH “KN+”, 2000. – 48 p.
Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)
114
УДК.627.83.001.24
ВЫБОР ЭКОНОМИЧНОЙ ШИРИНЫ
ОТВОДЯЩЕГО КАНАЛА БЕРЕГОВОГО ВОДОСБРОСА
Стоян И. А., Пчелинцев С. Г., Рожков П. В.,
Чурин П. С., аспирант МГСУ
Анализируется возможность удешевления гасителей энергии водосбросов за счет изменения конструктивных
особенностей водосбросного тракта (повышение отметки дна отводящего канала). Приводится сравнительная
оценка традиционных и рекомендуемых методов расчета.
The possibility to reduce prices for discharge sluice energy dampers due to the change of discharge sluice channel
design characteristics (to raise the mark of bleeding channel bottom) is analysed in this article. It is given the comparative
evaluation of traditional and recommended calculations methods.
Ключевые слова: водосброс, отводящий канал, оптимальный гидравлический режим, форсированный расход,
пропускная способность, уклон дна.
Key words: discharge sluice, bleeding channel, optimal hydraulic condition, forced consumption, admission capacity,
bottom incline.
Выбор оптимальных компоновочных решений головных сооружений береговых водосбросов
гидротехнических сооружений должен рассматриваться как один из способов удешевления
капитального строительства и эксплуатации объектов [1, 2].
Чтобы рационально запроектировать головные сооружения поверхностного берегового
водосброса, необходимо помнить следующее. Начальный участок отводящего канала, примыкающий
к водосливу, часто находится в глубокой выемке, с большой холостой частью. Поэтому соображения
экономического плана требуют в этом случае сузить канал от ширины водослива до некоторой
оптимальной величины, как это обычно делают в практике гидротехнического строительства. К этой
оптимальной ширине суженного отводящего канала предъявляется ряд требований. Во-первых,
сужение должно быть таким, чтобы уровень воды в канале при больших расходах чрезмерно не
подтоплял водослив. Во-вторых, нельзя суживать канал так, чтобы затраты на разработку единицы
объема грунта были большими из-за ограниченной ширины для использования строительных машин. И,
в-третьих, нельзя допускать при выборе ширины канала такого увеличения погонного расхода
скоростей потока, при которых сильно дорожает крепление откосов и дна.
Несмотря на то, что перечисленные требования к отводящему каналу берегового водосброса
являются достаточно известными, в настоящее время нет каких-либо конкретных рекомендаций,
которые бы позволили с достаточной обоснованностью назначить его экономичную ширину.
Поэтому при отыскании интересующей нас величины поступим следующим образом.
Положим сначала, что ширина отводящего канала b
3
с учетом перечисленных требований
равна ширине отверстий водослива в свету.
Выясним, насколько эта ширина соответствует требованиям, предъявляемым к ее
оптимальной величине. Схему суженного отводящего канала представим на рисунке 1.
В дальнейшем рассмотрим варианты более узкого канала и сопоставим их с точки зрения
сопряжения бьефов (отгон прыжка и прочее).
Рисунок 1 – Суженный отводящий канал
Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)
115
Из рисунка 1 видно, что непосредственно за водосливом образована ступень d, необходимая
для создания перепада h
2
– h
3
, обеспечивающего пропуск максимального (форсированного) расхода
Q
max
в отводящий канал водосброса. Для определения высоты ступени воспользуемся
зависимостями:
− расход подтопленного водослива:
()
11 1
2QbhgHh
ϕ
=⋅⋅ −
; (1)
− расширение потока за быками:
()
2
2
2
2
21
11 2 2
11
2
b
Q
hhd
gbh bh
⎛⎞
⎡
⎤
−= −+
⎜⎟
⎣
⎦
⎝⎠
; (2)
− сужение потока при входе в канал:
2
2
33 2 3
2
2
v
Qbhgh h
g
ϕ
⎛⎞
=⋅⋅ + −
⎜⎟
⎝⎠
; (3)
− равномерный режим в канале:
33 3 3
QbhC Ri
=
⋅⋅ ⋅. (4)
В этой системе неизвестны глубины h
1
, h
2
, h
3
и высота ступени d.
Как это было и ранее, полагаем, что расход особых условий эксплуатации Q, ширина канала
b
3
= b
1
. Глубину в отводящем канале при этом расходе находим из условия равенства ее критическому
значению: h
3
= h
к
. Уклон канала в этом случае находим по зависимости (4), он равен i = i
к
.
В данном случае сохранение принципа подтопления водослива, несущественно
уменьшающего пропускную способность, обеспечивается подпором, вызванным сужением канала.
А критическая глубина позволяет придать дну отводящего канала малый уклон, не приводящий
к увеличению объема работ по холостой выемке.
Глубину h
2
определяем по зависимости (3). Решая кубическое уравнение и избирая
соответствующий задаче корень, устанавливаем h
2
. Расходу Q
max
соответствует глубина
на водосливе h
1
. Подставляя известные величины h
1
, h
2
и Q
max
в уравнение (2), определяем высоту
ступени, сопрягающей водослив с дном канала. В нашем случае d.
Определив уклон дна канала и высоту ступени, проводим гидравлический расчет водослива
при расходах, меньших форсированного дорасхода, соответствующего НПУ, Q
н
. Как положено, при
Q ≥ Q
н
все отверстия считаем открытыми полностью. Для этого, задавая значения h
3
, находим Q
по зависимости (4). По известным Q и h
3
находим h
2
, пользуясь уравнением (3). Зная Q и h
2
, по (2)
определяем h
1
. Подставляя найденные значения Q и h
1
в (1), вычисляем напор на водосливе.
Здесь водослив подтоплен во всех случаях, сопряжение бьефов не представляет опасности.
Рассмотрим случай частичного открытия отверстий при НПУ, когда возможно образование
отогнанного прыжка за водосливом. Установим, каким образом скажется сужение отводящего
канала на длине отгона прыжка при синхронном подъеме затворов водосливных отверстий на одну
и
ту же величину.
Используя метод расчета отверстий, принятый в рекомендуемом варианте I, представим
расчетную схему на рисунке 2.
Рисунок 2 – Схема расчета отверстий водослива
Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)
116
Задаваясь произвольным значением глубины равномерного режима в канале h
3
,
соответствующий расход Q определяем по зависимости (4). Подставляя найденный расход и
значение глубины h
3
в (3), находим глубину за прыжком, перед входом в суженный канал h
2
. Другие
уравнения, необходимые для расчета, расположим в порядке, потребном для вычислений:
− сопряженная глубина перед прыжком:
()
2
22
2
2
1
2
Q
hh h h
bg
′′
=⋅ +; (5)
− расход через частично открытое отверстие:
()
1 н
2
c с
QbegHе
ϕ
=⋅⋅ − ; (6)
− сжатая глубина за водосливом:
2
2
22 22
22 2
11
2
c
c
Q
edh
gbh be
⎛⎞
′
−
=+−
⎜⎟
′
⋅⋅
⎝⎠
; (7)
− глубина, сопряженная со сжатой:
()
2
222 2
2
2
1
2
Q
hhh h
bg
′
′′ ′ ′′
=⋅ +. (8)
Зависимостями (5 – 8) пользуемся в следующем порядке. По найденным Q и h
2
, определяем
глубину
h
′
по уравнению (5). Глубину на водосливе е
с
находим, решая кубическое уравнение (6).
Глубину потока за быками водослива
2
h
′
определяем из уравнения сохранения энергии (7).
Прыжок будет отогнан, когда справедливо будет неравенство:
2
h
′′
>h
2
. Поэтому
интересующую нас величину
2
h
′′
находим по уравнению прыжка в рамках плоской задачи (8).
Неравенство
2
h
′′
< h
2
, т. е. условие затопления прыжка, соблюдается только в первом случае.
Для других вариантов открытия отверстий имеет место отогнанный гидравлический прыжок.
Расчеты по выбору экономичной ширины отводящего канала, в части определения границ
допустимого сужения, показывают, что при сужении канала наряду с увеличением скоростей потока,
требующим утолщения плит водобоя, длина водобойной плиты может быть существенно уменьшена.
В приведенных примерах при уменьшении ширины отводящего канала от 36 до 18 м длина отгона
прыжка резко уменьшилась от 80 до 6 м. Благоприятная ситуация, связанная с увеличением диапазона
существования затопленного прыжка в области сопряжения водослива с отводящим каналом,
подкрепляется также весьма значительным сокращением объема работ по каналу. Сужение канала не
уменьшает, естественно, его живого сечения, но холостая часть глубокой выемки, в которую попадает
начальный участок отводящего канала, сокращается значительно.
Таким образом, если режим работы водослива с повышенной отметкой дна отводящего
канала обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с водосливом, возведенным при традиционной
компоновке водосброса (уменьшение скоростей в отводящем канале, размеров плит водобоя), то эти
достоинства проявляются еще в большей мере, когда ширина отводящего канала уменьшается до
некоторой экономически оправданной величины.
По этим причинам необходимо относиться к рекомендуемому варианту компоновки
водосброса, характеризующемуся повышенной отметкой дна отводящего канала, как к фактору,
создающему благоприятные условия для удешевления строительства водосброса.
Литература
1. Оптимизация компоновки сооружений береговых водосбросов при неустановившемся гидравлическом
режиме / И. А. Стоян [и др.] // Вестник СевКавГТУ. 2010. № 3 (24).
2. Особенности эксплуатации водоподпорных сооружений в условиях неустановившегося гидравлического
режима / И. А. Стоян [и др.] // Вестник СевКавГТУ. 2009. № 4 (21).
References
1. Assembling optimization of coastal spillways constructions at alterable hydraulic condition / I. A. Stoyan [and
others] // NC STU Bulletin. 2010. № 3 (24).
2. Specific features of water pressure constructions maintenance in condition ofaltrable hydraulic mode / I. A. Stoyan
[and others] // NC STU Bulletin. 2010. № 4 (21).
Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)
117
УДК 691.163:691.58
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ДОБАВОК ЦЕМЕНТА
НА СВОЙСТВА БИТУМОМИНЕРАЛЬНЫХ КОМПОЗИЦИЙ
НА ЭМУЛЬГИРОВАННЫХ БИТУМАХ
Скориков С. В., Лозикова Ю. Г.
В результате проведенных исследований показана возможность получения битумоминеральных композиций с
добавками цемента на эмульгированных битумах как в процессе перемешивания с влажным заполнителем, так и при
введении анионной или катионной битумных эмульсий по показателям механических свойств, водостойкости и
трещиностойкости выше, чем у горячих асфальтобетонов при значительном уменьшении расхода битума.
The studies demonstrated the possibility of bitumen-mineral compositions production with cement additives on
emulsified bitumen both in the process of mixing with the wet aggregate and during the introduction of anion or cation
bituminous emulsions. By mechanical properties indices, water resistance and crack resistance it is higher than hot asphalt
concrete at a significant bitumen consumption decrease.
Ключевые слова: битум, битумоминеральная композиция, битумные эмульсии.
Key words: bitumen, bitumen-mineral composition, bituminous emulsions.
Проблема повышения эффективности и качества дорожных покрытий, разработки
и внедрения новых технологий дорожного строительства и создания новых композиционных
дорожно-строительных материалов, обеспечивающих их высокие эксплуатационные
характеристики и технологичность, актуализируется чрезвычайно быстрым ростом в стране числа
транспортных средств. Эта проблема сильно усложняется при строительстве дорог, обустройстве
газовых и нефтяных месторождений и подъездных путей к ним в условиях Северного и Восточного
регионов России [1]. Кроме того, малонаселенность и удаленность населенных пунктов
и месторождений в этих регионах друг от друга не позволяет организовать производство горячих
асфальтобетонных смесей и транспортирования их на дальние расстояния. Одним из эффективных
путей решения данной проблемы является применение для строительства покрытий дорог
битумоминеральных композиций на основе битумных эмульсий. Результаты исследований
отечественных и зарубежных ученых И. А. Плотниковой, В. И. Бабаева, Н. И. Горнаева,
М. И. Кучмы, В. Глета, Г. Ределиуса и др. свидетельствуют о реальной возможности снижения
себестоимости строительства дорожных покрытий на 20 – 30 % и сокращения энергетических затрат
на 55 – 60 % при использовании битумных эмульсий.
Несмотря на явные преимущества производства и применения битумоминеральных смесей
на битумных эмульсиях, до настоящего времени в нашей стране эти материалы используются
в дорожном строительстве в крайне ограниченных объемах. Из всего объема выпускаемых
дорожных битумов их производство в эмульгированном состоянии составляет доли процентов от
общего объема, а, например, во Франции – 64 % [2].
Причиной такого
состояния является то, что качество и стабильность битумных эмульсий
зависят от влияния многочисленных факторов: происхождения и состава битума, вида и содержания
эмульгатора, технологических режимов приготовления, что, в свою очередь, приводит
к непостоянству качества. Отсутствие производства высококачественных отечественных
эмульгаторов усугубляет проблему.
Предложенная технология приготовления асфальтобетонных смесей, исключающая
необходимость применения предварительно диспергированных органических
вяжущих в виде эмульсий
и паст, где диспергирование битума осуществляется при подаче его расплава в работающий смеситель,
загруженный влажными минеральными составляющими смеси [3 – 5], не нашла достаточного
применения из-за низких показателей прочности, водо, теплостойкости композиций. Диспергирование
битума во влажной смеси заполнителя обеспечивается присутствующим порошкообразным
эмульгатором – минеральным порошком. Между тем повышение прочности, водо- теплостойкости
битумоминеральных композиций на эмульгированных битумах достигается введением цемента
[6, 7]. Естественно, введение цемента в битумоминеральные композиции на эмульгированных битумах
повышает их прочность, однако влияние добавок цемента на трещиностойкость композиций остается не
изученным. Согласно [6], содержание цемента для различных смесей рекомендуется вводить в количестве
от 2 до 6 % при содержании минерального порошка (частиц менее 0,071 мм) в минеральном заполнителе
этих смесей от 4 до 16 %. Естественно, столь большие пределы содержания минерального порошка в
Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)
118
смесях, да еще с дополнительным введением цемента, будут по-разному влиять на диспергирование
битума во влажных смесях минерального заполнителя, что, безусловно, скажется на качестве композиции.
Изучение влияния добавок цемента на свойства битумоминеральных композиций
на эмульгированных битумах в настоящей работе осуществлялось в смесях с гранулометрическим
составом заполнителя типа «Г» по ГОСТ 9128 из дробленого гравия и минерального порошка
Черкесского завода. Содержание в заполнителе фракции менее 0,071 мм было равным 12 %,
добавление цемента осуществлялось за счет замены соответствующего количества фракции
минерального порошка менее 0,071 мм.
Согласно [6], оптимальное содержание битума в битумоминеральных композициях
на битумных эмульсиях рекомендуется подбирать по достижению максимума прочности смесей,
приготовленных горячим способом. Подобранное по этому принципу содержание битума в смеси
составило 6,5 % сверх 100 % минерального заполнителя. Рекомендуемое в [6] содержание добавок
цемента в смесях принимают 4 – 6 % массы минерального материала. Верхний предел назначают
для смесей с большей пористостью минерального остова, то есть менее плотных. В этих
рекомендациях, по нашему мнению, не учтены некоторые особенности композиции на битумных
эмульсиях, связанные с введением в ее состав цемента. Во-первых, оптимальное содержание битума
подбирается по отношению к 100 % минерального заполнителя без добавок цемента. С введением
цемента в смесь в количестве 4 – 6 % увеличивается за счет него содержание минерального
порошка. В этом случае для полного покрытия поверхности заполнителя, в том числе цемента,
необходимо увеличивать расход битума. Но если цемент будет покрыт битумной пленкой, то это
затруднит его гидратацию и не позволит создать каркас из гидратированных цементных минералов.
Очевидно, что снижение расхода битума в смеси с добавкой цемента является вполне
рациональным, поскольку в этом случае можно ожидать, что часть зерен цемента, так же как и часть
поверхности минерального заполнителя, не покрытые битумом, будут взаимодействовать друг
с другом, образуя прочные структурные связи.
Во-вторых, в битумной эмульсии содержится примерно 50 % воды, кроме того, вода еще
вводится в количестве 2 – 3 % для увлажнения заполнителя в смеси. То есть содержание воды
в композиции по отношению к цементу составляет 130 – 200 %. Как известно, для твердения
цемента необходимо всего лишь 28 % воды. Столь значительный избыток воды не будет
способствовать образованию прочных структурных связей между зернами заполнителя вследствие
гидратации и твердения цемента. Необходимо какое-то время для испарения воды, которое
в композициях на битумных эмульсиях составляет обычно 10 – 15 сут. [7]. Очевидно, что эти
условия вносят свои значительные коррективы в процессы гидратации и твердения цемента
в составе битумоминеральных композиций с эмульгированным битумом.
Для изучения этих вопросов, а также для изучения влияния содержания битума и цемента
в смеси, условий эмульгирования битума при перемешивании влажной смеси с цементом, свойств
композиций с добавкой цемента на анионных и катионных эмульсиях в сравнении с горячими
асфальтобетонными смесями были приготовлены 16 смесей и определены их свойства (таблица 1).
Физико-механические показатели свойств образцов в возрасте 14 суток хранения во влажной среде
определялись по ГОСТ 12801 – 98. Как следует из полученных данных, в битумоминеральных
композициях, приготовленных на битуме, эмульгированном в процессе перемешивания смеси
(составы № 1 – 4), показатели прочности несколько ниже, показатели водостойкости значительно
ниже, чем у горячей смеси (состав № 13). Хотя температура растрескивания асфальтобетона Т
р
а
на 5
°
С ниже в композиции на эмульгированном битуме, чем у горячего асфальтобетона, что
связано, очевидно, меньшим старением битума при приготовлении на эмульгированном битуме, чем
при приготовлении горячей смеси. Введение цемента в смесь при одновременном снижении расхода
битума позволяет значительно улучшить все прочностные показатели и водоустойчивость. Причем,
эти показатели значительно лучше, чем у горячих асфальтобетонов. Даже температуры
растрескивания композиций на эмульгированном битуме с введением цемента ниже, чем у горячих
асфальтобетонов, хотя Т
р
а
закономерно повышается с увеличением добавки цемента (составы № 2 –
4, таблица 1). Показатели свойств композиций (прочность, водостойкость) с добавками цемента на
анионной битумной эмульсии (составы № 6 – 8, таблица 1) гораздо выше, чем у композиции на
анионной эмульсии без добавки цемента (состав № 5).
Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)
119
Таблица 1 – Свойства асфальтобетонов, приготовленных на эмульгированных битумах
Несколько хуже показатели водостойкости у образцов композиций, приготовленных на
катионных битумных эмульсиях с добавкой цемента, но они выше, чем у образцов из горячих
смесей (составы № 10 – 12).
Основной вывод из полученных положительных результатов проведенных исследований
заключается в следующем: возможность получения битумоминеральных композиций с добавками
цемента на эмульгированных битумах, как в процессе перемешивания с влажным заполнителем, так
и при введении анионной или катионной битумных эмульсий по показателям механических свойств,
водостойкости и трещиностойкости выше, чем у горячих асфальтобетонов при значительном
уменьшении расхода битума.
Литература
1. Зотова, И. Нас сближают дороги / И. Зотова // Нефть, газ, промышленность. 2004. № 5. С. 62.
2. Васильев, А. П. Поверхностная обработка с синхронным распределением материалов / А. П. Васильев,
П. Шамбар. – М. : Трансдорнаука, 1999. – 80 с.
3. А. с. 883221 СССР, МКИ Е 01 С 7/18. Способ приготовления битумоминеральной смеси [Текст] /
Н. А. Горнаев, В. П. Калашников, А. Ф.
Иванов. – Бюл. № 43. 1981.
4. Использование влажных битумоминеральных смесей / И. И. Карцева, В. Я. Стрельникова, В. П. Блохин
[и др.] // Автомобильные дороги. 1986. № 3. С. 8 – 9.
5. Рекомендации по применению влажных органоминеральных смесей для устройства конструктивных слоев
дорожных одежд. – М. : ЦБНТИ Минавтодора РСФСР, 1986. – 45 с.
6. Пособие по приготовлению и применению битумных дорожных эмульсий (к СНиП
3.06.03.–85) //
СоюзДорНИИ. – М. : Стройиздат, 1989. – 56 с.
7. Brown, S. A study of cement modified bitumen emulsion mixtures / S. Brown, D. Needham // Paper offered for the
2000 Annual Meeting of the Association of Asphalt Paving Technologists. – 22 p.
References
1. Zotova, I. Roads bring us together / I. Zotova // Oil, gas, industry. 2004. № 5. P. 62.
2. Vasiliev, A. P. Surface treatment with synchroneous distribution of materials / A. P. Vasiliev, P. Shambar. – M. :
Transdornauka, 1999. – 80 p.
3. A.с. 883221 USSR, MKI E 01 C 7/18. Way of bitumen-mineral mixture preparation [Text] / N. A. Gornaev,
V. P. Kalashnikova, A, F. Ivanov. – Bul. № 43. 1981.
4. The use of wet bitumen-mineral mixtures / I. I. Kartseva, V. Ya. Strelnikova, V. P. Blokhin [and others] // Motor
roads. 1986. № 3. P. 8 – 9.
5. Recommendations for wet organic-mineral mixtires use to structural layers arrangement of roadway covering. – M. :
TSBNTI of RF Min.avtodor, 1968. – 45 p.
6. Manual on preparation and use of bitumen road emulsions (to SNiP 3.06.03) // Union Dor NII. – M. : Stroyizdat,
1989. – 56 p.
7. Brown, S. A study of cement modified bitumen emulsion mixtures / S. Brown, D. Needham // Paper offered for the
2000 Annual Meeting of the Association of Asphalt Paving Technologists. – 22 p.
Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)
120
ИНЖЕНЕРНО-АГРОПРОМЫШЛЕННЫЕ СПЕЦИАЛЬНОСТИ
УДК637.1
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОЛЕЙ
МОЛОЧНОЙ КИСЛОТЫ (ЛАКТАТОВ)
Грицаева М. В., Серов А. В., Храмцов А. Г.
Соли молочной кислоты (лактаты) являются ценными пищевыми добавками. Присущие этим солям свойства
позволяют их использовать, с одной стороны, как регуляторы кислотности и бактерицидные агенты, а с другой – как
носители необходимых организму микроэлементов.
Salts of lactic acid (lactates) are valuable food additives. Properties inherent to these salts allow to use them, on the one
hand – as regulators of acidity and bactericidal agents, and on another hand, as carriers of microelements necessary for an organism.
Ключевые слова: лактаты, соли молочной кислоты, молочная сыворотка, пищевые добавки.
Keywords: lactates, salts of lactic acid, whey, food additives.
Стабилизация продовольственного рынка страны и увеличение объемов производства
высококачественных продуктов питания базируются, как правило, на использовании современных
технологий. Большинство таких технологий предусматривают применение пищевых добавок,
выполняющих технологические функции и формирующих потребительские свойства выпускаемой
продукции.
К числу разрешенных к применению в пищевой промышленности добавок относятся:
молочная кислота (Е 270) и лактаты натрия (Е 325), калия (Е 326), кальция (Е 327), аммония (Е 328),
магния (Е 329) и железа (Е 585), достаточно широко применяемые за рубежом [12].
Производство молочной кислоты является одним из старейших, основанном на технологии
микробиологического синтеза. Этот продукт вырабатывается во многих странах, в том числе
и в России. Основными поставщиками молочной кислоты и ее солей на мировой рынок являются
такие страны, как Голландия, Испания, США, Бразилия, Польша, Китай, Великобритания.
Отечественное производство пищевой молочной кислоты невысокого качества при относительно
низкой доле основного вещества основано на технологии периодического сбраживания
сахарсодержащего сырья молочнокислыми бактериями с использованием сухих солодовых ростков
и природного мела. За рубежом применяют современные технические средства и способы
разделения фаз при выделении, очистке и концентрировании растворов, что определяет получение
целевого продукта более высокого качества. Мировая потребность только пищевой
промышленности в молочной кислоте составляет, по оценкам американских экспертов, 40 тыс. тонн
в год. Потребность российских предприятий в солях молочной кислоты свыше 5 тыс. т в год,
в самой молочной кислоте свыше 8 тыс. т и имеет тенденцию к росту. Пока на рынке России
реализуется наряду с импортной 80 %-ой молочной кислотой 40 %-ая отечественная молочная
кислота, а также 60 %-ый лактат натрия и пятиводный лактат кальция голландского производства.
СКиМК ОАО «Задубровский завод молочной кислоты» является единственным предприятием
в России, производящим пищевую молочную кислоту (ГОСТ 490-79, Е 270) промышленным
способом в объеме 2 тыс. т кислоты в год.
Из производных молочной кислоты, используемых в пищевых производствах, наиболее
популярными являются лактаты натрия и кальция [3, 9]. Лактат натрия – жидкость, лактат кальция –
кристаллический порошок. Антисептические, буферные, гидротропные, гигроскопические,
пенообразующие, пластифицирующие, студнеобразующие и другие свойства нейтральных солей
молочной кислоты нашли применение в различных отраслях пищевой промышленности.
Лактат натрия (пищевая органическая соль молочной кислоты – C
3
H
5
NaO
3
)
предназначается для регулирования скорости процесса студнеобразования кондитерских масс
с пектином или в целях защиты студнеобразователя (агара, агароида, агара из фурцеллярии)
от гидролизующего действия кислоты [6].
Лактат натрия как пищевая добавка признана безопасной и может использоваться
в необходимом количестве без ограничений (суточная доза не лимитируется).
Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)
121
Применение лактата натрия обусловлено водосвязывающими, буферными,
эмульгирующими, стабилизирующими, а также бактериостатическими свойствами. Его введение в
продукты улучшает их вкус, придает им диетические свойства, увеличивает сроки хранения.
Таблица 1 – Органолептические показатели лактата натрия
Наименование показателя Характеристика
Внешний вид Однородная жидкость без наличия взвешенных частиц и осадка
Цвет Светло-коричневый
Консистенция Сиропообразная
Таблица 2 – Физико-химические показатели лактата натрия
Наименование показателя Норма
Плотность при 20
0
С, г/см3 1,26 – 1,36
Реакция среды, рН 6,5 – 7,0
Массовая доля лактата натрия в % (концентрация) 40,0 – 60,0
Титруемая кислотность, % молочной кислоты не более 0,13 +/- 0,04
В 1988 году были проведены исследования Оскаром Мейером, (Мэдисон, шт. Висконсин),
которые привели к заключению, что лактат натрия задерживает рост Listeria. Природный лактат
натрия – это составляющая мышечной ткани, но при повышенной концентрации он имеет
антимикробную активность против широкого ряда микроорганизмов. В марте 2000 г. FSIS
(Инспекционная служба по безопасности пищевых продуктов) увеличила разрешаемый уровень
использования лактата натрия для замедления роста определенных патогенных микроорганизмов или
для улучшения вкуса. Теперь разрешается использование лактата натрия и лактата калия для улучшения
вкуса, а также как средства для замедления роста определенных патогенных микроорганизмов
в готовых мясных продуктах или продуктах из птицы в количестве до 4,8 % от общей рецептуры [1].
Лактат кальция (кальциевую соль молочной кислоты) вырабатывают в виде порошка или
гранул. Он широко используется в фармацевтической промышленности как препарат кальциевой
терапии, легко ассимилируется организмом. Лактат кальция не вызывает раздражение слизистой
оболочки желудка, способствует повышению свертываемости крови, снижению зуда при
аллергических реакциях, предупреждению кариеса зубов.
За рубежом его используют в пищевой промышленности для улучшения качества
консервированных мясных продуктов, замороженных овощей и фруктов, сухого и сгущенного
молока, пудингов, джемов. Его применяют в питании домашних животных, рыб и птицы, при
производстве продуктов органического синтеза. Обогащение диеты кальцийсодержащими
препаратами способствует выведению из организма стронция, как в ранний, так и в более поздний
период попадания, значительно смягчает стронциевый токсикоз [5].
Введение лактата кальция в продукты детского питания, консервы, джемы и желе позволяет не
только повысить их биологическую ценность, но и улучшить технологические свойства продуктов.
Так как изотоп стронция, способный быстро накапливаться и долгие годы оставаться
в костной ткани, удаляется из организма труднее других радионуклидов, представляет интерес
возможность использования лактата кальция как кальцийсодержащей пищевой добавки
с радиопротекторными свойствами.
Лактат кальция получают из молочной кислоты, вырабатываемой из сахарсодержащего
сырья: свекловичного сахара (Польша), сахара-сырца, патоки (Россия, Украина), сахарозы
(Нидерланды, США, Бразилия, Великобритания), кукурузного сахара (США).
Перспективным сырьем для производства молочной кислоты и лактата кальция является
сыворотка [11]. Использование ее для этих целей позволит молокоперерабатывающим
предприятиям соблюдать требования промышленной экологии и обеспечить максимальный выход
целевого продукта, так как в процессе молочнокислого брожения почти 90 % лактозы превращается
в молочную кислоту.
Технология лактатов из молочной сыворотки предусматривает сбраживание лактозы
в молочную кислоту и последующее получение лактатов за счет нейтрализации молочной кислоты.
Лактатсодержащие маточные растворы и осадки используют для получения кормовых добавок [7, 8].