ВолгодонскСпособность материала удерживать тепло оценивается его удельной теплоемкостью, т.е. количеством тепла (в кДж), необходимым для повышения температуры одного килограмма материала на один градус. Например, вода имеет удельную теплоемкость, равную 4,19 кДж/(кг*K). Это значит, например, что для повышения температуры 1 кг воды на 1°K требуется 4,19 кДж. Для водонагревательных установок и жидкостных систем отопления лучше всего в качестве теплоаккумулирующего материала применять воду, а для воздушных гелиосистем — гальку, гравий и т.п. Следует иметь в виду, что галечный теплоаккумулятор при одинаковой энергоемкости по сравнению с водяным теплоаккумулятором имеет в 3 раза больший объем и занимает в 1,6 раза большую площадь. Например, водяной теплоаккумулятор диаметром 1,5 м и высотой 1,4 м имеет объем 4,3 м3, в то время как галечный теплоаккумулятор в форме куба со стороной 2,4 м имеет объем 13,8 м3.
Таблица 1. Сравнение некоторых теплоаккумулирующих материалов
Плотность аккумулирования теплоты в значительной степени зависит от метода аккумулирования и рода теплоаккумулирующего материала. Она может быть аккумулирована в химически связанном виде в топливе. При этом плотность аккумулирования соответствует теплоте сгорания, кВт*ч/кг: · нефть — 11,3; · уголь (условное топливо) — 8,1; · водород — 33,6; · древесина — 4,2. При термохимическом аккумулировании теплоты в цеолите (процессы адсорбции — десорбции) может аккумулироваться 286 Вт*ч/кг теплоты при разности температур 55°C. Плотность аккумулирования теплоты в твердых материалах (скальная порода, галька, гранит, бетон, кирпич) при разности температур 60°C составляет 14…17 Вт*ч/кг, а в воде — 70 Вт*ч/кг. При фазовых переходах вещества (плавление — затвердевание) плотность аккумулирования значительно выше, Вт*ч/кг: · лед (таяние) — 93; · парафин — 47; · гидраты солей неорганических кислот — 40…130.
Таблица 2. Сравнение удельной теплоемкости и плотности различных материалов на основе равных объемов
К сожалению, лучший из приведенных в таблице 2 строительных материалов — бетон, удельная теплоемкость которого составляет 1,1 кДж/(кг*K), удерживает лишь ¼ того количества тепла, которое хранит вода того же веса. Однако плотность бетона (кг/м3) значительно превышает плотность воды. Во втором столбце таблицы 2 приведены плотности этих материалов. Умножив удельную теплоемкость на плотность материала, получим теплоемкость на кубический метр. Эти величины приведены в третьем столбце таблицы 2. Следует отметить, что вода, несмотря на то, что обладает наименьшей плотностью из всех приведенных материалов, имеет теплоемкость на 1 м3 выше (2328,8 кДж/м3), чем остальные материалы таблицы, в силу ее значительно большей удельной теплоемкости. Низкая удельная теплоемкость бетона в значительной степени компенсируется его большой массой, благодаря которой он удерживает значительное количество тепла (1415,9 кДж/м3).
Губеладзе А.Р. СТРОИТЕЛЬСТВО В ОСОБЫХ ГРУНТОВЫХ УСЛОВИЯХ Учебное пособие для студентов специальности 27010165 (290300) «Промышленное и гражданское строительство» Волгодонск
Успешное и качественное строительство сооружения в большей степени зависит от основания, на котором оно возводится. На стадии проектирования основания сооружений рассматриваются на основе: - результатов инженерных изысканий, включающих в себя инженерно-геодезические, инженерно-геологические и инженерно-гидрометеорологиче-ские изыскания для строительства; - данных, характеризующих назначение, конструктивные и технологические особенности сооружения, нагрузки, действующие на фундаменты, и условия его эксплуатации; - технико-экономического сравнения возможных вариантов проектных решений и принятие варианта, обеспечивающего наиболее полное использование прочностных и деформационных характеристик грунтов и физико-механических свойств материалов фундаментов и других подземных конструкций. При проектировании оснований и фундаментов следует учитывать местные условия строительства. В районах со сложными инженерно-геологиче-скими условиями при наличии грунтов с особыми свойствами (просадочные, набухающие и др.) или возможности развития опасных геологических процессов (карст, оползни и др.), а также на подрабатываемых территориях инженерные изыскания должны выполняться специализированными организациями. В природе встречаются грунты, у которых естественная структура является устойчивой только при сохранении определенных условий. Такие грунты можно отнести к группе структурно-неустойчивых. Такое название чисто условно поскольку в естественных условиях, когда структурные связи не нарушены, данные грунты будут иметь вполне устойчивую структуру. При наличии дополнительных возмущающих воздействиях их структура нарушается, а следовательно, меняются физико-механические свойства грунтов. К группе структурно-неустойчивых грунтов по предложению Н.А. Цытовича обычно относят мерзлые и вечномерзлые грунты, лессовые просадочные грунты, слабые водонасыщенные глинистые, засоленные, заторфованные грунты. Несмотря на различия в условиях образования грунтов этой группы разного вещественного состава и состояния, их объединяет общее свойство. В природном состоянии эти грунты обладают структурными связями, которые при определенных воздействиях резко снижают свою прочность или полностью разрушаются. Дополнительные воздействия могут иметь механическую природу (быстро возрастающие, динамические, вибрационные нагрузки) или обуславливаться физическими процессами (повышение температуры мерзлых грунтов, обводнение лессовых или засоленных грунтов и т.п.). При разрушении природной структуры снижается прочность грунтов, увеличивается сжимаемость и проявляется склонность к просадочным деформациям. Структурно-неустойчивые грунты имеют широкое распространение, группируясь по преимуществу в определенных географо-климатических зонах (регионах), поэтому их часто называют региональными, а в условиях строительства относят к региональным или особым грунтовым условиям. В слабых сильносжимаемых грунтах, к которым можно отнести неуплотненные глинистые грунты, в том числе озерно-ледниковые глины, суглинки, супеси; илы, заторфованные грунты; рыхлые пески; водонасыщенные, пылеватые, намывные грунты, при механических воздействиях легко разрушаются структурные связи, резко уменьшаются показатели прочности, существенно увеличивается деформируемость и ее неравномерность. Мерзлые и вечномерзлые грунты при отрицательных температурах обладают большой прочностью и малой сжимаемостью. При повышении атмосферной температуры происходит их оттаивание, а следовательно меняется и структура, возникают быстропротекающие просадки, резко уменьшаются показатели прочности. Лессы и лессовидные грунты обладают устойчивостью в естественных условиях при малой влажности. При замачивании структурные связи нарушаются, что приводит к проявлению просадочных свойств грунтов и снижению их прочности. Плотные глинистые маловлажные грунты набухают при увлажнении, а при последующем снижении влажности испытывают усадку. К группе неустойчивых оснований следует отнести такие, которые располагаются на подрабатываемой территории. Как бы плотно не заполнялись или ограждались подземные выработки, верхние пласты постепенно оседают, искривляются и вообще деформируются, а поверхности земли образуется чашеобразная впадина – мульда сдвижения. Следует отметить разницу между осадкой сооружения, которая является следствием деформаций, вызванных напряженным состоянием грунта, и просадкой, которая является результатом разрушения грунта при дополнительном воздействии на основание физических или механических процессов. Задача проектирования и возведения фундаментов в рассматриваемых условиях состоит в разработке таких технических решений, которые учитывали бы особенности взаимодействия системы «основание-фундамент-здание» и обеспечили бы прочность, устойчивость всех конструкций и эксплуатационную надежность сооружения. Проектирование оснований и фундаментов в этих условиях основывается на тех же предпосылках и методах, что и для обычных условий. Однако необходимо иметь в виду, что при строительстве на структурно-неустойчивых грунтах, кроме общепринятых для обычных условий решений, требуется проведение специальных мероприятий, которые, учитывая их особые свойства, обеспечивали бы нормальную эксплуатацию зданий и сооружений. Пренебрежение при проектировании этими свойствами неизбежно приведет в лучшем случае к чрезмерным осадкам и просадкам оснований, а в худшем – к потере устойчивости оснований и разрушению сооружений. Мероприятия, осуществляемые при строительстве в особых грунтовых условиях, можно разделить на четыре группы: К первой относятся меры, предпринимаемые для исключения неблагоприятных воздействий на грунты основания. Вторая группа объединяет разнообразные способы искусственного улучшения строительных свойств оснований, с помощью которых нейтрализуются последствия неблагоприятных факторов. Третья включает конструктивные мероприятия, понижающие чувствительности зданий и сооружений к неравномерным деформациям оснований. Мероприятия четвертой группы заключаются в применении специальных типов фундаментов. Выбор конкретных мероприятий или сочетаний требует специальных знаний природы и свойств структурно-неустойчивых грунтов, методов расчета оснований и особых приемов строительства. Объемы строительства на структурно-неустойчивых грунтах в нашей стране неуклонно возрастают, это нашло свое отражение в нормативных документах. дены специальные разделы, регламентирующие правила проектирования оснований и фундаментов на основных видах региональных грунтов. Постановлением Госстроя России № 28 от 9 марта 2004 г. одобрен для применения СП 50-101-2004 «Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений», разработанный в развитие положений и требований СНиП 2.02.01-83** «Основания зданий и сооружений» и СНиП 3.02.01-87«Земляные сооружения, основания и фундаменты». Свод правил содержит рекомендации по проектированию и устройству оснований и фундаментов зданий и сооружений, в том числе подземных и заглубленных, возводимых в различных инженерно-геологических условиях, в том числе и на специфических грунтах и в особых грунтовых условиях. Специальные вопросы строительства отражены в многочисленных инструктивных материалах, в справочнике проектировщика «Основания, фундаменты и подземные сооружения».
|
