Системные решения технологических проблем. Рубрика в журнале - Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал
Статья научная
Introduction. Recent years have seen a pressing need to dispose of municipal solid waste due to rapid urbanization. The municipal solid waste incineration fly ash (MSWIFA) produced from solid waste incineration power plant exhibits pozzolanic properties and poses concern of toxicity leaching when used directly as building materials. This paper presents an alkali-activation method to produce sustainable alkali-activated MSWIFA materials (AAFMs) with various MSWIFA dosages and investigate the corresponding fabrication and performance. Materials and Methods. Composited alkali activators activate the MSWIFA with constant alkalinity of 5% and the molar ratio of Si/Na = 0.86. The resulting geopolymers' bulk densities, mineral composites, morphology, and compression strength are thoroughly examined. Results and discussions. Results show that the use of MSWIFA may lead to more loose structures because the bubbles are generated from metallic aluminum and alkali activators. Additionally, the production of multiple crystals also accounts for increasing porosity. The generated multi-crystals such as Sylvite, Halite, Hydrocalumite, Calcium Hydroxide, and Ettringite are further detected from the morphology and mineral analysis. Furthermore, compression tests and toxicity characteristic leaching procedures (TCLP) are conducted to investigate the mechanical performance and heavy metals solidification performance of AAFMs, with an optimal compression strength of 19.99MPa at 28 days for AAFM-10 while toxicity leaching is subject to regularity limits. Conclusions. This study shows that great potential of using the alkali-activation method to recycle hazardous municipal solid fly ash into construction materials with both ecological safety and high performance.
Бесплатно
Алгоритм обратной кинематики для траекторий с заданной ориентацией инструмента
Статья научная
Введение. При сварке, нанесении покрытий и выполнении сборочных и монтажных операций положение инструмента задается совместно с его ориентацией. Одной заданной позе могут соответствовать различные наборы углов в суставах манипулятора, причем решения, полученные для отдельных точек, не всегда образуют непрерывную траекторию. В таком случае переход от одной точки к другой сопровождается скачком углов, что необходимо учитывать при задании скоростей движения. Траекторию задают углами в суставах либо массивом декартовых поз инструмента. Во втором случае исходными данными служат координаты и ориентации, полученные по CAD-модели, точкам обучения или от внешнего планировщика. Для расчета по этим данным требуется согласовать решения обратной кинематики в соседних точках; в рассматриваемом алгоритме это выполняется за счет передачи найденных углов в расчет следующей точки. Материалы и методы. Объектом исследования является шестизвенный манипулятор с шестью степенями свободы. По заданным положениям и ориентациям TCP определялись углы в суставах с использованием псевдообратной матрицы численного якобиана, а ориентационная часть ошибки рассчитывалась по углам Эйлера ZYX. Начальным приближением для каждой последующей точки служило решение, полученное на предыдущей. Проверка проведена для траекторий с различным числом точек. Результаты и обсуждение. Приведены порядок формирования шестимерной ошибки, расчет якобиана и условия завершения итераций. Для траекторий из 5, 10 и 20 точек определены ошибки положения и ориентации, число итераций и время расчета; дополнительно рассмотрены траектории до 50 точек. По данным расчетов для одинаковой геометрической траектории среднее число итераций на точку составило 28, 18 и 12 соответственно. Использование предыдущего решения уменьшало число итераций, а в рассмотренных тестах позволяло сохранять выбранную ветвь решения. Выводы. Разработанный алгоритм позволяет по массиву положений и ориентаций инструмента получить последовательность углов в суставах манипулятора. В проведенных расчетах передача решения между соседними точками обеспечивала плавное изменение углов, однако сама по себе не исключает смену ветви решения при любой траектории. Область применения алгоритма ограничивается условиями сходимости численного расчета. При приближении к сингулярной конфигурации или при редком задании точек необходима дополнительная проверка числа обусловленности якобиана. Для повышения устойчивости расчета могут потребоваться более плотная дискретизация траектории и регуляризованное псевдообращение.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В регионах с распространением многолетнемерзлых грунтов при строительстве объектов транспортной инфраструктуры сложной, но в то же время важной задачей является обеспечение устойчивости и стабильности оснований транспортных сооружений. Сложность строительства в регионах криолитозоны обуславливается трудностью прогноза поведения многолетнемерзлых грунтов и влияния на них различных природных факторов и возводимого сооружения. Методы и материалы. При развитии путей сообщений в регионах с распространением многолетнемерзлых грунтов важно грамотно подходить к выбору конструктивно-технологических решений, направленных на повышение надежности оснований транспортных сооружений. Ключевыми элементами выбора таких решений выступают прогнозирование деформационных процессов оснований, разработка мероприятий по стабилизации и термостабилизации грунтовых условий. Предложенные конструктивно-технологические решения должны не только оказывать благоприятное воздействие на физико-механические характеристики грунтового массива, но и быть экономически целесообразны. Результаты и обсуждение. В статье рассматриваются вопросы обеспечения стабильности и устойчивости земляного полотна на участке Забайкальской железной дороги в зоне распространения многолетнемерзлых грунтов. Авторами предложено конструктивно-технологическое решение (далее КТР) по устройству вертикальных столбов из щебня при усилении грунтов основания. Данную технологию можно отнести к нанотехнологиям в строительстве, так как в ходе ее применения происходит улучшение строительных свойств многолетнемерзлых грунтов. Особенностью рассматриваемого участка является наличие многолетнемерзлых грунтов в основании железнодорожной насыпи, поэтому в данной статье выполнено моделирование теплофизических процессов в грунтах и влияние объекта транспортной инфраструктуры, которым является железнодорожная насыпь как с применением технологии армирования основания вертикальными столбами из щебня в криолитозоне, так и без применения на естественном основании, данном КТР, и представлен анализ полученных результатов. Вывод. Итоги работы демонстрируют целесообразность применения технологии армирования грунтов оснований вертикальными столбами из щебня в условиях распространения многолетнемерзлых грунтов.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Обеспечение устойчивости земляного полотна в условиях распространения многолетнемерзлых грунтов является одной из актуальных задач современного проектирования, строительства и эксплуатации транспортных сооружений. В условиях глобальных климатических изменений и роста антропогенных нагрузок на грунтовые основания поиск эффективных технологий усиления оснований становится ключевым направлением исследований. В статье представлен анализ влияния технологий усиления высокотемпературных многолетнемерзлых грунтов оснований земляного полотна на устойчивость сооружений. Методы и материалы. Рассмотрены два конструктивно-технологических решения по усилению грунтов основания земляного полотна: с использованием технологии струйной цементации и устройства вертикальных столбов из щебня. Исследование основано на численном моделировании напряженно-деформированного состояния земляного полотна на многолетнемерзлых грунтах с использованием предлагаемых конструктивно-технологических решений и без них. Результаты и обсуждение. Для каждой технологии выполнен сравнительный анализ вертикальных перемещений, сдвиговых деформаций и коэффициентов устойчивости откосов насыпи. В целом предлагаемые технологии укрепления грунтов основания позволяют повысить надежность сооружаемых на них объектов, в частности, земляного полотна. Выбор технологии усиления грунтов основания должен основываться на анализе конкретных условий строительства и эксплуатации объекта: природных, технических, технологических, экономических. Вывод. Можно отметить, что в схожих инженерно-геологических условиях, описанных в данном исследовании, струйная цементация применима к использованию для укрепления грунтов основания на участках с высокими требованиями к устойчивости и несущей способности, но с обязательным предварительным подбором цементного раствора и анализом его экзотермии при наборе прочности. Вертикальные столбы из щебня как способ укрепления грунтов оснований представляют собой перспективное конструктивно-технологическое решение, особенно для негрузонапряженных участков.
Бесплатно
Анализ использования модели OWLv2 для обнаружения объектов в режиме реального времени
Статья научная
Внедрение системы обработки видеоинформации с помощью ИИ для промышленности часто сталкивается с компромиссом между точностью, скоростью, дороговизной и безопасностью. Авторы представляют план и схему работы промышленной ИИсистемы поиска объектов на изображениях в реальном времени с использованием только локальных бюджетных решений из пользовательского сегмента. Введение. Работа описывает структуру промышленной масштабируемой многокамерной системы детектирования объектов в производственном окружении на основе текстовых дескрипторов. В основе системы лежит модель OWLv2 (англ. Open-World Localization Vision Transformer): визуальный трансформер локализации объектов в открытом пространстве. Методы и материалы. В качестве объектов используется видеопоток с различными объектами, которые в дальнейшем должны быть распознаны и определены. Использование открытой модели OWLv2 и ГП Nvidia пользовательского уровня вместе с архитектурой микросервисов позволяет создать гибкое ПО, которое можно масштабировать по мере нужд предприятия, используя единый локальный сервис, полностью изолированный от внешнего мира. Такой сервис, в том числе, позволит в дальнейшем внедрять продвинутые версии моделей, решающих сложные задачи, такие как контроль за качеством композитов без необходимости существенной перестройки сервиса, при этом сохраняя единый API. Система разработана для обработки видеопотока и единичных изображений в реальном времени со множества камер в реальном времени с использованием ускорения на графическом процессоре (ГП), распределенной обработкой задач на Celery и RabbitMQ, централизованной наблюдаемостью с Prometheus, Grafana и Loki. Результаты и обсуждения. Архитектура ставит приоритетом операционную устойчивость, эффективность по стоимости и возможность масштабирования с двух до сотни камер без фундаментального редизайна. Применяя с самого начала децентрализованный, микросервисный подход, проект избегает технического долга и бремени рефакторинга, которые возникли бы при создании монолитной системы и попытке ее последующего распределения. Гибкая облачная система на базе Kubernetes, где каждый компонент независим, масштабируется по потребности и легко поддерживается. Использование MinIO, RabbitMQ, Prometheus, Loki и Celery – хороший выбор для промышленного решения.№
Бесплатно
Статья научная
Введение. Бурение и реконструкция нефтяных и газовых скважин являются ключевыми этапами в освоении месторождений углеводородов. Одним из важнейших технологических элементов, в значительной степени определяющим эффективность данного процесса, является буровой раствор (далее БР). Он выполняет множество функций, включая охлаждение и смазку породоразрушающего и специального инструмента, очистку забоя от выбуренной породы, поддержание стабильности стенок скважины и многое другое. В последние годы особое внимание уделяется использованию наноматериалов в составе буровых растворов. Наноразмерные добавки способны значительно улучшить технологические свойства растворов на водной основе, повысить их эффективность и снизить затраты на бурение. Методы и материалы. Оценивалось влияние добавок на общие технологические параметры безглинистого бурового раствора (ББР). Особое внимание было уделено выявлению влияния разработанных опытных добавок на показатели коэффициента трения и антифрикционных свойств ББР, которые определялись на модифицированной машине трения ИИ5018. Результаты и обсуждения. Данная работа посвящена исследованию влияния нанодобавок на технологические характеристики БР на водной основе и их эффективность для бурения и реконструкции скважин. В ходе работы были проведены комплексные лабораторные исследования по оценке влияния нанодобавок различной природы, таких как нанографит и наноуглеродные материалы, на смазывающие свойства бурового раствора на водной основе, что способствует снижению износа бурового оборудования, повышению механической скорости бурения и, как следствие, сокращению временных и финансовых затрат на строительство и реконструкцию скважин.
Бесплатно
Выбор методики оценки глубины отпущенного слоя сварного шва мартенситной стали
Статья научная
Введение. В обзоре рассмотрен выбор методики неразрушающего контроля глубины отпущенного мартенситного слоя в сварных швах труб из сталей мартенситного класса после высокого отпуска. При термической обработке сварных соединений распад мартенсита не всегда проходит по всей толщине шва, особенно в корневой зоне толстостенных труб, а усредненные характеристики могут скрывать локальные участки с повышенной твердостью и хрупкостью. Методы и материалы. Сравнивали четыре группы методов: вихретоковый контроль, анализ магнитного шума Баркгаузена, ультразвуковые методы и магнитную коэрцитиметрию. Для каждой оценивали, с какой глубины сигнал несет информацию о структурно-фазовом состоянии и наносостоянии металла шва. Результаты. Вихретоковый и баркгаузеновский методы дают сведения в основном о поверхности и приповерхностном слое. Ультразвуковые методы позволяют исследовать более глубокие слои, однако при слабом акустическом контрасте структур выделить границу отпущенного слоя по обратнорассеянному сигналу сложно, а интерпретация результатов затруднена. Для полевых условий выбрана коэрцитиметрия. Сменные приставные П-образные электромагниты разного размера промагничивают металл на разную глубину, что позволяет построить условный послойный магнитный профиль. Обсуждение. Предложено подбирать преобразователи, строить градуировочные зависимости на сварных образцах, а оценку толщины превращенного слоя проверять металлографией и по микротвердости, при необходимости рентгеноструктурным анализом. Заключение. Получаемый послойный профиль условен. Для оценки глубины нужна градуировка под конкретную сталь и технологию сварки с учетом остаточных напряжений и ориентации преобразователя. При контроле труб учитывают также зазор, кривизну поверхности и усиление шва.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В настоящее время в промышленности для изготовления сложнопрофильных тонкостенных деталей, а также элементов полой конструкции используется метод сверхпластической формовки (СПФ). Для повышения эффективности процесса СПФ целесообразным является предварительное формирование в материалах наноструктурного состояния. Значительное влияние на точность геометрии детали, качество конечного изделия и продолжительность производственного процесса оказывает подача формующего газа, реализуемая с использованием газораспределительной системы (ГРС). Одним из ключевых аспектов работы ГРС является выявление оптимальных режимов подачи газа для деталей с различной геометрией. Компьютерное моделирование процесса СПФ позволяет анализировать режимы формовки без необходимости проведения дорогостоящих и длительных реальных экспериментов. Исследование направлено на выявление зависимости между повышением давления формующего газа и геометрией детали. Методы и материалы. Моделирование и конечноэлементный анализ (КЭ анализ) СПФ деталей типа «купол» из титанового сплава ВТ-6 с различной толщиной заготовок и геометрией проводилось с помощью программного комплекса MSC Marc. Результаты и обсуждение. Приводятся результаты КЭ анализа процесса СПФ. В ходе проведения исследований установлено, что при изменении толщины заготовки графики подачи формующего газа не изменяют своего характера поведения, но при этом изменяется их масштаб. То есть при сохранении времени протекания основных этапов формовки значительно увеличивается давление формовочного газа, что приводит к повышению скорости подачи формовочного газа. На графиках подачи формовочного газа можно выделить три этапа, и рост давления газа между этапами происходит нелинейно. В зависимости от формы детали данные этапы могут отличаться. Заключение. Полученные зависимости подачи газа позволяют сформировать опыт работы с технологическим процессом формовки различных деталей, а также выявить требования для разработки перспективных систем газораспределения.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Промышленная трубопроводная арматура является одним из важнейших элементов дозирования передаваемой энергии как внутри распространенных газораспределительных систем, так и органом прецизионного воздействия непосредственно на исполнительное устройство или механизм. Наиболее конкретизированными являются требования к запорнорегулирующим устройствам (ЗРУ), применяемым в отраслях промышленности, имеющих повышенную опасность, а также на прецизионных высокотехнологичных ответственных производствах. Значительную роль играет возможность изменения и диапазон регулирования расходной характеристики, а также быстродействие элемента, разделяющего две части сообщающейся системы. Применение ЗРУ для формирования потока инертного газа, согласно сформированному закону, является ключевым требованием к исполнительным элементам системы для изготовления деталей (материал которых находится, как правило, в наноструктурном состоянии) методом сверхпластической формовки (СПФ). Формирование требований к исполнительному узлу газораспределительной системы для осуществления операции СПФ определяется графиком, основанным на геометрии детали. В качестве исполнительного узла принят сильфонный запорный игольчатый клапан как оптимальный по конструкции ввиду используемого уплотнения, а также дозирующей иглы, позволяющей изменять проходное сечение канала. Методы и материалы. Моделирование и конечно-элементный (КЭ) анализ с целью определения расходных характеристик сильфонного запорного игольчатого клапана газораспределительной системы проводились с применением специализированного программного комплекса для сценариев поворота рукоятки управляющего штока на: 10°, 45° и 90° с учетом необходимых граничных условий, а проведение натурных испытаний с целью верификации расчетов методом конечных элементов (МКЭ) осуществлялось на стенде с использованием сильфонного запорного игольчатого клапана при требуемых параметрах элементов стенда. Результаты и обсуждение. Приводятся результаты конечно-элементного (КЭ) анализа и натурных стендовых испытаний для верификации результатов моделирования. В ходе проведения исследований установлено, что зависимость расхода рабочей среды от угла поворота рукоятки управляющего штока не является линейной. В диапазоне углов поворота рукоятки от 0° до 40° наблюдается стабильное увеличение расхода. При дальнейшем увеличении угла открытия рукоятки от 40° до 60° характер изменения расхода рабочей среды меняется. Наблюдаются скачкообразные перепады, которые можно объяснить относительно большим открытием седла корпуса. Это приводит к явлениям (срывы, завихрения потока и т.д.), вызывающим колебания расхода. После достижения угла поворота в 60° график расхода приобретает колебательный характер. На данном участке поток испытывает постоянное значительное воздействие турбулентных явлений и становится нестабильным, что затрудняет точное определение расхода рабочей среды. Заключение. Совместное проведение конечно-элементного моделирования и натурного эксперимента позволило провести верификацию расходной характеристики, полученной в ходе расчета МКЭ в специализированном программном комплексе с данными натурных стендовых испытаний сильфонного запорного игольчатого клапана. Расхождение результатов КЭ анализа с результатами, полученными в ходе натурных испытаний, находится в пределах 5 %, что позволяет использовать методику, приведенную в статье, для получения достаточно точных и достоверных результатов.
Бесплатно
Статья научная
Введение. На сегодняшний день детальное изучение геологического строения месторождений нефти и газа имеет огромное значение. Изучение и формализация геологического строения видится возможным с помощью анализа геологической неоднородности. Геологическая неоднородность оказывает значимое влияние на степень вовлечения объема залежи в процессе дренирования, определяет доминирующие направления фильтрационных потоков и характер вытеснения нефти в процессе заводнения пласта. Методы и материалы. В работе представлены статистические показатели основных характеристик пласта пористости, проницаемости, расчленённости, песчанистости, а также комплексные показатели макрои микронеоднородности по распределению проницаемости. Приведенные характеристики позволяют оценить изменчивость коллектора как по площади, так и по разрезу, т.е. в объеме нефтегазоносного пласта.
Бесплатно
Методы сокращения углеродного следа при производстве, транспортировке и укладке бетонной смеси
Статья научная
Введение. Концентрация CO2 в атмосфере за последние 70–80 лет показывает устойчивый рост, вклад в который вносит производство строительных материалов и конструкций из бетона, основной составляющей которого является цемент. Одним из современных решений сокращения выбросов углекислого газа в сфере строительства может быть применение в конструкциях модифицированного бетона. Целью данного исследования является анализ процессов производства бетонной смеси с точки зрения выбросов углекислого газа на каждом этапе, а также подбор состава модифицированной бетонной смеси для уменьшения этих выбросов. Методы и материалы. Проведена оценка углеродоемкости компонентов бетонной смеси и этапов ее жизненного цикла. Процессы, связанные с выбросами СО2, включают производство, транспортировку сырья и производство бетонной смеси. Результаты и обсуждение. Проведенный анализ данных демонстрирует доминирующий вклад производства цемента в общий углеродный след сырьевых компонентов. Сравнительная оценка углеродоемкости различных рецептур выявила значительный потенциал применения минеральных добавок для ее снижения. Комплексный анализ свойств модифицированного бетона послужил основанием для разработки детальной технологической схемы его производства. Выводы. Частичная замена портландцемента на инертные в углеродном отношении материалы, такие как зола-унос, микрокремнезем и нанокремнезем, позволяет существенно снизить углеродный след конечного продукта.
Бесплатно
Статья научная
Введение. До 65% площади Российской Федерации находятся на территориях распространения многолетнемерзлых грунтов, поэтому работы по совершенствованию существующих и развитию новых технологий сооружения фундаментов в таких условиях сохраняют свою актуальность. Северные территории богаты своими природными ресурсами, такими как нефть, газ и полезные ископаемые, поэтому в последние годы наблюдается тенденция их активного развития. Сооружение объектов инфраструктуры, строительство промышленных предприятий и жилых комплексов требует проектных решений, обеспечивающих эксплуатационную надежность фундаментов в условиях деградации грунтовых многолетнемерзлых массивов. Геологические условия многолетнемерзлых грунтов влияют на прочность, устойчивость и долговечность сооружений. Строительство без учета характеристик мерзлотных грунтов приводит к осадкам, деформациям зданий и аварийным ситуациям, связанным с деградацией грунтового массива из-за изменения климатических условий. Существующие на сегодняшний день технологии строительства сооружений различного назначения в данных условиях основываются на первом принципе – опирании оснований фундаментов на толщу многолетнемерзлых грунтов, которая является постоянной и не подвержена влиянию сезонного растепления и остывания грунтов. Существующие технологии не всегда могут удовлетворять требованиям, предъявляемым к надежности строительных объектов. Для поддержания долговечности и устойчивости сооружений необходимо учитывать факторы риска для северных регионов, где климатические условия весьма суровы, а строительные объекты подвергаются значительным нагрузкам. Из-за увеличения среднегодовой температуры атмосферного воздуха, толща сезонно растепляемых многолетнемерзлых грунтов повсеместно увеличивается. При проектировании современных сооружений глубину заложения фундаментов необходимо увеличивать, что в свою очередь ведет к увеличению затрат на строительство в зонах распространения многолетнемерзлых грунтов. По результатам расчетного обоснования определена необходимая температура подачи пара в паровую иглу, диаметр иглы, толщина её стенки, схема расстановки игл, область растепления как от одной, так и от комплекса паровых игл, а также время обратного промерзания массива грунтов для учета возможности последующего повышения их несущей способности. Материалы и методы. В статье представлена нанотехнология растепления многолетнемерзлых грунтов паровыми иглами и расчетное обоснование, необходимое для учета возможности работ по растеплению массива грунтов и их дальнейшему закреплению. Расчетное обоснование выполнено на примере строительства транспортного сооружения в г. Норильск, Красноярский край, так как эта область относится к районам Крайнего Севера, где распространенной является проблема повсеместного растепления массива грунтов. Расчетное обоснование выполнено в специализированном программном комплексе MIDAS GTS NX Thermal analysis. Обсуждение. В рамках расчетного обоснования была выполнена: верификация расчетных моделей; моделирование существующего диапазона толщин стенок паровой иглы; моделирование существующего диапазона диаметров паровой иглы; моделирование существующего диапазона температур подачи пара в паровую иглу; моделирование двух возможных схем расстановки паровых игл в массиве грунтов; моделирование по определению расстояния между паровыми иглами при их установке в массив грунтов; моделирование по определению времени, необходимого для растепления массива грунтов и их обратного остывания. Выполнен анализ полученных результатов для каждого из этапов расчетного обоснования. Определена оптимальная конструкция паровой иглы (диаметр, толщина стенки, температура подачи пара), схема расстановки игл и расстояние между иглами при их установке в массив грунтов, площадь и объем растепляемого массива грунтов, время растепления и обратного остывания массива грунтов. Заключение. В рамках выполненной работы обоснованы конструктивные параметры паровой иглы, включая оптимальный диаметр, толщину стенок и температуру подаваемого пара. Установлено оптимальное взаиморасположение паровых игл и необходимые расстояния между ними для эффективного воздействия на грунт, определены ключевые показатели процесса растепления многолетнемерзлого грунта: сроки, объём и площадь растепления, а также временной интервал возвращения грунтов в исходное мерзлое состояние. Результаты представленной статьи создают основу для проектирования и строительства надежных фундаментов зданий и транспортных сооружений в регионах с распространением многолетнемерзлых грунтов.
Бесплатно
Статья научная
Введение. На предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности одним из видов отходов производства является активный ил. В рамках рационального использования природных ресурсов и вторичного использования отходов благодаря своему составу активный ил при определенных технологических решениях возможно использовать для производства наноудобрений, поскольку он уже является основой для создания различных почвогрунтов и биопрепаратов. Однако иногда в составе активного ила могут содержаться токсичные соединения, тяжелые металлы, которые могут оказать отрицательное влияние на плодородие почвы и жизненное состояние растений, в связи с чем целью наших исследований явилось изучение влияния внесения активного ила в качестве основы наноудобрения на содержание тяжелых металлов в подзолистой почве различного гранулометрического состава, находящейся в сельскохозяйственном использовании. Методы и материалы. Исследования проводились в условиях модельного опыта в вегетационных сосудах. Использовали подзолистую почву различного гранулометрического состава (глинистую, суглинистую, песчаную) и отход целлюлозно-бумажной промышленности - активный ил в концентрациях 1; 2,5; 5 и 10% от веса сухой почвы. Определение валового содержания тяжелых металлов проводили атомно-абсорбционным методом с измерением на спектрофотометре АА-7000 (Shimadzu, Япония), подвижных форм - с использованием ацетатно-аммонийного буферного раствора методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Результаты и обсуждение. В работе приводятся результаты исследований по изучению изменения подвижных и валовых форм тяжелых металлов в подзолистой почве различного гранулометрического состава при внесении активного ила в качестве основы органического наноудобрения в условиях модельного опыта. Заключение. Показано, что содержание подвижных и валовых форм изученных металлов (Fe, Mn, Cu, Zn, Ti, Al, Ni, Co, Cr, Cd и Mo) находилось в пределах принятых санитарно-гигиенических нормативов, за исключением валовой формы Cd, где максимальное превышение составило 2,5 ПДК.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Хозяйственно-экономическая деятельность человека влечет за собой экологический, экономический и социальный ущерб, причиняемый окружающей среды. Производство продукции или услуг связано с потреблением природных ресурсов и выбросами, отрицательно влияющими на экологическое состояние. В настоящее время остро стоит проблема негативного воздействия человека на природную среду и представляет собой основной источник ухудшения здоровья живых существ. В современных условиях обеспечение химической безопасности относится к приоритетным задачам социально-экономического развития. Для защиты окружающей среды важно принять соответствующие меры и разработать надлежащие механизмы содействия устойчивому развитию. С этой целью требуется оценка эколого-экономического ущерба от деятельности человека. Материалы и методы. В работе для эколого-экономической оценки влияния на окружающую среду новых экологически безопасных биоразлагаемых добавок для поливинилхлорида на основе адипиновой кислоты использована методика определения предотвращенного экологического ущерба, утвержденная председателем Государственного комитета Российской Федерации по охране окружающей среды. Результаты и обсуждение. Полимерные материалы как наиболее востребованные и широко распространенные вносят значительный вклад в ухудшение экологической ситуации. В связи с этим рассчитаны основные величины предотвращенного экологического ущерба от деградации почв при использовании новых экологически безопасных добавок для ПВХ на основе адипиновой кислоты. Заключение. Введение в состав разработанных добавок обеспечивает экономическую и экологическую эффективность с целью ускорения биоразложения полимерных композиционных материалов, защищает от химического загрязнения опасными токсичными соединениями и способствует предотвращению деградации почв.
Бесплатно
Предпосылки, возможности и риски перспективного развития нанотехнологий на глобальном уровне
Статья научная
Введение. Исследования показали, что современное научно-технологическое развитие тесно связано с ростом интеллектуализации производственных отношений, появлением новых технологий, что, в свою очередь, приводит к актуализации понимания и противодействия угроз в области цифровой, энергетической, климатической, ментальной безопасности. Раскрыто конвергентное содержание в развитии нанотехнологий. Целью работы является обоснование предпосылок, возможностей и идентификация рисков перспективного развития нанотехнологий на глобальном уровне. Методы и материалы. Использование междисциплинарного подхода, основанного на конвергентной природе развития современного технологического базиса, является значимым в исследовании предпосылок и закономерностей перспективного развития нанотехнологий на глобальном уровне. Результаты и обсуждение. На основе проведенных исследований в области применения нанотехнологий в стратегически значимых отраслях промышленности предложены постулаты новой мировоззренческой концепции изучения перспективного развития нанотехнологий, которые базируются на цельной концепции взаимоувязывания таких важнейших составляющих: предпосылки возникновения угроз; угрозы и их идентификация; факторы, влияющие на возникновение и проявление угроз; проблемы; риски, влияющие на усугубление действия негативных факторов. Выделены и обоснованы социокультурные, технократические и институциональные предпосылки изучения возможностей и рисков перспективного развития нанотехнологий. Заключение. Представлена взаимообусловленность социокультурных, технократических и институциональных предпосылок и возможностей возникновения угроз и рисков перспективного развития нанотехнологий. Обоснована важность институционального регулирования перспективного развития нанотехнологий с учетом целого ряда возникающих институциональных ловушек на стыке использования нанотехнологий в отдельных отраслях. Предложены рекомендации по институциональному регулированию развития нанотехнологий.
Бесплатно
Применение метода «6 сигм» для управления качеством бетонных работ в строительстве
Статья научная
Введение. Приведены сведения о применении статистических методов управления качеством продукции к анализу качества монолитных бетонных конструкций. Обоснована актуальность выбранной темы – в условиях динамичного строительства необходимо оптимизировать сроки реализации ключевых строительных процессов с сохранением качества изготавливаемых конструкций. Рассмотрено применение метода «Шесть сигм» в производстве монолитных бетонных конструкций, где существует широкий набор возможных дефектов (трещины, сколы, отклонение от соосности и т.д.), которые оказывают значительное влияние на качество и безопасность зданий и сооружений. Методы и материалы. Методология «Шесть сигм» позволяет оптимизировать технологические процессы с целью снижения риска возникновения дефектов и повышения качества продукции. Управление качеством работ на основе данного метода позволяет оптимизировать график работ, устранить задержки и простои и следственно снизить трудозатраты. Составлены таблицы основных дефектов, вычислены значения 6 сигм для различных сочетаний объема монолитных конструкций и соответствующего числа дефектов. Основной метод улучшения процессов – цикл DMAIC (определение, измерение, анализ, улучшение, контроль). Рассмотрен каждый этап цикла для монолитных работ в строительстве. Выполнено внедрение адаптированной методики «6 сигм» для мониторинга уровня качества возведения монолитного каркаса с выполнением улучшений организационно-технологических процессов по циклу DMAIC. Обсуждение и заключение. Полученная по результатам исследования методика «6 сигм» позволяет выполнять оценку качества производства монолитных конструкций на различных объектах. Подтверждены достоверность и объективность данной методики как инструмента мониторинга качества бетонных работ. На основе полученной оценки качества обоснована результативность применения улучшений по циклу DMAIC. Внедрение исследования подтверждает вывод о повышении эффективности управления качеством бетонных работ за счет сочетания мониторинга качества по методике «6 сигм» и улучшению строительного производства по циклу DMAIC.
Бесплатно
Статья научная
Введение. На сегодняшний день все более существенную роль в мировом балансе углеводородов играют карбонатные коллекторы. Большая часть открытых в последние годы месторождений относится к трещиноватым карбонатным коллекторам. Перспективы эффективного освоения карбонатов связаны с развитием и внедрением новых высокотехнологичных методов и передовых технологий бурения скважин. В статье освещены проблемы освоения продуктивных отложений в палеозойском фундаменте месторождений Томской области, представленных трещиноватыми карбонатными коллекторами. Рассмотрены горно-геологические условия залегания карбонатных коллекторов в палеозойском фундаменте и проблемы, возникающие при использовании традиционных технологий бурения. Представлены результаты аналитического обзора по применению передовых технологий бурения скважин с горизонтальным окончанием. Освещены некоторые аспекты применения нанобуровых растворов для условий низкопроницаемых карбонатных коллекторов. Материал статьи подготовлен на основе авторских исследований и анализа опубликованных открытых источников литературы. Методы и материалы. Работа выполнена на основе обобщения, систематизации и анализа фактического материала, научных публикаций, результатов аналитических исследований.
Бесплатно
Разработка бронированных изделий из многослойных композиционных пластин
Статья научная
Введение. Современные требования к средствам индивидуальной и локальной бронезащиты диктуют необходимость создания легких, прочных и эффективных материалов, способных противостоять разнообразным угрозам, включая осколки и низкоэнергетические ударные нагрузки. Традиционные металлические бронепанели, несмотря на свою надежность, обладают значительным весом, что ограничивает их применение. В то же время керамические материалы, хотя и обеспечивают высокий уровень защиты, склонны к образованию вторичных осколков при ударе. В этой связи особый интерес представляют композиционные материалы, такие как арамидные волокна и сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ), которые сочетают малый вес с высокой прочностью и устойчивостью к динамическим нагрузкам. В работе представлена разработка многослойных пластин из композиционных материалов, применяемых для средств индивидуальной и локальной легкой защиты. Методы и материалы. Для изготовления бронепластин использовались многослойные структуры, включающие СВМПЭ и арамидные ткани, пропитанные эпоксидной смолой с биодобавками (коллаген). В работе предложено изготовление многослойных пластин из арамидных тканей с применением биодобавок. Процесс состоит из нескольких этапов: 1) комплексное исследование выбранных полимерных материалов с экспериментальным определением жесткостных и прочностных характеристик; 2) раскрой ткани с использованием лазерного станка; 3) изготовление бронепластины в зависимости от материала и подвергаемых нагрузок. Композитные пластины из СВМПЭ получены методом горячего формования под пресс-формой и состоят из разного количества слоев материала. Многослойные элементы (до 30 слоев) изготавливали из арамидной ткани с эпоксидной смолой с биодобавками, которые придают материалу новые упругопластичные свойства.
Бесплатно
Статья научная
Опыт бурения показывает, что использование современного бурового оборудования не всегда обеспечивает высокое качество строительства скважин в разрезах, представленных глинистыми породами. Это, возможно, связано с тем, что при выборе и применении буровых растворов не учитываются различия в свойствах вскрываемых глин, а свойства буровых растворов подбираются без учета особенностей взаимодействия с горными породами. Многие осложнения и аварии при строительстве скважин в регионах Западной Сибири обусловлены наличием в геологическом разрезе, вскрываемом в одно долбление, как высококоллоидальных увлажненных глин, хорошо гидратирующихся и набухающих при контакте с буровым раствором, так и микротрещиноватых аргиллитов, склонных к осыпям и обвалам, что приводит к отклонению параметров бурового раствора от заданных значений, сальникообразованию, снижению механической скорости бурения, нарушению устойчивости ствола, снижению коммерческой скорости строительства скважин. Необходима разработка рецептуры высокоэффективного ингибирующего бурового раствора, применение которого позволит увеличить механическую скорость бурения, повысить устойчивость ствола, снизить кавернозность, повысить техникоэкономические показатели строительства скважин в сложных горно-геологических условиях, в том числе с большим отклонением от вертикали.
Бесплатно
Системное решение технологических проблем заканчивания строительства скважин
Статья научная
В работе освещены факторы, нарушающие технологию крепления при строительстве скважин, обобщены показатели и проблемы качества цементирования обсадных колонн. На основе рассмотрения термодинамических процессов цементирования обсадных колонн показано, что проблемы низкого качества крепления связаны с необратимыми процессами деструкции исходных свойств тампонажного раствора-камня, характерными для традиционных технологий бессистемного характера. Альтернативой традиционным технологиям предлагается технология, основанная на системных принципах, включающая комплекс мультитехнологий гидромеханического упрочнения ствола скважин. Комплекс исключает возникновение различных осложнений (поглощения интенсивностью до 40 м3/ч, газонефтеводопроявления, фонтаны, выбросы, неустойчивость и гидроразрыв горных пород) при строительстве нефтяных и газовых скважин в различных по сложности геолого-технических условиях. В статье отмечены преимущества комплекса мультитехнологий перед традиционными методами заканчивания скважин. В процессе эксплуатации скважин комплекс мультитехнологий предупреждает появление заколонных флюидопроявлений и межпластовых перетоков. Скважины, вводимые из бурения, характеризуются более высокими дебитами и пониженной более, чем в два раза, обводненностью добываемой продукции, что обеспечивает нелинейное повышение коэффициента извлечения нефти.
Бесплатно
