УДК 725.4
А.А. БАЛИКОЕВ, доктор экон. наук, профессор, проректор, завкафедрой «Архитектура и дизайн», Б.С. ЦИДАЕВ, канд. техн. наук, проректор, завкафедрой «Нефтегазовое дело», А.Ч. САЛБИЕВА, профессор, В.И. ОДИНЦОВ, профессор, кафедра «Архитектура и дизайн», Северо-Кавказский государственный технологический университет, РСО-Алания
Авторы анализируют свойства строительных материалов, применяемых при сооружении различных объектов на территории Северной Осетии с учетом горной специфики, ландшафта, а также усиления индустриализации региональной экономики.
Более половины территории Северной Осетии занимают горные районы. Во второй половине прошлого века в регионе строили различные горно-технологические объекты, в том числе для профильной отрасли. Однако недостаточный учет принципов формирования среды обитания привел к негативным социально-экономическим и экологическим последствиям [1, 5]. Корректировка сложившегося положения может быть осуществлена при гуманизации промышленного строительства путем надлежащего архитектурного обеспечения.
Концепцию природосбережения при промышленном строительстве сформировали В. Стаускас, Ю.Н. Лобанов, А.И. Мелик-Пашаев, М.В. Коок, Я.Л. Садовенко, Н.М. Забелина, Н. Шкляев, Ю.И. Курбатов, Д. Саймондс, В.А. Нефедов и др. [2-3].
Целью исследований архитекторов и инженеров данного направления является поиск решений по сохранению среды горных районов Северной Осетии в ходе усиления индустриализации региональной экономики.
Горнотехнические объекты региона, построенные или реконструированные по проектам второй половины XX века, не соответствуют новым представлениям о строительстве в горных районах. Они нередко располагаются на территориях, подверженных опасным природным процессам, без привязки к рельефу, нарушают горные ландшафты и не учитывают эстетических представлений.
В современных условиях архитектура и дизайн промышленных сооружений нуждаются в увеличении количества и улучшении качества применяемых строительных материалов, в первую очередь бетонных смесей.
Объекты горнодобывающей промышленности расположены в поселениях Мизур, Бурон, Верхний Згид, Мацута, Нузал, Зарамаг, Верхний Фиагдон, Даргавс и др. Старые строения плохо вписываются в естественный ландшафт. Состояние поселков определяется их близостью к местам добычи и переработки руд (рис. 1).
Северная Осетия – исторический центр добычи минеральных богатств [4-11]. Переживаемый период кризиса горного производства будет преодолен. Новые полезные ископаемые будут добываться инновационными технологиями, например, углеводороды и металлы – комбинированием термической обработки и подземного реагентного выщелачивания (рис. 2).
Реконструкция действующей инфраструктуры и создание новых объектов открывают перспективу использования инновационных композитных строительных материалов.
Эстетические свойства производственной среды и горных поселений невозможно обеспечить без совершенствования архитектурно-художественных качеств промышленной и гражданской застройки.
На формирование ее объемно-планировочной структуры оказывают влияние рельефная ситуация, микроклимат, характеристика ландшафта, архитектурная среда и технологии строительства.
Структура ландшафта во многом определяет размеры и порядок возведения промышленных сооружений и характер композиционно-пластических и архитектурно-планировочных связей между ними.
Существующие объекты, построенные по типовым проектам, могут быть реконструированы с учетом ландшафта и новых возможностей технологий добычи и переработки руд и иных технологических процессов.
Новые здания в поселениях высокой историко-архитектурной ценности (этнорекреационные) будут использовать традиционные формы застройки и модернизированные возможности региональной архитектуры.
Строительная отрасль является одной из самых материалоемких составляющих экономики. Строительство в условиях горной местности имеет свои особенности [7-8]:
— повышенная роль инженерно-геологических изысканий, нередко определяющих стоимость строительства и надежность построенных сооружений;
— тяжелые условия организации строительства: сложный рельеф, резкая смена температур, ограниченное пространство, трудная проходимость, обязательность специальной техники;
— удаленность и слабая освоенность районов со сложными природно-климатическими условиями;
— крутизна склонов, не позволяющая оперативно использовать технику;
— необходимость укрепления грунтов.
Успех строительства объектов в горах определяется корректностью оценки особенностей рельефа. Наиболее сложна оценка легко деформирующихся под воздействием влаги и низких температур глинистых грунтов, суглинков, супесей и торфяных грунтов. Возводить здание стараются на наиболее сухом и высоком месте участка, что облегчает водоотведение. Ориентация фасада здания на юг или юго-восток экономит затраты на обогрев.
Важным этапом выбора территории под строительство является учет уклона участка. Удобными для возведения зданий считаются территории с уклоном менее 3%. Идеальный вариант – участки земли, имеющие уклон на юг либо небольшой уклон от центра на периферию. Худшим вариантом является уклон более 20%. При такой кривизне поверхности возведение зданий требует специальной подготовки.
При уклоне до 7% осуществляют выравнивание участка, приближая его кривизну к идеальной. На покрытой глинистой или торфяной почвой территории участка может происходить вспучивание, отчего слой подсыпанного грунта способен сползти вниз по склону с просадкой фундамента.
Чтобы застраховаться от возникающих от переувлажнения почвы оползней, естественный рельеф территории упрочняют. Склон делят на ограниченные каменными уступами участки. Армирование грунтовой части террасы осуществляется полимерными решетками, а на террасах высаживают газонную траву, цветы и плодовые. На участках с уклоном более 20% создают подпорные стены.
При строительстве объекта на участке с уклоном до 20% применяют конструкции, форма которых позволяет обыграть естественный рельеф территории. При большой кривизне грунта естественный уклон используют для создания цокольного этажа, вырезав часть почвы. Этот архитектурный прием позволяет углубить дом в грунт и вписать постройку в природный ландшафт (рис. 3).
Если горнотехнический объект находится на склоне холма со сложным рельефом, то целесообразно максимально использовать предоставленные природным ландшафтом возможности. Оригинальные архитектурные решения позволяют размещать здания и сооружения на самом сложном рельефе, сохраняя природную гармонию.
Выступы и уступы используют для возведения технологического комплекса с открытыми площадками, цокольным этажом и переходящими с уровня на уровень дорогами. При большой кривизне почвы элементы кладки для большей устойчивости устанавливают с уклоном вовнутрь.
Комплекс мероприятий по приведению территорий в благоприятное для строительства состояние называют инженерной подготовкой территорий.
В состав мероприятий входят: вертикальная планировка и отвод вод, защита от размыва, затопления, подтопления и селевых потоков, осушение и понижение уровня грунтовых вод, борьба с эрозией почв, противооползневые мероприятия и др.
Рациональные архитектурные решения могут обеспечить увеличение показателей эффективности функционирования горнотехнических объектов [9-10, 12-14].
Это актуализирует проблемы обеспечения объектов материалами, что особенно важно для строительства в труднодоступных условиях горного рельефа.
Увеличение объемов строительства, трудность доставки материалов и ужесточенные требования к дизайну объясняют тенденцию использования строительных материалов из местного доступного сырья.
На горных и смежных с ними предприятиях накоплены пустые породы, хвосты обогащения и переработки, иные отходы, использование которых сокращает ущерб окружающей природной среде.
К низкосортным материалам относят минералы с модулем крупности менее 0,7, содержащие более 80% глинистых и пылевидных частиц, более 5% органических веществ, хвосты обогатительных фабрик и др.
В распоряжении горных предприятий находятся материалы, которые могут использоваться для приготовления бетонных смесей. Недостатки бетонов из отходов производства – малая прочность и повышенная деформируемость – могут быть уменьшены за счет использования инженерных мероприятий.
Однако данные мероприятия не улучшают в значительной степени качество строительных материалов из малоактивных отходов производства, поэтому отходы без дополнительной обработки чаще играют роль инертных заполнителей, что нерационально, учитывая ограниченность ресурсов сырья.
Большинство объектов промышленного строительства воздвигается в скальных массивах в устойчивых породах с коэффициентом крепости по Протодьяконову не менее 12. При меньшей устойчивости строительство осуществляется с применением методов сокращения сроков перевода их в состояние объемного сжатия.
Укрепление пород способствует рациональному использованию энергии породного массива, сохранность которого обеспечивается, если скорость смещения при взрывах в окрестностях объектов не превышает допустимых пределов. Чувствительность объектов проявляется в виде сейсмического отклика на событие, вызвавшее изменение напряженного состояния пород и строительных конструкций. Степень воздействия взрыва на массив определяется взрываемым при одной ступени замедления количеством ВВ, а критерием сейсмического действия взрывов является скорость смещения поверхности породного массива.
От сейсмического воздействия взрыва эффективна защита бетонного массива экраном в виде бетонной стенки.
При строительстве в условиях горного рельефа на участках разной природной и техногенной напряженности применяют бетоны различной прочности, состав которых назначается с учетом фактического напряженного состояния массива. Для участков блока с повышенной концентрацией напряжений используется упрочненный состав, а для участков менее напряженных пород – меньшей прочности.
Напряжения массива в окрестностях горного объекта определяют на стадии проектирования работ и уточняют в ходе строительства. Корректировка расчетных значений напряженности позволяет оптимизировать состав бетонных твердеющих смесей по критерию их стоимости и несущих свойств.
Реализация рассматриваемого направления способствует утилизации хвостов обогащения металлических руд после извлечения из них металлов, например, выщелачиванием в дезинтеграторе.
Добавки к вяжущему компоненту: шлаки, золы, шламы и т.п. делят на активные заменители цемента и пластифицирующие.
К первой группе относятся гранулированные шлаки, зола с электрофильтров тепловых установок и другие низкомарочные вяжущие. Вторую группу составляют инертные материалы: скальные породы, пески, хвосты обогатительных фабрик и др.
Активность вяжущих добавок может быть увеличена за счет активации в шаровых мельницах, где материал измельчают посредством ударов, раздавливания или истирания с увеличением активности материалов на 20-30%.
Наиболее эффективно повышение активности компонентов бетонов в рамках механохимической технологии, где получение активной фракции бетонов сочетается с извлечением из хвостов оставшихся металлов.
Горные объекты испытывают совокупное влияние внешних условий, которые формируют проблему выбора параметров строительных конструкций, обеспечивающих сохранность объектов в период их эксплуатации. Одной из основных сложностей эксплуатации объектов является снижение со временем несущей способности бетонных конструкций.
Состав бетонной смеси должен обеспечить нужную марку бетона с необходимыми свойствами при минимальном расходе цемента. Высокая стоимость вяжущих заставляет искать им альтернативу. Повышение качества бетона достигается применением заполнителей, активизацией процессов гидратации вяжущих и другими методами.
При строительстве объектов с повышенными требованиями к надежности прочность бетонов в настоящее время повышают увеличением количества цемента. Это направление близко к исчерпанию своих возможностей, поскольку существует предел, превышение которого не только не увеличивает прочность, но и препятствует процессу твердения бетонного камня. Поэтому актуален поиск путей повышения прочности бетона без увеличения расхода цемента путем поиска технологий, позволяющих изменять свойства компонентов бетонной смеси не только под влиянием температуры и давления, диспергирования и катализа, но в последнее время и применением механической активации большой энергией.
Библиографический список
1. Голик В.И., Разоренов Ю.И., Каргинов. Основа устойчивого развития РСО-Алания – горнодобывающая отрасль // Устойчивое развитие горных территорий. – Владикавказ, №2 (32), 2017, с. 163-172.
2. Голик В.И., Соболев А.А., Дзапаров В.Х., Харебов Г.З. Перспективы разработки месторождений Садона // Устойчивое развитие горных территорий, №3, 2018, с.420-427.
3. Голик В.И., Цидаев Т.С., Цидаев Б.С. Инновационная технология приготовления вяжущих на основе хвостов горно-металлургического комплекса // Сухие строительные смеси, №5, 2016, с. 41-44.
4. Голик В.И., Цидаев Т.С., Цидаев Б.С. Разработка безотходных экологически безопасных способов добычи руд // Цветная металлургия, №1, 2015, с. 23-29.
5. Гуриев Т.С., Цаболова М.М., Баликоев А.А., Базаева А.В. Параметры проектирования архитектурно-строительных объектов и их влияние на оптимизацию проектов // Устойчивое развитие горных территорий, 2013, Т. 5, №4, с. 50-53.
6. Каплунов Д.Р., Рыльникова М.В., Радченко Д.Н. Реализация концепции устойчивого развития горных территорий – базис расширения минерально-сырьевого комплекса России // Устойчивое развитие горных территорий. – Владикавказ, №3, 2015, с. 46-50.
7. Хадонов З. М. Организация, планирование и управление строительным производством. Часть I. Организация строительного производства: Учебное пособие, – М.: 2009, – 368 с.
8. Хадонов З.М. Организация, планирование и управление строительным производством. Часть II. Планирование и управление строительным производством: Учебное пособие, – М.: 2009, – 320 с.
9. Golik V., Dmitrak Yu. Parameters of solidifying mixtures transporting at underground ore mining. В сборнике: E3S Web of Conferences The Second International Innovative Mining Symposium. 2017.
10. Golik V.I., Dmitrak Yu.V. Parameters of transportation of tailings of metals lixiviating. В сборнике: E3S Web of Conferences The Second International Innovative Mining Symposium. 2017.
11. Хашева З.M., Кравченко Н.П., Голик В.И., Дмитрак Ю.В., Баликоев А.Б. Принципы комбинированной оценки эффективности технологий извлечения цветных металлов // Journal of Advanced Research in Dynamical and Control Systems. №10, специальный выпуск, 2018, с. 2043-2050.
12. Dmitrak Y.I., Golik V.I., Gabaraev O.Z., Tsidaev B.S. Vybro transportation of hydraulic mixtures in pipeline 2019 Innovation-Based Development of the Mineral Resources Sector: Challenges and Prospects – 11th Сonference of the Russian-German Raw Materials, 2018.
13. Golik V.I., Gabaraev O.Z., Tsidaev B.S., Dzeranov B.V. Improving the design of disintegrator for hard minerals deep disposal. 2019. Innovation-Based Development of the Mineral Resources Sector: Challenges and Prospects – 11th Сonference of the Russian-German Raw Materials, 2018.
14. Golik V.I., Gabaraev O.Z., Tsidaev B.S., Vernigor V.V. The ussr mining experience in nuclear power industry. 2019. Innovation-Based Development of the Mineral Resources Sector: Challenges and Prospects – 11th Сonference of the Russian-German Raw Materials, 2018.
