Optimization of plastic foam composition for insulation systems

Construction insulation systems should provide solutions to the problems of creation of suitable conditions of load-bearing construction elements and whole construction, reduction of heat loss through thermal insulation layer, and creation of living comfort in buildings. The article presents the results of experimental studies, the purpose of which is to optimize the composition of extruded polystyrene foam, the formation of methods for selecting its composition and the development of systems for the use of products based on extruded polystyrene foam. Main provisions of the method of analytical optimization, which allows significantly reducing the material and time costs for processing the experimental results, are also provided. Aspects of the implementation of building systems using extruded polystyrene foam both from the point of view of minimizing heat loss through contact areas and the degree of influence of vapor permeability of building structures on the temperature and humidity conditions of premises are studied. Mandatory criteria for construction with the use of building systems are safety conditions, including both structural safety (including maintenance-free cycle) and fire safety

Insulating sheath system and energy efficiency of buildings

The article discusses the results of thermal imaging monitoring of building structures with and without insulation. Research and thermal and physical calculations showed that heat loss from the premises is determined by two groups of factors: surface loss depending on thermal conductivity, as well as vapor and air permeability of enclosing elements and heat loss at all types of joints, fasteners, etc. Thermal insulation with plate materials significantly reduces heat losses, but at the same time, heat flows through the joints between the heat-insulating plates and in the areas of their contact with other structures, necessitating the use of steam and waterproof windproof roll materials. The usage of elastic and thermoplastic materials in the insulation circuit allows minimizing heat loss at the joints between the heat-insulating elements and along the smooth surface of the wall due to the low air and vapor permeability of the material. In the systems of frame cottages, when used as a thermal insulation of rolled foam-polyethylene, it becomes possible to form a seamless insulating shell of a building. This is made possible by connecting individual sheets of polyethylene foam into a lock, followed by hot air welding. Seamless insulation systems are used both in the construction of cottages and in the construction of frame and frameless logistic facilities and housing and communal services

СЕЛЕПРОПУСКНЫЕ СООРУЖЕНИЯ В ПРИУСТЬЕВЫХ ЧАСТЯХ РЕК ОСТРОВА САХАЛИН

The significant part of roads and railways of the Sakhalin Island are located in the coastal zone of the sea, in the lower part of the debris flow transit zone. Debris flows cause blockages and damage to the roadways. In some areas of the island are sites where the number of debris flow basins is 30-40 per km. Basically, these are slope debris flows, which are formed annually during precipitation of liquid precipitation, and whose volume can reach 500 m3. At the same time, debris flows can play an important role in the formation of beaches and protection from abrasion due to the removal of material to the mouth of the rivers. Transport of debris flow material to the coastal zone on the Sakhalin Island is carried out on the coasts of the Gulf of Patience, the Gulf of Aniva, the Tatar Strait, etc. Beach savings are the best of its natural protection against destruction. Therefore, the need to build seepage facilities is due not only to the need to protect the roadway, but also the importance of transporting debris flow material to the beach area. Characteristics of debris flows in the coastal zone of the island differ in a number of parameters, such as the volume of debris slides, the frequency of formation of debris flows, the type of debris flows, the size of carried fragments of rocks; therefore, when choosing a debris flow protection facility, it is necessary to be guided both by the parameters of debris flows and by the role of debris flows in the formation of beaches. The paper examines the current state of water chute and debris flows chute under the roads in the near-mouth parts of debris flow rivers, as well as the expediency of selecting debris flow protection structures depending on the characteristics of debris flows.Автомобильные и железные дороги острова Сахалин, а также многие населенные пункты на большом протяжении расположены вдоль береговой линии моря, в нижней части зоны транзита селей. Селевые потоки причиняют ущерб в виде завалов и повреждений дорожного полотна. В некоторых районах острова расположены участки, где количество селевых бассейнов составляет 30-40 шт/км. В основном это склоновые сели, которые формируются ежегодно во время выпадения жидких осадков и объем которых может достигать 500 м3. В то же время селевые потоки могут выполнять важную роль в формировании пляжей и защите от абразии за счет выноса материала в приустьевую часть водотоков. Вынос селевого материала в береговую зону на острове Сахалин осуществляется на побережьях заливов Терпения, Анива, Татарского пролива и на других участках. Пляжевые накопления, узкой полосой протягивающиеся вдоль морского берега, являются лучшей его природной защитой от разрушения. Поэтому необходимость строительства селепропускных сооружений обусловлена не только потребностью в защите дорожного полотна, но и важностью транспортировки селевого материала в пляжевую зону. Характеристики селевых потоков в береговой зоне острова отличаются по ряду параметров, таких как объем селей, частота формирования селей, тип селей, размер переносимых обломков горных пород, поэтому при выборе селезащитного сооружения необходимо руководствоваться как параметрами селевых потоков, так и ролью селевых отложений в формировании пляжей. В работе рассматривается современное состояние водо- и селепропускных устройств под дорогами в приустьевых частях селевых рек, а также целесообразность выбора селезащитных сооружений в зависимости от характеристик селей и селевых бассейнов. Литература Боброва Д.А. Инженерные мероприятия по защите линейных сооружений от селей на о. Сахалин // Труды Второй конференции «Селевые потоки: катастрофы, риск, прогноз, защита», посвященной 100-летию С.М. Флейшмана (г. Москва, 17-19 октября 2012 года) / Отв. ред. С.С. Черноморец. М.: Географический факультет МГУ, 2012. С. 13-14. Казаков Н.А. Геологические и ландшафтные критерии оценки лавинной и селевой опасности при строительстве линейных сооружений (на примере о. Сахалин). Дисс. … канд. геол.-мин. наук. Южно-Сахалинск, 2000. 216  с. Казаков Н.А., Генсиоровский Ю.В. Грязекаменные сели катастрофических объемов в низкогорье острова Сахалин // Труды Международной конференции «Селевые потоки: катастрофы, риск, прогноз, защита» (г. Пятигорск, 22-29 сентября 2008 г.) / Отв. ред. С.С. Черноморец. Пятигорск: Институт «Севкавгипроводхоз», 2008. С. 45-48. Казакова Е.Н., Боброва Д.А. Роль селевых потоков в формировании пляжей Южного Сахалина // Геориск. 2013. № 3. С. 34-39. Олиферов А.Н. Селевые потоки в Крыму и Карпатах. Симферополь: Доля, 2007. 176 с. Перов В.Ф. Селеведение: учебное пособие. М.: Географический факультет МГУ, 2012. 272 с. Ресурсы поверхностных вод СССР: в 20 т. Том 18. Дальний Восток. Выпуск 4. Сахалин и Курилы / Под ред. М.Г. Васьковского. Л.: Гидрометеоиздат, 1973. 262 с. Рыбальченко С.В. Селевые процессы на склонах морских террас южного Сахалина // Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук. 2013а. № 3(169). С. 52–59. Рыбальченко С.В. Селевая опасность для населенных пунктов Сахалинской области // Геориск. 2013b. № 3. С. 40-44. Рыбальченко С.В., Верховов К.В. Склоновые селевые бассейны и их морфодинамические особенности // Геориск. 2017. № 4. С. 58-63. Флейшман С.М. Сели. 2-е изд. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 312 с. Faccini F., Piccazzo M., Robbiano A. Natural hazards in San Fruttuoso of Camogli (Portofino Park, Italy): a case study of a debris flow in a coastal environment // Italian Journal of Geosciences. 2009. Vol. 128. No. 3. P. 641-654. DOI: 10.3301/IJG.2009.128.3.64

Debris flow and landslide processes on manmade landscapes

Currently the human activity is one of the important factors of debris flow and landslide formation. In some cases, human activity leads to the formation of previously non-existing debris flow and landslide complexes, which increases the areal percentage of exposure of settlement areas to dangerous processes. Most often, anthropogenic debris flows and landslides are confined to the mountainous territory, which is associated with the extraction of minerals, road construction, construction of buildings and structures and storage of soil in floodplains and watercourses on weak mountain slopes. The authors propose to divide the anthropogenic genetic class of debris flows and landslides into three categories, depending on the degree of influence of anthropogenic activity on the formation of debris flow and landslide processes and their characteristics. The usage of this classification allows to determine and evaluate possible consequences of debris flows and landslides at the early stages of economic activity plannin

ИССЛЕДОВАНИЕ СКОРОСТИ ИСКУССТВЕННОГО ГРЯЗЕВОГО СЕЛЯ НА ЛАБОРАТОРНОМ СТЕНДЕ

In August 2020, an experiment was conducted to measure the velocity of an artificial coherent mudflow on a laboratory stand. The stand is a rectangular cross-section tray with a length of 3.0 m, a width of 0.25 m, a depth of 0.25 m, slope – 29°. 4 racks were installed in the tray to measure the hydrodynamic pressure of the mudflow. The movement of the mudflow was filmed by a high-speed video camera. Velocity of artificial mudflow were measured. Most of the mudflow mixture soil is made up of particles less than 0.25 mm in size (34%). The density of the prepared mudflow mixture was 1 880 kg/m3. Density of mudflow deposits 2 040 kg/m3. Despite the small values of the Reynolds number, the turbulent movement of the mudflow was observed. Comparison of the results of the measured mudflow velocities with the velocities calculated by different methods of calculating the mudflow velocity based on the structure of the Shezi formula (for Newtonian fluids) showed a strong variation of the calculated values. The methods either greatly overestimate or, on the contrary, greatly underestimate the measured values. This is probably due to the fact that the connected mudflow is not a Newtonian fluid, but a non-Newtonian fluid. The closest physical analogue of a connected mudflow is a pseudoplastic (non-Newtonian) fluid whose viscosity decreases with increasing shear stress. As a physical model of a connected mudflow, it is advisable to use the Bingham fluid model, the flow of which is similar to the flow of coherent debris-flows and mudflowsВ августе 2020 года был проведён эксперимент по измерению скорости искусственного связного (грязевого) селя на лабораторном стенде. Стенд: прямоугольный в поперечном сечении лоток длиной 3,0 м, шириной 0,25 м, глубиной 0,25 м. В лотке установлены 4 вешки для измерения гидродинамического напора селя. Уклон лотка: 29°. Движение селя снималось скоростной видеокамерой. Измерялись скорость и скоростной напор грязевого селя. Селевая смесь была приготовлена из дресвяно-щебенистого элювиально-делювиального грунта возрастом QIV с суглинистым заполнителем (лёгкий и средний суглинок, до 30%) плотностью в естественном 2 210 кг/м3. Плотность суглинка – 1 910 кг/м3. Дресва и щебень представлены алевролитом средней прочности плотностью 2 210 кг/м3. Преобладающая часть тонкодисперсных фракций грунта селевой смеси – пылеватые частицы размером менее 0,25 мм (34%). Плотность селевой смеси 1 880 кг/м3. Плотность селевых отложений составила 2 040 кг/м3. Характер движения потока – турбулентный. Скорость селя на разных участках постоянно изменялась, что говорит о постоянном изменении динамической и эффективной вязкостей потока. На это же указывает и характер обтекания селем препятствий. Сравнение результатов измеренных скоростей селя со скоростями, рассчитанными по разным методикам, основанным на структуре формулы Шези (для ньютоновских жидкостей) и по величине гидродинамического напора показало сильный разброс рассчитанных значений. Методики либо сильно завышают, либо, наоборот, сильно занижают измеренные значения. Вероятно, это вызвано тем, что связный сель не является ньютоновской жидкостью, а является жидкостью неньютоновской. Наиболее близкий физический аналог связного селя – псевдопластичная жидкость, вязкость которой уменьшается при увеличении напряжения сдвига. Скорость связных селей необходимо рассчитывать как скорость потоков неньютоновских жидкостей. В качестве физической модели связного селя целесообразно использовать модель Бингамовской жидкости, течение которой подобно течению связных селей (грязевых и грязекаменных)

Innovative technologies for low-rise construction

The article presents the results of the implementation of promising areas of construction and construction of low-rise buildings. The problems of improving the environmental safety and financial stability of agricultural construction through the implementation of effective systems that provide energy conservation, the creation of comfortable conditions in the rooms are considered. It is noted that a factor that has been given special attention in recent years is the environmental safety of the materials used and the reduction of the negative load on the environment of systems using these materials. The article provides the rationale that the heat-efficient system should not only be based on the use of materials with low thermal conductivity, but should also suggest a reasonable minimization of the joints between the products included in the insulation sheath and between products and structures. In constructions with the use of polyethylene foam, seamless insulating sheath is formed, which has high thermal resistance. The low vapor and wind permeability and moisture conductivity of polyethylene foam makes it possible to dispense with the construction without additional vapor barrier and wind protection, which improves the performance of the casing and its durability due to the reduction in the complexity of manufacturing wall structures

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ СЕЛЕЙ НА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМ СТЕНДЕ

Designed and manufactured a test stand for the dynamic characteristics of debris-flows and for physical modelling of debris-flows. The stand is a rectangular cross-section tray with a length of 3.0 m, a width of 0.25 m, a depth of 0.25 m. The slopes of the tray vary from 10o to 45o. Rods are installed in the tray to accommodate load cells for measuring pressure, speed and temperature. The process of moving the debris-flow through the transparent wall of the debris-flow tray is filmed by a high-speed video camera. During the experiment, the velocity and high- velocity pressure of water flow and artificial debris-flow were measured. The tray was installed with a slope of 12o. Water flow was started up on the tray (to measure the flow rate and the value of the velocity head, which were then used as reference values). Then the tray was put into the flow of the prepared debris-flow mixture. The debris-flow mixture was prepared from a dredged-crushed proluvial-deluvial deposits of Holocene age with a loamy aggregate with a density of 2210 kg/m3. The density of the prepared debris-flow mixture was 1756 kg/m3. Dynamic viscosity of the debris-flow mass measured by the Stokes method was 0.0498 Poise, kinematic viscosity of the debris-flow mass was 0.0928 Stokes. Data on the debris-flow velocity measured directly during its movement of the debris-flow is not enough. Therefore, methods for calculating the speed of a debris-flow slide in its are important. One of these methods is the method of calculating the debris-flow velocity by the magnitude of the speed head (on the traces of the debris-flow on the trunks of trees). That method is based on the formula of E. Torricelli. The results of the experiment showed that the measured debris-flow velocity, calculated from the magnitude of the velocity head, was lower than the measured velocity before the obstacle and higher than the measured velocity after the obstacle. The measured velocity of the debris-flow passage of the entire tray was close to the calculated one.Разработан и изготовлен стенд для исследования динамических характеристик селей и физического моделирования селей. Стенд представляет собой прямоугольный в поперечном сечении лоток длиной 3,0 м, шириной 0,25 м, глубиной 0,25 м. Уклоны лотка изменяются от 10о до 45о. Выше лотка устанавливается ёмкость, заполняемая водой или приготовленной селевой смесью. Для наблюдения за внутренней структурой селевого потока обе стенки селевого лотка выполнены прозрачными. В лотке могут быть установлены металлические штанги для размещения тензодатчиков для измерения давления, скорости и температуры. Процесс движения селя через прозрачную стенку селевого лотка снимается скоростной видеокамерой. В ноябре 2019 г. был проведён эксперимент по измерению скорости селя. Измерялись скорость и скоростной напор водного потока и искусственного грязекаменного селя. Лоток был установлен с уклоном 12о. По лотку был пущен водный поток (для измерения скорости потока и величины скоростного напора, которые затем использовались как эталонные значения). Затем по лотку был пущен поток из подготовленной селевой смеси. Селевая смесь была приготовлена из дресвяно-щебенистого элювиально-делювиального грунта возрастом QIV с суглинистым заполнителем (лёгкий и средний суглинок, до 30%) плотностью в естественном залегании 2210 кг/м3. Плотность суглинка – 1910 кг/м3. Дресва и щебень представлены алевролитом средней прочности плотностью 2210 кг/м3. Измеренная по методу Стокса динамическая вязкость селевой массы составила 0,0498 Пуаз. Рассчитанная кинематическая вязкость селевой массы составила 0,0928 Стокс. Поскольку данных о скорости селей, измеренных непосредственно во время его движения, недостаточно, особую важность приобретают методы расчёта скорости селя по его следам, определённые при полевых исследованиях после схода селя. Одной из таких методик является методика определения скорости селя по величине скоростного напора: по следам селя (обмазкам) на стволах деревьев и т.д. Эта методика основана на формуле Э. Торричелли. Результаты эксперимента показали: скорость грязекаменного селя, рассчитанная по величине скоростного напора, оказалась ниже измеренной скорости до препятствия и выше измеренной скорости после препятствия. Измеренная скорость прохождения селем всего лотка оказалась близка к рассчитанной. Литература Виноградов Ю.Б. Искусственное воспроизведение селевых потоков на экспериментальном полигоне в бассейне р. Чемолган // Селевые потоки: сборник. М.: Гидрометеоиздат, 1976. С. 3-7. Виноградов Ю.Б. Этюды о селевых потоках. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 144 с. Казаков Н.А., Генсиоровский Ю.В., Боброва Д.А., Окопный В.И., Казакова Е.Н., Рыбальченко С.В. Условия формирования связных селей при слабых осадках и распределение динамических характеристик в селевом потоке // Геориск. 2015. № 4. С. 12-16. Степанов Б.С., Степанова Т.С. Механика селей: эксперимент, теория, методы расчета. М.: Гидрометеоиздат, 1991. 379 с. Vinogradova T.A., Vinogradov A.Yu. The experimental debris flows in the Chemolgan river basin. Natural Hazards. 2017. Vol. 88. Iss. 1. Supplement. P. 189-198. DOI: 10.1007/s11069-017-2853-z Wei F., Yang H., Hu K., Hong Y., Li X. Two methods for measuring internal velocity of debris flows in laboratory // WIT Transactions on Engineering Sciences. 2012. Vol 73. р. 61-71. DOI: 10.2495/DEB12006

Evaluation of thermal properties of insulation systems in pitched roofs

The article outlines the basic requirements for pitched roof insulation systems. The analysis of the properties of thermal insulation materials used in insulation systems was conducted. It is substantiated that the thermal resistance of such structures on the surface of the roof is formed taking into account the thermal conductivity of thermal insulation, thermal conductivity of wooden rafters and heat loss through the leakiness of joints and mounting devices. An assessment was made of the effect of loads of various types on the heat-insulating layer, namely: the effect of the air flow in the ventilated gap; the movement of the vapor-air mixture in the material; condensation of water vapor and penetration of drip liquid; exfiltration of air at the joints of the plates and on the surfaces of contact with the supporting structures. The expediency of using products on the basis of unstitched polyethylene foam in the construction of pitched roofs with a wooden roof system, taking into account the advantages and features of this material, as well as taking into account the possibility of creating a seamless insulating shell, is substantiated

Flood risk management on Sakhalin Island

The paper considers the flooding factors of urbanized territories on the Sakhalin island in the typhoons and deep cyclones evens. According to observations of the hydrological regime, floods caused by melting snow usually capture only a small part of the territory of the urban district. In the summer-autumn period, the formation of floods is associated with a large amount of precipitation during the passage of deep cyclones and typhoons over the Sakhalin island territory. Measures are proposed to reduce flooding risks at the town planning documentation development stage

Optimization of foamed plastic technology

Insulation systems of building structures involve the solution of the following group of tasks: creation of favorable conditions for the work of structural elements and construction as a whole; optimization of heat losses through the insulation shell; creation of comfortable conditions in the room. Such a system would function normally if effective thermal insulation, including polyethylene, were used. The price of polyethylene foam can be reduced without prejudice to the properties in the case of the use of secondary polyethylene foam. The article presents the results of experimental studies, the purpose of which is to optimize the composition of polyethylene foam with the addition of secondary polyethylene, the formation of methods of selection of its composition and the development of systems for the application of products based on polyethylene foam. The article presents the main provisions of the method of analytical optimization, which allows to significantly reducing the material and time costs of processing the results of the experiment. The article deals with aspects of the implementation of construction systems using products based on polyethylene foam in terms of minimizing heat loss through the contact areas. Mandatory criteria for the construction and implementation of insulation systems are safety conditions, including both structural safety (including maintenance-free cycle) and fire safety