Экспериментальные исследования фибробетонных конструкций с различными видами фибр

Таблица 1 - Расчётные значения параметров системы

Рис. 2 - Зависимость оптимально температуры конденсации хладагента ТН от расхода охлаждающей воды ОП и конечной разности температур между хладагентом и охлаждающей водой в конденсаторе ТН

Основываясь на полученных данных, можно сделать вывод, что с ростом массового расхода охлаждающей воды ОП и неизменных остальных характеристиках системы происходит снижение оптимальной температуры конденсации, асимптотически приближающейся к минимальному температурному уровню. И, наоборот, с уменьшением расхода охлаждающей воды ОП, а вместе с тем и охлаждающей воды конденсатора ТН (см. введённое допущение) происходит резкое увеличение оптимальной температуры конденсации хладагента при остальных постоянных значениях параметров работы системы. Оптимальная температура конденсации незначительно изменяется при росте конечной разности температур между хладагентом и водой в

конденсаторе ТН АТК. Значит, расход охлаждающей воды охладителя перегретых паров теплонасосной установки системы

теплоснабжения в большей степени влияет на создание энергосберегающего режима её работы.

Литература

1. Петраков Г.Н., Стогней В. Г., Мартынов А. В. Распределение тепловой нагрузки между тепловым насосом и пиковой котельной // Вестник Воронеж. гос. техн. ун-та. Сер. Энергетика. Выпуск 7.4. 2004. С. 121- 125.

2. Соколов Е. Я., Бродянский В. М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения // М. - Энергоиздат. - 1981.- 320 с.

3. Соколов Е. Я. Теплофикация и тепловые сети: Учебник для ВУЗов // М. - Издательство МЭИ. - 1999.- 472 с.

4. Везиришвили О.Ш., Гомелаури В. И. Выбор оптимальной мощности теплонасосных установок //Теплоэнергетика.1982. №4. C. 47-50.

5. А.И. Кострикин. Введение в алгебру, М.: Наука, 1977. -496с.

References

1. Petrakov, N., Stagna Century BC, Martynov A. C. Distribution of the heat load between the heat pump and the maximum boiler room // Herald of Voronezh. state technology. Univ. Ser. Energy. Release 7.4. 2004. p. 121 - 125.

2. Sokolov, E. J., Brodyansky C. M. Energy basis of transformation of heat and cooling processes // M - Energoizdat. - 1981.- 320 p.

3. Sokolov, E. J. the district Heating and heat networks: a Textbook for high schools // M - Publishing house of MPEI. - 1999.- 472 p.

4. Vezirishvili O. W., gomelauri Century. And. the Choice of optimal capacity heat pump units) //thermal engineering.1982. No. 4. p. 47-50.

5. A. I. Kostrikin. Introduction to algebra, M.: Nauka, 1977. - 49 p.

Клюев С.В.

Канд. техн. наук, доц., Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИБРОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ С РАЗЛИЧНЫМИ ВИДАМИ

ФИБР

Аннотация

В статье рассмотрены вопросы применения стальной фибры для дисперсного армирования мелкозернистых бетонов. Проведены экспериментальные исследования сталефибробетонных образцов.

Ключевые слова: техногенное сырье, композиционное вяжущее, фибробетон.

Klyuyev S.V.

Ph.D., Belgorod State Technological, University named after Shukhov EXPERIMENTAL RESEARCH OF DESIGN OF REINFORCED FIBER CONCRETE WITH DIFFERENT TYPES OF

FIBERS

Abstract

Acute questions of steelfiber using for disperse-reinforcedfine-grained concrete are considered in the article. Researchers of steelfiber concrete patterns are held.

Keywords: technogenic raw materials, composite bonding, fiber-reinforced concrete.

За последние годы в России значительно выросли темпы строительства и ввода в эксплуатацию сооружений различного назначения. Дальнейший рост объемов строительства, что особенно актуально ввиду реализации приоритетного национального

39

проекта «Доступное и комфортное жилье - гражданам России», немыслим без значительного увеличения потребления такого важного строительного материала, как бетон. В связи с этим на рынке строительных материалов возрастает роль мелкозернистого бетона. Расширяется и номенклатура применения мелкозернистого бетона [1 - 15].

В настоящее время он используется для получения стеновых и отделочных материалов, производства малых архитектурных форм, элементов мощения, сборных конструкций, закладочных смесей и т.д.

Тормозится использование мелкозернистого бетона отсутствием сырьевой базы высококачественных природных песков. В абсолютном большинстве пески представлены мелко- и тонкозернистыми разновидностями, которые не удовлетворяют требованиям нормативных документов. Использование подобных заполнителей бетона приводит к перерасходу цемента. При этом сложно достичь проектных характеристик по прочности, морозостойкости, износостойкости и деформативным характеристикам [16 - 32].

Современное строительство неразрывно связано с задачами, имеющими отношение к повышению эффективности строительного производства, снижению стоимости и трудоемкости технологических процессов, экономному использованию материальных и энергетических ресурсов, применению новых прогрессивных материалов.

Дисперсно-армированные бетоны являются одним из перспективных конструкционных материалов. Они представляют собой одну из разновидностей обширного класса композиционных (композитных) материалов, которые в настоящее время все более широко применяются в различных отраслях промышленности. Дисперсное армирование осуществляется волокнами-фибрами, равномерно рассредоточиваемыми в объеме бетонной матрицы. Для этого используются различные виды металлических и неметаллических волокон минерального или органического происхождения. В данной работе рассмотрено применение стальной фибры для мелкозернистого бетона.

Конструкции из сталефибробетона широко используются во многих областях строительства и с успехом пользуются в таких странах как ЮАР, Германия, Япония, США и др. Однако, в нашей стране этому материалу уделяется мало внимания. До сих пор нет единой теории его прочности и деформативности.

Установлено, что применение в качестве мелкого заполнителя полифракционных отсевов дробления скальных пород, позволяет экономить до 80 кг цемента на 1 м3 бетона. Использование же специально приготовленного техногенного песка экономически целесообразно для бетонов марок 300 и выше, так как приводит к экономии цемента до 50 кг на 1 м3 бетона.

В отличие от природного песка, форма зерен отсевов дробления более развита: имеются многочисленные сколы поверхностей, заостренные и выщербленные места. Эта особенность способствует слипанию частиц при прессовании или виброуплотнении в прочный монолит (по принципу зацепления). И, наконец, некоторые из присутствующих, помимо кварца, минералов способны самостоятельно участвовать в гидротермальных реакциях с вяжущим, образуя соединения и внося тем самым свой вклад в формирование структуры новообразований. Шероховатость заполнителей тесно связана с водопоглощением породы: чем выше шероховатость, тем больше водопоглощение. По смачиваемости поверхности заполнителя можно судить о его активности. Чем активнее поверхность заполнителя, тем толще слой притягиваемой и удерживаемой ею воды. При низком значении Ц/В большая толщина удерживаемой воды должна уменьшать расслоение цементного теста и этим повышать адгезию в растворе или бетоне. При высоком значении Ц/В невозможно образование толстой пленки жидкой фазы на поверхности заполнителя, так как соотношение толщины пленок жидкой фазы вокруг зерен заполнителя и цемента будет определяться соотношением их гидравлической активности. При высокой вязкости цементного теста (из-за повышенного значения Ц/В) и песка с высокой водоудерживающей способностью может иметь место неполное смачивание поверхности заполнителя и, в результате, частичное прилипание цементного теста к поверхности заполнителя, что значительно снизит величину сцепления между ними. Поэтому для получения высокомарочных бетонов лучше применять мелкий заполнитель из хорошо смачиваемых пород, которые мало удерживают воды своей поверхностью.

В связи с этим проводились экспериментальные исследования в лабораториях кафедры "Строительного материаловедения, изделий и конструкций" БГТУ им. В.Г. Шухова. Проводимые исследования связаны с изучением поведения бетонных элементов, дисперсно-армированных стальными волокнами.

Для изготовления опытных образцов использовались отсев дробления кварцитопесчаника и Нижне-Ольшанский песок. Для оценки качества применяемых заполнителей и наполнителей были изучены их основные физико-механические свойства (табл. 1).

Таблица 1 - Физико-механические характеристики заполнителя

Наименование показателя Отсев дробления КВП Нижне-Ольшанский песок

Модуль крупности 3,50 1,12

Насыпная плотность в неуплотненном состоянии, кг/м3 1415 1467

Насыпная плотность в уплотненном состоянии, кг/м3 1490 1648

Истинная плотность, кг/м3 2710 2630

Пустотность, % 47,8 44,2

Водопотребность, % 5,5 11

Цементопотребность 0,530 0,63

В качестве вяжущего применялся товарный цемент ЗАО «Белгородский цемент» Цем I 42,5Н. Использованный цемент полностью соответствует требованиям ГОСТ 10178-85. Химический состав цемента приведен в табл. 2.

Таблица 2 - Химический состав цемента

Марка цемента Химический состав, % по массе

SiO2 AI2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 r2o CaO2 ппп

Цем I 42,5Н 22,49 ±0,5 4,77 ±0,3 4,40 ±0,1 67,22 ±1,0 0,43 ±0,03 H- ю Я 0 O 4^ 0,20 ±0,05 0,20 ±0,05 1,5 ±0,5

Затворение бетонов производилось водой, удовлетворяющей требованиям ГОСТ 23732 - 79 «Вода для бетонов и растворов».

В качестве стальной фибры была принята фибра анкерная и в виде елочки. Анкерная фибра - это стальная фрезерованная фибра. Фибра производится из стальных заготовок (слябов) путем фрезерования по технологии немецкой фирмы Vulkan Harex. Благодаря высокой температуре процесса резки фибра имеет характерный синеватый оттенок - окисный слой, препятствующий в процессе ее хранения образованию и развитию коррозии.

Длина фибры - 32 мм, ширина - 3,8 мм. Геометрические параметры фрезы обеспечивают: получение треугольного сечения фибры, две поверхности которого шероховатые и одна - гладкая, а также образование на концах фибры зацепов длиной 2 мм.

40

Фибра имеет скручивание по продольной оси. Перечисленные геометрические особенности фрезерованной фибры способствуют значительному увеличению «сцепляемости» фибры с бетоном, что в свою очередь весьма существенно влияет на эксплуатационные характеристики сталефибробетона. Фибра в виде «елочки» - 25 мм длинной и диометром 0,4 мм.

Фибробетонную смесь готовили в два этапа. Вначале в растворосмесителе получали бетонную смесь. Первоначально производилось смешивание сухим компонентов, затем небольшими порциями затворялась вода. Перемешивание длилось 5 - 10 минут в зависимости от консистенции смеси.

На втором этапе выполнялось армирование. Для этого экспериментальным путем определяли количество бетонной смеси, необходимое для формования одного образца. Далее в приготовленную бетонную смесь добавлялась фибра, заранее отмеренная согласно проценту армирования.

После этого смесь перемешивалась механизированным способом и в ручную укладывалась в очищенные формы тщательно смазанные маслом. Уплотнение фибробетонной смеси выполнялось на вибростоле до появления цементного молока.

Испытания образцов для определения прочности на сжатие, на растяжение при изгибе и модуля упругости проводились на универсальной машине УММ-10 по стандартной методике.

Результаты экспериментов и параметры опытных образцов приведены в табл. 3.

Таблица 3 - Состав 1

Цемент, кг Отсев дробления кварцитопесчаника

На 1 м3 720 1115 325 175 4,32

На 5 литров замеса 3,6 5,575 1,625 0,875 0,0216

Испытание образцов

Масса образца, кг Размеры образца Разрушающая нагрузка Предел прочности при сжатии

1 2,38 10*10*10 56750 53,9

2 2,44 10*10*10 58000 55,1

Состав 2

Цемент, кг Отсев дробления кварцитоп есчаника (0,315 - 5), кг Песо к, кг Вода л Добавка (муропл аст МК 63) Фибра «елочка », кг

На 1 м3 720 1115 325 175 4,32 46,786

На 5 литров замеса 3,6 5,575 1,625 0,87 5 0,0216 0,2339

Испытание образцов

Масса образца, кг Размеры образца Разрушающая нагрузка Предел прочности при сжатии

1 2,47 10*10*10 65500 62,2

2 2,47 10*10*10 66250 62,9

Состав 3

Цемент, кг Отсев дробления кварцитоп есчаника (0,315 - 5), кг Песо к, кг Вода л Добавка (муропл аст МК 63) Фибра «анкерн ая», кг

На 1 м3 720 1115 325 175 4,32 46,786

На 5 литров замеса 3,6 5,575 1,625 0,87 5 0,0216 0,2339

Испытание образцов

Масса образца, кг Размеры образца Разрушающая нагрузка Предел прочности при сжатии

1 2,52 10*10*10 61500 58,4

2 2,51 10*10*10 59250 56,3

Результаты экспериментальных исследований показали эффективность применения стальной фибры по сравнению с мелкозернистым бетоном без фибры. Наибольшие прочностные характеристики получены при использовании в качестве армирующего материала стальной фибры в виде «елочки».

Литература

1. Адамян И.Р. Напряженно-деформированное состояние сталебетонных брусьев прямоугольного поперечного сечения с составной обоймой при сжатии и изгибе: автореф. дис. канд. техн. наук. Белгород. - 2000. - 19 с.

41

2. Адамян И.Р. Экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния сталебетонных коротких колонн // Сооружения, конструкции, технологии и строит. мат. XXI века: Сб. докл. II Межд. конф.-шк.-сем. молодых ученых, аспирантов и докторантов. Белгород: Изд. БелГТАСМ. - 1999. - ч.2. - С.3 - 6.

3. Адамян И.Р. Экспериментальные исследования сталебетонных стержней при поперечном изгибе // Качество, безопасность, энерго- и ресурсосбережение в пром.-ти строит. мат. и строительстве на пороге XXI века: Сб. докл. Межд. научно-практической конф. Белгород: Изд-во БелГТАСМ. - 2000. - С.3 - 6.

4. Алфимова Н.И. Повышение эффективности стеновых камней за счет использования техногенного сырья // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2011. - № 2. - С. 56 - 59.

5. Алфимова Н.И., Вишневская Я.Ю., Трунов П.В. Влияние сырья вулканического происхождения и режимов твердения на активность композиционных вяжущих // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2011. - № 1. - С. 52 - 55.

6. Алфимова Н.И., Жерновский И.В., Яковлев Е.А., Юракова Т.Г., Лесовик Г.А. Влияние генезиса минерального наполнителя на свойства композиционных вяжущих // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2010. - № 1. - С. 91 - 94.

7. Алфимова Н.И., Трунов П.В., Лютенко А.О. Перспективы отходов мокрой магнитной сепарации Ковдорского месторождения в дорожном строительстве // В сборнике: Эффективные материалы, технологии, машины и оборудование для строительства и эксплуатации современных транспортных сооружений Сборник докладов Международной научно-практической конференции. -2009. - С. 11 - 13.

8. Алфимова Н.И., Трунов П.В., Вишневская Я.Ю., Шейченко М.С., Аслаханов А.Х. Модифицированное вяжущее // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2010. - № 2. - С. 30 - 33.

9. Клюев А.В., Нетребенко А.В., Дураченко А.В. Свойства бетонной матрицы при дисперсном армировании фибрами // Сборник научных трудов Sworld. -2014. - Т. 16. - №2. - С. 96 - 99.

10. Клюев А.В., Нетребенко А.В., Дураченко А.В. Ориентация и распределение фибр в цементной матрице // Сборник научных трудов Sworld. - 2014. - Т. 16. - №2. - С. 99 - 102.

11. Клюев А.В., Клюев С.В., Нетребенко А.В., Дураченко А.В. Мелкозернистый фибробетон армированный полипропиленовым волокном // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2014.

- № 4. - С. 67 - 72.

12. Клюев А.В., Нетребенко А.В., Дураченко А.В., Пикалова Е.К. К вопросу применения техногенных песков для производства мелкозернистого фибробетона // Сборник научных трудов Sworld. - 2014. - Т. 19. - №1. - С. 32 - 34.

13. Клюев С.В., Клюев А.В., Сопин Д.М., Нетребенко А.В., Казлитин С.А. Тяжелонагруженные полы на основе мелкозернистых фибробетонов // Инженерно-строительный журнал. - 2013. - №3. - С. 7 - 14.

14. Клюев А.В. Сталефибробетон для сборно-монолитного строительства // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2011. - № 2. - С. 60 - 63.

15. Клюев А.В. Усиление изгибаемых конструкций композитами на основе углеволокна // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2011. - № 3. - С. 38 - 41.

16. Клюев А.В., Лесовик Р.В. Сталефибробетон на композиционных вяжущих и техногенных песках КМА для изгибаемых конструкций // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2012. - № 2. - С. 14 -16.

17. Клюев С.В., Клюев А.В. Пределы идентификации природных и инженерных систем // Фундаментальные исследования. -2007. - №12. - С. 24 - 25.

18. Клюев А.В., Лесовик Р.В. Техногенные пески как сырье для производства фибробетона // Инновационные материалы технологии; сборник докладов Международной научно-практической конференции Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова, Белгород: Из-во БГТУ. - 2010. - Ч. 3. - С. 273 - 277.

19. Клюев А.В., Нетребенко А.В. Армирующие материалы и их свойства для производства фибробетонов // Сборник Международной научно-технической конференции молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова. - Белгород. - 2013. - С. 17 - 21.

20. Клюев А.В., Нетребенко А.В. Экспериментальные исследования фибробетона для промышленного и гражданского строительства // Сборник Международной научно-технической конференции молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова. - Белгород.

- 2013. - С. 12 - 16.

21. Клюев А.В., Пикалова Е.К. Технология усиления конструкций углеволокном // Сборник Международной научнотехнической конференции молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова. - Белгород. - 2013. - С. 33 - 37.

22. Клюев А.В., Пикалова Е.К. Расчет усиления железобетонных колонн углеродной тканью // Сборник Международной научно-технической конференции молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова. - Белгород. - 2013. - С. 38 - 41.

23. Клюев А.В. К вопросу формирования высококачественных фибробетонных композитов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2014. - № 6. - С. 55 - 57.

24. Клюев А.В. Дисперсно-армированный мелкозернистый бетон на техногенном песке КМА для изгибаемых изделий: автореф. дис. ... к.т.н. Белгород 2012. 24 с.

25. Клюев А.В. Стальные фибры и их применение для дисперсного армирования мелкозернистых бетонов // Инновационные материалы технологии; сб. докл. Междунар. науч.-практ. конф.: Белгород, 11-12 окт. 2011 г. / Белгор. гос. технол. ун-т, Белгород: Из-во БГТУ, 2011. Ч. 1. С. 229 - 232.

26. Лесовик Р.В., Клюев А.В. Расчет высокоплотной упаковки зерен мелкозернистого бетона // Инновационные материалы технологии; сб. докл. Междунар. науч.-практ. конф.: Белгород, 11-12 окт. 2011 г. / Белгор. гос. технол. ун-т, Белгород: Из-во БГТУ, 2011. Ч. 1. С. 233 - 238.

27. Лесовик В.С., Вишневская Я.Ю., Н.И. Алфимова, А.В. Савин Влияние гидротермальной обработки и давления на структурообразование композиционных вяжущих // Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в промышленности строительных материалов сборник докладов (XIX научные чтения). 2010. С. 186 - 189.

28. Лесовик В.С., Савин А.В., Алфимова Н.И. Степень гидратации композиционных вяжущих как фактор коррозии арматуры в бетоне // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2013. №1(649). С. 28 - 33.

29. Савин А.В., Лесовик В.С., Алфимова Н.И. К проблеме коррозионной стойкости железобетона // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2013. - № 2. - С. 7 - 12.

30. Серых И.Р. Прочность сталебетонного элемента с составной обоймой при внецентренном сжатии и изгибе // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2005. - № 10. - С. 442 - 445.

31. Трунов П.В., Алфимова Н.И., Вишневская Я.Ю., Евтушенко Е.И. Влияние способа помола на энергоэмкость изготовления и качественные характеристики композиционных вяжущих // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2012. - №4. - С. 37 - 39.

42

32. Шейченко М.С., Алфимова Н.И., Попов М.А., Калатози В.В. Мелкоштучные изделия на основе композиционных вяжущих с использованием отходов ковдорского месторождения // В сборнике: Инновационные материалы и технологии (ХХ научные чтения) Материалы Международной научно-практической конференции. - 2013. - С. 302 - 305.

References

1. Adamian I.R. Naprjazhenno-deformirovannoe sostojanie stalebetonnyh brus'ev prjamougol'nogo poperechnogo sechenija s sostavnoj obojmoj pri szhatii i izgibe: avtoref. dis. kand. tehn. nauk. Belgorod. - 2000. - 19 s.

2. Adamjan I.R. Jeksperimental'nye issledovanija naprjazhenno-deformirovannogo sostojanija stalebetonnyh korotkih kolonn // Sooruzhenija, konstrukcii, tehnologii i stroit. mat. XXI veka: Sb. dokl. II Mezhd. konf.-shk.-sem. molodyh uchenyh, aspirantov i doktorantov. Belgorod: Izd. BelGTASM. - 1999. - ch.2. - S.3 - 6.

3. Adamjan I.R. Jeksperimental'nye issledovanija stalebetonnyh sterzhnej pri poperechnom izgibe // Kachestvo, bezopasnost', jenergo- i resursosberezhenie v prom.-ti stroit. mat. i stroitel'stve na poroge XXI veka: Sb. dokl. Mezhd. nauchno-prakticheskoj konf. Belgorod: Izd-vo BelGTASM. - 2000. - S.3 - 6.

4. Alfimova N.I. Povyshenie jeffektivnosti stenovyh kamnej za schet ispol'zovanija tehnogennogo syr'ja // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. - 2011. - № 2. - S. 56 - 59.

5. Alfimova N.I., Vishnevskaja Ja.Ju., Trunov P.V. Vlijanie syr'ja vulkanicheskogo proishozhdenija i rezhimov tverdenija na aktivnost' kompozicionnyh vjazhushhih // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. - 2011. - № 1.

- S. 52 - 55.

6. Alfimova N.I., Zhernovskij I.V., Jakovlev E.A., Jurakova T.G., Lesovik G.A. Vlijanie genezisa mineral'nogo napolnitelja na svojstva kompozicionnyh vjazhushhih // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. - 2010. - № 1.

- S. 91 - 94.

7. Alfimova N.I., Trunov P.V., Ljutenko A.O. Perspektivy othodov mokroj magnitnoj separacii Kovdorskogo mestorozhdenija v dorozhnom stroitel'stve // V sbornike: Jeffektivnye materialy, tehnologii, mashiny i oborudovanie dlja stroitel'stva i jekspluatacii sovremennyh transportnyh sooruzhenij Sbornik dokladov Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. -2009. - S. 11 - 13.

8. Alfimova N.I., Trunov P.V., Vishnevskaja Ja.Ju., Shejchenko M.S., Aslahanov A.H. Modificirovannoe vjazhushhee // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. - 2010. - № 2. - S. 30 - 33.

9. Kljuev A.V., Netrebenko A.V., Durachenko A.V. Svojstva betonnoj matricy pri dispersnom armirovanii fibrami // Sbornik nauchnyh trudov Sworld. -2014. - T. 16. - №2. - S. 96 - 99.

10. Kljuev A.V., Netrebenko A.V., Durachenko A.V. Orientacija i raspredelenie fibr v cementnoj matrice // Sbornik nauchnyh trudov Sworld. - 2014. - T. 16. - №2. - S. 99 - 102.

11. Kljuev A.V., Kljuev S.V., Netrebenko A.V., Durachenko A.V. Melkozernistyj fibrobeton armirovannyj polipropilenovym voloknom // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. - 2014. - № 4. - S. 67 - 72.

12. Kljuev A.V., Netrebenko A.V., Durachenko A.V., Pikalova E.K. K voprosu primenenija tehnogennyh peskov dlja proizvodstva melkozernistogo fibrobetona // Sbornik nauchnyh trudov Sworld. - 2014. - T. 19. - №1. - S. 32 - 34.

13. Kljuev S.V., Kljuev A.V., Sopin D.M., Netrebenko A.V., Kazlitin S.A. Tjazhelonagruzhennye poly na osnove melkozernistyh fibrobetonov // Inzhenerno-stroitel'nyj zhurnal. - 2013. - №3. - S. 7 - 14.

14. Kljuev A.V. Stalefibrobeton dlja sborno-monolitnogo stroitel'stva // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. - 2011. - № 2. - S. 60 - 63.

15. Kljuev A.V. Usilenie izgibaemyh konstrukcij kompozitami na osnove uglevolokna // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. - 2011. - № 3. - S. 38 - 41.

16. Kljuev A.V., Lesovik R.V. Stalefibrobeton na kompozicionnyh vjazhushhih i tehnogennyh peskah KMA dlja izgibaemyh konstrukcij // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. - 2012. - № 2. - S. 14 - 16.

17. Kljuev S.V., Kljuev A.V. Predely identifikacii prirodnyh i inzhenernyh sistem // Fundamental'nye issledovanija. - 2007. - №12. - S. 24 - 25.

18. Kljuev A.V., Lesovik R.V. Tehnogennye peski kak syr'e dlja proizvodstva fibrobetona // Innovacionnye materialy tehnologii; sbornik dokladov Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova, Belgorod: Iz-vo BGTU. - 2010. - Ch. 3. - S. 273 - 277.

19. Kljuev A.V., Netrebenko A.V. Armirujushhie materialy i ih svojstva dlja proizvodstva fibrobetonov // Sbornik Mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii molodyh uchenyh BGTU im. V.G. Shuhova. - Belgorod. - 2013. - S. 17 - 21.

20. Kljuev A.V., Netrebenko A.V. Jeksperimental'nye issledovanija fibrobetona dlja promyshlennogo i grazhdanskogo stroitel'stva // Sbornik Mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii molodyh uchenyh BGTU im. V.G. Shuhova. - Belgorod. - 2013. - S. 12 - 16.

21. Kljuev A.V., Pikalova E.K. Tehnologija usilenija konstrukcij uglevoloknom // Sbornik Mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii molodyh uchenyh BGTU im. V.G. Shuhova. - Belgorod. - 2013. - S. 33 - 37.

22. Kljuev A.V., Pikalova E.K. Raschet usilenija zhelezobetonnyh kolonn uglerodnoj tkan'ju // Sbornik Mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii molodyh uchenyh BGTU im. V.G. Shuhova. - Belgorod. - 2013. - S. 38 - 41.

23. Kljuev A.V. K voprosu formirovanija vysokokachestvennyh fibrobetonnyh kompozitov // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. - 2014. - № 6. - S. 55 - 57.

24. Kljuev A.V. Dispersno-armirovannyj melkozernistyj beton na tehnogennom peske KMA dlja izgibaemyh izdelij: avtoref. dis. ... k.t.n. Belgorod 2012. 24 s.

25. Kljuev A.V. Stal'nye fibry i ih primenenie dlja dispersnogo armirovanija melkozernistyh betonov // Innovacionnye materialy tehnologii; sb. dokl. Mezhdunar. nauch.-prakt. konf.: Belgorod, 11-12 okt. 2011 g. / Belgor. gos. tehnol. un-t, Belgorod: Iz-vo BGTU, 2011. Ch. 1. S. 229 - 232.

26. Lesovik R.V., Kljuev A.V. Raschet vysokoplotnoj upakovki zeren melkozernistogo betona // Innovacionnye materialy tehnologii; sb. dokl. Mezhdunar. nauch.-prakt. konf.: Belgorod, 11-12 okt. 2011 g. / Belgor. gos. tehnol. un-t, Belgorod: Iz-vo BGTU, 2011. Ch. 1. S. 233 - 238.

27. Lesovik V.S., Vishnevskaja Ja.Ju., N.I. Alfimova, A.V. Savin Vlijanie gidrotermal'noj obrabotki i davlenija na strukturoobrazovanie kompozicionnyh vjazhushhih // Nauchnye issledovanija, nanosistemy i resursosberegajushhie tehnologii v promyshlennosti stroitel'nyh materialov sbornik dokladov (XIX nauchnye chtenija). 2010. S. 186 - 189.

28. Lesovik V.S., Savin A.V., Alfimova N.I. Stepen' gidratacii kompozicionnyh vjazhushhih kak faktor korrozii armatury v betone // Izvestija vysshih uchebnyh zavedenij. Stroitel'stvo. 2013. №1(649). S. 28 - 33.

29. Savin A.V., Lesovik V.S., Alfimova N.I. K probleme korrozionnoj stojkosti zhelezobetona // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. - 2013. - № 2. - S. 7 - 12.

30. Seryh I.R. Prochnost' stalebetonnogo jelementa s sostavnoj obojmoj pri vnecentrennom szhatii i izgibe // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. - 2005. - № 10. - S. 442 - 445.

31. Trunov P.V., Alfimova N.I., Vishnevskaja Ja.Ju., Evtushenko E.I. Vlijanie sposoba pomola na jenergojemkost' izgotovlenija i kachestvennye harakteristiki kompozicionnyh vjazhushhih // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. - 2012. - №4. - S. 37 - 39.

43

32. Shejchenko M.S., Alfimova N.I., Popov M.A., Kalatozi V.V. Melkoshtuchnye izdelija na osnove kompozicionnyh vjazhushhih s ispol'zovaniem othodov kovdorskogo mestorozhdenija // V sbomike: Innovacionnye materialy i tehnologii (HH nauchnye chtenija) Materialy Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. - 2013. - S. 302 - 305.

Кудаев Н.Ю.1, Елизаров А.И.2, Калайда В.Т.3

'Аспирант; 2кандидат технический наук, доцент; 3 доктор технических наук, профессор, Национальный исследовательский

Томский Государственный Университет

МЕТОД ИДЕНТИФИКАЦИИ НА ОСНОВЕ МНОГОМЕРНОЙ ФУНКЦИИ ПЛОТНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

Аннотация

В статье предлагается метод идентификации, базирующийся на построении классов объектов, как многомерной функции плотности распределения векторов параметров.

Ключевые слова: идентификация, многомерная функция плотности распределения.

Kudayev N. Y.1, Elizarov A.I.2, Kalayda V.T.3

'Postgraduate student; 2 Candidate of Technical Sciences, associate professor; 3Doctor of Technical Sciences, professor, National

Research Tomsk State University

IDENTIFICATION TECHNIQUE BASED ON THE MULTIDIMENSIONAL PROBABILITY DENSITY FUNCTION

Abstract

In this paper we propose a method of identification based on the construction of classes of objects as multidimensional density function parameter vectors.

Keywords: Identification, multidimensional density function.

Идентификация является актуальной проблемой в различных сферах современного общества. Например, идентификация объектов в системах безопасности, в системах мониторинга. На практике, большое количество задач идентификации, решается применительно к изображениям. Предлагаемый метод идентификации на основе многомерной функции плотности распределения подходит для решения задачи идентификации независимо от типа исходных данных.

Для описания классов можно использовать многомерную функцию плотности распределения. В свою очередь каждый объект характеризуется своим вектором параметров (характеристик). Набор таких векторов описывает класс. Дальнейшая задача будет сводиться к отнесению идентифицируемого объекта к одному из известных классов по его набору параметров.

Примем во внимание гипотезу о том, что априори условия получения векторов параметров, описывающих объекты, неизвестны. Следовательно, имеется множество различных векторов, полученных при множестве условий. Группы векторов, полученных при схожих параметрах, образуют множество незивестных распределений. В соотвествии с предельной теоремой можно предположить, что множество векторов параметров является нормальным (то есть описывается многомерной Гауссовской функцией плотности распределения). Это частично подтверждается в работе [1], когда гиперповерхность аппроксимируется полиномом второго порядка. В таблице 1 для одной из выборок векторов параметров изображений, из работ [1] и [2], представлены экспериментальные частоты по равным интервалам.

Таблица 1 - Экспериментальные частоты характеристик Hu-моментов набора изображений одного класса.

№ п-ра Распределение частот по равным интервалам значений Hu-моментов

1 0 0 5 5 8 1 18 18 16 3 5 3 3 1 3 5

2 0 0 4 9 5 0 17 15 21 10 3 3 0 0 0 1

3 0 0 0 11 16 10 5 6 11 8 7 11 4 1 1 3

4 0 0 4 7 6 12 16 7 7 14 5 4 4 4 1 2

5 0 1 1 4 3 17 9 22 9 7 8 2 3 0 1 5

6 1 2 1 1 6 5 24 19 7 7 5 1 4 3 5 3

7 1 1 1 2 7 11 10 15 16 9 6 1 3 6 2 0

Предположим, что по множеству векторов (наборов параметров) можно построить многомерную нормальную функцию распределения. Числовые характеристики такой функции описываются ковариационной матрицей, которую для упрощения, можно повернуть и сделать диагональной. Полученная диагональная матрица будет содержать на главной диагонали собственные числа исходной матрицы. Для получения собственных чисел используется метод Данилевского. В результате чего матрица приводится к виду Фробениуса. Собственные числа матрицы Фробениуса равны собственным числам исходной ковариационной матрицы [3]. Таким образом, класс изображений описывается значениями средних (мат. ожиданий) и стандартных отклонений для каждой из характеристик. В дальнейшем планируется для получения собственных чисел ковариационной матрицы использовать готовые алгоритмы, входящие в математические пакеты. Это позволит повысить точность и быстродействие вычислений, а также уменьшит затраты на сопровождение этой части алгоритма.

Алгоритм идентификации заключается в принятии решения голосованием о принадлежности изображения к классу. Каждая характеристика вектора параметров идентифицируемого объекта проверяется на вхождение в соответствующий ей интервал

[m -1,92а; m +1,92а] . В такой интервал входят 95% всех значений для нормального распределения. При решении реальной задачи, могут возникнуть ситуации, когда несколько характеристик удовлетворяют интервалу, а несколько - нет. Решение принимается голосованием: если больше половины характеристик одного вектора удовлетворяют своим интервалам, то считается, что изображение принадлежит к классу. В противном случае - не принадлежит.

К преимуществам данного метода можно отнести следующее:

• независимость от типа входных данных;

• устойчивость к условиям получения входных данных (слабая зависимость от условий съёмки изображений);

• устойчивость к изменению ориентации и положения идентифицируемого объекта;

• высокая точность метода при достаточном наборе параметров.

Недостатки предлагаемого метода :

• при увеличении количества классов метод чувствителен к информационности выбранных параметров;

• как и для большинства методов идентификации, для более точного описания класса требуется большее количество векторов параметров.

В дальнейших исследованиях предложенный метод будет использоваться для решения задач идентификации личности человека и классификации типов облачности.

44