Неделя 1

Цель

• изучить способы сбора и хранения дождевых вод
• узнать о способах использования дождевых вод в хозяйственных целях
• научиться планировать и строить инженерные объекты
• научиться совместной работе и работе в группах

Ожидаемые результаты

Ученики должны развить понимание:

• проектирования систем сбора дождевых вод
• использования дождевых вод в хозяйственных целях
• планирования и строительства инженерных объектов
• коммуникативных навыков для сотрудничества с учителем и другими учениками
• как минимум одного типа системы сбора дождевых вод

Междисциплинарная связь

Химия (знакомство с составом и структурой дороги, которая поглощает воду)

Физика (работа с водным насосом)

Введение

Транспортные сети лежат в основе экономической деятельности любой страны. Во время экстремальных погодных явлений транспортная инфраструктура может быть повреждена, создавая угрозу безопасности людей и вызывая значительные разрушения и связанные с ними экономические и социальные последствия. Наводнения, особенно в результате интенсивных осадков, являются основной причиной нарушения работы транспортного сектора из-за погодных условий. Одной из способов решения данной проблемы является использование дорог с особой структурой способной пропускать через себя воду [1]. 

Умная дорога – это пористый материал, применяемый в качестве покрытия автомобильных дорог, обеспечивающая моментальный отвод воды с поверхности дороги. Верхняя поверхность бетона таких дорог состоит из слоя гальки с крошечными отверстиями между ними. Эти отверстия позволяют воде проходить и делают слой пористым. Под ним находится ряд зернистых слоев, содержащих гальку и камни разных размеров. Этот слой либо хранит воду, и позволяет ей впитываться в почву ниже. Или же под бетоном строится дренажная система для отвода воды. Дренажную воду можно использовать для хозяйственных нужд [2]. 

Использованные ресурсы:

[1] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1361920916308367 

[2] http://kinooze.com/roads-that-absorb-water-like-sponge/

Так, давайте создадим мини-лабораторию и самостоятельно разработаем дорожное покрытие, которое поглощает воду. 

Для начала, необходимо изучить какие материалы используются для разработки умного покрытия, таких как:

1. Щебень или гравий (чем меньше размером, тем лучше проводит влагу. 

2. Цемент строительный.

Терминология

·     Щебень и гравий – сыпучие материалы, состоящие из зерен (куски горной породы) разных размеров. Они имеют природное происхождение. Отличие между ними в том, что гравий – октанные породы, образуется в результате самостоятельного разрушения породы, а щебень – неоктанные (неорганические) породы, в результате механического. В зависимости от преобладающих размеров обломков щебень и гравий подразделяют на: крупный (5—10 мм), средний (2,5—5 мм) и мелкий (1—2,5 мм). В промежутках между гравийными обломками может присутствовать мелкообломочный материал.

Химический состав щебенки:

Минеральный состав		Название	Содержание,%
1	SiO2	Оксид кремния, или кремнезем	48-65%
2	Al2O3	Оксид алюминия, или глинозем	15-18%
3	CaO	Оксид кальция, или негашенная известь, или кирабит	3.5-10.5%
4	MgO	Оксид  магния, или жженная магнезия, или окись магния	2.1-7.2%
5	SO3	Оксид серы, или серный ангидрид	0.38-1.01%
6	Fe2O3	Оксид железа, или гематит, или окись железа	7.0-12.5%

Химический состав гравия: Учитывая различный минералого-петрографический состав горных пород, зёрна гравия могут содержать минеральные граниты, кварцы, полевые шпаты, мрамор.

·   Цемент – искусственное неорганическое вяжущее вещество, используемый в качестве одного из основного строительного материала. При взаимодействии с водой образует пластичную массу, которая затем затвердевает и превращается в камневидное тело. В основном используется для изготовления бетона и строительных растворов.

Цемент получают тонким измельчением клинкера и гипса. Клинкер — продукт равномерного обжига до спекания однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины определённого состава, обеспечивающего преобладание силикатов кальция.

При измельчении клинкера вводят добавки: гипс СaSO₄·2H₂O для регулирования сроков схватывания, до 15 % активных минеральных добавок (пиритные огарки, колошниковую пыль, бокситы, пески) для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента.

Химический состав цемента:

Минеральный состав		Название	Содержание,%
1	СаО/CaS	Оксид кальция/Сульфид кальция	67%
2	SiO2	Оксид кремния, или кремнезем	22%
3	Al2O3	Оксид алюминия, или глинозем	5%
4	Fe2O3	Оксид железа, или гематит, или окись железа	3%
5	MgO/P2O5/Cr2О3	Оксиды магния, фосфора и хрома	3%

Практическая часть

Шаг 1. Наденьте одноразовые резиновые перчатки. Приготовьте рабочую зону и все необходимые материалы. 

!!! Чем больше щебня Вы добавите, тем лучше будет пропускать воду. 

• – Щебень или гравий 1 стакан – 250 гр
• – Цемент 1/3 стакан – 80 гр
• – Воду – 1/3 стакана – 100 мл
• – Тара для раствора – 1 шт
• – Заранее оформленную посуду для формы – 1 шт
• – Пленка – размером 30*50 мм
• – Шпажка (толстая) / ложка – 1 шт
• – Одноразовые резиновые перчатки

Шаг 2. В посуду засыпьте 1 стакан щебня (гравия) и 1/3 стакан цемента. Цемента должно быть в три раза меньше, чем щебня. Затем налейте 1/3 стакана или 100 мл воды. 

Шаг 3. Тщательно перемешайте все. Полученная смесь не должна быть жидкой или слишком плотной. 

Шаг 4. Должна получиться смесь как указано на рисунке

Шаг 5. Приготовьте одноразовую посуду в качестве формы для укладки дороги. Постелите пленку

Шаг 6. Залейте в форму готовую смесь и утрамбуйте руками чтобы получилась ровная плоская поверхность.

Шаг 7. Оставьте на 2-3 дня до полного застывания цемента. 

Должен получиться пористый влаговпитывающий асфальт. 

Асфальт пропускает воду за счет щебня(гравия), которая образует пористость для данной дороги.