Бетони прискореного твердіння для влаштування трубчастих паль методом осьового пошарового пресування безпосередньо в ґрунтах регіону Сирії

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти та науки України

Харківський державний технічний університет

Будівництва та архітектури

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

05.23.05 - Будівельні матеріали та вироби

Бетони прискореного твердіння для влаштування трубчастих паль методом осьового пошарового пресування безпосередньо в ґрунтах регіону Сирії

Хаддад Оссама

Харків 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі “Будівельні матеріали та вироби” Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури (ХДТУБА).

Науковий керівник: лауреат Державних премій СРСР та України, Заслужений діяч науки і техніки України, доктор технічних наук, професор Бабушкін В.І., завідувач кафедри “Будівельні матеріали та вироби” Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Сторожук М.А., Пріднепровська державна академія будівництва та архітектури м. Дніпропетровськ,

кандидат технічних наук, с.н.с. Бабіченко В.Я., директор Українського державного науково-дослідного інституту “Укрводгео”.

Провідна установа: Харківський державний автомобільно-дорожній технічний університет

Захист відбудеться: 28 березня 2000 року о 12-30 годині на засіданні спеціалізованної вченої ради Д.64.056.04 при Харківському державному технічному університету будівництва та архітектури за адресою: 61002, м. Харків, вул. Сумська, 40.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці університету.

Автореферат розіслано 26 лютого 2000 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради к.т.н., доцент Ємельяненко М.Г.

1. Загальна характеристика роботи

бетон прискорений фундамент трубчастий

Актуальність роботи: досвід улаштування фундаментів із трубчастих бетонних буронабивних паль в Україні та Росії показує перспективність їх застосування й в інших регіонах, у тому числі й в Сірії. При цьому досягається зниження матеріалоємності фундаменту в 3-4 рази, а трудозатрат у 1,5-2 рази в порівнянні зі стрічковими та стовпчастими фундаментами.

Досвід виготовлення трубчастих паль та інших бетонних виробів із жорстких сумішей методом осьового пошарового пресування в умовах сухого жаркого клімату та незв'язних грунтів показав, що негайна розпалубка призводить до істотної втрати вологи зі свіжозпушеної бетонної суміші, в результаті чого знижується міцність бетону. Це потребувало розробки та прийняття додаткових спеціальних заходів, у числі яких була використана бетонна суміш з прискорювачами твердіння.

Питання підвищення зчеплення паль з ґрунтом також може бути вирішено шляхом використання бетонів прискореного твердіння, що досягається за рахунок застосування ефективних додатків, для вибору яких використані термодинамічні розрахунки іонних рівноваг. Забезпечення широкого втілення ефективних методів зведення фундаментів для малоповерхового сільського будівництва є актуальною та важливою задачею не тільки для регіону Сірії, але й для півдня України та країн СНД з жарким і сухим кліматом.

Наукова новизна:

Систематизовані та досліджені типи будівельних виробів і матеріалів, що застосовуються для влаштування фундаментів в умовах незв'язних ґрунтів і жаркого сухого клімату регіону Сірії, та поставлені задачі, що виникають при вирішенні цієї проблеми.

Виконані термодинамічні розрахунки реакцій, що відбуваються при твердінні цементного бетону в умовах використання додатків, що містять кальцій, в залежності від рН води затворення, та розроблені шляхи управління процесами, які здійснюються.

Розроблена математична модель процесу консолідації жорстких бетонних сумішей в стінках трубчастих паль в умовах контакту з сухим незв'язним ґрунтом, яка дозволяє обґрунтовано визначити параметри технологічного процесу й геометрію ущільнюючого органу.

Обґрунтовано застосування для прискорення твердіння бетонів різних марок комплексного додатку у вигляді розчинних солей кальцію до 3,5 % та Са (ОН)2 до 0,5 % від маси цементу.

Мета роботи: розробка складу сумішей бетонів прискореного твердіння та ефективної технології виготовлення елементів фундаментів із бетонних паль для малоповерхових будівель в незв'язних ґрунтах регіону Сірії.

Для досягнення наміченої в дисертаційній роботі мети необхідно вирішення таких задач:

Обґрунтування доцільності застосування трубчастих бетонних паль у незв'язних ґрунтах у якості елемента фундаменту малоповерхової будівлі.

Розробка математичної моделі ущільнення бетонної суміші для формування трубчастих паль методом осьового пошарового пресування, дослідження впливу технологічних параметрів на ступінь ущільнення бетонної суміші в стінках палі й вибір їх раціональних значень.

Теоретичне обґрунтування застосування хімічних додатків, як засобу прискорення твердіння бетону в нормальних умовах. Дослідження впливу хімічних додатків на швидкість твердіння бетонів різних марок і вибір найбільш ефективних, підбір сумішей швидкотвердіючих бетонів різних марок.

Експериментальне дослідження щодо застосування методу осьового пошарового пресування для формування паль у масиві незв'язного ґрунту, вибір заходів для підвищення міцності оголовка паль.

Дослідження контактної зони між трубчастою палею та ґрунтом, її вплив на несучу здатність паль.

Техніко-економічне обґрунтування запропонованих рішень та їх порівняння з іcнуючими.

Дослідно-промислове упровадження результатів досліджень.

Практична цінність роботи: Практичне значення отриманих результатів складається з:

вибору рекомендацій з влаштування ефективних фундаментів у регіоні Сірії;

розробки прогресивної технології формування трубчастих буронабивних паль у свердловинах, які влаштовують у незв'язному грунті;

підбору суміші бетону різних марок, що забезпечують при використанні одного типорозміру змінного палеформуючого обладнання різну несучу здатність палі за матеріалом, що дозволяє використовувати трубчасті палі для будівель різного призначення.

технічної новизни розробок, яка обумовлена поданням заявки на винахід за результатами проведених досліджень.

Апробація роботи: Основні результати роботи викладені та обговорені на міжнародній конференції “Розвиток технічної хімії в Україні” м. Харків, 1997, на науково-технічних конференціях ХДТУБА 1997-1999 р. та ряді науково-технічних семінарів.

Публікації: За темою дисертації опубліковано 5 друкованих робіт, отримано позитивне рішення на видачу патенту України на винахід № 999126886 від 17.12.1999.

Структура та обсяг роботи: Робота складається із вступу, шести розділів, висновків, списку літератури з 64 назв, вміщує 12 рисунків та 13 таблиць, 102 сторінки тексту.

Особистий внесок здобувача: Автор брав участь у виконанні термодинамічних розрахунків з обґрунтуванням вибору хімічних додатків - прискорювачів твердіння цементів і в експериментальних роботах з дослідження швидкості твердіння бетонів з комплексними додатками, які містять кальцій; в досліджені кінетики твердіння бетонів різних марок та впливу додатків на набирання міцності, у знаходженні коефіцієнтів регресії й оптимізації складу сумішей бетонів прискореного твердіння; у дослідно-промисловій перевірці розроблених сумішей бетонів прискореного твердіння для влаштування бетонних паль.

2. Зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету й задачі досліджень, наукову новизну, практичну цінність, положення, що виносяться на захист.

У першому розділі проведений аналіз літературних і патентних джерел з питання, яке досліджується. Аналіз показав, що з чотирьох видів тих фундаментів, які використовуються, найбільш економічним є фундамент із бетонних трубчастих паль, особливо для малоповерхового будівництва. У порівнянні з фундаментами стовпчастими, стрічковими та фундаментами паль з уширенням фундаменти з трубчастих паль забезпечують зниження матеріалоємності фундаменту в 3-4 рази та трудовитрат в 1,5-2.

Дослідження з улаштування трубчастих паль показали, що метод осьового пошарового пресування ефективний у зв'язних ґрунтах. Але особливості регіону Сірії полягають у наявності незв'язних і сухих ґрунтів в умовах жаркого клімату, що вимагає модифікації технології та вибору заходів з прискорення твердіння бетону, які забезпечують збереження вологи в суміші та скорочення часу набору відпускної міцності, а тому й терміну зведення фундаменту. На підставі проведеного аналізу поставлені задачі досліджень.

У другому розділі наводяться дані про основні види використованих у роботі матеріалів та застосованих методах досліджень. Використовані матеріали:

Для вирішення поставлених задач у роботі використовувались як теоретичні, так і експериментальні методи досліджень.

Термодинамічні розрахунки з вибору додатків, що містять кальцій, для збільшення швидкості твердіння бетону, виконані за методикою,яка наведена у книзі “Термодинаміка силікатов”. -Москва: Стройиздат, 1986.

Оцінка розрахункових значень зчеплення по контактній зоні здійснювалась за оригінальною методикою, що розроблена на кафедрі будівельних матеріалів та виробів ХДТУБА.

Експериментальні зразки балочок розміром 40х40х160 мм, досліджувались на міцність у віці 1, 3, 7, 14 та 28 діб за стандартною методикою.

У роботі наведені середні значення одержаних параметрів.

Визначення сумішей швидкотвердіючих бетонів проводились за допомогою повнофакторного математичного експерименту.

Для фізико-хімічних досліджень з ідентифікації продуктів гидратації цементу і бетону з додатками прискорювачів використовувались рентгентофазовий, диференційно-термічний аналіз і спектроскопія.

Оцінка швидкості випаровування вологи була здійснена за допомогою стандартного методу визначення водопоглинання зразків.

Третій розділ присвячений розробці технології бетонування трубчастих паль у незв'язних ґрунтах.

Засоби та пристрої для формування трубчастих паль недостатньо ефективні у сполученні з обсадною трубою, що виймається, внаслідок того, що напрямок зусиль, які ущільнюють бетонну суміш, співпадає або перпендикулярно спрямований руху обсадної труби. Це призводить до виникнення умов для розриву стовбура палі в подовжньому напрямку, що особливо небезпечно для трубчастих паль з мінімальною товщиною стінки.

Нами встановлено, що зміна напрямку ущільнення бетонної суміші на протилежний руху обсадної труби, яка виймається, дозволить гарантувати суцільність стовбура палі. Таке технологічне рішення надає можливість використовувати ефективний метод осьового пошарового пресування трубчастих паль.

Припущення:

Приймається умовно, що бетонна суміш є квазідвохфазною системою:

По-перше: перша фаза - тверда, у вигляді часток піску, цементу, щебеню;

друга фаза - газоподібна, у вигляді повітря. Потім, після зближення часток першої фази, та видалення повітря, друга фаза розглядається як рідка, у вигляді водоцементного тіста, особливо при наявності надмірної вологості.

Як бачимо ущільнення відбувається за допомогою тиску від ІІ ділянки пресувальної лопатки, яка складається з трьох ділянок, з яких 2 є похилими, с кутами 1 і 2. На першій ділянці необхідно запобігти доступу до суміші незв'язного ґрунту зі стінок свердловини тому обсадна труба має знаходитися не вище його кінця.

Для осьового пошарового пресування вираз

(1)

з урахуванням того, що для забезпечення надійного ущільнення на всій товщині шару слід покласти у=1, а t1 - надано у вигляді:

(2)

де: Ск - коефіцієнт консолідації;

l1- довжина першої ділянки, м;

m - число обертів валу, об/хв;

Dcp - середній діаметр шару, м;

y, t1 - безрозмірні перемінні.

; ;

q - вертикальний тиск;

Тоді (1) перетворюється до вигляду

(3)

Для бетону марки В30 оптимальна вологість W=5,25 %, що відповідає Rстр=0,42 кг/см2 при В/Ц=0,33, а максимально припустима W=6,8 %, яка дає Rстр=0,31 кг/см2 при В/Ц=0,42 (де Rстр - структурна міцність).

Основні технологічні параметри формування бетонних трубчастих паль розраховані з використанням розробленої моделі ущільнення бетонної суміші наведені у таблиці 1, довжина загладжуючого циліндру лабораторного сердечнику прийнята збільшеною в порівнянні з розрахунковою у зв'язку з невеликою структурною міцністю Rcтр=0,31-0,23 кгс/см2 суміші при використаної вологості.

Таблиця 1 Основні технологічні параметри формування

Технологічні параметри	Варіанти:
	виробничий	лабораторний
Діаметр бетонної трубчастої палі, мм Ширина лопатки, мм кількість ділянок лопатки кути нахилу лопатки, 1 та 2 довжина циліндру, мм вологість бетонної суміші, % В/Ц Rcтр, кгс/см2 Відносна пористість ущільненої суміші, %	400 70 3 14 і 2 350 5,30 0,36 0,42 0,1	150 17 3 12 і 15 140 6,8-7 0,42 0,31 0,1

У четвертому розділі виконані дослідження несучої здатності трубчастих бетонних паль виконаних за розробленою технологією.

Несуча здатність - F висячої буронабивної палі, яка прорізає “п” шарів ґрунту відповідно зі СНиП 2.02.03-85 визначається за формулою:

(4)

де: Ru- розрахунковий опір ґрунту під нижнім кінцем палі в п-ому шарі ґрунту;

A - площа опирання палі;

U - періметр поперечного розрізу палі;

hi - товщина і-го шару ґрунту;

fi - розрахунковий опір і-го шару ґрунту на боковій поверхні;

- коефіцієнти умов роботи.

За результатами досліджень двох паль, виконаних у Тюменської області, довжиною 1,5 м діаметром 400 мм і товщиною стінки С=70 мм були визначені несучі здатність при утисненні трубчастої палі N1=11 Тc та трубчастої палі, нижній кінець якої заповнений бетонною пробкою N2=15 Тc. Випробування відбувались при дослідному формуванні в незв'язному піщаному ґрунті. При цьому було встановлено, що несуча здатність трубчастої буропресованої палі, виготовленої методом осьового пошарового пресування, на 28-41 % вища ніж у буронабивної палі традиційного виготовлення.

Для оптимізації конструкції трубчастих паль у незв'язних ґрунтах був розроблений алгоритм складений з урахуванням і на підставі положень СНиП 2.02.03-85, СНиП 2.01.07-85, СНиП 2.03.01-84.

Для оптимізації конструкцій фундаменту слід використовувати палі з розмірами, що забезпечують мінімальний об'єм бетону.

 (5)

Але таке рішення вимагає використання декількох палеформуючих сердечників. Тому для формування трубчастих паль у незв'язному ґрунті був запропонований декілька інший підхід. Як бачимо з таблиці (2) використання сердечника з діаметром 400 мм та шириною лопатки 30-35 мм дозволяє формувати палі для навантаження 10-40 Тс лише за рахунок застосування бетонів марки М 100 - М400 відповідно.

Таблиця 2 Мінімально припустима товщина стінки (мм) трубчастої палі діаметром 400 мм

Навантаження, Тс	Марка бетону
	150	200	300	400
50	-	120	55	40
40	120	65	40	30
30	80	50	30	22
20	50	30	20	15
10	25	15	10

За розрахунковими даними була розроблена конструкція палеформуючого сердечника та виготовлено змінне обладнання до ямобуру, який використовується під час формування трубчастих паль на підприємствах.

Відпрацьовання технології формування трубчастих паль у незв'язних ґрунтах, розробленої та теоретично обґрунтованої в розділі 3 дисертації відбувалось на експериментальному палеформуючому обладнанні лабораторії будівельних матеріалів та виробів ХДТУБА.

Після твердіння у віці 28 діб зразки трубчастих паль були випробувані на стиск, роздавлювання та на вигин. Випробування проводились на вигин за ДСТ 1018-78, на роздавлювання за ДСТ 20054-82. Відомо, що найбільш ефективним армуванням бетону, особливо трубчастих конструкцій є зовнішнє армування обоймою (Стороженко Л.І.).

Для проведення експериментальних досліджень були виготовлені з бетону марки М100 фрагменти трубчастих паль у металевій обоймі товщиною 0,4 мм. Зовнішній діаметр обойми складає 140 мм, товщина стінок трубчастих паль 191 мм.

Таким чином була експериментально підтверджена можливість значного підвищення межі міцності бетону при стиску за рахунок зовнішнього армування трубчастих виробів, що дозволяє наблизити роботу оголовка палі або палі-колони до умов, у яких перебуває паля в грунті - стисненого деформування та зменшити необхідну марку застосованого бетону, що збільшує економічну ефективність запропонованих конструкцій.

Результати випробувань наведені в таблиці 3.

Таблиця 3 Результати випробувань фрагментів трубчастих паль на осьове стиснення з зовнішнім армуванням (с=0,4 мм)

№	Зовнішній діаметр, см	Товщина стінок, см	Площа поперечного перерізу, см2	Навантаження, що руйнує, Тс	Межа міцності R, кг/см2
1	13,9	1,9	71,6	18,6	260
2	13,9	2,0	74,7	21,3	285
3	13,9	1,9	71,6	21,8	305

У п'ятому розділі теоретично обґрунтовані підходи до вибору комплексних додатків, які прискорюють твердіння на основі розчинених солей кальцію, наведені результати експериментальних досліджень з використанням розроблених додатків та виконаний підбір оптимальних сумішей бетонів прискореного твердіння різних марок, для забезпечення можливості роботи трубчастих паль у широкому діапазоні навантажень, що передаються на фундамент.

З цією метою були розраховані відсоткові співвідношення всіх видів часток у системі Са(ОН)2 - вода в залежності від рН, виявлено які види іонів у найбільшому ступені допомагає утворенню гідросилікатів кальцію. Виходячи з цього було обґрунтовано введення сумісно з Са(NO3)2 додатку гідроксиду кальцію, який обумовлює підвищення рН у воді затворення, при якому превалюючим катіоном є Са(ОН)1+.

У якості прискорюючих твердіння додатків по-перше були використані Ca(NO3)24H2O; FeCl36H2O; NaF; Al2(SO4)318H2O. Суміш бетону приймалась аналогічно тій, що використовувалась раніше з витратою на 1 м3 цементу - 425 кг, граввідсіву - 1470 кг, піску - 447 кг і води - 130 л.

Випробування на міцність при роздавлюванні та при стиску проводились у віці 3 і 28 діб, результати наведено в таблиці 4. Також наведено величини збільшення міцності в відсотках для зразків з додатками у відношенні до контрольних у віці випробування та збільшення міцності у віці 28 діб у порівнянні з контрольним у віці 3 діб.

Як бачимо введення додатків, не змінюючи характеру зміни міцності, приводить до її збільшення. При цьому збільшення міцності на роздавлювання проходить більш високими темпами ніж міцності при стиску. Найбільший ефект був досягнений при застосуванні , що й визначило вибір цього додатку під час проведення подальших досліджень.

Таблиця 4 Вплив додатків на швидкість твердіння бетону

Вид додатків	Кількість додатку, %	Міцність зразків, кг/см2
		При стиску	При роздавлюванні
		3 доби	28 діб	Збільшення міцності в порівнянні з контрольним складом, %	3 доби	28 діб	Збільшення міцності в порівнянні з контрольним складом, %
				3 доби	28 діб			3 доби	28 діб
1	-	164	395	-	-	33	46	-	-
2	3,50	287	490	75	24	47	56	42	21
3	3,15	177	422	8	7	41	52	24	13
4	3,10	173	446	5	13	35	48	6	4
5	3,0	258	455	57	15	40	51	21	11

Результати експериментальної перевірки зроблених теоретичних висновків підтвердили їх обґрунтованість. На графіках наведені порівняння процесу набору міцності бетону із звичайним та комплексним додатком, що розроблені на основі термодинамічного аналізу процесу твердіння. Так комплексний додаток збільшує міцність бетону на 50 % у порівнянні із звичайним й більш ніж в 2 рази в порівнянні з бетоном без додатку, що особливо чітко видно для бетону марки М 300. Змінення процесу твердіння менш виявляється на бетоні М 100.

Для проведення процесу оптимізації сумішей швидкотвердіючих бетонів була розроблена математична модель двохрівневого повнофакторного експерименту для двох незалежних параметрів х1 - марка бетону та х2 - % додачі, що додається в суміш бетону. Такий вибір обумовлений вимогами одержання поліному, для визначення коефіцієнтів регресій, що забезпечує ефективність моделі реальному процесу при мінімально можливій кількості експериментальних результатів. Параметром оптимізації у - приймаються вік бетону, при якому досягається 70 % проектного значення відпускної міцності бетону.

(6)

де: - коефіцієнти регресії.

Коефіцієнти регресії можливо визначити за формулою:

(7)

(8)

і тоді легко знайти коефіцієнти.

Остаточне рівняння регресії має вигляд:

(9)

З його допомогою легко визначити значення параметра оптимізації для будь-яких сумішей швидкотвердіючих бетонів.

При варіанті зменшення витрат додатку з використанням побудованої моделі, припускаючи х2=0, що відповідає основному рівню зміни параметра й витрати Са(NO3)24H2O в кількості 1,75 % від витрати цементу, одержимо такі значення незалежних перемінних для використаних раніше сумішей бетону.

Так для М 100 х1=-1, х2=0; для М 200 х1=х2=0, а для М300 х1=1, х2=0. Підставляючи ці значення в рівняння (9), отримуємо такі значення параметра оптимізації - строку, при якому міцність бетону досягає 70 % проектної.

діб

діб

діб

Остаточно суміші швидкотвердіючих бетонів для формування трубчастих паль вибираються відповідно з таблицею (5) з комплексним додатком у вигляді 3,5 % Са(NO3)24H2O і 0,5 % Са(ОН)2 від маси цементу для кожної марки бетону.

Таблиця 5 Витрати складаючих низькомарочних бетонів

Марка бетону	М 100	М 200	М 300
Витрата ПЦ (М400) для бетону з 70 % проектною міцністю у віці 6-10 діб, кг/м3; Запропонована витрата ПЦ(М 400), кг/м3; Економія цементу, кг/м3; Вік, у якому досягається 70 % міцності без додатків, діб; Вік, у якому досягається 70 % міцності при введенні додатку Ca(NO3)4H2O+Са(ОН)2, діб; Крупний заповнювач, кг/м3; - Дрібний заповнювач, кг/м3; - Вода	210 180 30 14 5 1450 540 122	265 240 25 10 3 1440 500 118	355 310 45 7 2 1420 440 115

У цьому розділі також наведені результати фізико-хімічних досліджень зразків з добавлянням суміші нітрату та гідроксиду кальцію.

Фізико-хімічні дослідження зразків були проведені з метою визначення та ідентифікації новоутворень у цементному камені з добавлянням нітрату та гідроксиду кальцію при їх оптимальному співвідношенні в порівнянні з бездобавочними сполученнями (дослідження проводились за участю к.т.н. Кондращенко Є.В.).

Ідентифікація проводилась методом диференціально-термічного та рентгено-фазового аналізу.

У результаті проведених досліджень у зразках з комплексним додатком встановлено наявність мононітрогідроалюмінату кальцію, якому на термограмах належать ендотермічні ефекти при температурах 220, 560 і 800С, а на дифрактограмах відповідають піки з міжплощинними відстанями: d=(8,7; 4,32; 3,86; 3,04) 10-10 м.

Рентгено-фазовим аналізом встановлена також наявність у бетоні з комплексом добавок підвищеної кількості низькоосновних гідросилікатів кальцію: d=(2,36; 4,77; 8,45) 10-10 м.

Таким чином, фізико-хімічні дослідження зразків підтвердили факт утворення на ранніх стадіях твердіння в бетоні з добавленням комплексних сполучень, які швидко кристалізуються (типу моногідронітроалюмінатів кальцію, а в більш сжаті строки - підвищеної кількості низькоосновних гідросилікатів кальцію СSH(B), що забезпечують як прискорений набір міцності бетону з добавками Са(NO3)2 і Са(ОН)2, так і підвищення його марки.

Результати досліджень методом ДТА та рентгенофазового аналізу підтверджені також результатами досліджень методом інфрачервоної спектрометрії.

Шостий розділ присв'ячений техніко-економічному обґрунтуванню запропонованих рішень у порівнянні з існуючими, а також дослідно-промисловому впровадженню результатів досліджень.

Впровадження розробленої технології було проведено при влаштуванні фундаменту під стіни складського приміщення на території дочірнього підприємства УМ-606 ОАО “ЮЖСПЕЦСТРОЙ” загальною довжиною 30 м, що розташовані в ангарі заводського виготовлення.

Будівельний майдан складений суглинками й має шар незв'язного грунту - піщаної утрамбованої підсипки товщиною 0,5 м. На глибині 2 м грунтових вод не виявлено. Розрахункова кількість паль 12 шт., що дає навантаження на одну палю 4,5 Тс, або в два рази нищу мінімального розрахункового навантаження на палю діаметром 400 мм, виготовлену з бетону М 150, у зв'язку з чим і була розроблена конструкція палеформуючого сердечнику для діаметра палі 300 мм з площею поперечного перерізу в два рази менш розрахункової.

Таким чином площа перерізу 147 см2 при використанні бетону М 150 забезпечує несучу здатність палі по матеріалу не менш 5 Тс на палю. Розрахункове значення ширини лопатки визначається з рішення квадратного рівняння і складає 2,7 см. Для буріння свердловин і формування трубчастих паль був використаний пристрій ЛБУ-50 А.

Для формування паль використовувався бетон марки М 150. Оскільки роботи відбувались у жаркий період року та температура повітря досягала 32С, що характерно для умов Сірії, був використований додаток Са(NO3)2, в кількості 1,75 % та Са(ОН)2 - 0,5 % від маси цементу.

Через 1 добу твердіння до віку 7 діб палі один раз на добу поливали водою. У віці 3; 7 та 10 діб були проведені дослідження бетону паль ультразвуковим методом, а в віці 10 діб проведено випробування кубів 7х7х7 см, що були виготовлені з тієї ж суміші та зберігались у піску в аналогічних умовах. Порівняння швидкості проникнення ультразвуку при поверхневому прозвучуванні оголовків і кубів показали, що матеріали палі на 23 % міцніші матеріалу кубів, а досягнута при випробуванні міцність кубів при стиску складала 108 кг/см2, що відповідає 88 % проектного значення. У таблиці 6 наведені основні показники різних видів паль у порівнянні з пропонуємим варіантом.

Застосування трубчастих паль для будівництва фундаментів у регіоні Сирії дозволяє замінити стовпчасті фундаменти, що широко розповсюджені за нашого часу, пов'язані монолітним ростверком без будь-яких змін проектної та будівельної документації, на трубчасті бетонні палі.

Таблиця 6 Значення техніко-економічних показників для буронабивних паль різного типу

№	Найменування показника	Типи паль
		Суцільного перерізу	Трубчастого перерізу	Трубчастий пресований
1	Питома несуча здатність, Тс/м3;	32,4	90,8	142,6
2	Зовнішній діаметр, мм	300-800	500-800	200-400
3	Витрата цементу на 1 Тс несучої здатності, кг	10,8	3,85	1,47-2,46
4	Металоємність обладнання, кг;	-	До 280	20-47
5	Гарантійне ущільнення матеріалу паль	нема	нема	є

Висновки

У результаті аналізу грунто-кліматичних особливостей улаштування елементів фундаментів малоповерхових будівель у регіоні Сірії показано, що найбільш перспективним є застосування методу осьового пошарового пресування, в сполученні з використанням бетонів прискореного твердіння для формування трубчастих бетонних паль безпосередньо в ґрунті на місці будівництва малоповерхових будівель.

На підставі термодинамічного аналізу іонних рівноваг у системі гідроксид кальцію - вода встановлено відсоткове співвідношення всіх видів часток у системі в залежності від рН середовища та вироблені рекомендації з вибору та складу комплексного додатку, що прискорює твердіння.

За результатами експериментальних досліджень набору міцності бетону різних марок вибраний, як найбільш ефективний, комплексний додаток у вигляді нітрату кальцію - до 3,5 % в сполученні з гідроксидом кальцію - 0,5 % від маси цементу, що вводиться до складу бетонної суміші з водою затворіння. Застосування цього додатку дозволило досягнути набору відпускної міцності (70% від проектної) у віці 2-5 діб без тепловологої обробки.

Теоретично розрахована необхідна товщина стінок трубчастих паль, виготовлених із бетону марок М150-М400. Показано, що раціональним вибором міцностних характеристик бетону забезпечується несуча здатність паль по матеріалу в діапазоні від 10 до 50 Тс на палю при незмінній товщині стінок. Експериментально відроблена технологія влаштування трубчастих бетонних паль методом осьового пошарового пресування в незв'язних грунтах під захистом обсадної труби, яка виймається, або у випадку прорізання шару незв'язного ґрунту невеликої товщини запропоновано застосування роз'ємного кондуктора, що виймається.

На підставі аналізу процесу ущільнення бетонної суміші, як квазідвохфазного середовища, обрано розміщення обсадної труби відносно палеформуючого сердечника та розраховані основні технологічні параметри процесу пресування.

У результаті проведених теоретичних та експериментальних досліджень показана можливість збільшення несучої здатності трубчастих бетонних паль у ґрунті. Виконано розрахунок характеристик контактної зони паля-грунт, на боковій поверхні палі за результатами натурних випробувань у незв'язних ґрунтах. Показана ефективність зовнішнього армування оголовка трубчастих бетонних паль.

За результатами експериментальних досліджень динаміки набору бетоном міцності спланований і виконаний повнофакторний математичний експеримент з підбору складів бетонів прискореного твердіння різних марок.

Ефективність запропонованих рішень підтвердило дослідно-промислове впровадження технології та бетону прискореного твердіння при формуванні трубчастих паль у масиві ґрунту на місці влаштування фундаменту з прорізанням шару незв'язного ґрунту - піщаної підсипки товщиною 0,5 м.

Основний зміст дисертаційної роботи викладений в таких публікаціях

Черниговский В.А., До Чонг Х, ХАДДАД О, Бабушкин В.И. Особенности уплотнения трубчатых свай в различных грунтах// Науковий вісник будівництва, Харків, ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 1997 р., Вип.2. -с. 29-31.

Черниговский В.А., Бабушкин В.И., ХАДДАД О., Кондращенко Е.В. Теоретические предпосылки к обоснованию выбора кальцийсодержащих добавок для ускорения процессов твердения бетонов.// Науковий вісник ДДАБА, композиційні матеріали для будівництва, 1999., №2 -с. 10-11.

Черниговский В.А., Бондаренко А.И., Бабушкин В.И., ХАДДАД О. Бетоны ускоренного твердения для буронабивных свай “Изготовляемых в грунтах Сирии.” // Науковий вісник будівництва. Харків, ХДТУБА, ХОТВ АБУ. 1998 р.-вип. 4. -с. 121-123.

Черниговский В.А., До Чонг Х., Бабушкин В.И., ХАДДАД О. Свайные фундаменты для сельского строительства в обводненных и несвязных грунтах // Науковий вісник будівництва, Харьків, ХДТУБА, ХОТВ АБУ. 1997. -Вип.1. -с. 68-71.

Черниговский В.А.,, До ЧОНГ Х., Бабушкин В.И. ХАДДАД О. Совершенствование технологии изготовления бетонных свай в несвязных и химически активных грунтах. Труды международной конференции “Развитие технической химии в Украине”, Харьков, ХДАЗТ. 1997 р. -с. 320-324.

Анотація

Хаддад О. Бетони прискореного твердіння для влаштування трубчастих паль методом осьового пошарового пресування безпосередньо в ґрунтах регіону Сірії. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05 - будівельні матеріали та вироби - Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, Харків, 2000.

Дисертація присвячена актуальній темі підбору складів дрібнозернистих бетонів прискореного твердіння та удосконаленню технології влаштування трубчастих бетонних паль безпосередньо в незв'язних грунтах, що забезпечує зменшення термінів зведення фундаментів і гарантоване ущільнення бетонної суміші в стінках палі. У роботі одержані такі основні результати: теоретично обґрунтовано прискорення процесу твердіння за рахунок введення до складу бетонної суміші комплексного додатку, що містить кальцій, методами математичного моделювання розраховано склад бетонів прискореного твердіння; експериментально досліджена кінетика твердіння та підтверджена ефективність запропонованих рішень, що забезпечують набір відпускної тривкості у віці 2-5 діб без тепловологої обробки. Технологія пресування трубчастих бетонних паль у свердловинах, що зроблені в ґрунті, удосконалена шляхом використання обсадної труби, що виймається, та експериментально випробувана в лабораторних умовах. Натурні випробування підтвердили ефективність застосування комплексного додатку та розробленої технології.

Ключові слова: дрібнозернистий бетон, прискорювачі твердіння, пошарове пресування, трубчасті бетонні палі.

Summary

Haddad O. Accelerated hardening concretes for pipe pile installation by means of axial layered pressing directly in soils of syrian territory. Manuscript

Thesis for the academic degree of Candidate of Technical Sciences (Ph.D. in Technical Sciences) in speciality 05.23.05 - Construction materials and products. - Kharkiv State Technical University of Construction and Architecture. Kharkiv. 2000.

The thesis is devoted to a current issue - compilation of the composition of fine-grained accelerated hardening concretes and improvement of the technique of concrete pipe pile installation directly in loose soils which decreased the foundation erection time and guarantees concrete mix compaction in the pile walls. The following major results have been obtained in the thesis: the hardening process acceleration due to the introduction of a compound calcium-containing additive to a concrete mix has been theoretically grounded; compositions of the accelerated hardening concretes have been developed by means of mathematical modeling; the hardening kinetics have been experimentally researched and the efficiency of the offered solutions which provide temper strength gaining at the age of 2-5 days without steam curing have been proved. The technique of the concrete pipe pile pressing in the boreholes made in soil has been improved by using a retrievable casing tube and experimentally tested in laboratory conditions. The in-situ testing have proved the efficiency of use of the compound additive and the developed technique.

Key words: fine-grained concrete, hardening accelerators, layered pressing, concrete pipe piles.

Аннотация

Хаддад О. Бетоны ускоренного твердения для устройства трубчатых свай методом осевого послойного прессования непосредственно в грунтах региона Сирии. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.05 - Строительные материалы и изделия. - Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры, Харьков, 2000.

Диссертация посвящена актуальной теме - подбору составов мелкозернистых бетонов ускоренного твердения и совершенствованию технологии устройства трубчатых свай непосредственно в несвязных грунтах, обеспечивающей снижение сроков возведения фундаментов и гарантированное уплотнение бетонной смеси в стенках сваи. На основании анализа существующих решений, известных из научно-технической и патентной литературы были поставлены задачи исследований, проведенных в работе. Во-первых, применение метода осевого послойного прессования для формования трубчатых бетонных свай в массиве несвязного грунта и разработка математической модели консолидации бетонной смеси, как квазидвухфазной среды. Во-вторых, разработка мер по ускорению процесса твердения жестких бетонных смесей в специфических условиях рассматриваемого региона, характеризующихся сухим, жарким климатом, приводящих к повышенному испарению воды из бетонной смеси и снижению прочности бетонных изделий. Невозможность применения тепловлажностной обработки ставит задачу поиска эффективных ускорителей твердения бетонной смеси для обеспечения заданной прочности и повышению скорости твердения, приводящей к сокращению работ нулевого цикла. B работе получены следующие основные результаты: на основании термодинамических расчетов реакций, протекающих при твердении цементного бетона, в условиях использования кальций-содержащих добавок, в зависимости от рН воды затворения разработаны пути управления протекающими процессами и теоретически обосновано ускорение процесса твердения за счет введения в состав бетонной смеси комплексной кальций-содержащей добавки; методами математического моделирования рассчитаны составы бетонов ускоренного твердения; экспериментально исследована кинетика твердения и подтверждена эффективность предложенных решений, обеспечивающих набор отпускной прочности в возрасте 2-5 суток: без тепловлажностной обработки; разработана математическая модель консолидации жестких бетонных смесей в стенках трубчатой сваи при контакте боковой поверхности с сухим несвязным грунтом, позволившая обоснованно определить параметры технологического процесса, геометрию уплотняющего органа и выбрать расположение извлекаемой обсадной трубы. Технология прессования трубчатых бетонных свай в скважинах выполненных в несвязном грунте усовершенствована путем использования извлекаемой обсадной трубы или разъемного кондуктора и экспериментально отработана в лабораторных условиях. Натурные испытания подтвердили эффективность применения комплекcной добавки и разработанной технологии. Получение положительного решения о выдаче патента на разработанный состав бетона ускоренного твердения подтверждает техническую новизну выполненных разработок.

Ключевые слова: мелкозернистый бетон, ускорители твердения, послойное прессование, трубчатые бетонные сваи.

Размещено на Allbest.ru

...