Разработка эффективных составов фибробетона для подземного строительства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка эффективных составов фибробетона для подземного строительства

С.Г. Страданченко, М.С. Плешко, В.Н. Армейсков

Основным строительным материалом для возведения подземных и транспортных сооружений является железобетон. При всех известных достоинствах он имеет недостатки: конструктивные швы между сборными элементами; технологические швы в монолитных конструкциях; высокая стоимость и трудозатраты устройства гидроизоляции, дренажного слоя и защитной кладки; перенасыщенность арматурой несущих каркасов обделки; сложность обеспечения однородности свойств по всей протяженности монолитных конструкций; недостаточно эффективная работа при изгибающих и растягивающих нагрузках и др.

За последние 20 лет в технологии бетона и железобетона, благодаря более глубоким знаниям о механизме формирования высококачественной структуры цементного камня и бетона, возможности модифицировать цементную систему с помощью высокоэффективных добавок, совершенствованию способов армирования, произошли значительные изменения, характеризующиеся появлениям бетонов нового поколения и изменением ряда традиционных нормативов.

В качестве наиболее перспективных технологий бетона и железобетона для подземного и транспортного строительства можно выделить:

1. Обеспечение трещиностойкости и водонепроницаемости массивных фундаментов при непрерывном бетонировании самоуплотняющимися смесями.

2. Применение расширяющих добавок в бетонах, повышающих водонепроницаемость, морозостойкость и стойкость при воздействии агрессивных сред, в том числе сульфатных.

3. Переход на высокопрочную рабочую арматуру класса А500С - А1000С, позволяющую существенно снизить вес сеток и каркасов.

4. Применение фибробетонов на основе стальной, полипропиленовой и др. фибры, обеспечивающей рост прочности бетона на растяжение при изгибе, увеличение износостойкости, трещиностойкости и долговечности аэродромных, дорожных и половых покрытий, железнодорожных шпал и т.п.

5. Гидроизоляция материалами проникающего действия, заполняющими поры, трещины и капилляры бетона на глубину до 0,5 м и более и создающие эффективную водонепроницаемую оболочку.

Ряд новых технологий был успешно внедрен при строительстве транспортных тоннелей. В то же время технология строительства подземных сооружений характеризуется некоторыми специфическими особенностями, в частности влиянием на процесс твердения бетона и последующую работу конструкций деформаций массива, взрывных работ, подземных вод и др.

Повысить эффективность работы конструкций в таких сложных условиях можно при использовании бетона с высокой прочностью на сжатие и растяжение в раннем и проектном возрасте, но при минимально возможном модуле деформации материала.

Одним из возможных решений является включение в состав бетона полипропиленовой и стальной фибры.

Для оценки целесообразности применения полипропиленовой фибры выполнены испытания различных составов бетона с включением химических добавок пластифицирующего действия (табл. 1).

Таблица 1 Основная характеристика исследованных составов бетонов

Примечания:^* - в табл. обозначено: Ц - содержание цемента, П - содержание песка, Щ - содержание щебня, В - содержание воды, ОК - величина осадки конуса; ? - плотность приготовленной бетонной смеси; В/Ц- водоцементное отношение; П/Щ - отношение массы песка к массе щебня. ^** - процент содержания добавки по отношению к массе цемента.

Таблица 2 Параметры фибры из полипропилена

На первом этапе исследован контрольный состав бетона без включения добавок (состав №1, табл. 1). Количество фибровых волокон принималось равным 0,7, 0,9, 1,1, 1,3 и 1,5 кг/м³. Для каждой серии образцов определялась прочность на сжатие в раннем и проектном возрасте, далее производился анализ влияния расхода фибры на изменение прочностных характеристик бетона.

Установлено, что изменение расхода полипропиленовой фибры оказывает влияние на прочность образцов бетона в возрасте 1 сут. Полученная зависимость отношения прочности фибробетона к прочности бетона обычного состава от расхода фибры представлена на рис. 1. На прочность бетона в возрасте 7 и 28сут. изменение расхода фибры не оказывает существенного влияния.

Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что включение фибры в бетон в количестве более 1,1 кг/м³ экономически не эффективно, кроме того происходит уменьшение подвижности бетонной смеси на 10 - 15%. Это затрудняет качественную укладку бетона за опалубку и последующее уплотнение.

В связи с этим далее выполнены испытания фибробетонов с постоянным содержанием фибры в количестве 1 кг/м³.

Полученные данные о прочности фибробетона на сжатие в различном возрасте и начальном модуле упругости материала представлены в табл. 3.

Рис. 1. Изменение относительной прочности фибробетона при различном содержании фибры

Таблица 3 Результаты испытаний фибробетона

Обработка полученных данных показывает, что включение фибры позволяет увеличить отношение средней прочности бетона к начальному модулю упругости на 12,5%.

Увеличение сопротивляемости бетона растягивающим и изгибающим нагрузкам можно обеспечить путем включения в его состав стальной фибры. В табл. 4 представлены результаты сравнительных испытаний бетона и фибробетона с различным содержанием стальной фрезерованной фибры «VULKAN HAREX». Расход цемента для всех образов принят 360 кг/м³, водоцементное отношение - 0,58.

Таблица 4 Результаты испытаний обычного бетона и фибробетона на растяжение при изгибе

По сравнению с образцами контрольного состава прочность фибробетона на растяжение при изгибе возросла на 100 - 200%. Аналогичные данные получены и по испытаниям фибробетона на сжатие. Увеличение прочности составило 10 - 35%. Оптимальным расходом стальной фибры по экономическим соображениям является диапазон 1 - 1,5% на 1 м³ бетона, так как в дальнейшем увеличение прочности замедляется.

Актуальной задачей для дальнейших исследований является исследование эффективности составов бетонов с комбинированным фибровым армированием, направленным на одновременное изменение и прочностных и деформационных характеристик. Помимо подземного и транспортного строительства такие бетоны могут найти применение при устройстве подземных инженерных сетей.

полипропиленовый фибра железобетон

Литература

Каприелов С.С., Батраков В.Г., Шейнфельд А.В. Модифицированные бетоны нового поколения: реальность и перспектива [Текст] // Бетон и железобетон. - № 6. - 1999. - С. 6 - 10.

Плешко М.С. Крепь глубоких вертикальных стволов. Преспективы совершенствования [Текст] // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2010. - №4. - C. 159 - 165.

Сапронов А.А., Зибров В.А., Соколовская О.В., Мальцева Д.А. Распространение акустических волн в водопроводных сетях с изменяющимся диаметром труб // Инженерный вестник Дона, 2012, - №4 (часть 2).

Несветаев Г.В., Та Ван Фан. Влияние белой сажи и метакаолина на прочность и деформационные свойства цементного камня // «Инженерный вестник Дона», 2012, №4 (часть 1).

Pistill M.F. Variability of Condensed Silica Fume from a Canadian Sourse and Influence on the Properties of Portland Cement // Cem. Concr. and Aggr. - 1984. - V.6: - №1. - P. 33-37.

Setter N., Roy D.M. Mechanical Flatures of Chemical Shrinkage of Cement Paste. // Cem. and Concr. Res. - 1978. - V.8. - №5. - P. 623-634.

Плешко М.С., Крошнев Д.В. Влияниесвойствтвердеющего бетона на взаимодействие системы «крепь - массив» в призабойной зоне ствола [Текст] //Горный информационно-аналитический бюллетень.-2008.-№9.-C. 320-325.

Маилян Л.Р., Налимова А.В., Маилян А.Л., Айвазян Э.С. Челночная технология изготовления фибробетона с агрегированный распределением фибр и его конструктивные свойства. // «Инженерный вестник Дона», 2011, №4.

Маилян Л.Р., Маилян А.Л., Айвазян Э.С. Расчетная оценка прочностных и деформативных характеристик и диаграмм деформирования фибробетонов с агрегированным распределением волокон. // «Инженерный вестник Дона», 2013, №2.

Кузнецова О.В., Лазарева Е.А., Тышлангян Ю.С. Композиционные разработки в технологии производства. // «Инженерный вестник Дона», 2013, №2

Размещено на Allbest.ru