Ростов-на-Дону, Ростовская область, Россия
Ростов-на-Дону, Ростовская область, Россия
Батайск, Ростовская область, Россия
с 01.01.2017 по настоящее время
станица Ленинградская, Краснодарский край, Россия
Ростов-на-Дону, Украина
ГРНТИ 67.09 Строительные материалы и изделия
ГРНТИ 67.01 Общие вопросы строительства
ОКСО 08.04.01 Строительство
ББК 383 Строительные материалы и изделия
ББК 308 Монтаж, эксплуатация, ремонт машин и промышленного оборудования
ТБК 5415 Строительные материалы и изделия. Производство стройматериалов
Статья посвящена особенностям технологии производства виброцентрифугированных колонн. Рассматривается влияние этих особенностей на структурообразование и свойства бетона вариатропной структуры. Проводится сравнение различных способов формования изделий кольцевого сечения: вибрирования, однослойного центрифугирования, трехслойного центрифугирования, виброцентрифугирования. Сравнительный анализ этих способов показывает, что виброцентрифугирование улучшает структурообразование бетона, отжимает большее количество влаги при формовании и, в конечном итоге, повышает прочность бетона намного более существенно, чем вибрирование, однослойное и трехслойное центрифугирование, демонстрируя тем самым свою безусловную эффективность по сравнению с другими способами.
конструкции и изделия кольцевого сечения, центрифугированный бетон, вариатропная структура, виброцентрифугирование, виброцентрифугированная колонна, метод однослойного центрифугирования, метод трехслойного центрифугирования.
Введение. Тенденции развития современных зданий и сооружений зависят от технологических особенностей изготовления железобетонных изделий, в том числе методом центрифугирования и вибрирования.
Для многоэтажных производственных, общественных, жилых зданий широко распространено применение унифицированных каркасных систем, которые позволяют при широкой номенклатуре элементов возводить различные по назначению здания, имеющие разнообразную сетку колонн.
Строить экономичные и надежные железобетонные каркасные многоэтажные здания стало возможным по результатам научных исследований различных направлений, давшим возможность в расчетах более полно учитывать физические свойства материалов, условия работы, характер деформирования элементов.
При разработке и исследовании новых строительных конструкций требуется системный подход, включая проектирование, строительство и производство изделий.
Развитие многоэтажного строительства направлено на совершенствование форм и конструкций зданий, к чему ведет повышение физико-механических свойств строительных материалов. Применение высокопрочных сталей и бетонов ведет к созданию облегченных железобетонных тонкостенных конструкций и имеет место при совершенной технологии изготовления данных элементов и развитой в достаточной мере теории их расчета.
Колонны являются основными вертикальными несущими элементами в каркасных зданиях. Нагрузка от перекрытий на колонны может передаваться через ригели или непосредственно через плиты. В некоторых системах большое число типоразмеров колонн обусловлено фиксированным расположением консолей, а вибрационная технология их формования предполагает значительный расход металла на оснастку и оборудование.
Повышения экономичности сборных железобетонных колонн достигают за счет изготовления тонкостенных изделий эффективных поперечных сечений из высокопрочных бетонов, для формования которых целесообразно использовать центробежное прессование.
Ранее выполнявшиеся исследования центрифугированных железобетонных конструкций ориентированы на опоры контактных осветительных сетей, стойки опор ЛЭП, колонны одноэтажных зданий и эстакад, сваи-оболочки и др., как правило, с равномерным армированием кольцевых сечений.
Разработке и изучению конструкций такого рода посвящены исследования Ананьева Л.М., Андросова С.Т., Ахвердова И.Н., Баташева В.М., Бачинского В.Я., Бурмистрова П.П., Вагнера К., Вадлуги Р.Р., Ворошилова И.А., Гаралявичуса А.Р., Гвоздева А.А., Гершанка Р.А., Дмитриева С.А., Жукова Д.Д., Зикеева Л.Н., Маркварта Э., Минчени Т.П., Михайлова В.В., Михельсона Е.Э., Казачка В.Г., Клевцова В.А., Кудзиса А.П., Курносова А.И., Лапчинского Л.К., Леоновича С.Н., Лермита Р., Лившина Л.Н., Лукши Л.К., Пецольда Т.М., Пирожкова Г.И., Подобеда Д.П., Тарасова В.В., Фрейссине Э., Шалимо И.М., Шапаласа К.П., Шилова А.Е., Штаермана Ю.Я., Чистякова Е.А., и других ученых.
Описанные авторами в статье [1] основные принципы физической модели движения заполнителей в бетонной смеси при центрифугировании вполне применимы и к технологии производства виброцентрифугированных колонн. Однако у данной технологии есть некоторые особенности. В данной статье авторы делают попытку указать эти особенности и их влияние на структурообразование бетонов вариатропной структуры.
Основная часть. Известно, что основной недостаток при обычном центробежном уплотнении тяжелого бетона заключается в избыточной сепарации шлама, неравномерном распределении компонентов в бетонной смеси (рисунок 1).
Рисунок 1 – Распределение тяжелого заполнителя (щебня) при уплотнении методом центрифугирования
Таким образом, уплотнение бетонов методом однослойного центрифугирования приводит к обильному образованию фильтрационных каналов, избыточной капиллярной пористости, что значительно понизит водонепроницаемость бетона и прочностные характеристики бетона. Чтобы устранить эти недостатки авторы предлагают применять при изготовлении колонн метод виброцентрифугирования, который в данном случае является комбинированным способом. Эффект вибрации при центрифугировании достигается вибророликом, введенным внутрь формы, или ведущими роликами с насечкой, или специальными неприводными роликами с насечкой, прижимаемыми к форме в процессе ее центрифугирования.
Виброцентрифугированием (при частоте колебания 50 Гц и амплитуде 0,5-0,7 мм) можно формовать изделия кольцевого сечения (колонны) из бетонной смеси при начальном водоцементном отношении (В/Ц), близком к нормальной густоте. При этом вибрацию следует рассматривать только как средство кратковременного разжижения бетонной смеси на стадиях ее распределения и уплотнения под действием центробежного давления.
Таблица 1 – Влияние способа формования на механические свойства бетона
|
Способ формования |
В/Ц |
Расход материалов |
Предел прочности при сжатии, МПа, в возрасте |
|||
|
Ц, кг |
П, кг |
Щ, кг |
7 суток |
28 суток |
||
|
Вибрирование |
0,27 |
440 |
800 |
1100 |
19,4 |
29,4 |
|
0,26 |
500 |
825 |
1020 |
23,2 |
34,4 |
|
|
0,24 |
435 |
795 |
1070 |
26,1 |
38,1 |
|
|
Однослойное центрифугирование |
0,27 |
440 |
800 |
1100 |
26,5 |
40,6 |
|
0,26 |
500 |
825 |
1020 |
29,5 |
46 |
|
|
0,24 |
435 |
795 |
1070 |
34,8 |
49,3 |
|
|
Трехслойное центрифугирование |
0,27 |
440 |
800 |
1100 |
30,2 |
45,5 |
|
0,26 |
500 |
825 |
1020 |
35,8 |
55,2 |
|
|
0,24 |
435 |
795 |
1070 |
41,2 |
60,1 |
|
|
Виброцентрифугирование (частота колебаний 50 Гц) |
0,27 |
460 |
715 |
1180 |
43,5 |
59 |
|
0,26 |
440 |
680 |
1200 |
46,6 |
64,6 |
|
|
0,24 |
420 |
688 |
1220 |
52,8 |
69,6 |
|
Эффективным способом уменьшения расхода цемента (до 25-30%) и повышения однородности структуры центрифугированного бетона является также применение виброцентрифугирования. Виброцентрифугированием можно формовать изделия кольцевого сечения из бетонной смеси при начальном В/Ц цементного теста, близком к его нормальной густоте, в то время как при послойном центрифугировании оно составляет 1,2-1,3 от нормальной густоты.
Зависимость предела прочности при сжатии от В/Ц при различных способах формования представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 – Сравнительный анализ различных методов формования по наибольшему пределу прочности при сжатии
Вывод. Анализ показал, что, как видно из таблицы 1, наименьшую прочность демонстрирует бетон, подвергнутый вибрированию. Значительно большей прочностью (на 29 %) обладает бетон, полученный при однослойном центрифугировании. Еще большую прочность (на 58 % по отношению к прочности вибрированного и на 22 % по отношению к прочности однослойно центрифугированного) имеет бетон при трехслойном центрифугировании. И, безусловно, лучшие показатели демонстрирует бетон, изготавливаемый по рекомендуемой технологии виброцентрифугирования (на 83 %, 41 % и 16 % по отношению к прочности вибрированного, однослойно и трехслойно центрифугированного).
Однослойное центрифугирование по сравнению с вибрированием повышает однородность бетона и способствует большему отжатию жидкости из бетонной смеси в процессе ее уплотнения (примерно на 7−8 %).
Центрифугирование бетонной смеси в три слоя по сравнению с однослойным центрифугированием отжимает из цементного геля еще на 9−10 % больше жидкости.
Наконец виброцентрифугирование по сравнению с трехслойным центрифугированием приводит к отжатию еще большего количества жидкости (около 12−14 %).
Таким образом, нами выявлено, что виброцентрифугирование улучшает структурообразование бетона, отжимает большее количество влаги при формовании и, в конечном итоге, повышает прочность бетона намного более существенно, чем вибрирование, однослойное и трехслойное центрифугирование, демонстрируя тем самым свою безусловную эффективность по сравнению с другими способами.
1. Ахвердов И.Н. Вопросы теории центробежного формования и уплотнения бетонной смеси. - Республиканское научно - техническое совещание: Технология формования железобетонных изделий, 1979. С. 3-12.
2. Пастушков Г.П. Многоэтажные каркасные здания с несущими железобетонными центрифугированными элементами : дис. ... докт. техн. наук. Минск, 1994. 487 с.
3. Руководство по проектированию, изготовлению и применению железобетонных центрифугированных конструкций кольцевого сечения (НИИЖБ). - М., 1979. С. 47-50, 64-71.
4. Штаерман Ю.Я. Центрифугированный бетон. - Тифлис, 1933. 107 с.
5. Нажуев М.П., Яновская А.В., Холодняк М.Г., Халюшев А.К., Щербань Е.М., Стельмах С.А. Изучение опыта регулирования свойств строительных изделий и конструкций путем направленного формирования их вариатропной структуры // Инженерный вестник Дона, 2017, № 3 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N3y2017/4313.
6. Маилян Л.Р., Стельмах С.А., Холодняк М.Г., Щербань Е.М. Выбор видов волокон для дисперсного армирования изделий из центрифугированного бетона // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 9, №4 (2017) http://naukovedenie.ru/PDF/71TVN417.pdf.
7. Стельмах С.А., Щербань Е.М., Сердюков К.В., Пестриков М.М., Яновская А.В. Влияние некоторых характеристик применяемого крупного заполнителя на свойства тяжелого бетона, предназначенного для изготовления центрифугированных изделий и конструкций // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 2017, № 10.
8. Маилян Л.Р., Стельмах С.А., Холодняк М.Г., Щербань Е.М. Выбор состава центрифугированного бетона на тяжелых заполнителях // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 2017, № 10.
9. Романенко Е.Ю. Высокопрочные бетоны с минеральными пористыми и волокнистыми добавками для изготовления длинномерных центрифугированных конструкций : дис.... канд. техн. наук. Ростов-на-Дону, 1989. 179 с.
10. Петров В.П. Технология и свойства центрифугированного бетона с комбинированным заполнителем для стоек опор контактной сети : дис.… канд. техн. наук. Ростов-на-Дону, 1983. 175 с.
11. Раджан Сувал Свойства центрифугированного бетона и совершенствование проектирования центрифугированных железобетонных стоек опор ЛЭП : дис…. канд. техн. наук. Ростов-на-Дону, 1997. 267 с.
12. Pooya Alaee, Bing Li. High-strength concrete exterior beam-column joints with high-yield strength steel reinforcements // Engineering Structures. 2017. Vol. 145. P. 305-321.
13. Mohamed K. Ismail, Assem A.A. Hassan. An experimental study on flexural behaviour of large-scale concrete beams incorporating crumb rubber and steel fibres. 2017. Vol. 145. P. 97-108.
