Введение к работе
Актуальность. Для строительства небоскребов, уникальных зданий и сооружений необходимо в ближайшие годы удвоить производство изгибаемых элементов, таких как, балки, плиты, ригели.
Ужесточение требований к безопасности зданий и сооружений привело к необходимости повышения показателей физико- технических свойств и долговечности строительных материалов, применяемых при строительстве, реконструкции и ремонте. Известно, что цементные бетоны, наиболее широко применяемые среди всех других материалов, обладая высокой прочностью на сжатие, имеют сравнительно низкие показатели прочности при растяжении и изгибе, тре- щиностойкости.
Для улучшения показателей перечисленных свойств бетонов применяется дисперсное армирование бетона волокнами (фиброй) - стальными, стеклянными, базальтовыми, целлюлозными, синтетическими, углеродными и др. Представляется, что наиболее перспективным будет не только использование дисперсного армирования бетона, но и дополнительное усиление строительных конструкций композитами на основе углеволокна путем внешнего армирования.
Работа выполнена по заданию Федерального агентства по образованию на проведение научных исследований по тематическому плану научно-исследовательских работ, финансируемых из средств Федерального бюджета по разделу 01.10 Бюджетной классификации РФ и при финансовой поддержке в форме грантов Президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых МК-3123.2008.8 и МК-2715.2012.8.
Цель работы. Повышение эффективности эксплуатационных характеристик дисперсно-армированных мелкозернистых бетонов на техногенном песке КМА для изгибаемых изделий.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
разработка принципов проектирования и технологий производства дисперсно-армированного мелкозернистого бетона с учетом особенностей минералогического состава, строения и свойств техногенных песков;
разработка принципов усиления изгибаемых строительных конструкций с использованием мелкозернистого бетона на основе техногенных песков;
составление пакета нормативных документов и внедрение результатов исследования для широкого применения.
Научная новизна.
-
-
Предложены принципы повышения эффективности мелкозернистых бетонов, используемых для производства изгибаемых железобетонных конструкций, заключающиеся в оптимизации структуры на микро- и макроуровнях за счет создания высокоплотной упаковки зерен заполнителя из кварцсодержащих пород зеленосланцевой степени метаморфизма с угловатой морфологией зерен и шероховатой поверхностью, применения композиционных вяжущих и дисперсного армирования, что позволило увеличить предел прочности композита при изгибе на 60 - 70%.
-
Разработан алгоритм расчета многофункциональной системы «клинкер-наполнитель-заполнитель-органическая добавка-вода», позволяющий варьировать параметрами при оптимизации состава мелкозернистого бетона с целью повышения прочностных, деформативных и эксплуатационных характеристик композита. Его реализация в экспериментальных условиях позволила увеличить перечисленные выше характеристики на 20 - 30%.
-
Выявлен микроармирующий эффект наполнителя композиционного вяжущего за счет кремнеземсодержащих компонентов матрицы; это объясняется удлинением габитуса частиц, микрошероховатостью поверхности и высокой адгезией частиц наполнителя к цементному камню, что и предопределяет наилучшее сцепление цементного камня с фиброй. Внешним проявлением этого сцепления является выпрямление волновой фибры в зоне растяжения.
-
Установлен механизм влияния внешнего армирования бетонных изгибаемых изделий на композиционных вяжущих и техногенных песках на прочностные характеристики. Представляется, что предложенная система описывает законы, присущие слоистым конструкциям, когда композит на основе углеволокна в растянутой зоне образца практически полностью воспринимает растягивающее усилие за счет концентрации волокон в этой зоне. Экспериментально доказано, что усиление изгибаемых элементов за счет композита позволяет повысить предел прочности на растяжение при изгибе в 2 - 3 раза.
Практическое значение работы. Выявлены области рационального применения стальных фибр различного типа, предлагаемых российским рынком, для изгибаемых конструкций на основе мелкозернистого бетона с использованием техногенного песка КМА.
Разработаны дисперсно-армированные мелкозернистые бетоны с использованием композиционных вяжущих и техногенного песка
КМА, а также высокоплотной упаковки зерен мелкозернистого бетона для строительства сборно-монолитных зданий и сооружений, с пределом прочности при сжатии до 84,8 МПа, прочностью на изгиб до 19,8 МПа.
Выявлен оптимальный процент дисперсного армирования мелкозернистого бетона - 3% по массе, при котором происходит наибольший прирост прочностных характеристик: от 15 до 60%.
Разработан алгоритм расчета составов мелкозернистого стале- фибробетона на техногенных песках, позволяющий получать более плотную упаковку зерен заполнителя.
Установлена возможность усиления изгибаемых элементов уг- леволокном. При усилении бетонных образцов в один слой прочность на растяжение при изгибе возрастает в 2 раза.
Предложена область использования полос композита, армированного углеволокном, для усиления изгибаемых элементов из стале- фибробетона на основе техногенного песка КМА.
Внедрение результатов исследований. Для широкомасштабного внедрения результатов работы для промышленного и гражданского строительства разработаны нормативные документы:
стандарт организации СТО 2066339-002-2012 «Сталефибро- бетоны на техногенных песках КМА»;
технологический регламент на изготовление сталефибробе- тонных перемычек методом виброформования бетонной смеси;
технические условия на «Бетоны высококачественные мелкозернистые» ТУ 5870-002-02066339-2009;
технические условия на «Сталефибробетоны мелкозернистые на основе отсева дробления кварцитопесчаника». ТУ 5745-003-02066339 - 2011.
Апробация полученных результатов осуществлена на предприятии ООО «Элит-А». При этом получен значительный экологический, социальный и экономический эффект.
Теоретические положения работы, результаты экспериментальных лабораторных исследований и практического внедрения в промышленных условиях реализованы в учебном процессе при подготовке бакалавров и магистров по специальностям 270106 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций», 270205 «Автомобильные дороги и аэродромы», 270102 «Промышленное и гражданское строительство», 270105 «Городское строительство и хозяйство».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены: на Международной научно-практической конференции «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в промышленности строительных материалов» (Белгород, 5-8 октября 2010 г.); Научно-практической конференции «Белгородская область: прошлое, настоящее и будущее» (Белгород, 22 декабря 2010 г.); 68-й Всероссийской научно-технической конференции «Традиции и инновации в строительстве и архитектуре» (Самара, 1115 апреля 2011 г.); Шестой Всеукраинская научно-технической конференции «Научно-технические проблемы современного железобетона» (Одесса, 24-27 мая 2011 г.); Научно-практической конференции «Белгородская область: прошлое, настоящее и будущее» (Белгород, 22 декабря 2011 г.).
Публикации. Материалы диссертационной работы опубликованы в 13 статьях, в том числе четыре статьи из списка ВАК РФ и в одной монографии.
Получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011611628 ФГУ ФИПС-2011. Зарегистрированы ноу-хау № 20110020 и № 20110021. Подана заявка на патент рег. №2011111493, приоритет от 25.03.2011 г.
На защиту выносятся:
принципы проектирования мелкозернистых сталефибробе- тонов для производства изделий и конструкций, работающих преимущественно на изгиб, для промышленного и гражданского строительства;
методика расчета высокоплотной упаковки зерен дисперсно- армированного мелкозернистого бетона и компьютерная программа расчета;
вопросы оптимального дисперсного армирования стальной фиброй мелкозернистого бетона;
принципы оптимального использования полос из композита, армированного углеволокном, для усиления балок в растянутой зоне.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, приложений, акта и справки внедрения. Диссертация содержит 188 страниц основного текста, в том числе 30 таблиц, 39 рисунков и фотографий, 150 наименований литературы и два приложения.
Похожие диссертации на Дисперсно-армированный мелкозернистый бетон на техногенном песке КМА для изгибаемых изделий
-
