Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса
1.1. Состояние зданий и сооружений на Ближнем Востоке 10
1.2. Условия эксплуатации бетонных и железобетонных конструкций в регионе Ближнего Востока 16
1.3. Строительные материалы, используемые для ремонта и реконструкции железобетонных зданий и сооруженийна Ближнем Востоке 20
1.4. Сырьевая база материалов, используемых при реконструкции зданий и сооружений на Ближнем Востоке 28
1.5. Пути повышения эффективности
используемых материалов 34
1.6. Выводы 40
2. Методы исследований и применяемые материалы
2.1. Методы исследований
2.1.1. Рентгенофазовый анализ 42
2.1.2. Растровый электронно-микроскопический анализ
2.1.3 Определение гранулометрического состава веществ 45
2.1.4 Изучение свойств заполнителя 47
2.1.5.Изучение реологических характеристик цементных суспензий 49
2.1.6. Адсорбция СП на ВНВ 51
2.1.7. Изучение характеристик бетонных смесей 52
2.1.8. Определение призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона 53
2.2. Применяемые материалы з
3. Теоретические и практические аспекты повышения качества вяжущих материалов с учетом сырьевых есурсовближнеговостока 61
3.1. Зеленые экологически чистые композиты - стратегия строительства Арабских государств 66
3.2. Методы ухода за бетоном в условиях сухого жаркого климата 71
3.3. Свойства композиционных вяжущих в зависимости от состава 76
3.3.1. Влияние тонкости помола и содержания туфа наь физико-механические и технологические свойства вяжущих 77
3.3.2. Свойства композиционных вяжущих в зависимости от состава 83
3.3.3. Влияния способа помола сырьевых компонентов на
физико-механические и технологические свойства вяжущих 87
3.4. Состав и морфология новообразований композиционных вяжущ 89
3.5. Особенности структурообразования композиционного вяжущего с использованием туфа 94
3.6. Выводы 104
4. Свойства фибробетона в завимости от состава 105
4.1.Проектирование состава фибробетона с применением композиционных вяжущих 112
4.2. Свойства фибробетона в зависмости от количества и вида фибры .
4.2.1. Влияние волновой фибры на свойства бетона 114
4.2.2. Свойства бетона в зависимости от содержания
фрезерованной фибры 118
4.2.3. Исследования анкерной фибры в бетонах 123
4.2.4. Проектирование составов фибробетонов для ремонта и реконструкции зданий и сооружений на Ближнем Востоке различного назначения 131
4.3. Повышение качества фибробетона 133
4.4. Деформативные характеристики фибробетона 142
4.5. Долговечность сталефибробетона 140
4.6 .Выводы 142
5. Внедрение и технико-экономическое обоснование
5.1. Разработка нормативных документов 144
5.2. Внедрение результатов 145
5.3. Технико-экономическое обоснование 155
5.4. Выводы 162
Основные выводы 163
Библиографический список
- Сырьевая база материалов, используемых при реконструкции зданий и сооружений на Ближнем Востоке
- Определение гранулометрического состава веществ
- Влияние тонкости помола и содержания туфа наь физико-механические и технологические свойства вяжущих
- Проектирование составов фибробетонов для ремонта и реконструкции зданий и сооружений на Ближнем Востоке различного назначения
Введение к работе
Актуальность. Ближний Восток является одним из регионов мира с большими темпами строительства. К сожалению, в некоторых государствах Арабского мира в настоящее время разрушено значительное количество зданий и сооружений, а часть их нуждаются в ремонте и восстановлении, что связано, как с неспокойной политической обстановкой, природно-климатическими условиями, так и с геологическим строением земной коры. Фибробетон является одним из эффективных строительных материалов, применяемых для ремонта и реконструкции зданий и сооружений. Дисперсное армирование значительно повышает прочность композита на растяжение и замедляет образование трещин на всех стадиях формирования его структуры и эксплуатации.
Актульной задачей также является управление процессами структуро-образования бетона в условиях жаркого климата. Быстрое испарение влаги из бетонной смеси может привести к пластической усадке и образованию волосных трещин в бетоне, а последующее охлаждение вызывать растягивающие напряжения.
Существующие методы ухода за бетоном в условиях сухого и жаркого климата являются не эффективными с точки зрения технологических и экономических показателей. Представляется, что введение туфа определенного состава и гранулометрии в цементную систему создает изменение баланса внутренних сил за счет водоудерживающей способности частичек туфа при перемешивании и формовании с последующим выделением необходимых доз Н20 в процессе твердения бетона, что приводит к уменьшению напряжений в затвердевшем бетоне и, как следствие, к снижению количества и размера, образующихся в нём микротрещин.
Диссертационная работа выполнена в рамках: тематического плана г/б НИР №12-Б-7.4211.2012 « Разработка теоретических основ ВКБ нового поколения с учетом генетических особенностей нанодисперсных модификаторов» на 2012-2014гг. и внутривузовского гранта «Геоника. Предмет и задачи. Реализация в строительном материаловедении» на 2012-.2014гг.
Цель работы. Повышение эффективности мелкозернистого фибробе-тона для ремонта и реконструкции зданий и сооружений с использованием сырьевых ресурсов Ближнего Востока.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- изучение сырьевых ресурсов Ближнего Востока и исследование мине
рального состава и физико-механических свойств туфов месторождения «Tel
Ропа» Иордании, как компонента композиционных вяжущих для мелкозер
нистых бетонов;
- исследование физико-механических и технологических свойств композиционных вяжущих (KB), полученных с использованием туфа и пластификаторов;
- изучение различных видов армирующих волокон, выявление наиболее
эффективных фибр для условий Ближнего Востока и определение их оптимальных дозировок;
проектирование и изучение свойств высокопрочных составов фиб-робетонов для различных видов ремонта и реконструкции зданий и сооружений;
подготовка нормативных документов и реализация теоретических и экспериментальных исследований.
Научная новизна. Предложены принципы повышения эффективности строительных композитов для ремонта и реконструкции зданий и сооружений с использованием сырьевых ресурсов Ближнего Востока, заключающиеся в оптимизации структуры на нано-, микро- и макроуровне мелкозернистых бетонов за счет использования в состове композиционного вяжущего вулканического туфа, суперпластифкатора и фибры, что позволяет ускорить процессы восстановления поврежденных зданий и сооружений в Арабских странах.
Выявлен характер влияния состава, тонкости помола композиционных вяжущих с использованием вулканического туфа Иордании и суперпластификатора, на процессы структурообразования бетонной смеси в условиях сухого жаркого климата, который заключается в системе «внутреннего ухода», за счет водоудерживающей способности частичек туфа при перемешивании и формовании с последующим выделением необходимых доз Н20 в процессе твердения бетона. Это приводит к снижению напряжений в твердеющем композите и, как следствие, к уменьшению количества и размеров микротрещин, что предопределяет повышение эксплуатационных характеристик реконструируемых зданий и сооружений.
Установлен характер влияния состава, структуры и условий эксплуатации мелкозернистых фибробетонов на деформативные свойства композитов, заключающиеся в использовании волновой фибры, оптимизации размеров и морфологии частиц цемента и туфов, измельченных в вибромельнице, создании высокоплотной упаковки, что приводит к оптимизации микроструктуры цементного камня и контактной зоны с фиброй и, как следствие, повышает предел прочности при сжатии и модуль упругости, соответственно на 38% и 35 %.
Практическое значение работы. Разработаны композиционные вяжущие (KB) на основе цемента (JOCM Иордании) и туфа месторождения «Tel Ропа» с тонкостью помола 500 м2/кг. Активность KB почти в два раза больше обычного цемента, что является целесообразным с экологической и экономической точки зрения.
Выполнены расчеты по усилению несущих железобетонных конструкций начальной школы в пос. Нахалин (Вифлием).
Разработаны составы фибробетонов на основе композиционных вяжущих с использованием песка и отсева дробления гранита региона Ближнего Востока с пределом прочности при сжатии до 128 МПа, прочности на растяжение при изгибе 35 МПа и модулем упругости до 83х10"3 МПа.
Разработана широкая номенклатура фибробетонов для ремонта и реконструкции зданий и сооружений с использованием сырьевых ресурсов Ближнего Востока.
Внедрение результатов исследований. Для внедрения результатов диссертационной работы разработаны технические условия «Фибробетоны мелкозернистые высокопрочные», технологической регламент для произодства фибробетона и рекомендации по применению композиционного вяжущего.
Внедрение результатов исследований осуществлялось при выполнении восстановительных работ и усилении несущих конструкций начальной школы в пос. Нахалин (Вифлием).
Теоретические положения и результаты экспериментальных исследований, полученные при выполнении диссертационной работы, используются в учебном процессе при подготовке бакалавров и магистров, обучающихся по направлению «Строительство» и инженеров по специальности 270106 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на: областной научно-практической конференции «Белгородская область: прошлое, настоящее и будущее» (Белгород, 2010); 68 Всероссийской научно-технической конференции «Традиции и инновации в строительстве и архитектуре»(Самара, 2011); Международной научно-технической конфренция молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова (Белгород, 2011); Международной научно-практической конференции «Инновационные материалы и технологии XX научные чтения»( Белгород 2011) ; Международной практической конференции молодых ученых, БГТУ им. В.Г. Шухова (Белгород 2012); Международной научно-техническая онлайн конференция студентов, аспирантов и молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова ( Белгород 2013). Международная научно-практическая конференция "Строительные технологии и архитектурная эстетика информационного общества" Лондон, 2013.
Публикации. Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы изложены в 8 научных публикациях, в том числе 1 статья в центральном рецензируемом издании из перечня ВАК РФ.
На защиту выносятся:
теоретические и практические аспекты повышения качества композиционных вяжущих с учетом сырьевых ресурсов Ближнего Востока;
физико-механические и технологические свойства KB в зависимости от состава;
проектирование и подбор составов фибробетона с использованием, разработанных композиционных вяжущих на основе сырьевых ресурсов
Ближнего Востока;
результаты изучения влияния различного содержания фибры на свойства бетонов и составы фибробетонов для различных видов ремонта и реконструкции зданий и сооружений;
результаты внедрения разработанных составов высокопрочных мелко-
зернистых фибробетонов на основе композиционных вяжущих.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 182 страницах текста, включающего 27 таблиц, 57 рисунков, списка литературы из 161 наименований, 5 приложений.
Сырьевая база материалов, используемых при реконструкции зданий и сооружений на Ближнем Востоке
Ближний Восток является одним из регионов мира с большими темпами развития строительства. В нём встречаются три материка - Европа, Азия и Африка. Он имеет многовековую историю строительства, которую можно разделить на два периода: старый и современный. При этом каждый из периодов включает несколько этапов развития.
Египет - страна лишённая строительного леса. Как и в других оазисах африканской пустыни, основная его растительность - пальмы, дающие дерево плохого качества, и тростник. Именно это и определило основные строительные материалы того времени - необожженный кирпич-сырец и камень, главным образом, известняк, добываемый в Нильской долине, а также песчаник и гранит. Камень использовался в основном для гробниц и захоронений, а кирпич шел на постройку дворцов, крепостей, зданий в окрестностях храмов и городов, а также вспомогательных сооружений для храмов. Древнеегипетские дома строили из ила, добываемого в Ниле. Новые города создавались на месте прежних, поэтому древние поселения не сохранялись [1-3].
Однако, несмотря на засушливый климат Древнего Египта, некоторым сооружениям из кирпича-сырца удалось сохраниться: деревня Дейр эль-Медина, город Кахун (современный Эль-Лахун), крепостные сооружения в Бухене и Миргиссе. Многие храмы и сооружения сохранились до наших дней, потому что они находились на недостижимой для нильских разливов высоте и были построены из камня [1-9].
Древнеегипетскими строениями на сегодняшний день являются в основном сохранившиеся религиозные памятники и сооружения. Судя по некоторым уцелевшим колоннам храма в Карнаке, египтяне перед укладкой камня обрабатывали начисто лишь постели и вертикальные швы. Лицевая же поверхность камней обтесывалась по окончании постройки здания. В фиванскую эпоху металлические скрепления совершенно не употреблялись, и лишь изредка использовались деревянные скобы в форме ласточкина хвоста для связи камней между собой (Мединет-Абу, Абидос) или же для скрепления давших трещину монолитов (Луксорский обелиск) [4-9].
Внешние и внутренние стены, а также колонны и пирсы, были покрыты резными фигурками, раскрашенными разными цветами, иероглифическими и иллюстрированными фресками [2,10-13].
У ислама не было своих традиций возведения различного рода зданий и сооружений, поэтому строительство в покоренных странах сознательно ориентировалось на местные традиции. Религиозная идеология ислама поставила перед ним новые задачи. Появились мечети, а также медресе и мавзолеи. Основополагающее значение для формирования архитектуры арабов имело очень развитое по формам и конструкциям зодчество Ирана эпохи династии Сасанидов (226 - 651 гг.). У них арабы переняли схему культовых построек мечетей и мавзолеев - центричного сооружения, завершенного куполом повышенных эллиптических очертаний. Купол своим основанием опирался на четыре стоны основного квадратного объема и на небольшие арочки - тромпы, перекинутые в угловых частях. Формы арок были различны. Обычный и самый простой из применяющихся типов - арка подковообразная, а так же стрельчатая однолопастная арка и иногда трехлопастная [3,31-41]. В Индии была распространена более пологая арка -стрельчатая килевидная. Для мавританской Испании характерна подковообразная арка. В архитектуре получили развитие также купольные постройки, ранний образец которых представляет восьмигранная мечеть Куббат ас-Сахра в Иерусалиме (Рисунок. 1.1)(687-691гг.) [50].
Основными строительными материалами арабов были: обожженный кирпич, отчасти камень - известняк, песчаник; литьевая керамика - фаянс и майолика; дерево, гипс, тростник. Мрамор применялся, для небольших колонн, поддерживавших своды. Арки повышенных очертаний выкладывались обычно из кирпича.
Пространственной организацией мечеть значительно отличается от христианского храма. Наружный облик дополняется минаретами, с которых верующие призываются к молитве. Это стройные призматические (например, в Испании и Марокко) или цилиндрические (в Персии и Турции) башни с галереями, берущие начало от исходных форм и функций звонницы. Но наряду с культовыми сооружениями возводились и другие здания - дворцы, торговые дома, инженерные сооружения, жилые дома [38-42].
Замки строились из камня, чаще всего по следующей системе: квадрат мощных стен с башнями, в середине - двор, обстроенный помещениями. Одним из самых значительных был замок Хирбат аль-Мафджар (8 век), включавший помимо жилья мечеть, монументальную баню и другие постройки. Помещения окружали двор в два этажа и были перекрыты кирпичными сводами. Выделялась баня - квадратный многоколонный зал площадью около 30x30 м. В центре возвышался купол на парусах. Отделка отличалась богатством, она соединила в себе античные и восточные традиции [43-46,48].
В арабских странах широкий размах приобрело строительство инженерных сооружений, особенно гидротехнических. Засушливый климат побуждал к созданию развитой системы ирригации, к устройству водоемов, крытых резервуаров, водопроводов [48].
С 13 в. до начала 16 в. зодчество Египта и Сирии было тесно взаимосвязано. Велось большое крепостное строительство: цитадели в Каире, Халебе и др. В монументальной архитектуре этого времени пространственное начало, доминировавшее на предшествующем этапе (дворовая мечеть), уступило место грандиозным объёмам: над гладью мощных стен и большими порталами с глубокими нишами поднялись высокие барабаны, несущие купола. Для украшения стен снаружи и в интерьере наряду с резьбой широко применялась инкрустация разноцветным камнем. В Ираке в 15-16 вв. в декоре использовались цветная глазурь и позолота (мечеть Мусы аль-Кадима в Багдаде, Хусейна в Кербеле, Имама Али в Неджефе). Арабы украшали стены мраморными или гипсовыми пластинками с рельефом небольшой глубины. На рисунках изображались растения в схематической форме или геометрические фигуры. Арабы редко применяли для построек камень, они предпочитали обожженный кирпич и цемент [38 42].
Определение гранулометрического состава веществ
Растровый электронный микроскоп (РЭМ, англ. Scanning Electron Microscope, SEM) - прибор класса электронный микроскоп, предназначенный для получения изображения поверхности объекта с высоким пространственным разрешением, также информации о составе, строении и некоторых других свойствах приповерхностных слоев. Современный РЭМ позволяет работать в широком диапазоне увеличений приблизительно от 10 крат до 1000000 крат, что приблизительно в 500 раз превышает предел увеличения лучших оптических микроскопов (Рисунок 2.2.) [102]. Принцип работы РЭМ заключается в следующем.
Тонкий электронный зонд (электронный пучок) направляется на анализируемый образец. В результате взаимодействия между электронным зондом и образцом возникают низкоэнергетичные вторичные электроны, которые отбираются детектором вторичных электронов. Каждый акт столкновения сопровождается появлением электрического сигнала на выходе детектора. Интенсивность электрического сигнала зависит как от природы образца (в меньшей степени), так и от топографии (в большей степени) образца в области взаимодействия.
Тонкий электронный зонд генерируется электронной пушкой, которая играет роль источника электронов, и фокусируется электронными линзами. Катушки, контролируемые синхронизированными токами, позволяют подвергнуть зонд сканированию. Электронные линзы и отклоняющие катушки образуют систему, называемую электронной колонной [102-104].
Исследование микроструктуры образцов производилось в лаборатории растровой электронной микроскопии с увеличением до 150000 раз. Для исследования применялся РЭМ. В результате исследований были получены изображения микроструктуры продуктов гидратации вяжущих композиций и композиционного вяжущего морфологии новообразований цементного камня, контактной зоны фибры и цементного камня.
Для проведения исследования были подготовлены образцы, с размерами 10x10x10 мм. Порошковые материалы наносились в небольшом количестве на проводящий углеродный скотч. Не порошковые образцы фиксировались на углеродный клей. По причине того, что исследуемые образцы были непроводящими, на них был нанесен тонкий проводящий слой для снятия заряда и экранирования падающего пучка от накопленного в объеме материала заряда, в качестве тонкого проводящего слоя был выбран углерод. Исследование образцов проводилось в камере с азотом для получения более четких изображений.
Определение гранулометрического состава веществ Гранулометрический анализ проводится с целью получения информации о распределении по размерам частиц в порошках, суспензиях и в других дисперсных объектах. Гранулометрический состав порошкообразных материалов определяли методом лазерной гранулометрии. Этот метод является одним из наиболее эффективных и широко используемых. Основные преимущества метода: широкий диапазон измерений - от долей микрон до сотен микрон; высокая производительность - единичное измерение проводится примерно за одну минуту; высокая воспроизводимость - обеспечивается многократным усреднением результатов для большого числа частиц; удобное для многих приложений представление результатов анализа - в виде зависимости весовой (объёмной) доли частиц от размера, определённого как диаметр эквивалентной сферы.
Принцип измерения заключается в следующем. Лазерный пучок освещает кювету, через которую прокачивается суспензия частиц. Рассеянное частицами излучение регистрируется под разными углами с помощью многоэлементного детектора - фотодиодной матрицы. По измеренной таким образом зависимости интенсивности рассеянного света от угла рассеяния осуществляется расчёт распределения по размерам частиц. Суспензия частиц создаётся введением исследуемого объекта в заполненную жидкостью камеру центробежного насоса, где в условиях воздействия ультразвука осуществляется тщательное перемешивание. Пропущенная через кювету суспензия вновь поступает в камеру насоса. За время измерения все частицы многократно проходят через световой пучок. Рассеянное излучение регистрируется с помощью специальной фотодиодной матрицы (ФДМ), содержащей 74 сегмента. Она обеспечивает одновременное измерение интенсивности рассеянного излучения при 38 значениях углов рассеяния, а также определение положения и интенсивности центрального луча. Сигналы с ФДМ усиливаются с помощью многоканального усилителя, через аналоговый коммутатор подаются на вход АЦП и преобразуются в цифровой код, который через интерфейс передается в компьютер. Определяемое в ходе эксперимента значение индикатрисы рассеяния получается в результате усреднения отсчетов, снимаемых каждые 40 мс. За время эксперимента (15 - 60 сек.) все частицы исследуемой суспензии проходят через световой пучок несколько раз, благодаря чему исходные данные содержат достаточно полную информацию о распределении частиц по размерам. Результаты анализа, представляющие собой зависимость весовой доли частиц Ри от их диаметра D, выводятся в форме гистограммы и таблиц [104].
Влияние тонкости помола и содержания туфа наь физико-механические и технологические свойства вяжущих
Годовой выпуск цемента в Арабских странах колеблется около 100 млн. т в год. Ведущими среди них можно выделить страны Саудовской Аравии и Иордании, а так же Объединённые Арабские Эмираты. В связи с непрерывным ростом спроса на портландцемент, страны-производители стремятся выпускать продукцию высокого качества, экологически безопасную для здоровья человека и окружающей среды с минимальными затратами на производство [118].
Важное значение для Арабских стран, имеет экологическая безопасность жилых и промышленных зданий и сооружений, которая напрямую зависит от качества используемых в строительстве материалов. Неблагоприятное их воздействие на здоровье человека и окружающую среду должно быть минимальным. Таким образом, в арабских государствах проводятся многочисленные исследования, направленные на выпуск экологически чистых строительных материалов, и внедряются все новые технологии в строительной индустрии.
По данным международной организации «Зелёных зданий» (USGBSO), для возведения экологически чистых зданий необходимо соблюдение следующих условий: 1. Максимальное использование вторичного сырья при производстве строительных материалов для возведения здания. Замена природного сырья отходами различных отраслей народного хозяйства позволяет сохранить запасы полезных ископаемых Земли. 2. Применение экологически безопасного, не содержащего вредных веществ для здоровья человека, сырья в производстве строительных материалов, используемых при возведении здания и строительства в целом. 3. Замена в строительном комплексе дефицитных полезных ископаемых, на их аналоги, имеющие широкое распространение. Это позволяет достичь максимальной экономии полезных ископаемых, достаточно редко встречающихся в том или ином регионе нашей планеты. 4. Достижение минимальных энергетических затрат на производство строительных материалов для возведения здания, его строительство и обслуживание. По данным USGBSO «Зелёные здания» потребляют около 30 - 40 % мировой энергии, на их строительство затрачивается около 3 млрд. т природных ресурсов Земли. Например, в США такие здания потребляют около 40% энергии, 12 % запасов питьевой воды, а выброс углекислого газа составляет 38% [119].
Эти цифры заставили правительство Арабских стран задуматься о выпуске новых строительных материалов, позволяющих обеспечить экономию природных и энергетических ресурсов.
Согласно источникам более 7 % двуокиси углерода и других вредных веществ в Арабских странах поступает в атмосферу в результате работы цементных заводов [120].
Поэтому сегодня технологии производства цемента на этих заводах непрерывно совершенствуются, накоплен значительный опыт в области обеспечения выпуска экологически безопасной и экономически эффективной продукции. Многие цементные заводы в качестве сырьевой базы для изготовления вяжущих веществ используют шлаки и золы металлургических комбинатов, а так же перечень других отходов различных производств. По количеству внедрения отходов в производство первое место занимают цементные заводы г. Масдар, где для изготовления цемента используется около 60% железосодержащего шлака. Однако основным недостатком является применение импортного шлакового сырья. Железосодержащие шлаки поставляются из Японии и некоторых других стран мира, что требует значительных затрат на их закупку и доставку [118-120]. Общая стоимость «Зелёных зданий» г. Масдар составляет порядка 40 млрд. долларов. Стоит отметить, что г. Масдар является единственным городом в мире, стремящимся свести выброс углекислого газа к нулю (Рисунок. 3.7). Рисунок 3.7. Город Масдар Арабских Эмиратов Сокращение выброса химически вредных веществ, пагубно влияющих на окружающую среду и здоровье человека, в процессе производства строительных материалов, является немало важным аспектом для экологической обстановки Арабских государств [120].
Экологически чистым сырьём для производства строительных материалов являются туфы. В строительстве их применяют с древних времён.
Артикский туф был излюбленным строительным материалом древней Армении. Надо отметить, что прочность артикского туфа такая же, как прочность самого лучшего кирпича или даже выше.
Цеолитовый туф использовался в строительстве как штучный камень. Простота добычи и лёгкость в обработке вулканических туфов позволили ещё древним народам использовать его в качестве строительного материала, из которого были возведены такие известные культовые объекты, такие как монастырь Лмбатаванк (VII в.), церкви Аствацацин (VI в.), Ереруйк (V в.) и другие сооружения, которые сохранились до наших дней [121,122]. Сегодня туфы используются для кладки стен в виде пиленых камней правильной формы и бута, в дробленом виде D в качестве заполнителей для легких бетонов. Архитектурные постройки, церкви и дома из туфа получаются необыкновенно теплыми и прочными. Он достаточно легко обрабатывается (разрезается и шлифуется), что упрощает процесс монтажных работ.
Используется данный материал и для отделки внутренних, а так же наружных стен. Им облицовывают фасады зданий и украшают внутренний интерьер. Это стало возможным благодаря его пористой структуре и многообразию расцветок. К примеру, наиболее популярным считается белый, оранжевый, красный, черный, желтый, коричневый, фиолетовый, розовый туф. Во внутреннем интерьере его применяют для отделки каминов, винных погребов, стен комнат отдыха. Также туф, благодаря гидравлическим свойствам, используется в качестве добавки для различных смесей (цемента, раствора для штукатурки, в том числе цементной, воздушной извести).
Некоторые виды данного материала (лучше известковый туф) используют для создания объектов в ландшафтном дизайне (в том числе водоемов).
Помимо эстетической привлекательности туф дает возможность выращивания всевозможных растений на своей поверхности. Строительные материалы, содержащие в своем составе туф, обладают высокими прочностными характеристиками, водонепроницаемостью, морозостойкостью, коррозионной стойкостью. Здания, построенные с использованием материалов на основе туфового сырья, обладают высокой долговечностью и надёжностью.
Проектирование составов фибробетонов для ремонта и реконструкции зданий и сооружений на Ближнем Востоке различного назначения
Для качественной реконструкции зданий и сооружений этого региона необходимы новые, высокопрочные, способные выдерживать условия жаркого климата и максимально сопротивляться разрушениям при сейсмических воздействиях, строительные материалы. Одним из таких материалов является - фибробетон. Фибробетон выгодно отличается от традиционного бетона, имея в несколько раз более высокие по сравнению с ним: прочность на растяжение и срез; ударную и усталостную прочность; трещиностойкость, вязкость разрушения; сопротивление истиранию [136 ]. По показателю работы разрушения фибробетон может в 15-20 раз превосходить бетон. Это обеспечивает ему высокую технико-экономическую эффективность при применении в строительных конструкциях и при их ремонте. Важнейшей характеристикой фибробетона является его прочность на растяжение. Она важна как прямая характеристика материала, так и косвенная, отражающая его сопротивление другим воздействиям, а также долговечность. Дисперсное армирование бетона позволяет полностью или частично сократить объемы традиционных арматурных работ.
Эффективно применение при реставрации элементов фасадов старинных зданий такой вид фибробетона как стеклофибробетон. С помощью него можно получать различные фигуры и формы, имитировать цвет под натуральный камень, выполнять разные кривые конструкции. Благодаря такому виду бетона, отреставрированные конструкции, фасады и так далее защищены от трещин, царапин, сохраняется долго цвет, на объект не влияют климатические факторы.
Экономический эффект применения фибробетона при его более высокой стоимости по сравнению с традиционным обеспечивается за счет уменьшения или полного сокращения применения стержневой и проволочной арматуры, сеток и каркасов из них, а главным образом - за счет более высокой долговечности, эксплуатационной пригодности, увеличения межремонтного ресурса и повышения безопасности зданий и сооружений при сейсмических воздействиях и пожарах.
Таким образом, в условиях стран Ближнего Востока, применение фибробетона для реконструкции зданий и сооружений, является одним из перспективных направлений современности [137-142 ].
Свойства фибробетона как композиционного материала во многом определяются свойствами составляющих его компонентов. В этом плане весьма значительным компонентом является стальная фибра, модуль упругости которой значительно превышает модуль упругости бетона. Поэтому при достаточном содержании фибры в бетоне может быть получен качественный высокопрочный материал.
Для производства фибробетона с наилучшими характеристиками необходимо выполнение следующих условий: добиться технологической совместимости бетона-матрицы и фибры, выбрать наилучшее сочетание вида фибры и бетона матрицы для того, чтобы получить необходимый по эксплуатационным характеристикам материал, для наиболее эффективного использования свойств прочности фибры необходимо максимальное заанкерирование фибры в бетоне. И необходимо учитывать, что при добавлении в бетон фибра должна быть правильно перемешана, так как категорически не допускается включений в бетонной смеси фибры комками [138,139,143,146].
Проектирование и подбор составов фибробетонных смесей выполняется с целью получения фибробетонных смесей, обладающих соответствующими показателями подвижности, удобоукладываемости и позволяющих обеспечить получение в конструкции фибробетона с заданными проектными физико-механическими характеристиками.
При подборе составов фибробетонов руководствуются общими принципами подбора составов тяжелых и мелкозернистых бетонов, а также положениями ВСН 56-97 и американским стандартом АСІ 544.4R-88, учитывающими особенности фибробетонных смесей. При этом исходят из условия получения фибробетона наибольшей плотности и наименьшей пустотности, в котором межзерновое пространство заполнено цементным камнем, а поверхность фибры полностью покрыта цементным клеем.
Подобранный состав фибробетонной смеси должен иметь заданные показатели жесткости или подвижности рабочей смеси, при которых становится возможным осуществить качественный набрызг, укладку, формование и уплотнение смеси с использованием предусмотренных Проектом или Технологическим регламентом способов и оборудования. Подбор составов фибробетонов производится с учетом основных положений, изложенных в "Рекомендациях по подбору составов тяжелых и мелкозернистых бетонов» [138,139,143,146 ].
При подборе состава сталефибробетонной смеси учитываются требования по увязке параметров фибры, наличия (отсутствия) крупного заполнителя, размеров сечений изготавливаемых сталефибробетонных конструкций и их элементов. Сталефибробетонная смесь подобранного состава должна обладать заданными показателями жесткости (подвижности) и удобоукладываемости обеспечивающими ее укладку и формование предусмотренными технологическим регламентом способами.
Получение сталефибробетона с заданными свойствами обеспечивается в первую очередь за счет плотной упаковки его компонентов, том числе дисперсной арматуры [138,139,143].
Так как, получаемый фибробетон является мелкозернистым, подбор состава начинаем с расчёта и подбора номинального состава мелкозернистого бетона. По формуле Боломея-Скрамтаева вычисляем водоцементное отношение (В/Ц), необходимое для получения заданной прочности исходного бетона (Re): = АКц , (4.1) Ц R5+0,8ARu v 7
