Введение к работе
Актуальность проблемы. Совершенствование расчета конструкций с учетом фактических свойств бетона позволяет повысить их надежность и эффективность Известно, что свойства бетона в конструкции во многом предопределяются свойствами исходных материалов, технологией его уплотнения и условиями твердения, которые при некотором их сочетании способны значительно изменить характеристики исходного бетона и существенно повлиять на работу конструкции в целом
Уплотнение бетона прессованием является техническим приемом, используемым при изготовлении некоторых бетонных и железобетонных конструкций, который позволяет помимо решения основной технологической задачи - интенсифицировать процесс твердения бетона, одновременно значительно улучшить его физико-механические свойства
Режим прессования и условия твердения бетона в конструкциях значительно отличаются между собой и поэтому они не одинаково влияют на формирование его прочностных и деформативных характеристик Значительное место в формировании прочностных и деформативных характеристик занимают свойства крупного заполнителя Использование в качестве крупного заполнителя в бетоне шлака фосфорного производства позволяет обеспечить строительную индустрию региона дешевым строительным материалом, создать благоприятные условия для безотходного производства, но и существенно изменить свойства самого бетона
Следует отметить, что уплотненный прессованием бетон имеет присущие только ему особенности Эти особенности недостаточно полно изучены и, соответственно, не учитываются при проектировании конструкций. В настоящей работе обобщены результаты многолетних исследований, выполненных автором за последние примерно тридцать лет, направленных на изучение свойств прессованного бетона, в том числе на основе фосфорных шлаков, необходимых при проектировании конструкций
Целью работы является научное обоснование процессов формирования прочностных и деформативных характеристик прессованного бетона в конструкциях и методов их количественного определения при проектировании
Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи
-
Изучить влияние режима прессования на структурообразование цементного камня и формирование прочности бетона
-
Установить влияние режима прессования на изменение свойств исходного бетона прочности; модуля упругости, деформативности при кратковременном и длительном действии нагрузки
3. Установить начальное напряженное состояние бетона в момент снятия
опрессовочного давления и характера его изменения во времени
4. Выявить влияние начального напряженного состояния бетона на
величину и характер протекания собственных деформаций
-
Изучить возможность учета реальных свойств вибропрессованного бетона и характера протекания длительных деформаций во времени при определении потерь предварительного напряжения в напорных трубах и расчете их трещиностойкости
-
Разработать методику оценки прочности пресс-бетона тоннельной обделки и оценки ее несущей способности при снятии опалубки
Методы и достоверность исследований. Результаты исследований, приведенные в диссертационной работе, базируются на основных положениях сопротивления материалов, теории упругости, строительной механики, математической статистики и подтверждены испытаниями опытных образцов и натурных конструкций, с использованием разработанных автором оригинальных методик
Достоверность экспериментальных исследований обеспечивалась применением стандартных методов испытаний, с использованием приборов и оборудования, прошедших государственную поверку специализированными организациями. Результаты теоретических исследований сопоставлялись с большим количеством экспериментальных данных
Научная новизна работы:
1 Систематизированы и развиты теоретические и практические аспекты формирования прочностных и деформативных характеристик прессованного бетона Установлена связь между режимом прессования и прочностью цементного камня и бетона.
2. Впервые теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены деформации распрессовки, возникающие в бетоне, твердеющем под давлением, при снятии опрессовочного давления Установлен характер протекания указанных деформаций во времени и их влияние на развитие собственных деформаций. Получена качественная картина напряженного состояния, возникающего между крупным заполнителем и растворной частью бетона при снятии опрессовочного давления
3 Установлена связь между режимом прессования и прочностью пресс-
бетона монолитной обделки, а также между режимом прессования, расходом
цемента и прочностью пресс-бетона Исследовано сопротивление пресс-бетона
воздейстствию сульфатной и водной среды
4 Впервые выполнены комплексные исследования прочностных и
деформативных характеристик виброгидропрессованного бетона на щебне из
шлака фосфорного производства и бетона на гранитном заполнителе,
используемых при расчете напорных труб Установлена связь между величиной
опрессовочного давления и такими характеристиками
виброгидропрессованного бетона как прочность при сжатии и растяжении,
модуль упругости и деформации при кратковременном и длительном действии
нагрузки Обоснована возможность использования шлака фосфорного
производства в качестве крупного заполнителя в бетоне для изготовления
напорных труб
5 Даны рекомендации по расчету потерь предварительного напряжения и
трещиностойкости напорных труб с учетом фактических свойств бетона и
характера протекания длительных деформаций во времени.
6 Предложен метод прогнозирования прочности пресс-бетона в
тоннельной обделке и оценки несущей способности последней при снятии
опалубки
Практическое значение работы:
-
Разработанные методы определения прочностных и деформативных характеристик прессованного бетона позволяют повышать эффективность и надежность решения задач при проектировании и оценке несущей способности конструкций
-
Впервые экспериментальным путем установлен факт возникновения деформаций распрессовки при сбросе опрессовочного давления, приводящих к изменению величины собственных деформаций бетона, твердевшего под давлением и характера их протекания во времени. Установление указанных особенностей позволяет более точно оценить потери предварительного напряжения в предварительно напряженных конструкциях, вызванные собственными деформациями такого бетона.
-
Впервые установлена связь между величиной опрессовочного давления и мерой ползучести виброгидропрессованного бетона на щебне из шлака фосфорного производства и бетона на гранитном заполнителе. Показано, что виброгидропрессование способствует существенному снижению меры ползучести и, соответственно, потерь предварительного напряжения. Использование в качестве крупного заполнителя щебня из шлака фосфорного производства, имеющего более высокий, чем у гранита модуль упругости приводит к снижению меры ползучести бетона и уменьшению потерь предварительного напряжения в напорных виброгидропрессованных трубах и повышению их трещиностойкости и водонепроницаемости
-
Установлены физико-механические характеристики шлака фосфорного производства, позволяющие оценивать его качество как крупного заполнителя для обычного и прессованного бетона Использование такого заполнителя в бетоне позволило расширить ресурсы применения в регионе местных строительных материалов из числа отходов промышленных предприятий.
5. Впервые, путем проведения комплексных экспериментально-
теоретических исследований установлены физико-механические
характеристики виброгидропрессованного бетона и закономерности их
изменения при изменении режима прессования. Полученные результаты могут
быть использованы при разработке нормативных документов в разделе-
Показатели качества бетона и их применение при проектировании
6 Результаты проведенных исследований позволили разработать и выпустить (с участием автора) ряд технических условий: ТУ 65.280-79 «Щебень из шлака фосфорного производства для бетона напорных виброгидропрессованных труб»; ТУ 65.280-85 «Трубы железобетонные напорные виброгидропрессованные из бетона на щебне из шпака фосфорного производства», ТУ 65 519-85 «Ригели железобетонные на щебне из шлака
фосфорного производства для зданий административно-бытового назначения»; ТУ 65 520-85 «Колонны железобетонные для зданий, изготавливаемые из бетона на щебне из шлака фосфорного производства», ТУ 65 517-85 «Плиты покрытий железобетонные ребристые предварительно напряженные размером 6x3 для покрытий производственных зданий, изготавливаемые из бетона на щебне из шлака фосфорного производства»
Результаты исследований использованы при написании автором учебного пособия «Строительные конструкции и здания на железнодорожном транспорте», рекомендованного учебно-методическим объединением для вузов железнодорожного транспорта Кроме того, полученные данные используются при чтении лекций по дисциплине «Строительные конструкции»
Основные результаты работы, полученные лично автором и выдвигаемые на защиту:
технологические принципы формирования прочностных и деформативных характеристик прессованного бетона,
основные закономерности физико-химических процессов структурообразования прессованного цементного камня,
- закономерности изменения физико-механических характеристик
исходного бетона в зависимости от режима прессования;
результаты экспериментальных исследований деформаций распрессовки, возникающих при сбросе опрессовочного давления с затвердевшего под давлением бетона,
- закономерности изменения деформаций усадки и ползучести
виброгидропрессованного бетона в зависимости от величины опрессовочного
давления;
методы расчета потерь предварительного напряжения и трещиностойкости напорных труб и оценки несущей способности тоннельных обделок на момент распалубки.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 36 научных работ, в том числе две монографии, получено одно авторское свидетельство
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, библиографического списка из 195 наименований Общий объем диссертации 296 страниц, включая 103 рисунка, 43 таблицы и 6 приложений
