автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Бетоны ускоренного твердения для устройства трубчатых свай методом осевого послойного прессования непосредственно в грунтах региона Сирии

' мр гооо

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

На правах рукопису

УДК 661.462:624.154

ХАДДАД ОС САМА

БЕТОНИ ПРИСКОРЕНОГО ТВЕРДІННЯ ДЛЯ ВЛАШТУВАННЯ ТРУБЧАСТИХ ПАЛЬ МЕТОДОМ ОСЬОВОГО ПОШАРОВОГО ПРЕСУВАННЯ БЕЗПОСЕРЕДНЬО В ГРУНТАХ РЕГІОНУ СІРІЇ

05.23.05 - Будівельні матеріали та вироби

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Харків - 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі “Будівельні матеріали та вироби’' Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури (ХДТУБА)”.

Науковий керівник: Лауреат Державних Премій СРСР та України

• Заслужений діяч науки і техніки України, доктор

технічних наук, професор Бабушкін В.1. завідуючий кафедрою “Будівельні матеріали те вироби” Харківського державного технічногс університету будівництва та архітектури

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Сторожук М.А.

Придніпровська державна технічна академії будівництва та архітектури, м. Дніпропетровськ.

Кандидат технічних наук, с.н.с.

Бабіченко В.Я., директор Українського державного науково-дослідного інститу “Укрводгео”.

Провідна установа: Харківський державний автомобільно-дорожній

технічний університет

Захист відбудеться “28” березня у 12.30

на засіданні спеціалізованої Ради Д.64.056.04 при Харківськом; державному технічному університеті будівництва та архітектури за адресок 61002, м.Харків, вул. Сумська,40.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці цніверситету.

Автореферат разосланий ¿ід* сх 2000р-Вчений секретар

Спеціалізованої Ради ,,

к.т.н, доцент ' Ємельяненко М.Г.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи: досвід улаштування фундаментів із трубчастих бетонних буронабивних паль в України та Росії показує перспективність їх застосування й в інших регіонах, в тому числі й в Сірії. При цьому досягається зниження матеріалоємності фундаменту в 3-4 рази, а трудозатрат в 1,5-2 рази у порівнянні зі стрічковими та стовпчатими фундаментами.

Досвід виготовлення трубчастих паль та інших бетонних виробів із жорстких сумішей методом осьового пошарового пресування в умовах сухого жаркого клімату та нев'язних грунтів показав, що негайна розпалубка призводить до істотної утрати вологи зі світозпущеної бетонної суміші, в результаті чого знижується міцність бетону. Це потребувало розробки та прийняття додаткових спеціальних заходів, у числі яких була використана бетонна суміш з прискорювачами твердіння.

Питання підвищення зчеплення паль з грунтом також може бути вирішено шляхом використання бетонів прискореного твердіння, що досягається за рахунок застосування ефективних доданків для вибору яких використані термодинамічні розрахунки іонних рівноваг. Забезпечення широкого втілення ефективних методів зведення фундаментів для малоповерхового сільского будівництва є актуальною та важливою задачею не тільки для регіону Сірії, але й для півдня України та країн СНД з жарким і сухим кліматом.

Наукова новизна:

- Систематизовані та досліджені типи будівельних виробів і матеріалів, що застосовуються для влаштування фундаментів в умовах незв'язних грунтів і жаркого сухого клімату регіону Сірії, та поставлені задачі, що виникають при вирішенні цієї проблеми.

- Виконані термодинамічні розрахунки реакцій, що відбуваються при твердінні цементного бетону в умовах використання доданків, що містять кальцій, в залежності від рН води затворення, та розроблені шляхи управління процесами, які здійснюються.

- Розроблена математична модель процесу консолідації жорстких бетонних сумішей в стінках трубчастих паль в умовах контакту з сухим незв'язним грунтом, яка дозволяє обгрунтовано визначити параметри технологічного процесу й геометрію згущуючого органу.

- Обгрунтовано застосування для прискорення твердіння бетонів різних марок, комплексного доданку у вигляді розчинних солей кальцію до 3,5 % та Са (ОН)? до 0,5 % від маси цементу.

Мета роботи: розробка складу сумішей бетонів прискореного твердіння та ефективної технології виготовлення елементів фундаментів із бетонних паль для малоповерхових будівель в нев'язних грунтах регіону Сірії.

Для досягнення наміченої в дисертаційній роботі мети необхідно вирішення таких задач:

1. Обгрунтування доцільності застосування трубчастих бетонних паль у нев'язних грунтах в якості елемента фундаменту малоповерхової будівлі.

2. Розробка математичної моделі згущення бетонної суміші для формування трубчастих паль методом осьового пошарового пресування, дослідження впливу технологічних параметрів на ступеня згущення бетонної суміші в стінках палі й вибір їх раціональних значень.

3. Теоретичне обгрунтування застосування хімічних доданків, як

засобу прискорення твердіння бетону в нормальних умовах. Дослідження впливу хімічних доданків на швидкість твердіння бетонів різних марок і вибір найбільш ефективних, підбір сумішей швидкотвердіючих бетонів різних марок.

4. Експериментальне дослідження по застосуванню методу осьового пошарового пресування для формування паль в масиві незв'язного грунту, вибір заходів для підвищення тривкості оголовка паль.

5. Дослідження контактної зони між трубчастою палею та грунтом, її вплив на несучу здатність паль.

6. Техніко-економічне обгрунтування запропонованих рішень та їх

порівняння з існуючими.

7. Дослідно-промислове упровадження результатів досліджень.

Практична цінність роботи: Практичне значення отриманих результатів складається з:

- вибору рекомендацій з влаштування ефективних фундаментів в регіоні Сірії;

- розробки прогресивної технології формування трубчастих буронабивних паль у свердловинах, які влаштовують незв'язному грунті;

- підбору суміші бетону різних марок, що забезпечують при використанні одного типо-розміру змінного палеформуючого обладнання різну несучу здатність палі за матеріалом, що дозволяє використовувати трубчасті палі для будівель різного призначення.

- техничної новізни розробок, яка обусловлена поданням заявки на винахід за результатами проведених досліджень.

Апробація роботи: Основні результати роботи викладені та обговорені на міжнародній конференції “Розвиток технічної хімії в Україні” м.Харків, 1997, на науково-технічних конференціях ХДТУБА 1997-1999 р. та ряді науково-технічних семінарів.

Публікації: За темою дисертації опубликовано 5 друкованих робіт, отримане позитивне рішення на видачу патенту України на винахід № .

Структура та об'єм роботи: Робота складається зі вступу, шести розділів, висновків, списку літератури, з 64 назв, вміщує 12 рисунків та 13 таблиць, всього 102 сторінки.

Особистий внесок здобувана: Автор брав участь у виконанні

термодинамічних розрахунків з обгрунтуванням вибору хімічних доданків -

прискорювачів твердіння цементів і в експериментальних роботах з дослідженням швидкості твердіння бетонів з комплексними доданками, які містять кальцій; в досліджені кінетики твердіння бетонів різних марока та впливу доданків на набирання міцності, в знаходженні коефіцієнтів регресії й оптимизації составу сумішей бетонів лрискоренного твердіння; в дослідно-промисловій перевірці розроблених сумішей бетонів прискореного твердіння для влаштування бетонних паль.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету й задачі досліджень, науковц новизну, практичну цінність, положення, що виносяться на захист. .

У першому розділі проведений аналіз літературних і патентних джерел з питання, яке досліджується. Аналіз показал, що з чотирьох видів тих фундаментів які використовуються, найбільш економічним є фундамент із бетонних трубчастих паль, особливо для малоповерхового будівництва. У порівнянні з фундаментами стовлчатими, стрічковими та фундаментами паль з уширенням фундаменти з трубчастих паль забезпечують зниження матеріалоємності фундаменту в 3-4 рази та трудовитрат в 1,5-2.

Дослідження з улаштування трубчастих паль показал!!, що метод осьового пошарового пресування ефективний у зв'язних грунтах. Але особливості регіону Сірії полягають в наявності нев'язних і сухих грунтів в умовах жаркого клімату, що вимагає модифікації технології та вибору заходів з прискорення твердіння бетону, забезпечуючих збереження вологи в суміші та скорочення часу набору відпускної міцності, а тому й терміну зведення фундаменту. На підставі проведеного аналізу поставлені задачі досліджень.

В другому розділі наводяться дані про основні види використаних у роботі матеріалів та застосованих методах досліджень. Використані матеріали;

В'яжуче - портландцемент М 400.

Дрібний заповнювач - пісок кварцовий з Мк=1,3-1,6.

Крупний заповнювач - гранітний відсів з Втах=5 - 7.

Вода питна, водопровідна.

Доданки - Са(ЬЮз)2-4Н20; РеС13-6Н:0; Маїї; А12(504)з-18Н,0; Са(ОН)2.

Для вирішення поставлених задач в роботі використовувались як теоретичні так й експериментальні методи досліджень.

Термодинамічні розрахунки з вибору доданків, що містять кальцій, для збільшення швидкості твердіння бетону, виконані по методиці, наведеній у книзі “Термодинамика селикатов». -Москва: Стройиздат, 1986.

- Оцінка розрахункових значень зчеплення по контактній зоні здійснювалась за оригінальною методикою, що розроблена на кафедрі БМВ, ХДТУБА.

- Експериментальні зразки балочек розміром 40x40x160 мм, досліджувались на міцність у віці 1, 3, 7, 14 та 28 діб за стандартною методикою.

- В роботі наведені середні значення одержаних параметрів.

- Визначення сумішей швидкотвердіючих бетонів проводились за допомогою повнофакторного математичного експерименту.

- Для фізико-хімічних досліджень з ідентифікації продуктів гидротації цементу і бетону з доданками прискорювачів викоритовувались рентгентофазовий, диференційно-термічний аналіз і спектроскопія.

- Оцінка швидкості випаровування вологи була здійснена за допомогою стандартного методу визначення водопоглинання зразків.

Третій розділ присвячений розробці технології бетонування трубчастих паль у незв'язних грунтах.

Засоби та пристрої для формування трубчастих паль недостатньо ефективні у сполучанні з обсадною трубою, що виймається, внаслідок того, що напрямок зусиль, які ущільнюють бетонну суміш, співпадає або перпендикулярно спрямований руху обсадної труби. Це призводить до винекнення умов для розриву стовбура палі в подовжньому напрямку, що особливо небезпечно для трубчастих паль з мінімальною товщиною стінки.

Нами встановлено, что зміна напрямку ущільнення бетонної суміші на протилежний руху обсадної труби, яка виймається, дозволить гарантувати суцільність стовбура палі. Таке технологічне рішення надає можливість використовувати ефективний метод осьового пошарового пресування трубчастих паль.

Засновки:

Приймається умовно, що бетонна суміш є квазидвохфазною системою:

Поперше: перша фаза - тверда, у вигляді часток піску, цементу, щебеню; друга фаза - газоподібна, у вигляді повітря. Потім, після зближення часток першої фази, та видалення повітря, друга фаза розглядається як рідка, у вигляді водоцементного тіста, особливо при наявності ізбиточной влажності.

Як бачимо з рис. 1 ущільнення відбувається за допомогою тиску від II ділянки пресувальної лопатки, яка складається з трьох ділянок, з яких 2 є похилистими, с кутами а! і а2. На першій ділянці необхідно запобігти доступу до суміші незв’язного фунту зі стінок скважини, тому обсадна труба має знаходитися не вище його кінця.

Для осьового пошарового пресування вираження 4 = ^70^'— (1)

з урахуванням того, що для забезпечення надійного ущільнення на всієї товщині шару слід покласти у=\, а Гу - надано у вигляді:

•~-^Г <=>

тлиср

де : С - коефіцієнт консолідації;

Іг довжина першої ділянки, м; т - число оберту валу, об/хв;

Д:р - середній діаметр шару, м; у-гі - безрозмірні перемінні.

&і ~ с<2"°’5("~1)9; вг = се~°'5(л~1)<?; ц - вертикальний тиск; Тоді (1) преобразується до вигляду

Рис.1 Развертка пресувальної лопатки та обсадної труби

Для бетону марки ВЗО оптимальна вологість Ж=5,25 % що відповідає і?стр=0,42 кг/см при В/Ц=0,33, а максимально припустима \У=6,8 %, яка дає ЛОТ!р=0,31 кг/см2 лри В/Ц=0,42.

Основні технологічні параметри формування бетонних трубчастих паль розраховані з використанням розробленої моделі ущільнення бетонної суміши наведені у таблиці 1.

Таблиця і

Основні технологічні параметри формования бетонних трубчастих паль

Технологічні параметри Варіант

1 виробничий 2 лабора- торний

* діаметр бетонної трубчастої 400 150

палі, м

- ширина лопатки, мм 70 17

- кількість ділянок лопатки 3 3

- кути нахилу лопатки, а і та а2 14° и 2° 12°и 15°

- довжина циліндру, мм 350 140*

- вологість бетонної суміші, % 5,30 6,8-7

- В/Ц 0,36 0,42

- ЇІСТр, кгс/см2 0,42 0,31

- Відносна пористість ущільненої 0,1 0,1

суміші, %

Довжина загладжуючого циліндру лабораторного сердечника прийнята збільшеною в порівнянні з розрахунковою у зв'язку з невеликою структурною тривкістю 1^=0,31-0,23 кгс/см2 суміші при використаної вологості.

Несуча здатність - Р висячої буронабивної палі, яка прорізає “и” шарів грунту відповідно з СНиП 2.01.03-85 визначається за формулою:

Р = ус(ус/ЛиА+и]Г Ус,/А) (4)

і=і

где: Я,,- розрахунковий опір грунту під нижнім концом паль в «-ому шарі грунту;

А - площа опирання палі; и - периметр поперечного розрізу палі; й, - товщина і-го шару грунту;

f - розрахунковий опір і-го слоя грунту на боковій поверхні Ус’УсАУс/ " коефіцієнт умов роботи;

За результатами и досліджень двох паль, виконаних у Тюменської області, довжиною 1,5 м діаметром 400 мм і товщиною стінки 070 мм була визначена несуча здатність при утисненні трубчастої палі Лг,= 11 Тс та трубчастої палі, нижній кінец якої заповнений бетонною пробкою #‘=15 Тс. Випробування відбувались при дослідному формованні в незв'язному піщаному грунті. При цьому було встановлено, що несуча здатність трубчастої буропресованої палі виготовленої методом осьового пошарового пресування, на 28-41 % вище ніж у буронабивної палі традіційного виготовлення.

Для оптимизації конструкції трубчастих паль у незв'язних грунтах був розроблений алгоритм складений з учетом й на підставі положень СНиП 2.02.03-85, СНиП 2.01.07-85, СНиП 2.03.01-84.

Для оптимизації конструкцій фундаменту слід використовувати палі з розмірами, що забезпечують мінімальний об'єм бетону.

^=І(*п.(Ц-С,*)С,* = Ми (5)

Але таке рішення вимагає використання декількох палеформуючих осердь. Тому для формування трубчастих паль у незв'язному грунті був запропонований декілька інший підхід. Як бачимо з таблиці (2) використання осердя з діаметром 400 мм та шириною лопатки 30-35 мм дозволяється

формовати палі для навантаження 10-40 Тс лише за рахунок застосування бетонів марки М 100 - М400 соответственно.

Таблиця 2

Мінімально припустима товщина стінки трубчатой палі діаметром 400 мм, мм

Наванта- Марка бетону

ження, Тс 150 200 300 : 400

50 - 120 55 ! 40

40 120 65 40 ! 30

30 80 50 зо і 22

20 50 30 20 І 15

10 25 15 10 і

За розрахунковими даними була розроблена конструкція палеформуючого осердя та виготовлено змінне обладнання до ямобура, який використовується при формуванні трубчастих паль на підприємствах.

Відпрацьованім технології формування трубчастих паль у незв'язних грунтах, розробленої та теоретично обгрунтованої в 3 розділі дисертації відбувалось на експериментальному палеформуючому обладнанні лабораторії будівельних матеріалів та виробів ХДТУБА.

Після твердіння у віці 28 діб зразки трубчастих паль були випробувані на стиснення, роздавлювання та на вигін. Випробування проводились на вигін за ДержСТ 1018-78, на роздавлювання за ДержСТ 20054-82. Відомо, що найбільш ефективним армуванням бетону, особисто трубчастих конструкцій є зовнішнє армування обоймою (Стороженко Л.І.).

Для проведення експериментальних досліджень були виготовлені з бетону марки МІ00 фрагменти трубчастих паль в металевій обіймі товщиною 0,4 мм. Зовнішний діаметр обойми складає 140 мм, товщина стінок трубчастих паль 19±1 мм.

Таким чином була експериментально підтверджена можливість значного підвищення межи міцності бетону при стисненні за рахунок зовнішнього армування трубчастих виробів, що дозволяє наблизити роботу оголовку палі або палі колон до умов, в яких перебуває паля в грунті - стисненого деформування та зменшити необхідну марку застосованого бетону, що збільшує економічну ефективність запропонованих конструкцій.

Результати випробувань наведені в таблиці 3.

Результати випробувань фрагментів трубчастих паль на осьове стиснення з зовнішнім армуванням (с=0,4 мм)

№ Зовнішній діаметр, см Товщина стінок, см Площа попереч- ного перетину, см" Навантаження , що разрухо* вує, 1 с Межа тривкості Я кг/см 2

1 13,9 1,9 71,6 18,6 260

2 13,9 2,0 74,7 21,3 285

3 13,9 1,9 71,6 21,8 305

У п'ятому розділі теоретично обгрунтовані підходи до вибору комплексних додач, які прискорюють твердіння на основі розчинених солей кальцію, надані результати експериментальних досліджень з використанням розроблених доданків та виконаний підбір оптимальних сумішей бетонів прискореного твердіння різних марок, для забезпечення можливості роботи трубчастих паль у широкому діапазоні навантажень, що передаються на фундамент,

З цією метою були розраховані відсоткові співвідношення усіх видів часток у системі Са(ОН)2 - вода в залежності від pH, виявлено які види іонів > найбільшому ступені способствуют утворенню л-щросилікатів кальцію. Виходячи з цього було обгрунтовано введення сумісно з Са(КОз)г доданку гидроксіду кальцію, обумовляючего підвищення pH у воді затворення, при якому преваліруюшим катіоном становиться Са(ОН)ь.

У якості прискорюючих твердіння доданків по-перше були використані Са(Ы0з)2-4Н20; РеСІз-бНгО; №Р; АЬ^О^ТвНгО. Суміш бетону приймалась аналогично тієї, що використовувалась раніше з витратою на 1 м3 цементу - 425 кг, гравідсіву- 1470 кг, піску - 447 кг і води - 130 л.

Випробування на міцність при роздавлюванні та при стиску проводились у віці 3 і 28 діб, результати наведені в таблиці 4. Також наведені величини збільшення міцності в відсотках для зразків з доданками у відношенні де контрольних у віці випробування та збільшення міцності у віці 28 діб у порівнянні з 3 - для контрольного.

Як бачимо введення доданків, не змінюючи характеру зміни міцності приводить до її збільшення. При цьому збільшення міцності на розтягненні прк вигині проходить більш високими темпами ніж міцності при стиску Найбільший ефект був досягнений при застосуванні Са(К0,)2-4Н,О, що ї. визначило вибір цього доданку при проведенні подальших досліджень.

Вплив доданків на швидкість твердіння бетону

Вид додав ків Кільк ість додан ку Міцність зразків, кг/см'

При стисненні При роздавлюванні

3 доби 28 діб Збільшення тривкості в порівнянні 3 контрольним складом.% 3 доби 28 діб Збільшення тривкості в порівнянні 3 контрольним складом.%

3 доби 28 діб 3 доби 28 діб

- 164 395 - - 33 46 - -

? 3,50 287 490 75 24 47 56 42 21

3 3.15 177 422 8 7 41 ; 52 24 13

4 ЗЛО 173 446 5 13 35 48 6 4

5 3,0 258 455 57 15 40 51 2і ; н

Результати експериментальної перевірки зроблених теоретичних висновків підтвердили їх обгрунтованість. У графіках рис.2 наведені зрівняння процесу набору тривкості бетону із звичайним та комплексним доданками, шо розроблені на основі термодинамічного аналізу процесу твердіння. Так комплексний доданок збільшує міцність бетону на 50 % у порівнянні зі звичайним й більш ніж в 2 рази в порівнянні з бетоном без доданку, що особливо чітко видно для бетону марки М 300. Зміненім процесу твердіння менш виявляється на бетоні М 100.

Яь, кг/см'

Рис. 2 Вплив комплексного доданку на процес твердіння

І І - доданок Са(Ш3>4Н20 Са(ОН)2.

3,5 %+0,5 %

а -доданок Са(Ж>з)2 -3,5% х - без доданків

Для проведення процесу оптимизації сумішей швидкотвердіючих бетонів була розроблена математична модель двох рівняного повнофакторного експерименту для двох незалежних параметрів Хі - марка бетону та х2 - % додачі, що додається в суміш бетону. Такий вибір обумовлений вимаганням одержання поліному, для визначення коефіцієнтів регресій, що забезпечує ефективність моделі реальному процесу при мінімально можливій кількості експериментальних результатів. Параметром оптимизації У- приймаються вік бетону за добу, при якому досягається 70 % проектного значення відпускної міцності бетону.

2

У ~ Ьо + Ьіхі +^\2хіхг (6)

де: Ьй,Ь^Ьп - коефіцієнти регресії.

А коефіцієнти регресії можна визначити за формулою:

Ьі=ТгІхйУ~ <7>

^ /*1

ь, = ~ ОіуУі + хьу2 + х^у3 + х4;}’4) (8)

і тоді легко знайти коефіцієнти.

Остаточне рівняння регресії має вигляд:

у = 7- 2 • 5л:, - 3-5.Г+ 1- х)хг (9)

І з його допомогою легко визначити значення параметра оптимизації для будь-яких сумішей швидкотвердіючих бетонів.

При варіанті зменшення витрат доданку з використанням побудованої моделі, припускаючи х2=0, що відповідає основному рівню зміни параметра й витрати СаСМОзЬ-ЩіО в кількості 1,75 % від витраті! цементу, одержимо такі значення незалежних перемінних для використаних раніше сумішей бетону.

Так для М 100 Хі=-1, хг=0; для М 200 Хі=Х2=0, а для МЗОО х<=Т, х2=0.

Підставляючи ці значення в рівняння (9), отримаємо такі значення параметра оптимизації - строка, при якому тривкість бетону досягає 70 % проектної.

у, = 7+ 2,5 = 9,5 діб у 2~1 діб

Уз = 7-2,5 = 4,5 діб

Остаточно суміші швидкотвердіючих цементів формовання трубчастих паль вибираються відповідно з таблицею (5) та комплексним доданком у вигляді 3,5 % Са(М0з)24Н2О и 0,5 % Са(ОН)2 від маси цементу для кожної марки бетону.

Витрати складаючих низькомарочних бетонів

Марка бетону М 100 М 200 М 300

' Витрата ПЦ (М400) для бетону с 70 % проектною міцністю у віці 6-10 діб, кг/м3; 210 265 355

' Запропонована витрата ПЦ(М 400), кг/м3; 180 240 310

' Економія цементу, кг/м3; 30 25 45

- Вік, в якому досягається 70 % міцності без доданків, діб; 14 10 7

- Вік, в якому досягається 70 % міцності при введенні доданку Са(Ш3>4Н20+Са(0НЬ діб; 5 3 2

- Крупный заповнювач, кг/м3; 1450 1440 1420 і

- Дрібний заповнювач, кг/м'"; 540 500 440 !

- Вода 122 118 115 і

У цьому розділі також наведені результати фізико-хімічних досліджень зразків з добавлянням суміші нітрату та гідроксиду кальцію.

Фізико-хімічні дослідження зразків були проведені з ціллю визначення та ідентифікації новоутворень в цементному камені з комплексним добавлянням нітрату та гідроксиду кальцію при їх оптимальному співвідношенні в порівнянні з бездобавочними сполученнями (дослідження проводились за участю к.т.н. Кондращенко Є.В.).

Ідентифікація проводилась методом диференціально-термічного та рентгено-фазового аналізу.

В результаті проведених досліджень у зразках з комплексною добавкою встановлено наявність мононітрогідроалюмінату кальцію, якому на термограмах належать ендотермічні ефекти при температурах 220, 560 і 800°С, а на днфрактограмах відповідають піки з міжплощинними відстанями: с!=(8,7; 4,32; 3,86; 3,04) 1О’І0м.

Рентгено-фазовим аналізом встановлена також наявність у бетоні з комплексом добавок підвищеної кількості низькоосновних гідросилікатів кальцію: с1=(2,36; 4,77; 8,45) Ю"І0м.

Таким чином, фізико-хімічні дослідження зразків підтвердили факт утворення на ранніх стадіях твердіння в бетоні з комплексним добавлянням комплексних сполучень, які швидко кристалізуються (типу моногідронітроалюмінатов кальцію, а в більш нізькі сроки - підвищеної кількості низькоосновних гідросилікатів кальцію С8Н(В), шо забезпечують як прискорений набір міцності бетону з добавками Са(МОз)? и Са(ОН)2, так і підвищенна його марки.

Результати досліджень методом ДТА та рентгенофазового аналізу підтведжені також результатами досліджень методом інфрачервоної спектрометрії.

Шостий розділ присвячен техніко-економічному обгрунтуванню запропонованих рішень у порівнянні з існуючими, а також дослідно-промисловому впровадженню результатів досліджень.

Впровадження розробленої технології було проведено при влаштуванні фундаменту під стіни складського приміщення на теріторії дочірнього підприємства УМ-606 ОАО, “ЮЖСПЕЦСТРОЙ” загальною довжиною ЗО м, що розташовані в ангарі заводського виготовлення.

Будівельний майдан складений суглинками й має шар незв'язного грунту -піщаної утрамбованої підсипки говщиної 0,5 м. На глубині 2 м грунтових вод не виявлено. Розрахункова кількість паль 12 шт., що дає навантаження на одну палю 4,5 Тс, або в два рази нище мінімального розрахункового навантаження на палю діаметром 400 мм, виготовлену з бетону М 150, у зв'язку з чим і була розроблена конструкція палеформовного осердя для діаметра палі 300 мм з площею полерічного перерізу в два рази менш розрахункової.

Таким чином площа перерізу 147 см' при використанні бетону М 150 забезпечує несучу здатність палі по матеріалу не менш 5 Тс на палю. Розрахункове значення ширини лопатки визначається з рішення квадратного рівняння і складає 2,7 см. Для буріння свердловин і формования трубчастих паль був використаний пристрій ЛБУ-50 А.

Для формования паль використовувался бетон марки М 150. Оскільки роботи відбувались у жаркий час року та температура повітря досягала 32°С, що характерно для умов Сірії, використован був доданок Са(КОз)і в кількості 1,75% та Са(ОН)г - 0,5 % від маси цементу.

Через 1 добу твердіння до віку 7 діб палі один раз за добу поливали водою. У віці 3; 7 та 10 діб були проведені дослідження бетону паль ультрозвуковим методом, а в віці 10 діб проведено випробування кубів 7x7x7 см, що були виготовлені з тієї ж суміші та зберігались у піску в аналогічних умовах. Порівняння швидкості проникнення ультразвуку при поверхневому прозвучуванні оголовків і кубів показали, що матеріали паті на 23 % міцніше матеріалу кубів, а досягнена при випробуванні тміцність кубів при стиску складала 108 кг/см", що відповідає 88 % проектного значення. У таблиці б наведені основні показники різних видів паль в порівнянні з пропонуємим.

Застосування трубчастих паль для будівництва фундаментів у регіоні Сірії дозволяє замініти стовпчаті фундаменти, що широко розповсюджені за нашого часу, пов'язані монолітним розтверком без будь-яких змін проектної та будівельної документації.

Таблиця 6

Значення техніко-економічних показників для буронабивних _____________________паль різного типу_____________________________

№№ Найменування показника Типи паль

Суцільного перерізу Трубчас- того перерізу Трубчастий пресований

1 Питома несуча здатність, Тс/м3; 32,4 90,8 142,6

2 Зовнішній діаметр, мм 300-800 500-800 200-400

3 Витрата цементу на 1 Тс несучої здатності, кг 10,8 3,85 1,47-2,46

4 Металоємність обладнання, кг; - до 280 20-47

5 Г арантійне ущільнення матеріалу паль нема нема І є і

ВИСНОВКИ

1. В результаті аналізу грунто-кліматичних особливостей улаштування елементів фундаментів малоповерхових будівель у регіоні Сірії показано, що найбільш перспективним є застосування методу осьового пошарового пресування, в сполучанні з використанням бетонів прискореного твердіння для формования трубчастих бетонних паль безпосередньо в грунті на місці будівництва малоповерхових будівель.

2. На підставі термодинамічного аналізу іонних рівноваг у системі гидроксид кальція - вода встановлено відсоткове співвідношення всіх видів часток у системі в залежності від pH середовища та вироблені рекомендації з вибору та складу комплексного доданку, що прискорює твердіння.

3. За результатами експериментальних досліджень набору міцності бетону різних марок обран, як найбільш ефективний, комплексний доданок у вигляді нітрату кальцію - до 3,5 % в сполучанні з гидроксидом кальцію - 0,5 % від маси цементу, що вводиться у склад бетонної суміші з водою затворіння. Застосування цього доданку дозволило досягнути набору відпускної міцності (70% від проектної) у віці 2-5 діб без тепловологої обробки.

4. Теоретично розрахована необхідна товщина стінок трубчастих паль, виготовлених із бетону марок М150-М400. Показано, що раціональним вибором міцностних характеристик бетону забезпечується несуча здатність паль по матеріалу в діапозоні від 10 до 50 та на палю при незмінній товщині стінок. Експериментально відроблена технологія влаштування трубчастих бетонних паль методом осьового пошарового пресування в незв”язшіх грунтах під захистом обсадної труби, яка виймається, або у випадку прорізання шару незв”язного грунту невеликої товщини запропоновано застосування розумного кондуктора, що виймається.

5. На підставі аналізу процесу ущільнення бетонної суміші, як квазидвохфазного середовища, обрано розміщення обсадної труби відносно палеформовного осердя та розраховані основні технологічні параметри процесу пресування.

6. В результаті проведених теоретичних та експериментальних

досліджень показана можливість збільшення несучої здатності трубчастих бетонних паль у грунті. Проведен разрахунок характеристик контактної зони паля-грунт, на боковій поверхні палі за результатами натурних випробувань у незв”язних грунтах. Показана ефективність зовнішнього армування оголовка трубчастих бетонних паль.

7. За результатами експериментальних досліджень динамики набору бетоном міцності спланований і виконаний повнофакторний математичний експеримент з підбору складів бетонів прискореного твердіння різних марок.

8. Ефективність запропонованих рішень підтвердило дослідно-

промислове впровадження технології та бетону прискореного твердіння при формованій трубчастих паль в масиві грунту на місці влаштування фундаменту з прорізанням шару незв”язного грунту - піщаної підсипки товщиною 0,5 м.

Основний зміст дисертаційної роботи викладений в таких ■ публікаціях.

1. Черниговский В.А., До Чонг X, ХАДДАД О, Бабушкин В.И.

Особенности уплотнения трубчатых свай в различных грунтах// Науковий

вісник будівництва, Харків, Вип.2., 1997 р. -с. 29-31.

2. Черниговский В.А., ХАДДАД О., До ЧОНГ X., Бабушкин В.И. Совершенствование технологии изготовления бетонных свай в несвязных и химически активных грунтах. Труды международной конференции “Развитие технологической химии в Украине”, Харьков, ХДАЗТ. 1997 р. -с. 320-324.

• 3. Бабушкин В.И., Черниговский В.А., ХАДДАД О., Кондращенко

Е.В. Теоретические предпосылки к обоснованию выбора кальцийсодержащих добавок для ускорения процессов твердения бетонов.// Науковий вісник ДДАБА, композіційні матеріали для будівництва, № 2, 1999 р. -с. 10-11.

4. ХАДДАД О., Черниговский В.А., Бондаренко А.И., Бабушкин В.И. Бетоны ускоренного твердения для буронабивных свай «Изготовляемых в грунтах Сирии.» Науковий вісник будівництва. Харків, ХГТУСА. Лг» 4. 1998 р. -

с. 121-123.

5. ■ ХАДДАД О, Бабушкин В.И., Черниговский В.А., До Чонг X. Свайные фундаменты для сельского строительства в обводненных и несвязных грунтах. Харьков. 1997 р. ХГТУСА.-с. 68-71.

АНОТАЦІЯ

Хадцад О. Бетони прискореішого твердіння для влаштування трубчастих паль методом осьового пошарового пресування безпосередньо в грунтах регіону Сірії. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністью 05.23.05 - будівельні матеріали та вироби - Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, Харків, 2000.

Дисертація присвячена актуальній темі підбору складів дрібнозернистих бетонів прискоренного твердіння та удосконаленню технології влаштування трубчастих бетонних паль безпосередньо в незв”язних грунтах, що забезпечує зменшення термінів зведення фундаментів і гарантоване ущільнення бетонної суміші в стінках палі. В роботі одержані такі основні результати: теоретично обгрунтовано прискорення процесу твердіння за рахунок введення до складу бетонної суміші комплексного доданку, що містить кальцій, методами математичного моделювання розраховані склади бетонів прискореного твердіння; експериментально досліджена кінетика твердіння та підтверджена ефективність запропонованих рішень, що забезпечують набор відпускної тривкості у віці 2-5 діб без тепловологістої обробки. Технологія пресування трубчастих бетонних паль у свердловинах, що зроблені в грунті, удосконалена шляхом використання обсадної труби, що виймається, та експериментально випробувана в лабораторних умовах. Натурні випробування підтвердили ефективність застосування комплексного доданку та розробленої технології.

Ключові слова: ДРІБНОЗЕРНИСТИЙ БЕТОН, ПРИСКОРЮВАЧІ

ТВЕРДІННЯ, ПОШАРОВЕ ПРЕСУВАННЯ, ТРУБЧАСТІ БЕТОННІ ПАЛІ.

SUMMARY

HADDAD О. ACCELERATED HARDENING CONCRETES FOR PIPE PILE INSTALLATION BY MEANS OF AXIAL LAYERED PRESSING DIRECTLY Щ SOILS OF SYRIAN TERRITORY. Manuscript

Thesis for the academic degree of a Candidate of Technical Sciences (Ph.D. in Technical Sciences) in speciality 05.23.05 - Construction materials and products. -Kharkiv State Technical University of Construction and Architecture. Kharkiv. 2000.

The thesis is devoted to a current issue - compilation of the compositions of finegrained accelerated hardening concretes and improvement of the technique of concrete pipe pile installation directly in loose soils which decreases the foundation erection time and guarantees concrete mix compaction in the pile walls. The following major results have been obtained in the thesis: the hardening process acceleration due to the introduction of a compound calcium-containing additive to a concrete mix have been theoretically grounded; compositions of the accelerated hardening concrets have been developed by means of mathematical modelling; the hardening kinetics have been

experimentally researched and the efficiency of the offered solutions which provide temper strength gaining at the age of 2-5 days without steam curing have been proved.

The technique of the concrete pipe pile pressing in the boreholes made in soil has been improved by using a retrievable casing tube and experimentally tested in laboratory conditions. The in-situ testing have proven the efficiency of use of the compound additive and the developed teclmique.

Key words: fine-grained concrete, hardening accelerators, layered pressing, concrete pipe piles ____ ____ .. ... ..

АННОТАЦИЯ

ХАДДАД 0. БЕТОНЫ УСКОРЕННОГО ТВЕРДЕНИЯ дМ УСТРОЙСТВА ТРУБЧАТЫХ СВАЙ МЕТОДОМ ОСЕВОГО ПОСЛОЙНОГО ПРЕССОВАНИЯ НЕЛ о СРЁДСГВЕШЮ В ГРУНТАХ ШГИОНА СИРИИ. Рукопись

Диссертация на соисканкв ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.05 - Строительные материалы и изделия.- Харьковский государственный технический университет, строительства и архитектуры, Харьков, 2uüG.

Диссертация посвящена актуальной теме - подбору составов мелкозернистых бетонов ускоренного твердения и совершенствованию технологии устройства трубчатых бетонных сваи непосредственно вн несвязных грунтах, обеспечивающей снижение сроков возведения фундаментов и гарантированное уплотнение бетонной смеси в стенках сваи. В работе получены следующие основные результата: теоретически обосновано ускорение процесса твердения за счет введения в состав бетонной смеси комплексной кальции - одержавши добавки; методами математического моделирования рассчитаны составы бетонов ускоренного твердения; экспериментально исследована кинетика твердения и подтверждена эффективность предложенных решений, обеспечивающих набор отпускной прочности в возрасте 2-5 суток; без тепдовлажносгной обработки. Технология прессова-'ния трубчатых бетонных свай в скважинах выполненных в грунте усовершенствована путем использования извлекаемой обсадной грубы и экспериментально отработана в лабораторных условиях. Натурные испытания подгверджены эффективность применения комплексной добавки и разработанной технологии.

Ключевые слова: мелкозернистый бетон, ускорители твердения, послойное прессование, трубчатые бетонные сваи. '