автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Фибробетон в тонкостенных изделиях кольцевой конфигурации

На правах рукописи

00348В257

ИВЛЕВ ВАСИЛИИ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ФИБРОБЕТОН В ТОНКОСТЕННЫХ ИЗДЕЛИЯХ КОЛЬЦЕВОЙ КОНФИГУРАЦИИ

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

7 "ЛЕЙщ

Уфа 2009

003488257

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования« Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Бабков Вадим Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Попов Валерий Петрович

кандидат технических наук, доцент Каримов Ильдар Шакирьянович

Ведущая организация: ГУЛ институт «БашНИИстрой» (г. Уфа)

Защита состоится «28» декабря 2009 г. в 14:30 часов на заседании диссертационного совета Д 212.289.02 при ГОУ ВПО« Уфимский государственный нефтяной технический университет» по адресу. 450062, г.Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО« Уфимский государственный нефтяной технический университет». Автореферат диссертации размещен на официальном сайте университета: www.rusoil.net

Просим принять участие в защите и направить Ваш отзыв на диссертационную работу по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г.Уфа, ул. Космонавтов, 1.

Автореферат разослан «26» ноября 2009 г.

Ученый секретарь совета, доктор технических наук, профессор

И.В. Недосеко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Существует номенклатура тонкостенных сборных железобетонных изделий цилиндрической конфигурации, имеющая большие технологические сложности при изготовлении в силу трудностей изготовления и установки в проектное положение кольцевого пространственного арматурного каркаса.

Эту номенклатуру изделий представляют кольца водопропускных труб под автодороги, трубы и кольца колодцев для городских сетей. Силовое состояние водопропускной трубы в составе насыпи дороги от действия массы грунта и подвижной автомобильной нагрузки определяется знакопеременной эпюрой изгибающих моментов с максимальным положительным моментом в коньковом и лотковом сечениях и максимальным отрицательным моментом в боковых сечениях, что обусловливает необходимость двойного стержневого армирования кольца.

Низкая эффективность армирования тонкостенных изделий двойным стержневым каркасом обусловлена тем обстоятельством, что в этом случае мала относительная рабочая высота сечения в силу необходимости обеспечения требований по толщине защитного слоя бетона для рабочей арматуры. При двойном стержневом армировании тонкостенных изделий трудно обеспечить проектную толщину защитного слоя бетона, при этом смещение кольцевой рабочей арматуры в сторону уменьшения защитного слоя снижает эксплуатационную надежность конструкции по долговечности; с увеличением толщины защитного слоя снижается несущая способность сечения.

В тонкостенных изделиях кольцевой конфигурации возможно армирование одинарным кольцевым арматурным каркасом с его размещением посередине толщины стенки, что обеспечит несущую способность сечений кольца на действие знакопеременного изгибающего момента, однако в этом случае рабочая высота сечения составит лишь половину полной высоты сечения. В этом варианте армирования в процессе изготовления также достаточно сложна установка одинарного арматурного каркаса в проектное положение.

В связи с названными проблемами представляет интерес исследование возможностей использования в производстве тонкостенных изделий кольцевой конфигурации сталефибробетона и фибробетона на основе высокомодульной неметаллической фибры с отказом от стержневого армирования, создающего проблемы технологического характера, а также обеспечения качества и долговечности изделий.

Цель работы.

Целью работы является исследование возможностей использования фибробетона на основе стальной и неметаллической высокомодульной фибры в производстве тонкостенных изделий кольцевого очертания (водопропускные трубы под автомобильные дороги, коллекторные раструбные трубы, кольца колодцев для городского хозяйства).

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Усовершенствование классификации стальной и неметаллической фибры по основным параметрам и по возможности ее использования в производстве фибробетона для тонкостенных изделий различного назначения.

2. Исследование свойств и уточнение механизма разрушения фибробетона при нагружении с учетом физико-механических, геометрических характеристик фибры и прочности бетона-матрицы.

3. Исследование напряженно-деформированного состояния водопропускных труб, воспринимающих в составе насыпи нагрузки от воздействия веса грунта и подвижной автомобильной нагрузки, с использованием современных программных комплексов Р1ах1з 8.2. и 8са<17.31.

4. Разработка конструктивных решений водопропускных труб различного назначения, производимых на основе сталефибробетона, с полным отказом от традиционного стержневого армирования.

5. Оценка возможности применения высокомодульной неметаллической фибры на основе базальтового волокна в тонкостенных изделиях кольцевого очертания.

6. Отработка технологических процессов и применяемого оборудования для получения фибробетонной смеси с целью обеспечения необходимой равномерности распределения фибры в объеме бетона и исключения её агрегации (комкования).

7. Разработка нормативно-технической документации на производство и применение сталефибробетонных труб различного назначения для дорожного и коммунального комплекса Республики Башкортостан.

Научная новизна.

1. Разработана усовершенствованная классификация фибры по её жесткостным, прочностным и геометрическим характеристикам, позволяющая оценить эффективность использования стальной и неметаллической фибры для решения задач производства изделий на основе фибробетона.

2. Установлена степень эффективности сочетания основных типов стальной и базальтовой фибры, различающихся по прочностным и геометрическим характеристикам, с бетоном-матрицей в диапазоне классов прочности В20-В60.

3. Исследована и обоснована рациональная область применения фибробетона, на основе стальной и неметаллической высокомодульной фибры как самостоятельного конструкционного материала. Этой областью являются тонкостенные изделия кольцевой конфигурации (трубы различного назначения), обеспечивающие возможности полного исключения стержневого армирования.

Основные положения, выносимые на защиту:

• Результаты исследований работы сталефибробетона при нагружении с учетом геометрических и упруго-деформативных характеристик стальной фибры и бетона-матрицы.

• Результаты теоретических и экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния водопропускных труб с использованием программного комплекса «Р1ах1з 8.2», позволяющего моделировать физико-механические характеристики грунтов основания и насыпи и реализовать совместную работу трубы с грунтом под действием подвижных автомобильных нагрузок и собственного веса грунта.

• Обоснование и результаты экспериментального подтверждения возможности получения сталефибробетонных смесей высокого качества с использованием всей номенклатуры выпускаемой фибры, в том числе фибры повышенной длины, на основе использования двухвальных смесителей принудительного действия.

• Результаты производственной апробации и внедрения предлагаемых технических решений в производстве широкой номенклатуры фибробетонных изделий кольцевого очертания для транспортного строительства и коммунального хозяйства.

Практическое значение.

Перевод производства автодорожных водопропускных труб и труб для коммунального хозяйства с традиционного стержневого армирования на дисперсное армирование стальной фиброй позволяет в значительной степени уменьшить негативные факторы, связанные с низкой технологичностью, трудоемкостью и высоким удельным расходом стали в традиционных решениях труб.

С участием автора для продукции ГУП «Башкиравтодор» разработаны Рекомендации по изготовлению и применению звеньев водопропускных труб, армированных стальной фиброй, разработаны Технические условия ТУ 5859-00203433484-2005 «Блоки водопропускных труб сталефибробетонные круглые сборные»; для сталефибробетонной продукции ОАО «ГлавБашСтрой» разработаны Технические условия ТУ 5862-001-73763349-2009 «Трубы безнапорные раструбные сталефибробетонные круглые сборные», ТУ 5855-002-73763349-2009 «Кольца колодцев сталефибробетонные круглые сборные».

Разработаны Рекомендации по оптимизации армирования звеньев водопропускных труб для ЗАО ЗЖБИ «Эколог» Башспецнефтестроя.

Реализация работы. На ЗЖБИ ГУП «Башкиравтодор» и ЗЖБИ ОАО «ГлавБашСтрой» по разработанным конструктивным решениям освоено производство звеньев водопропускных труб на основе сталефибробетона.

В период с 2005 по 2009 гг на ЗЖБИ ГУП «Башкиравтодор» произведено и применено ДРСУ этого объединения около 6000 м3 сталефибробетонных водопропускных труб отверстиями 1,0 и 1,5 м с плоским опиранием при строительстве и реконструкции автомобильных дорог в Республике Башкортостан.

С 2008 года ЗЖБИ ОАО «ГлавБашСтрой» по разработанной с участием автора технической документации с применением технологии объемного вибропрессования выпускает сталефибробетонные коллекторные безнапорные раструбные трубы отверстиями 0,5,1,0 и 1,4 м и колодцевые кольца для городского хозяйства.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и представлялись на научно-технических конференциях УГНТУ (г.Уфа, 2005-2009 гг.); на научно-техническом семинаре при XV Международной выставке «Уралстройиндустрия-2005» (г.Уфа, 2005 г.); на Международных научно-технических конференциях приХ, XI, XII, XIII Международных специализированных выставках «Строительство. Коммунальное хозяйство - 2006, 2007, 2008, 2009», (г.Уфа, 2006, 2007,2008,2009 г.).

По результатам исследований опубликовано 18 статей и тезисов докладов. Технические разработки по внедрению сталефибробетонных конструкций в дорожном строительстве Республики Башкортостан отмечены дипломами X и XIII Международных выставок «Строительство. Коммунальное хозяйство - 2006, 2009», (г.Уфа, 2006,2009 г.).

С участием автора разработаны трое Технических условий на стелефибробетонную продукцию для дорожного строительства и коммунального хозяйства.

Структурам объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка использованных источников, приложений. Работа изложена на 120 страницах машинописного текста, включает 7 приложений, содержит 48 иллюстраций и 15 таблиц. Список использованных источников включает 118 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность к.т.н. Ш.Х.Аминову и к.т.н И.Б.Струговцу за помощь в проведении экспериментов и внедрении результатов исследований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассмотрено состояние вопроса и достижения в области исследования и применения фибробетона на основе стальной и неметаллической фибры в различных областях строительства, а также предложена гипотеза о технической целесообразности и возможности использования фибробетона как конструкционного материала в изделиях кольцевой конфигурации типа водопропускных труб и колодцевых колец.

Сталефибробетон предложен в России профессором В.П. Некрасовым в 1907 г. Большой вклад в развитие науки и практики в этой области внесли Ю.М. Баженов, Г.И. Бердичевский, A.C. Бочарников, И.В.Волков, Ф.А. Гофштейн, K.M. Королев, Б.А. Крылов, Л.Г. Курбатов, Е.Г. Кутухтин, И.А. Лобанов, Л.А.Малинина, К.В. Михайлов, A.C.Носков, И.Г. Овчинников, Ю.В. Пухаренко, Ф.Н. Рабинович, В.П. Романов, B.C. Стерин, К.В. Талантова, Г.К. Хайдуков, В.Г.Хозин, Ю.Н. Хромец, Г.А. Шикунов, Ф.Ц. Янкелевич и др.

Расширение возможностей применения сталефибробетона как конструкционного материала стало возможным, в том числе, в связи с тем, что в последние годы в Российской Федерации появился ряд крупных производств стальной фибры. На Южном Урале - это предприятия в Магнитогорске (НПО «Магфибрастрой», ООО "ММК-МЕТИЗ"), Челябинске (НПО «Волвек»), Кургане («Курганстальмост»), Уфе (Hill] «Инвертор»). Появился ряд производств неметаллической фибры (базальтовой фибры в НПО «Вулкан», Пермь).

В 2007 г введен в действие нормативный документ СП 52-104-2006 «Сталефибробетонные конструкции», обеспечивший возможности расчета и проектирования сталефибробетонных изделий и конструкций. Документ содержит информацию по расчетным сопротивлениям основных марок стальной фибры, появившейся и используемой в Российской Федерации.

Достоинства сталефибробетона определяются его примерно десятикратной повышенной ударной выносливостью по отношению к бетону, что обеспечивает эффективность его применения, прежде всего, в производстве забивных железобетонных свай. Сталефибробетон обладает также высокой прочностью на растяжение (до 3-6 раз), повышенной прочностью на сжатие (на 25-35%) по сравнению с исходным бетоном-матрицей, повышенной морозостойкостью, водонепроницаемостью, пониженной истираемостью и поэтому он нашел применение в аэродромных покрытиях, промышленных полах под тяжелые нагрузки, стяжках под полы. Неметаллическая низкомодульная фибра (полипропиленовая, полиамидная и др.) нашла применение в составах ремонтных смесей и фасадных штукатурок для повышения их адгезии к основе и снижения усадочности.

Наиболее рациональными железобетонными изделиями с возможностью исключения стержневого армирования и перевода их на сталефиброармирование являются тонкостенные изделия кольцевой конфигурации, сечения стенок которых работают на сочетание изгибающего момента и продольной сжимающей силы (случай внецентренного сжатия) с разгрузкой растянутой зоны сечений напряжениями обжатия. К ним относятся конструкции малопролетных арочных мостов,

исследованных Р.Ш. Дистановым, водопропускные трубы дорожного и коммунального назначения, исследования которых представлены в настоящей работе.

Во второй главе предложена классификация производимой и применяемой фибры по её физико-механическими геометрическим характеристикам с учетом достигаемого эффекта по повышению комплекса строительно-технических характеристик фибробетона, технологичности приготовления и укладки фибробетонной смеси, и рассмотрена специфика совместной работы фибры и бетона-матрицы.

Важнейшей характеристикой фибры является её жесткость, характеризуемая модулем упругости Ег. По величине модуля упругости всю производимую фибру целесообразно классифицировать по двум группам. К первой группе относится высокомодульная фибра с Е(=(70...250)-10 МПа, включающая стальную и неметаллические виды фибры на основе базальтовых, асбестовых и стеклянных волокон, а также такие специфические модификации, нашедшие в последние годы применение в производстве фиброармированных пластиков (ФАП), тканных рулонных материалов, композитных лент, как углеродное, арамидное, карбоновое волокна с Е£=(200...700)-103 МПа, применяемые для усиления и ремонта строительных конструкций, в первую очередь железобетонных. Последняя группа волокон, обладающая сочетанием высокой жесткости и прочности на растяжение (Я^ до 3,5-4-103 МПа), значительно более рациональна при использовании в виде изделий с одно или двухнаправленным размещением волокон, а не в качестве хаотично распределенной в объеме фибры.

Высокомодульная фибра является одновременно высокопрочной, и она способна обеспечить значительное упрочнение фибробетона по отношению к исходному бетону-матрице при значительном повышении трещиностойкости (по образованию и ширине раскрытия трещин) как за счет высокого соотношения модулей упругости фибры и бетона Ег/Еь=;7.. .30, так и за счет высокого соотношения их прочностей (Иги/И^ и— 10... 100 для прочности бетона на сжатие, 11г,ц/Кы,и~100-1000 для прочности на растяжение). Фибробетон на основе высокомодульной фибры обеспечивает также повышенную ударную стойкость, морозостойкость, водонепроницаемость, истираемость.

Вторая по жесткости группа - низкомодульная фибра производится на полимерной основе. Она имеет модуль упругости (2...10)-103 МПа, что ниже по жесткости фибры первой группы примерно на два десятичных порядка. Эта фибра оказывает минимальное позитивное влияние на статическую прочность, но обеспечивает в значительной мере снижение усадочного растрескивания, снижает усадку, повышает ударную вязкость и морозостойкость бетона, в частности неавтоклавного пенобетона, обеспечивает водоудерживающую способность бетонной смеси (Л.В.Моргун).

Классификация фибры по жесткостным и прочностным характеристикам представлена в таблице 1.

Эффективность фиброармирования для изделий и конструкций, работающих на действие статических нагрузок, зависит от прочности бетона-матрицы, характеристики объемной концентрации фибры Главные параметры фибры, оказывающие влияние на физико-механические характеристики фибробетона -абсолютная длина 1г, диаметр ёь относительная длина фибры прочность фибры на растяжение анкерующие способности фибры.

Фибра (волокно) Плотность Уг, г/см3 Прочность па растяжение Кг,«, МПахЮ3 Модуль упругости Ег, МПахЮ3 Удлинение при разрыве, %

Металлическая

Стальная | 7,8 | 0,5-1,50 | 190-210 | 2-6

Неметаллическая высокомодульная

Лсбсстоиая 2,6 0,9-3,1 68-70 0,6-1

Стеклянная 2,6 1,8-3,9 70-80 1,5-3,5

Базальтовая 2,6 1,6-3,2 100- 130 1,4-3,6

Арамидная 1,4 2,9 - 3,5 75-110 1,4

Углеродная 2 2,5-4 200-700 1,0-1,6

Карбоновая 1,63 1,2-4,0 280 - 380 2,0-2,2

Полимерная низкомодульная

Полиамидная 0,90 0,72 - 0,9 1,9-5 5-20

Полипропиленовая 0,9 0,4 - 0,77 3,5-8 10-25

Нейлоновая 1,1 0,77 - 0,84 4,2 - 4,5 16-20

Вискозная 1,20 0,66 - 0,7 5,6 - 5,8 14-16

Для конструктивных элементов, работающих на действие статических нагрузок, важнейшей характеристикой является прочность сталефибробетона на растяжение Я^ы и соответствующее ей расчетное сопротивление на растяжение Иц*. Эти характеристики соответствуют стадии работы композита с выключенной из работы матрицей в силу низкой растяжимости бетона в сочетании с двумя возможными механизмами работы фибры в предельной стадии - разрывом (механизм 1) или выдергиванием из бетонной матрицы (механизм 2). Выгодным с точки зрения достигаемого эффекта и влияния на прочность сталефибробетона при растяжении является разрыв фибры. В этом случае прочностные возможности фибры реализуются максимально. Разрушение но механизму вырыва обусловливает использование прочностных возможностей фибры на уровне, ниже прочности фибры на разрыв, а при слабом сцеплении или малой глубине (длине) анкеровки фибры - на очень низком уровне.

В общем случае соотношение разрываемых и выдергиваемых фибр на стадии разрушения будет связано с расчетной длиной анкеровки, определяемой из условия баланса несущих способностей фибры на разрыв и выдергивание

(1)

здесь Яи.ьопс) - прочностная характеристика сцепления фибры с бетоном-матрицей, т^ — коэффициент, учитывающий эффективность анкеровки фибры; его максимальное значение соответствует гладкой фибре, меньшее значение - фибре с повышенной анкеровкой за счет завитости, шероховатости поверхности, анкеров на концах.

Можно видеть, что при разрушение будет рсализовываться разрывом

некоторого количества фибр и выдергиванием остальных; при 1г,м£1|/2 -выдергиванием условно всех фибр.

Таким образом, повышению прочности сталефибробетона на растяжение будут содействовать факторы, способствующие уменьшению расчетной длины анкеровки и повышению соотношения разрываемых и выдергиваемых фибр: увеличение длины фибры увеличение относительной длины Ус^, повышение прочности бетона-

матрицы на сжатие через повышение его модуля упругости и эффекта анкеровки фибры, повышение характеристик сцепления фибры с бетоном-матрицей И^ьота-

При этом влияние прочности фибры на прочность сталефибробетона при растяжении будет неоднозначным. С одной стороны, повышение Б^ц, согласно (1), соответствует повышению 1г>ап и при прочих равных условиях будет ухудшать (снижать) соотношение разрываемых и выдергиваемых фибр. Однако это обстоятельство может быть компенсировано на стадии разрушения высокой прочностью оставшихся фибр, работающих по механизму разрыва. Прочностные возможности высокопрочной фибры могут быть реализованы в сталефибробетоне также через повышение геометрических параметров фибры 16 повышение прочности бетона и характеристики К^ыша-

Вместе с этим очевидно, что при идентичности геометрических характеристик фибры и характеристик сцепления в силу различия механизмов разрушения прочность сталефибробетона на растяжение при использовании высокопрочной фибры может быть ниже прочности композита на фибре обыкновенной прочности.

Производимая предприятиями РФ стальная фибра по уровню расчетного сопротивления на растяжение Яг соответствует двум диапазонам прочности: 1- фибра обыкновенной прочности при Я(=440-580 МПа (группы фибры 1 и 2 по СП); 2-высокопрочная фибра при К.(=950-1050 МПа (группа 3 по СП). Длина производимой фибры варьируется в пределах от 30 до 100 мм при варьировании диаметра с^в пределах 0,3... 1 мм. При этом фибру длиной 1 <=30-50 мм можно квалифицировать как относительно короткую, обеспечивающую высокую технологичность приготовления фибробетонной смеси, около 100 мм - как предельно допустимую по длине по критерию технологичности приготовления фибробетонной смеси, обеспечивающую высокий эффект упрочнения сталефибробетона.

На основе приведенного анализа влияния основных параметров фибры на прочность сталефибробетона может быть предложена классификация стальной фибры по ее прочности на растяжение и типоразмерам с учетом коэффициента учитывающего эффективность анкеровки фибры в бетоне-матрице (таблица 2).

Таблица 2 - Классификация стальной фибры по прочности на растяжение и типоразмерам

Тип стальной фибры Расчетное сопротивление растяжению Яг, МПа Длина фибры, 1г, мм Относительная длина 1М Коэффициент 1]г, учитывающий анкеровку фибры в бетоне-матрице

1*(1'**) 440-580 35-50 =50 0,6-0,7* (0,8-0,9**)

2* (2' **) 70-100 =100 0,6-0,7* (0,8-0,9**)

3* (3' **) 950-1050 35-50 =50 0,6-0,7* (0,8-0,9**)

4* (4> **•) 70-100 =100 0,6-0,7* (0,8-0,9**)

Примечание: * - тип фибры и соответствующее ему эффективное значение коэффициента г|Г за счет завитости, шероховатости поверхности, анкеров на концах; ** - тип фибры и соответствующее ему пониженное по эффективности значение коэффициента г|Г (гладкая фибра).

Описанный характер связи прочности фибробетона на растяжение с характеристиками стальной, а также высокомодульной неметаллической базальтовой фибры подтверждается данными по расчетным сопротивлениям фибробетона на растяжение, полученными согласно СП 52-104-2006 применительно к тонкостенным элементам, соответствующим толщинам стенок серийных водопропускных труб Ь=6 см и 24 см (рисунок 1).

а)

а * g с I- а

9 8 7 6 5 4 3 2 1 О

20 25 30 35 40 45 50 55 60 Класс бстона-матрмцы но прочности на сжатис В

Класс бетона-матрицы по прочности на сжатие, В

--разрушение фибробетона при растяжении по механизму обрыва основного

количества фибр и выдергивания из бетона-матрицы остальных фибр; -----разрушение по механизму выдергивания из бетона-матрицы условно всех фибр.

Рисунок 1 - Зависимости расчетного сопротивления фибробетона на растяжение Rm от класса бетона-матрицы по прочности на сжатие В для толщины стенки конструктивного элемента 6 см (а) и 24 см (б) при армировании стальной фиброй четырех типов: типа 1(1') -R, =440 МПа, Ш, я 50; типа 2(2') - R, в 440 МПа, IM =100; типа З(З') - R, = 1050 МПа, l/d, = 50;

типа 4 (4') - R,а 1050 МПа, l|/d( = 100, и базальтовой фиброй FB с характеристками Ri = 1500 МПа, di=0,07 мм, lr=24 мм, Udi =<140 при объемной концентрации фибры f/r»= 0,015; для фибры типов 1,2,3,4 и 1', 2', 3',4' значения коэффициентов, учитывающих анкеровку фибры П(. приняты соответственно 0,6 и 0,9.

Первая толщина 6 см применительно к стальной фибре, согласно таблице 2, соответствует приблизительно плоско-произвольной ориентации фибры в пространстве при значении коэффициента ориентации к„г = 0,58-0,62, вторая - 24 см - для той же фибры - приблизительно объемно-произвольной ориентации при КоГ=0,51-0,53. Данные расчета приведены для диапазона изменения классов прочности бетона-матрицы на сжатие В20-В60 с применением стальной фибры типов 1(1') - 4(4') диаметром 0,8 мм и базальтовой фибры.

Анализ данных рисунка 1 показывает, что высокопрочная (Rf=1050 МПа) относительно короткая стальная фибра (l¡/df=50), в сочетании с неэффективным коэффициентом анкеровки r|t=0,9, практически во всем диапазоне классов прочности бетона-матрицы обусловливает разрушение сталефибробетона по механизму выдергивания из бетона-матрицы условно всех фибр (кривая 3') и в рабочем диапазоне прочности бетона В30-В40 ниже по эффективности (значению расчетного сопротивления сталефибробетона на растяжение Rn,() на 35-40% фибры обыкновенной прочности (Rf=440Mna) при их одинаковых геометрических параметрах (кривые 1, Г). Для данного случая высокие прочностные характеристики фибры реализованы быть не смогут, и этот пример подтверждает выводы, полученные в настоящей главе выше при анализе совместной работы фибры с бетоном-матрицей.

По критерию повышения расчетного сопротивления фибробетона на растяжение базальтовая фибра (FB) по сравнению со стальной обеспечивает наилучшие показатели за счет высокой прочности, высокой анкерующей способности в силу высокой дисперсности (малого диаметра) и высокого значения параметра 1/df.

Механизм упрочнения фибробетона на сжатие (рисунок 2) объясняется, главным образом, включением в работу фибры, работающей в поперечном направлении и создающей боковое обжатие бетона. Упрочнение бетона на сжатие армировании за счет бокового обжатия фиброй определяется

при дисперсном зависимостью:

/?„„ = ЛЛ+*<т, (2) гдеЛ^- прочность бетона при сжатии в условиях бокового обжатия интенсивностью а, к- коэффициент эффективности обжатия, равный около 4^5 (согласно данным Л.К.Лукши); Я/,- прочность бетона при одноосном сжатии.

Расчет бокового обжатия, формирующегося в условиях совместных деформаций растяжения бетона и фибры в поперечном направлении, показал, что упрочнение сталефибробетона на сжатие по (2) согласуется с данными, полученными расчетом по СП 52-104-2006 (рисунок 2).

В формирование несущей способности сталсфибробетонного

С 55-, I 50-

I 45-=.е40

= д35 a S. аз у 30

II 25-1

1 §20-1

у

1 15 С

5 ЮН

СО

5

Бетон-матрица

20 25 30

—i—

35

-1—

40

45 50

—i—

55

—i

60

Класс бегош-мафнцы по прочности па сжато Li Рисунок 2 - Зависимости расчетного сопротивления фибробетона на сжатие от класса бетона В при объемной концентрации фибры 0,015.

элемента вносят вклад расчетные сопротивления на растяжение Я^ и сжатие Я^. При фиброармировании значительный эффект упрочнения исходного бетона-матрицы - до 2,5-5 раз - достигается по прочности на растяжение, и сравнительно умеренный - до 15-40% - по прочности на сжатие. В связи с этим представляет интерес количественная оценка вклада каждой из расчетных характеристик в повышение несущей способности, которую покажем на примере изгибаемого тонкостенного элементассчснием 100x16 см.

Расчеты несущей способности по изгибающему моменту М^ выполнены для четырех типов стальной фибры мри изменении коэффициента объемного армирования от 0,006 до 0,02 для следующих комбинаций расчетных сопротивлений: Ль и Яы (неармированный бетон); Яь И Я^т» К-Аэ и Яп,,.

Результаты расчетов представленные на рисунке 3, показывают, что решающий вклад (до 95%) в повышение несущей способности изгибаемого фиброармированного элемента Миц вносит расчетное сопротивление на растяжение Я(ы. При этом несущая способность ссчсния по изгибающему моменту для фибры типа 4 при ^=0,02 и бетонов классов прочности В30-В60 возрастает по отношению к неармироватшому бетонному элементу приблизительно в 4 раза.

Описанная выше специфика механизма разрушения и формирования прочностных характеристик сталефибробетона с учетом соотношения прочностных и геометрических характеристик нескольких видов фибры была подтверждена данными испытаний образцов призм размерами 100x100x400 мм, армированных стальной фиброй типа 1 от НПО «Магфибрастрой» (1^= 440 МПа; 1^= 0,8 мм; 1Г= 40 мм) с ее объемным содержанием = 0,01; 0,015; 0,02. Для определения прочности на сжатие изготавливались и испытывались кубы размерами 100x100x100 мм. Показатели

прочности исходного бетона определялись по контрольным образцам из неармированного бетона.

а) б)

Коэффициент объемного армирования Коэффициент обьеыпого армирования (1:'-.'

несущая способность сечения из неармированного бетона; — - несуща я способность

сталефибробетонного сечения с учетом Рьи К«;--то же с учетом ^и Ни.

Рисунок 3 - Зависимости несущей способности сечения стенки кольца 100x16 см по изгибающему моменту М„и от коэффициента объемного армирования р*, для классов бетона

по прочности на сжатие ВЗО (а), В60 (б) и четырех типов стальной фибры 1-4.

В качестве исходных материалов при изготовлении опытных образцов бетона использовался портландцемент марки ПЦ400Д20 производства ОАО «Сода» (г. Стерлигамак, Республика Башкортостан), удовлетворяющий требованиям ГОСТ 10178-85*; срсднсзернистыс заполнители фракции 5-10 мм в виде гранитного щебеня, песок речного карьера «Чесиоковка» (г.Уфа, Республика Башкортостан), удовлетворяющие ГОСТ 8267-93*, 8736-93*, суперпластификатор СП-3 фирмы «Полипласт». Образцы исходного бетона-матрицы после 28 суток хранения в нормально-влажностных условиях соответствовали классу прочности на сжатие ~В30.

При объемном армировании 1,0...2% (цг„=0,01...0,02) для данного конкретного бетона класса прочности около ВЗО прочность сталефибробетона на сжатие по отношению к бетонной матрице возрастает в 1,2-1,35 раза, прочность на растяжение при изгибе повышается в 2-3 раза (таблица 3).

Полученные результаты согласуются с расчетными сопротивлениями сталефибробетона на растяжение представленными на рисунке 1. Эти результаты, а также результаты еще нескольких серий испытаний, включающих вариант армирования базальтовой фиброй, подтверждают надежность методики определения расчетных сопротивлений К^,, и Яц,, представленной в СП 52-104-2006.

Наиболее рациональной областью применения сталефибробетона как самостоятельного конструкционного материала являются тонкостенные изделия в связи с тем, что при уменьшении толщины сечения улучшается ориентация фибр относительно направления действия главных растягивающих напряжений, оказывающая позитивное влияние па прочность сталефибробетона при растяжении.

Таблица 3 - Результаты испытаний сталефибробетонных образцов на растяжение при изгибе и сжатие на основе фибры НПО «Магфибрастрой» (фибра типа 1: 1*1=440 МПа; с] ,=0,8 мм; 1^=40 мм)

Коэффициент объемного армирования Цг„ Испытания серии из 5 призм на растяжение при изгибе по каждому составу (призмы 100x100x400 мм) Испытания серии из 5 кубов на сжатие по каждому составу (кубы 100x100x100 мм)

Средняя прочность на растяжение при изгибе Кли.ш МПа 2 2 !.в|ч Средняя прочность на сжатие Й|ь,„, МПа Оценочное значение расчетного сопротивления на сжатие Б{<ъ, МТГа

100x100x400 мм Приведенная к стандартным образцам ? 5 : 9й я » Ь % и О в ^ С 5 2 5-2« я § в 3 «3 О 3 100x100x100 мм Приведенная к стандартным образцам

0,01 7,5 6.9 2,4 49,5 47,0 21,2

0,015 8,5 7,8 2.7 50,4 47,8 21,5

0,02 10,0 9,2 3.2 55,6 52,8 23,8

Ьетои-матрииа 3,8 3,5 1,2 41,2 39,1 17,6

Анализ данных таблицы 4 показывает, что при уменьшении толщины стенки сталефибробетошюго элемента расчетное сопротивление сталефибробетоаа на растяжение И'^ы по отношению к расчетному сопротивлению для объемно-произвольной ориентации фибры К<3)|ы (11—>ос) повышается до 1,37 раза.

Представленные в таблице 4 данные относятся к фибре типов 1-4 при ^=0,015. При сочетании тонкостенности изделия и его кольцевой конфигурации эффективность возрастаег также в связи с тем, что сечения стенки в этом случае работают в условиях виеценгрепиого сжатия, что наиболее рационально для стапефибробетона.

Таблица 4 - Влияние толщины сечения элемента на повышение расчетного сопротивления стапефибробетона при растяжении для фибры типов 1-4 при ц„=0,015

Тин фибры Относительная длина № Значение коэффициентов повышения расчетного К« сопротивления сталефибробетона на растяжение —^ К1Ы для тонкостенных изделий в зависимости от толщины сечения элемента Ь, мм, параметров и 1</<1г при постоянном диаметре фибры (11=0,8 мм

11=60 | 11=100 | 11=120 | 11=140 | 11=160 | 11=240

Класс бетона-матрицы по прочности на сжатие ВЗО

1 =50 1,20 1,13 1,11 1,10 1,09 1,07

2 =100 1,32 1,22 1,18 1,15 1,14 1,10

3 =50 1,05 1,04 1,04 1,03 1,03 1,03

4 =100 1,37 1,25 1.19 1,17 1,14 1,09

Класс бетона-матрицы по прочности на сжатие Н60

1 =50 1,14 1,08 1,06 1,055 1,05 1,04

2 =100 1,22 1,15 1,12 1,11 1,09 1,06

3 =50 1,17 1,09 1,07 1,06 1,04 1,04

4 =100 1,29 1,21 1.16 1,14 1,12 1,08

В третьей главе исследованы возможности применения сталефибробетона в тонкостенных изделиях кольцевой конфигурации, к которым относятся водопропускные трубы для автодорожного строительства и коммунального хозяйства.

Согласно СНиП 2.05.03-84* «Мосты и трубы», водопропускные трубы рассчитываются на действие изгибающего момента в коньковом сечении трубы без учета сжимающей продольной силы, в реальности существенно разгружающей сечение напряжениями обжатия и повышающей возможности трубы по несущей способности.

Для исследования напряженно-деформированного состояния водопропускных труб, работающих в составе насыпи в условиях плоской деформации, был использован программный комплекс «Plaxis 8.2», позволяющий моделировать физико-механические характеристики грунтов основания и засыпки, а также реализовать совместную работу изделий с грунтом под действием нагрузок от автотранспорта и собственного веса грунта; как вспомогательный использовался программный комплекс «Scad 7.31».

Расчеты выполнены для эксплуатационной стадии работы трубы при реализации деформаций ползучести сталефибробетона. Значения модуля упругопластичности сталефибробетона рассчитывались согласно СП 52-104-2006 с учетом класса прочности бетона на сжатие, условий эксплуатации по относительной влажности воздуха окружающей среды и объемного содержания стальной фибры p.fv.

Рассмотрено опирание трубы на грунтовое основание из мягкопластичного суглинка (у = 18 кН/м3; ф = 19°; с = 25 кПа; Е = 17 МПа), при изменении высоты засыпки в виде песчаного грунта над трубой Н от одного метра до максимальной высоты для данной марки трубы по типовой серии.

С использованием программного комплекса «Plaxis 8.2» было установлено, что перемещения положения расчетной временной автомобильной нагрузки НК-100 (ГОСТ Р52748-2007), имеющей базу в продольном направлении а=3800 мм, в пределах е=±а/2 от симметричного положения (вертикальной оси трубы) приводят к

Рисунок 4 - Пример расчета водопропускной трубы отверстием 2 м, толщиной стенки 24 см под высоту засыпки 3 м для варианта симметричного (а, б, в, г) и асимметричного (д, е, ж, з) расположения нагрузки НК-100 в ПК «Р1ах1в 8.2»: а,д) геометрическая модель с изополями общих перемещений грунта; б,е) эпюры изгибающих моментов; в,ж) эпюры продольных сжимающих сил; г,д) эпюры поперечных сил. Эпюры усилий приведены для элемента

единичной длины.

определенной ассимстрии эпюры изгибающих моментов относительно вертикальной оси при сохранении знакопеременного характера эпюры М и понижения уровня значений всех усилий в критических сечениях. В связи с этим за расчетное положение нагрузки в виде трейлера НК-100 было принято ее симметричное положение, являющееся расчетным и по действующему СПиП 2.05.03-84* (рисунок 4).

Целью силового анализа, выполненного для всего ряда серийных труб (таблица 5) в диапазоне их отверстий 0=0,5-2,0 м при толщинах стенки от 11=6 до 24 см, было установление степени разгружающего влияния продольных сжимающих сил в сечениях стенок колец и выявление возможностей решения труб в сталефибробетоне с исключением нетехнологичиого стержневого армирования. В сравнительных целях расчеты выполнялись для четырех вариантов армирования: двойного стержневого и арматуре класса А400 (82), одинарного стержневого (Б1, А400) и двух вариантов фиброармирования (Р1 и Р4-для фибры типов 1 и 4 соответственно).

Таблица 5 - Номенклатура водопропускных труб по серии 3.501.1-144 и ГОСТ 6482-88 с применением традиционного стержневого и сталефиброармирования и их материалоемкость по расходу стали (бетон класса ВЗО)

Марка трубы по серии Отверстие трубы 0,„ и Толщина стенки трубы Ь,см Максимальная высота засылки нал трубой II, м Типовое армирование стержневыми каркасами, рассчитанное на действие чистого изгибающего момента в копьковом сечении трубы (согласно СНиП 2.05.03-84*) Дисперсное армирование с учетом действия продольной сжимающей силы

Процент рабочей арматуры Процент конструктивной арматуры Суммарный процент армирования Процент армирования стальной фиброй типа 1

Воцонроиускиые трубы ю серии 3.501.1-144 (ЗЖБИ ГУН «Башкиравтодор»)

ЗЮП.200 1,0 10 3,2 0,58 0,12 0,7 0,29

ЗКП2.200 12 6,2 0,84 0,28 1,12 0,48

ЗКП5.200 1,5 14 3,2 0,69 0,2 0,89 0,45

ЗКП6.200 16 7,6 0,9 0,22 1,12 1,0

ЗКП8.200 2,0 16 3,1 0,83 0,2 1,03 0,5

ЗКП 10.200 24 18,1 1,82 0.3 2,12 2,0

Водопропускные трубы по ГОСТ 6482-88 (ОАО «ГлавБашСтрой»)

ТС 50.25-2 6,0 4,0 0,37 0,22 0,59 0,23

ТС 50.25-3 6,0 0,48 0,22 0,7 0,30

ТС 100.30-2 11,5 4,0 0,44 0,14 0,58 0,39

ТС 100.30-3 6,0 0,67 0.14 0,81 0,45

ТС 140.30-1 11,0 2,0 0,67 0,26 0,93 0,32

ТС 140.30-2 1,4 4,0 1,04 0,26 1,30 0,63

ТС 140.30-3 6,0 1,5 0,26 1,76 1,65

Данные расчета несущей способности фрагмента сечения степки трубы 100x24 см (фрагмента трубы единичной длины) отверстием 2,0 м для четырех вариантов армирования и бетонов классов прочности на сжатие ВЗО и В60 представлены на рисунке 5 в виде номограмм 1Чи1,-е0. По полю номограмм несущих способностей нанесены точки, соответствующие расчетным значениям усилий от полной расчетной нагрузки, включающей нагрузку от трейлера НК-100 и от грунта засыпки, в диапазоне высот, соответствующих типовой серии, в данном случае Н=1-18м.

,=6)900

Кил МрСММЬНй«

ирчнровани*

SI 11.7

S2 >18(11.2)

Н >18 (II.«)

И >1*(17.6)

_ _S1 AJ5W- —

в)

')кспен i p и с и i ei приложении продольной силы ео, см

П (К дельная

■рчирпшмш» высота шсылки ti.»

SJ Н)

S2 >18(17.4)

II U.M^.I)

1-4 1К (I4.KI

16 18 20 22 24 26 28 30

Эксцентриситет приложения продольной СИЛЫ Со, см

900 -800 ■

Пнд фиирошт пределы««! высот»

Ы IS

S2 ••'18 (.>18)

Ff >18 (14)

Г4 >!&(>!Ь)

16 18 20 22 24 26 28 30

Эксиетрнсшет приложения продольной силы en, см

^900 т 800

16 18 20 22 24 26 28 30

Эксцент риситет приложения продольной силы ео, см

Пщ й)> миро нанки 11|>г;|(4ьнм» ПЫСОТ1

S) 11

S2 >18( Чв)

И 1« (111)

F4 >18(17.71

16 18 20 22 24 26 28 30

Экспешрнснш приложения продольной силы ео, см

16 18 20 22 24 26 28 30

Эксцентриситет приложения продольной силы е.. см

Рисунок 5 - Зависимости несушей способности N„n-e0 сечения стенки трубы 100x24 см от вида армирования для бегона классов прочности В30 (а, в, д) и В60 (б, г, е) при объемном армировании p»(firv) = 0,01 (а, б), 0,015 (б, в), 0,02 (д, е) и нескальном грунтовом основании. Остальные пояснения к рисунку 5 даны в тексте.

Результаты расчетов показали, что сечения стенок труб работают на внецентренное сжатие и действие поперечной силы. Точки на графиках соответствуют расчетным значениям усилий 1Чи1Ге0 для сечений: • - конькового (1) с наибольшим положительным изгибающим моментом при высотах засыпки Н=1, 3, 5, 7, 9,12, 15, 18 м (расположение точек соответственно снизу-вверх); ♦ - то же бокового (2) с наибольшим отрицательным изгибающим моментом; А- то же лоткового (3) с наибольшим положительным изгибающим моментом.

В таблицах на графиках, в скобках, даны значения несущей способности трубы по высоте засыпки, рассчитанные по СНиП 2.05.03-84* «Мосты и трубы».

Отметим, прежде всего, что армирование трубы на уровне (ць) = 0,01 (где Циг коэффициент объемного армирования стержневой арматурой) при использовании бетона класса ВЗО, принятого в типовой серии, обеспечивает несущую способность по высоте грунтовой засыпки до 12,0 м для армирования по варианту 82 (рисунок 5а), при этом фиброармирование по варианту оказывается практически

равноэффективным по несущей способности двойному стержневому армированию, а фибра типа Б4 показывает наилучший армирующий эффект и перекрывает высоту засыпки 18 метров.

Фибра типа Р4 и двойное стержневое армирование Б2 при коэффициенте объемного армирования 0,015 (рисунок 5в) обеспечивают примерно равную несущую способность и высоту засыпки Н>18 м, а фибра типа Р1 перекрывает высоту засыпки, равную 14,5 м.

При стержневом армировании по типовой серии 3.501.1-144 (марка трубы ЗКП10.200) при ¡1^0,02 максимальная высота засыпки составляет Н=18 м. В типовом решении, рассчитанным по СНиП 2.05.03-84*, использован вариант армирования Б2. На рисунке 5д представлены данные расчета в ПК «Р1ах1з 8.2» для ц5у(Цл)=0,02, указывающие на то обстоятельство, что для варианта армирования Б2 труба имеет несущую способность по высоте засыпки, существенно более высокую (> 30%) по отношению к максимальному уровню засыпки по типовой серии. Эта разница, по существу, и соответствует вкладу продольной сжимающей силы в несущую способность трубы.

При использовании бетонов классов В 50-В60 все проблемы по обеспечению несущей способности до Н=18 м решаются уже при армировании ^(^=0,01 (рисунок 5 б,г,е).

Подобные расчеты выполнены для всего ряда (марок) труб по серии 3.501.1144 и ГОСТ 6482-88. Результаты этих расчетов в виде требуемого процента фиброармирования при использовании фибры типа 1 для обеспечения несущей способности по высоте засыпки Н, эквивалентной варианту в стержневом армировании, представлены в таблице 5.

Данные таблицы 5 показывают, что для труб больших отверстий 1,4-2,0 ми больших высотах засыпки Н удельный расход стали при стержневом армировании 82 ниже чем при фиброармировании Б1, но соизмерим с вариантом фиброармирования Р4. В области малых отверстий 0,5-1,0 м и больших отверстий в сочетании с малыми нагрузками фиброармирование по удельному расходу имеет преимущество по отношению к стержневому армированию до 1,5 раз и более.

Значительное снижение процента фиброармирования по отношению к суммарному проценту стержневого армирования в типовых сериях для одинаковой несущей способности по высоте засыпки Н в ряде случаев (таблица 5) обеспечивается

двумя обстоятельствами: не учетом разгрузки сечения стенки трубы от действия продольной сжимающей силы при расчете по СНиП и присутствием значительного количества (до 0,3%) конструктивной (не силовой) арматуры в серийных трубах.

Результаты расчета, представленные на рисунке 6, указывают на высокую эффективность фиброармирования по несущей способности на действие поперечной силы.

Расчеты изделий по второй группе предельных состояний показали, что при высоком модуле упругости фибры и ее высокой дисперсности сталефибробетон обладает высокой трещиностойкостью.

В четвертой главе описаны

1400

0.005

0,02

0,01 0.015 Ко ■ фф'11 д кнт ооьемного аршуовпни иIV

- Класс бетона по прочности на сжатие В30;

------то же класс бетона В60.

Рисунок 6 - Зависимости несущей способности по поперечной силе сечения стенки трубы 100x24 см от коэффициента

объемного армирования. Значение коэффициента, учитывающего анкеровку фибры Пь равно 0,6;

<3- расчетное значение поперечной силы для трубы отверстием 2,0 м при Н = 18 м.

технологические процессы и оборудование, применяемые в производстве

сталефибробетонных смесей и изделий на их основе в условиях действующих производств на ЗЖБИ ГУЛ «Башкиравтодор» и ОАО «ГлавБашСтрой».

Наряду с общими требованиями, предъявляемыми к качеству бетонных смесей, большое значение для фибробетонных смесей имеет равномерность распределения фибры в объеме смеси. Степень равномерности распределения фибры в объеме бетона, а следовательно, и прочностные характеристики материала и их однородность зависят от характеристик применяемой фибры (в том числе фибры повышенной длины), процента армирования, способа подачи фибры в бетоносмеситель и его типа.

Результаты экспериментальных исследований показали, что производить сталефибробетонные смеси требуемого качества возможно с использованием смесителей как принудительного, так и гравитационного действия, что открывает возможности для организации производства фибробетонных изделий различного назначения с использованием действующего оборудования.

На предприятии ОАО «ГлавБашСтрой» разработана технология получения сталефибробетонной смеси с использованием стандартных смесителей с вертикальным расположением валов (типа планетарных противоточных смесителей), однако данная технология включает дополнительные операции, такие, как последовательное сухое перемешивание фибры и заполнителя, перемешивание фибры и заполнителя с цементом и перемешивание готовой смеси после добавления воды. Данная технологическая последовательность обеспечивает получение сталефибробетонной смеси требуемого качества, но при этом увеличивается время перемешивания, что снижает производительность смесителя на 30-40% и приводит к абразивному износу рабочих органов смесителя.

На технологической линии ЗЖБИ ГУЛ «Башкиравтодор» был применен и опробован двухвальный смеситель принудительного действия от асфальтосмесительной установки ДС-117 с горизонтальным расположением валов

(рисунок 7а). В дальнейшем был использован автоматизированный асфальтосмеситель УСА-50 (рисунок 76), позволяющий повысить производительность приготовления фибробетонных смесей без снижения качества готовой продукции. Данная технология позволила минимизировать операции с сухим абразивным перемешиванием. Для равномерной подачи фибры в смеситель был применен вибростол.

Рисунок 7 - Оборудование и механизмы, применяемые на ЗЖБИ ГУП «Башкиравтодор» для приготовления стапефибробетоиных смесей: а) двухвальный смеситель; б) автоматизированный смесительный узел УСА-50

Для равномерности распределения фибры в объеме бетона-матрицы предельная крупность зерен заполнителя при изготовлении сталефибробетонных смесей должна составлять 10-15 мм. С увеличением содержания крупного заполнителя объемное содержание фибры, которое может быть введено в бетон без комкования, уменьшается.

Для получения бетона-матрицы класса В 30 в производстве водопропускных труб были применены следующие составы: портландцемент марки ПЦ400Д20 - 420 кг, песок Мкр=2,1-2,2 - 600 кг, щебень фракции 5-15 мм - 1190 кг, суперпластификатор С-3 - 0,6% Ц (сухой вес), В/Ц= 0,36-0,4. Исходный состав соответствововал бетонной смеси подвижности по осадке конуса 3-5 см, что обеспечивало необходимую удобоукладываемость и исключало расслаиваемость сталефибробетонной смеси.

В пятой главе приведены данные испытаний опытных водопропускных труб, выполненных в сталефибробетоне.

Вся номенклатура сталефибробетонных водопропускных труб, выпускаемых на заводах железобетонных изделий ГУЛ «Башкиавтодор» и ОАО «ГлавБашСтрой», была подвергнута натурным испытаниям на силовом стенде ГУП «БашНИИстрой» эквивалентной равномерно распределенной полосовой нагрузкой по коньку звена (рисунок 8).

Рисунок 8 - Испытания сталефибробетонных водопропускных труб на стенде БашНИИстроя: а) звено водопропускной трубы с плоским опиранием и отверстием 1,5 м, длиной 2,0 м; б) звено раструбной водопропускной трубы отверстием 1,4 м, длиной 3,0 м.

Визуальный осмотр фрагментов изделий после испытаний показал, что разрушение сталефибробетона на основе фибры типа 1 происходило преимущественно по механизму разрыва стальных фибр, что согласуется с достаточно высокой прочностью сцепления фибры с бетоном-матрицей класса В 30 за счет волнистой и рифленой формы поверхности фибры, производимой НПО «Магфибрастрой».

Из результатов испытаний сталефибробетонных водопропускных труб, следует, что фактическая разрушающая нагрузка превысила расчетную нагрузку в 1,6-1,7 раза для труб диаметров более 1,4 м; 1,8-2,2 раза для труб диаметров 0,5-1,0 м, что выше коэффициента безопасности, равного 1,6 для хрупкого типа разрушения (ГОСТ 8829-94, приложение Б). Уровень полученных коэффициентов безопасности позволил использовать сталефибробетон в производстве водопропускных труб без дополнительного стержневого армирования.

В шестой главе освещены вопросы экономической эффективности применения сталефибробетона в водопропускных трубах, а также их применения на объектах автодорожного строительства и коммунального хозяйства Республики Башкортостан и г.Уфы.

Экономический эффект при изготовлении тонкостенных изделий кольцевого очертания, к которым относятся водопропускные трубы, достигается за счет уменьшения требуемых производственных площадей, снижения трудозатрат на стадии изготовления до 25-30% (затраты, связанные с изготовлением пространственных арматурных каркасов и их установкой в проектное положение с соблюдением требуемой толщины защитного слоя бетона) и снижения удельного расхода стали по сравнению с традиционным стержневым армированием, а также за счет повышения долговечности изделий до 1,5 раз.

При производстве сталефибробетонных водопропускных труб экономическая эффективность по сравнению с серийной продукцией в традиционном стержневом армировании составляет 1200 - 1600 руб/м3 (в ценах 2009 года). При объеме производства и применения труб в ГУЛ «Башктраватодор» за период 2005-2009 г порядка 6000 м3 экономический эффект составил ~ 10 млн. рублей (без учета эффекта, связанного с повышением долговечности изделий).

В настоящее время ЗЖБИ ГУП «Башкиавтодор» и ОАО «ГлавБашСтрой» по разработанной нормативной документации [19-21] освоили технологию и перевели всю выпускаемую номенклатуру изделий (рисунок 9) с традиционного стержневого армирования на дисперсное армирование стальной фиброй. Выпускаемые водопропускные трубы для автодорожного строительства и коммунального хозяйства

Рисунок 9 - Сталефибробетоные изделия, изготавливаемые на ЗЖБИ ГУП «Башкиравтодор» и ОАО «Главбашстрой» (г. Уфа): а) звенья водопропускных кольцевых труб отверстием 1,0 и 1,5м; б) раструбные коллекторные безнапорные трубы отверстием 1,0; 1,4 м; в) кольца для круглых колодцев.

используются на объектах строительства Республики строительстве, так и при реконструкции (рисунок 10).

Рисунок 10 - Применение стапефибробетонных водопропускных труб на объектах автодорожного строительства Республики Башкортостан.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Башкортостан как в новом

1. Предложена классификация фибры по жесткостным и прочностным характеристикам, позволяющая разделить всю номенклатуру производимой фибры на высокомодульную металлическую и неметаллическую, низкомодульную полимерную с рекомендациями по рациональным областям их использования.

2. Проанализировано влияние геометрических, прочностных и анкерующих характеристик стальной фибры на физико-механические свойства сталефибробетона, что позволило классифицировать стальную фибру по четырем типам. Обоснованы механизмы разрушения сталефибробетона с учетом характеристик фибры и прочности бетона-матрицы.

3. Количественно обоснована эффективность использования фибры в производстве тонкостенных изделий кольцевой конфигурации типа водопропускных труб, формирующаяся за счет улучшения работы фибры в тонкостенном элементе и разгрузки сечения стенки трубы по растягивающим напряжениям за счет действия продольной сжимающей силы.

4. С помощью программного комплекса «Р1ах1з 8.2» исследовано силовое состояние водопропускных труб, работающих в составе насыпи на совместное действие грунта насыпи и подвижной автомобильной нагрузки.

5. Разработана и апробирована в производстве водопропускных труб технология приготовления фибробетонных смесей высокого качества с применением двухвального смесителя принудительного действия, обеспечивающего равномерное распределение фибры и исключение ее агрегации (комкования).

6. Результаты теоретических исследований и проведенных расчетов несущей способности сталефибробетонных труб подтверждены натурными испытаниями изделий на силовом стенде.

7. Разработана серия Технических условий на сталефибробетонные водопропускные и коллекторные трубы, а также кольца колодцев, регламентирующие технические требования к выпускаемой продукции.

8. Проведен анализ технико-экономической эффективности применения сталефибробетона в производстве тонкостенных изделий кольцевой конфигурации. В период 2005-2009 гт осуществлено внедрение стаяефибробетонной продукции на объектах автодорожного строительства и коммунального хозяйства Республики Башкортостан и г.Уфы, в объеме свыше 6000 м3.

Основное содержание диссертации опубликовано в 18 научных трудах, из которых № 7 и 14 включены в перечень ведущих рецензируемых журналов и изданий

для обязательной публикации материалов докторских и кандидатских диссертаций в соответствии с требованиями ВАК Министерства образования и науки РФ. Разработаны трое технических условий.

1. БабковВ.В., Аминов Ш.Х., СтруговецИ.Б., НедосекоИ.В., Дистанов Р.Ш., Ивлев В.А. Сталефибробетон в производстве конструкций для дорожного строительства / Строительный вестник Российской инженерной академии: Труды секции «Строительство» Российской инженерной академии. - Вып. 7. - М.: 2006. -С.102-109.

2. Бабков В.В ., Аминов Ш.Х., Струговец И.Б., Недосеко И.В ., Мохов В.Н., Дистанов Р.Ш., Ивлев В.А. Железобетонные конструкции для автодорожного строительства из сталефибробетона / Строительные конструкции: Сборник научн. статей. - Вып. 73. - Уфа: БашНИИстрой, 2006.- С.49-63.

3. Аминов Ш.Х., Струговец И.Б., Бабков В.В., Недосеко И.В., Дистанов Р.Ш., Ивлев В.А. Сталефибробетоные конструкции в автодорождном строительстве Республики Башкортостан / Материалы X Междунар. науч.-техн. конф. при X спец. выставке «Строительство. Коммунальное хозяйство-2006». - Т.1. - Уфа: УГНТУ, 2006. - С.207-209.

4. Бабков В.В., Недосеко И.В., Ивлев В.А., Дистанов Р.Ш. Расчет прочности внецентренно сжатых сталефибробетонных сечений водопропускных труб и арочных мостов / Материалы X Междунар. науч.-техн. конф. при X спец. выставке «Строительство. Коммунальное хозяйство-2006».-Т.1.-Уфа: УГНТУ, 2006.- С.210-211.

5. Бабков В.В., Аминов Ш.Х., Струговец И.Б., Недосеко И.В., Дистанов Р.Ш., Ивлев В.А., Лаптев H.A. Применение сталефибробетона в дорожном строительстве / Строительный вестник Российской инженерной академии: Труды секции «Строительство» Российской инженерной академии. - Вып. 8. - М.: 2007. - С.34-35.

6. Бабков В.В., Недосеко И.В., Дистанов Р.Ш., Ивлев В.А. Исследование роли межблочной цементно-песчаной шпонки при монтаже звеньев водопропускных труб и малопролетных арочных мостов с помощью компьютерного моделирования /Строительные материалы и изделия: Межвузовский сборник научных трудов-Магнитогорск: МГТУ, 2007 - С. 206-213.

7. Бабков В.В., Аминов Ш.Х., Струговец И.Б., Комохов П.Г., Недосеко И.В., Сахибгареев P.P., Мохов В.Н., Дистанов Р.Ш., Ивлев В.А. Сталефибробетон в производстве и применении конструкций засыпных арочных мостов и водопропускных труб на автодорогах/ Строительные материалы. -2008. - №6. - С.64-67.

8. Ивлев В.А., Бабков В.В ., Аминов Ш.Х., Струговец И.Б., Недосеко И.В . Оценка возможности армирования звеньев водопропускных труб однорядным арматурным каркасом, изогнутым по очертанию эпюры изгибающих моментов / Материалы XII Междунар. науч.-техн. конф. при XII спец. выставке «Строительство. Коммунальное хозяйство. - 2008»,-Уфа: Изд-во УГНТУ, 2008.- С 97-101.

9. Бабков В.В ., Недосеко И.В ., Дистанов Р.Ш ., Ивлев В.А. Обоснование минимального процента армирования сталефибробетонных элементов при осевом растяжении / Материалы XII Междунар. науч.-техн. конф. при XII спец. выставке «Строительство. Коммунальное хозяйство.-2008».-Уфа:Изд-во УГНТУ, 2008.-С.93-97.

10. БабковВ.В., Ивлев В.А., Дистанов Р.Ш., НедосекоИ.В.. О минимальном проценте армирования сталефибробетонных элементов / Строительный вестник Российской инженерной академии: Труды секции «Строительство» Российской инженерной академии. - Вып. 9. -М.: 2008. - С. 120-121.

11. Ивлев В.А., Дистанов Р.Ш., Аминов Ш.Х., Сгруговец И.Б., Недосеко И.В., Бабков В.В. Водопропускные трубы под автомобильные дороги с оптимизированным армированием / Строительный вестник Российской инженерной академии: Труды секции «Строительство» Российской инженерной академии. - Вып. 9. - М.: 2008. — С.135-137.

12. Аминов Ш.Х., Бабков В.В., Струговец И.Б., Недосеко И.В., Сахибгареев P.P., Дистанов Р.Ш., Ивлев В.А. Сталефибробетон в дорожном строительстве / Бюллетень строительного комплекса Республики Башкортостан. -

2008. №3 (33). - С.37-42.

13. Ивлев В.А., Дистанов Р.Ш., Нестеренко М.Э., Бабков В.В., Недосеко И.В. Классификация фибры по геометрическим и прочностным характеристикам и особенности её работы в сочетании с бетоном-матрицей прочностью на сжатие классов В 20-В60 / Материалы ХШ Междунар. науч.-техн. конф. при XIII спец. выставке «Архитектура. Строительство. Коммунальное хозяйство - 2009»,- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2009.- С.75-80.

14. Бабков В.В., Недосеко И.В., Сахибгареев P.P., Мохов В.Н., Ивлев В.А., Дистанов Р.Ш., Аминов Ш.Х., Струговец И.Б. Водопропускные трубы и малопролетные засыпные арочные мосты на основе сталефибробетона в автодорожном строительстве / Бетон и железобетон. - 2009. - №2. - С.4-6.

15. Бабков В.В., Недосеко И.В., Ивлев В.А., Нестеренко М.Э. Соотношение расхода стали при фибровом и стержневом армировании в тонкостенных элементах / Строительный вестник Российской инженерной академии: Труды секции «Строительство» Российской инженерной академии. - Вып. 10- М.: 2009,- С.163-164.

16. Бабков В.В ., Недосеко И.В ., Латыпов В.М., Ивлев В.А., Кантор П.Л. Силовые испытания сталефибробетонных безнапорных водопропускных труб городского хозяйства / Строительный вестник Российской инженерной академии: Труды секции «Строительство» Российской инженерной академии. - Вып. 10. - М.:

2009.-С.165-166.

17. Бабков В.В., Недосеко И.В., Дистанов Р.Ш., Ивлев В.А., Нестеренко М.Э. Особенности работы стальных фибр в сочетании с бетоном-матрицей прочностью на сжатие классов В15-В60 / Строительный вестник Российской инженерной академии: Труды секции «Строительство» Российской инженерной академии. - Вып. 10. -М.: 2009.-С.167-169.

18. Аминов Ш.Х., Бабков В.В., Струговец И.Б., Недосеко И.В., Ивлев В.А., Дистанов Р.Ш., Ивлев М.А. Применение сталефибробетона в производстве сборных изделий и конструкций различного назначения / Строительный вестник Российской инженерной академии: Труды секции« Строительство» Российской инженерной академии. - Вып. 10. - М.: 2009. - С.201-204.

19. Абызгильдин Ю.М., Бабков В.В., Недосеко И.В., Струговец И.Б., Ивлев В.А.Технические условия ТУ 5859-002-03433484-2005 «Блоки водопропускных труб сталефибробетонные крутые сборные» / ГУЛ «Башкиравтодор», УГНТУ.

20. Бабков В.В., Сахибгареев P.P., Ивлев В.А. Технические условия: ТУ 5862001-73763349-2009 «Трубы безнапорные раструбные сталефибробетонные крутые сборные»/ОАО «ГлавБашСтрой», УГНТУ.

21. Бабков В.В., Сахибгареев Р.Р., Ивлев В.А.. Технические условия: ТУ 5855-002-73763349-2009 «Кольца колодцев сталефибробетонные круглые сборные»/ ОАО «ГлавБашСтрой», УГНТУ.

Подписано в печать 23.11.2009. Бумага офсетная. Формат 60484 1/16. Гарнитура «Тайме». Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1. Тираж 90. Заказ 266. Типография Уфимского государственного нефтяного технического университета Адрес типографии: 450062,Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1 История развития фибробетона как конструкционного материала.

1.2 Области исследования и применения фибробетона на основе стальной и неметаллической фибры в различных областях строительства.

Выводы по первой главе.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СТАЛЕФИБРОБЕТОНА КАК КОНСТРУКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА

2.1 Классификация фибры по жесткостным и прочностным характеристикам.

2.2 Испытания образцов стальной фибры на растяжение на разрывной машине.

2.3 Исследование свойств и уточнение механизма разрушения фибробетона при нагружении с учетом физико-механических и геометрических характеристик фибры и прочности бетона матрицы. Классификация стальной фибры.

2.4 Исследование механизма упрочнения фибробетона на сжатие.

2.5 Вклад расчетных сопротивлений сталефибробетона на растяжение и сжатие в формирование несущей способности элемента.

2.6 Исследование влияния толщины сечения элемента на расчетное сопротивление сталефибробетона на растяжение.

2.7 Экспериментальные исследования работы фибробетона на растяжение при изгибе и сжатие.

Выводы по второй главе.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СТАЛЕФИБРОБЕТОНА В ТОНКОСТЕННЫХ ИЗДЕЛИЯХ КОЛЬЦЕВОЙ КОНФИГУРАЦИИ

3.1 Методика расчета несущей способности труб.

3.1.1 Чистый изгиб.

3.1.2 Внецентренное сжатие.

3.2 Методика расчета звеньев железобетонных труб на действие нагрузок по СНиП 2.05.03.84* «Мосты и трубы».

3.3 Анализ силового состояния водопропускных труб с использованием ПК «Plaxis 8.2» и «Scad 7.31».

3.4 Расчет и проектирование тонкостенных изделий кольцевой конфигурации армированных стальной фиброй.

3.4.1 Несущая способность тонкостенных изделий по продольной силе. Вклад продольной силы в разгрузку сталефибробетонных сечений.

3.4.2 Влияние дисперсного армирования на несущую способность тонкостенных изделий по поперечной силе.

3.4.3 Исследование влияния дисперсного армирования на повышение трещиностойкости изделий.

Выводы по третьей главе.

4. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛЕФИБРОБЕТОННЫХ

ВОДОПРОПУСКНЫХ ТРУБ.

Выводы по четвертой главе.

5. СИЛОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ СТАЛЕФИБРОБЕТОННЫХ ВОДОПРОПУСКНЫХ ТРУБ

5.1 Натурные испытания сталефибробетонных водопропускных труб на эквивалентную нагрузку.

5.2 Силовые испытания сталефибробетонных водопропускных и коллекторных труб на стенде ГУП «БашНИИстрой».

6. АНАЛИЗ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ВОДОПРОПУСКНЫХ ТРУБ НА ОСНОВЕ

СТАЛЕФИБРОБЕТОНА.

В производстве сборных железобетонных изделий существует номенклатура тонкостенных изделий кольцевой конфигурации, имеющая большие технологические сложности при изготовлении в силу трудностей изготовления и установки в проектное положение кольцевого пространственного арматурного каркаса.

Эту номенклатуру изделий представляют кольца водопропускных труб под автодороги, трубы и кольца колодцев для городских сетей. Силовое состояние водопропускной трубы в составе насыпи дороги от действия массы грунта и подвижной автомобильной нагрузки определяется знакопеременной эпюрой изгибающих моментов с максимальным положительным моментом в коньковом и лотковом сечениях и максимальным отрицательным моментом в боковых сечениях, что обусловливает необходимость двойного стержневого армирования кольца [29, 91].

Низкая эффективность армирования тонкостенных изделий двойным стержневым каркасом обусловлена тем обстоятельством, что в этом случае мала относительная рабочая высота сечения в силу необходимости обеспечения требований по толщине защитного слоя бетона для рабочей арматуры. При двойном стержневом армировании тонкостенных изделий трудно обеспечить проектную толщину защитного слоя бетона, при этом смещение кольцевой рабочей арматуры в сторону уменьшения защитного слоя снижает эксплуатационную надежность конструкции по долговечности; с увеличением толщины защитного слоя снижается несущая способность сечения.

В тонкостенных изделиях кольцевой конфигурации возможно армирование одинарным кольцевым, арматурным каркасом с его размещением посередине толщины стенки, что обеспечит несущую способность сечений кольца на действие знакопеременного изгибающего момента, однако в этом случае рабочая высота сечения составит лишь половину полной высоты сечения. В этом варианте армирования в процессе изготовления также достаточно сложна установка одинарного арматурного каркаса в проектное положение.

Водопропускные трубы работают в контакте с водой при её переменном уровне, подвергается жестким сезонным климатическим воздействиям, а также динамическим нагрузкам как во время транспортировки и укладки в насыпь дорожного полотна, так и при эксплуатации. Анализ опыта эксплуатации и данных по долговечности водопропускных железобетонных труб дорожного назначения в различных климатических условиях, показывает, что на настоящий момент нерешенной остается задача обеспечения их надежности и долговечности в условиях средней полосы и севера России с обеспечением эксплуатационного ресурса до 30-50 лет.

В связи с названными проблемами представляет интерес исследование возможностей использования в . производстве тонкостенных изделий кольцевой конфигурации сталефибробетона и фибробетона на основе высокомодульной неметаллической фибры с отказом от стержневого армирования, создающего проблемы технологического характера, а также обеспечения качества и долговечности изделий [5, 9, 17, 40, 43, 60, 77].

Цель работы.

Целью работы является исследование возможностей использования фибробетона на основе стальной и неметаллической высокомодульной фибры в производстве тонкостенных изделий кольцевого очертания (водопропускные трубы под автомобильные дороги, коллекторные раструбные трубы, кольца колодцев для городского хозяйства).

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Усовершенствование классификации стальной и неметаллической фибры по основным параметрам и по возможности ее использования в производстве фибробетона для тонкостенных изделий различного назначения.

2. Исследование свойств и уточнение механизма разрушения фибробетона при нагружении с учетом физико-механических, геометрических характеристик фибры и прочности бетона-матрицы.

3. Исследование напряженно-деформированного состояния водопропускных труб, воспринимающих в составе насыпи нагрузки от воздействия веса грунта и подвижной автомобильной нагрузки, с использованием современных программных комплексов Plaxis 8.2. и Scad 7.31.

4. Разработка конструктивных решений водопропускных труб различного назначения, производимых на основе сталефибробетона, с полным отказом от традиционного стержневого армирования.

5. Оценка возможности применения высокомодульной неметаллической фибры на основе базальтового волокна в тонкостенных изделиях кольцевого очертания.

6. Отработка технологических процессов и применяемого оборудования для получения фибробетонной смеси с целью обеспечения необходимой равномерности распределения фибры в объеме бетона и исключения её агрегации (комкования).

7. Разработка нормативно-технической документации на производство и применение сталефибробетонных труб различного назначения для дорожного и коммунального комплекса Республики Башкортостан.

Научная новизна.

1. Разработана усовершенствованная классификация фибры по её жесткостным, прочностным и геометрическим характеристикам, позволяющая оценить эффективность использования стальной и неметаллической фибры для решения задач производства изделий на основе фибробетона.

2. Установлена степень эффективности сочетания основных типов стальной и базальтовой фибры, различающихся по прочностным и геометрическим характеристикам, с бетоном-матрицей в диапазоне классов прочности В20-В60.

3. Исследована и обоснована рациональная область применения фибробетона, на основе стальной и неметаллической высокомодульной фибры как самостоятельного конструкционного материала. Этой областью являются тонкостенные изделия кольцевой конфигурации (трубы различного назначения), обеспечивающие возможности полного исключения стержневого армирования.

Основные положения, выносимые на защиту:

• Результаты исследований работы сталефибробетона при нагружении с учетом геометрических и упруго-деформативных характеристик стальной фибры и бетона-матрицы.

• Результаты теоретических и экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния водопропускных труб с использованием программного комплекса «Plaxis 8.2», позволяющего моделировать физико-механические характеристики грунтов основания и насыпи и реализовать совместную работу трубы с грунтом под действием подвижных автомобильных нагрузок и собственного веса.грунта.

• Обоснование и результаты экспериментального подтверждения возможности получения сталефибробетонных смесей высокого качества с использованием всей номенклатуры выпускаемой фибры, в том числе фибры повышенной длины, на основе использования двухвальных смесителей принудительного действия.

• Результаты производственной апробации и внедрения предлагаемых технических решений в производстве широкой номенклатуры фибробетонных изделий кольцевого очертания для транспортного строительства и коммунального хозяйства.

Практическое значение.

Перевод производства автодорожных водопропускных труб и труб для коммунального хозяйства с традиционного стержневого армирования на дисперсное армирование стальной фиброй позволяет в значительной степени уменьшить негативные факторы, связанные с низкой технологичностью, трудоемкостью и высоким удельным расходом стали в традиционных решениях труб.

С участием автора для продукции ГУП «Башкиравтодор» разработаны Рекомендации по изготовлению и применению звеньев водопропускных труб, армированных стальной фиброй, разработаны Технические условия ТУ 5859002-03433484-2005 «Блоки водопропускных труб сталефибробетонные круглые сборные»; для сталефибробетонной продукции ОАО «ГлавБашСтрой» разработаны Технические условия ТУ 5862-001-73763349-2009 «Трубы безнапорные раструбные сталефибробетонные круглые сборные», ТУ 5855-00273763349-2009 «Кольца колодцев сталефибробетонные круглые сборные».

Разработаны Рекомендации по оптимизации армирования звеньев водопропускных труб для ЗАО ЗЖБИ «Эколог» Башспецнефтестроя.

Реализация работы. На ЗЖБИ ГУП «Башкиравтодор» и ЗЖБИ ОАО «ГлавБашСтрой» по разработанным конструктивным решениям освоено производство звеньев водопропускных труб на основе сталефибробетона.

В период с 2005 по 2009 гг на ЗЖБИ ГУП «Башкиравтодор» произведено и применено ДРСУ этого объединения около 6000 м сталефибробетонных водопропускных труб отверстиями 1,0 и 1,5 м с плоским опиранием при строительстве и реконструкции автомобильных дорог в Республике Башкортостан.

С 2008 года ЗЖБИ ОАО «ГлавБашСтрой» по разработанной с участием автора технической документации с применением технологии объемного вибропрессования выпускает сталефибробетонные коллекторные безнапорные раструбные трубы отверстиями 0,5, 1,0 и 1,4 м и колодцевые кольца для городского хозяйства.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и представлялись на научно-технических конференциях УГНТУ (г.Уфа, 2005-2009 гг.); на научно-техническом семинаре при XV Международной выставке

Уралстройиндустрия-2005» (г.Уфа, 2005 г.); на Международных научно-технических конференциях при X, XI, XII, XIII Международных специализированных выставках «Строительство. Коммунальное хозяйство -2006, 2007, 2008, 2009», (г.Уфа, 2006, 2007, 2008, 2009 г.).

По результатам исследований опубликовано 18 статей и тезисов докладов. Технические разработки по внедрению сталефибробетонных конструкций в дорожном строительстве Республики Башкортостан отмечены дипломами X и XIII Международных выставок «Строительство. Коммунальное хозяйство - 2006, 2009», (г.Уфа, 2006, 2009 г.).

С участием автора разработаны трое Технических условий на стелефибробетонную продукцию для дорожного строительства и коммунального хозяйства.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка использованных источников, приложений. Работа изложена на 120 страницах машинописного текста, включает 7 приложений, содержит 48 иллюстраций и 15 таблиц. Список использованных источников включает 118 наименований.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Предложена классификация фибры по жесткостным и прочностным характеристикам, позволяющая разделить всю номенклатуру производимой фибры на высокомодульную металлическую и неметаллическую, низкомодульную полимерную с рекомендациями по рациональным областям их использования.

2. Проанализировано влияние геометрических, прочностных и анкерующих характеристик стальной фибры на физико-механические свойства сталефибробетона, что позволило классифицировать стальную фибру по четырем типам. Обоснованы механизмы разрушения сталефибробетона с учетом характеристик фибры и прочности бетона-матрицы.

3. Количественно обоснована эффективность использования фибры в производстве тонкостенных изделий кольцевой конфигурации типа водопропускных труб, формирующаяся за счет улучшения работы фибры в тонкостенном элементе и разгрузки сечения стенки трубы по растягивающим напряжениям за счет действия продольной сжимающей силы.

4. С помощью программного комплекса «Plaxis 8.2» исследовано силовое состояние водопропускных труб, работающих в составе- насыпи на совместное действие грунта насыпи и подвижной автомобильной нагрузки.

5. Разработана и апробирована в производстве водопропускных труб технология приготовления фибробетонных смесей высокого качества с применением двухвального смесителя принудительного действия, обеспечивающего равномерное распределение фибры и исключение ее агрегации (комкования).

6. Результаты теоретических исследований и проведенных расчетов несущей способности сталефибробетонных труб подтверждены натурными испытаниями изделий на силовом стенде.

7. Разработана серия Технических условий на сталефибробетонные водопропускные и коллекторные трубы, а также кольца колодцев, регламентирующие технические требования к выпускаемой продукции.

Проведен анализ технико-экономической эффективности применения сталефибробетона в производстве тонкостенных изделий кольцевой конфигурации. В период 2005-2009 гг осуществлено внедрение сталефибробетонной продукции на объектах автодорожного строительства и коммунального хозяйства Республики о

Башкортостан и г.Уфы, в объеме свыше 6000 м .

1. Антропова Е.А., Дробышев Б. А., Амосов П.В. Свойства модифицированного сталефибробетона // Бетон и железобетон.-2002.-№3.- С.3-6.

2. Бабков В.В., Мохов B.H., С.М. Капитонов, Комохов П.Г. Структурообразование и разрушение цементных бетонов. -Уфа, ГУЛ «Уфимский полиграфкомбинат», 2002г. 376 с.

3. Бабков В.В., Бурангулов Р.И., Нуриев Ю.Г Максименко В.А., Полак А.Ф. О роли усадочных напряжений в формировании прочности бетона. В кн.: Строительные конструкции и материалы для нефтехимических и химических предприятий. Уфа, 1979, - С. 93-101.

4. В.В. Бабков, В.Н. Мохов, М.Б. Давлетшин, А.В. Парфенов Технологические возможности повышения ударной выносливости цементных бетонов // Строительные материалы. 2003. - №10. - С.19-20.

5. Бабков В.В., Аминов Ш.Х., Струговец И.Б., Недосеко И.В., Мохов

6. B.Н., Дистанов Р.Ш. Сталефибробетонные конструкции в автодорожном строительстве Республики Башкортостан- // Строительные материалы. 2006. -№3. - С.50-53.

7. Баженов Ю.М. Бетон при динамическом нагружении. М.: Стройиздат, 1970. - 272 с.

8. Баженов Ю.М. Технология бетона.- М.: Изд-во АСВ, 2002. 500 с.

9. Баженов Ю.М., Мохов В.Н., Бабков В.В. Количественная характеристика ударной выносливости цементных бетонов // Бетон и железобетон. 2006.-№1. - С.2-5.

10. Бочарников А.С., Корнеев А.Д. Тонкостенные конструкции несъемной опалубки из бетонов с дисперсной арматурой из стальных волокон // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века.-2005. №5.1. C.22-23.

11. Бочарников А.С., Корнеев А.Д. Технологические факторы, влияющие на микро- и макроструктуру пескобетонной матрицы и прочностные свойства сталефибробетона // Технологии бетонов. 2005. - №3. - С.62-63.

12. Бочарников А.С. Оценка возможности применения сталефибробетона в качестве материала для конструкций защитных сооружений // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2005. - №6. -С.28-29.

13. Брауне Я.А., Кравинскис В.К., Спилва М.О. Определение упругих характеристик деформируемости дисперсно-армированного бетона // Проектирование и оптимизация конструкций инженерных сооружений. Рига: Риж. политехи, ин-т, 1986.-С.87-97.

14. Брауне Я.А., Кравинскис В.К., Филипсонс В.О. Статистический анализ распределения арматуры и прочность сталефибробетона // Проектирование и оптимизация конструкций инженерных сооружений. Рига: Риж. политехи, ин-т, 1982.-С.89-95.

15. Волков И.В. Фибробетонные конструкции// Обз.инф. Серия «Строительные конструкции». Вып.2. -М.: ВНИИИС Госстроя СССР, 1988.С.18.

16. Волков И.В. Проблемы применения фибробетона в отечественном строительстве // Строительные материалы. 2004. - №6. - С. 13.

17. Волков И.В. Фибробетон состояние и перспективы применения в строительных конструкциях // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2004. - №5. - С.24-25.

18. Волков И.В., Беляева В. А., Курбатов Л.Г. Исследование тонкостенных пространственных конструкций из фибробетона // Бетон и железобетон. 1985. - №9. - С. 12-14.

19. ВСП 103-97 Банк России. Сталефибробетонные ограждения защищаемых помещений учреждений центрального Банка Российской Федерации. М. - 1997 г.

20. ВСН 56-97 «Проектирование и основные положения технологии производства фибробетонных конструкций». -М:, 1997.

21. Вылегжанин В.П. Определение деформаций элементов конструкций из сталефибробетона при растяжении и изгибе на различных стадиях загружения // Пространственные конструкции в гражданском строительстве. -Л.: ЛенЗНИИЭП, 1982. С.53-60.

22. ГОСТ 7473-94 Смеси бетонные. Технические условия. М.: НИИЖБ Госстроя России, 1996.

23. ГОСТ 8829-94 Изделия строительные железобетонные и бетонные заводского изготовления. Методы испытания нагружением. Правил оценки прочности, жесткости и трещиностойкости. М.: НИИЖБ Госстроя России, 1997.

24. ГОСТ 10180-90 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам. М.: НИИЖБ Госстроя СССР, 1991.

25. ГОСТ 10181-2000 Смеси бетонные. Методы испытаний. М.: ГУП НИИЖБ Госстроя России, 2001.

26. ГОСТ 18105-86 Бетоны. Правила контроля прочности. М.: НИИЖБ Госстроя СССР, 1987.

27. ГОСТ 26633-91 Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия. М.: НИИЖБ Госстроя СССР, 1992.

28. ГОСТ Р 52748-2007 Дороги автомобильные общего пользования. Нормативные нагрузки, расчетные схемы нагружения и габариты приближения. М.: ФГУП Стандартинформ, 2008.

29. ГОСТ Р 52751-2007 Плиты из сталефибробетона для пролетных строений мостов. М.: ФГУП Стандартинформ, 2008.

30. Денисова А.П., А.И. Овчинникова. Проектирование и расчет железобетонных водопропускных труб на автомобильных дорогах: Учебное пособие. Саратов: Сарат. гос.техн.ун-т, 2003.-139 с.

31. Железобетон в XXI веке: Состояние и перспективы развития бетона и железобетона в России / Под ред. К.В. Михайлова / Госстрой России; НИИЖБ. -М.: Готика, 2001. 684 с.

32. Кавиршин М. Влияние ударной нагрузки на железобетон: Пер. с франц. Новосибирск, 1979. - 148 с.

33. Канаев С.Ф. Базальтобетон на грубых базальтовых волокнах (обзор) -М.: 1990. -143 с.

34. Кравинскис В.К. Исследования сцепления тонкой стальной проволоки с бетоном М.: НИИЖБ 1979, стр. 87-90.

35. Кириллов А.П., Меликов В.П. Исследование динамической прочности и деформативности бетона при растяжении // Гидротехническое строительство. 1975.- №10. - С. 21-24.

36. Комохов П.Г Бетоны повышенной трещиностойкости и морозостойкости. JL: Знание, ЛДНТП, 1980.

37. Комохов П.Г Физико-механические аспекты разрушения бетона и принципы снижения его трещинообразования. В кн.: Совершенствование технологии строительного производства: Межвуз. темат. сб. / Томск, ун-т. Томск, 1981,- С. 145-151.

38. Коротышевский О.В. Полы из сталефибробетона и пенобетона // Строительные материалы. 2000.- №3. - С. 16-17.

39. Косарев В.М. Расчет прочности по нормальным сечениям изгибаемых элементов с хаотичным дискретным армированием // Фибробетон и его применение в строительстве. М.: НИИЖБ, 1979. - С.20-26.

40. Крылов Б.А. Фибробетон и его применение в строительстве М.: Стройиздат, 1979.-173 с.

41. Кузнецов М.С. Совершенствование методики расчета сталефибробетонных безнапорных водопропускных труб, изготовленных методом центрифугирования: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Екатеринбург, 2007. -с.23

42. Курбатов Л.Г., Попов В.И. Трещиностойкость и раскрытие трещин в изгибаемых сталефибробетонных элементах // Пространственные конструкции в гражданском строительстве. Л: ЛенЗНИИЭП, 1982. - С.33-42.

43. Курбатов Л.Г., Рабинович Ф.Н. Об эффективности бетонов, армированных стальными фибрами // Бетон и железобетон.-1980.-№3.-С.6-8.

44. Курбатов Л.Г Хазанов М.Э., Шустов А.Н. Опыт применения сталефибробетонов в инженерных сооружениях.- Л.: ЛДНТП, 1982.

45. Курбатов Л.Г., Лобанов И.А. Особенности проектирования и технологии изготовления сталефибробетонных конструкций.-Л.: ЛДНТП, 1978.28 с.

46. Курбатов Л.Г., Родов Г.С. Исследование прочности сталефибробетона при продольном ударе. В кн.: Исследование и расчет экспериментальных конструкций из фибробетона. - Л., 1976. - С. 76-83.

47. Курбатов Л.Г. Проектирование и изготовление сталефибробетонных конструкций: Обзорная информация ЦНТИ Госгражданстроя.-Л., 1985. -55с.

48. Лобанов И. А. Дисперсно-армированные бетоны, область их применения, пути качественного улучшения свойств // Производство строительных материалов и конструкций. Л.:ЛИСИ, 1976. - С. 11-22.

49. Лобанов И.А., Талантова К.В. Особенности подбора состава сталефибробетона // Производство строительных материалов и конструкций. -Л.: ЛИСИ, 1976.- С.22-32.

50. Лобанов В.А. Основы технологии дисперсно-армированных бетонов.- Л.: ЛДНТП, 1982. -24 с.

51. Лукша Л.К. К расчету прочности бетона в обойме// Бетон и железобетон. -1973. №1.-с.23-25.

52. Маилян Р.Л., Маилян Л.Р., Осинов К.М. и др. Рекомендации, по проектированию1 железобетонных конструкций из керамзитобетона с фибровым армированием базальтовым волокном. Ростов н/Дону, 1996. с. 14.

53. Маилян Л.Р., Шилов Ал.В., Джаварбек Н. Влияние фибрового армирования базальтовым волокном на свойства легкого и тяжелого бетонов// Новые исследования бетона и железобетона. -Ростов н/Д., 1997.-c.7-12.

54. Маилян Л.Р., Шило А.В. Изгибаемые керамзито-фиброжелезобетонные элементы на грубом базальтовом волокне. Ростов н/Д.:Рост.гос.строит.ун-т, 2001. 174 с.

55. Малинина Л.А. Королев К.М., Рыбасов В.Н. Опыт изготовления изделий из фибробетона в СССР и за рубежом: Обзор ВЕИИЭСМ. -М., 1981.-35с.

56. Михеев Н.М., Талантова К.В. К вопросу о классификации стальных фибр для дисперсного армирования бетонов// Бетон и железобетон. 2003.- №2 с.9-11

57. Моргун JI.B. Теоретическое обоснование и экспериментальная разработка технологии высокопрочных фибропенобетонов // Строительные материалы. 2005. - №6. - С.59-63.

58. Моргун JI.B. Анализ закономерностей формирования оптимальных структур дисперсноармированных бетонов// Изв. Вузов. Строительство, 2003.№8 с.58-60.

59. Мохов В.Н. Повышение ударной стойкости и прочности бетона путем введения демпфирующих компонентов: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Д., 1986. 23 с.

60. Новожилов Г.Ф. Обеспечение бездефектного погружения свай // Бетон и железобетон. 1981.- № 1.- С. 38-39.

61. Носков А.С., Дубинина В.Г., Кузнецов М.С. и др. Применение труб из сталефибробетона в системах дренажа и водоотведения // Промышленное и гражданское строительство. 2005. - №7. - С.49-50.

62. Овчинников И.Г. Сталефибробетон: механические свойства, модели деформирования // Транспортное строительство. 1998. - №5. - С.7-9.

63. Овчинников И.Г., Полякова Л.Г. К расчету цилиндрической оболочки из композиционного строительного материала // Численные методы решения задач строительной механики, теории упругости и пластичности: Тезисы докладов. Волоград, 1990. С. 169.

64. Павленко В.И., Арончик В.Б. Свойства фибробетона и перспективы его применения: Аналитический обзор.- Рига: ЛатНИИНТИ, 1978. 56 с.

65. Парфенов А.В. Ударная выносливость бетонов на основе стальной и синтетической фибры: Автореф. дис. канд. техн. наук. Уфа, 2005. 23 с.

66. Пестряков А.Н., Овчинников И.Г., Горшков В.П. Пластины из фибробетона: эксперименты, модели деформирования, результаты расчета. -Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2004. 116 с.

67. Попов Н.Н., Чарышев P.M. Разрушение железобетонных балок со смешанным армированием // Бетон и железобетон. 1991.- №11,- С. 4-5.

68. Пухаренко Ю.В. Принципы формирования структуры и прогнозирование прочности фибробетонов // Строительные материалы.- 2004. -№10. С.47-50.

69. Пухаренко Ю.В., Голубев В.Ю. Высокопрочный сталефибробетон // Промышленное и гражданское строительство. 2007.-№9. - С.40-41.

70. Рамачандран В., Фельдман Р., Бодуэн Дж. Наука о бетоне: Физико-химическое бетоноведение / Пер. с англ. М.: Стройиздат, 1986. - 278 с.

71. Рабинович Ф.Н. Дисперсно армированные бетоны. М.: Стройиздат, 1989.- 176 с.

72. Рабинович Ф.Н. О некоторых особенностях работы композитов на основе дисперсно армированных бетонов // Бетон и железобетон. 1998. -№6. -С.19-23.

73. Рабинович Ф.Н. Об оптимальном армировании сталефибробетонных конструкций // Бетон и железобетон. 1986. - №3. - С. 17-19.

74. Рабинович Ф.Н. Особенности разрушения плит из фибробетона при ударных нагрузках // Бетон и железобетон. 1986. - №6. - С.9-10.

75. Рабинович Ф.Н., Лемыш Л.Л. Влияние удельной поверхности армирующих волокон на эффективность работы сталефибробетонных конструкций // Бетон и железобетон. 1997. - №3. - С.23-26.

76. Рабинович Ф.Н. Композиты на основе дисперсно армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции М.: АСВ, 2004. - 560 с.

77. Рабинович Ф.Н. Бетоны дисперсно-армированные волокнами: Обзор ВПИИЭСМ.-М., 1976.-73 с.

78. Рабинович Ф.Н., Курбатов Л.Г. Применение сталефибробетона в конструкциях инженерных сооружений// Бетон и железобетон. 1984.-№12. -с.22-25.

79. Рабинович Ф.Н., Черномаз А.П., Курбатов Л.Г. Монолитные днища резервуаров из сталефибробетона//Бетон и железобетон—1981. -№10.-с.24-25.

80. Рабинович Р.Ф., Зуева В.Н., Макеева JI.B. Устойчивость базальтовых волокон в среде гидратирующих цементов// Стекло и керамика. 2001.-№12-с.29-32.

81. Рахимов Р.З. Фибробетон строительный материал 21 века// «Экспозиция» 26 (54). Бетон и сухие смеси. 2008.

82. Рабинович Ф.Н., Романов В.П. О пределе трещиностойкости мелкозернистого бетона, армированного стальными фибрами // Механика композитных материалов, 1985. №2. - с.277-283.

83. Рекомендации по проектированию и изготовлению сталефибробетонных конструкций.-М.: НИИЖБ Госстроя СССР, 1987.-148 с.

84. Родов Г.С. Ударная прочность сталефибробетона. В кн.: Исследование долговечности искусственных сооружений. Д., 1980,- С.94-101.

85. Романов В.П. К выбору расчетной схемы работы фибр в ходе разрушения фибробетонных элементов при растяжении // Механика стержневых систем и сплошных сред. Л.: ЛИСИ. - 1980. - С.115-124.

86. Руководство по определению экономической эффективности повышения качества и долговечности строительных конструкций / НИИЖБ Госстроя СССР. М.: Стройиздат, 1981. - 56 с.

87. РТМ 17-01-2002 Руководящие технические материалы по проектированию и применению сталефибробетонных строительных конструкций. М.: ГУП НИИЖБ Госстроя России, 2002.

88. РТМ 17-02-2003 Руководящие технические материалы по проектированию и изготовлению сталефибробетонных конструкций на фибре, резаной из листа. М.: ГУП НИИЖБ Госстроя России, 2003.

89. РТМ 17-03-2005 Руководящие технические материалы по проектированию изготовлению и применению сталефибробетонных строительных конструкций на фибре из стальной проволоки. М.: ГУП НИИЖБ Госстроя России, 2005.

90. СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений. М.: НИИЖБ Госстроя СССР, 1983.

91. СНиП 2.03.01- 85* Бетонные и железобетонные конструкции. М.: НИИЖБ Госстроя СССР, 1985.

92. СНиП 2.05.03-84* Мосты и трубы. М.: НИИЖБ Госстроя СССР,1985.

93. СНиП 2.06.04-82* Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). М.: НИИЖБ Госстроя СССР, 1982.

94. СП 52-01-2003. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. М.: ГУП НИИЖБ Госстроя России, 2003.

95. СП 52-101-2003. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения. М.: ГУП НИИЖБ Госстроя России, 2003.

96. СП 52-104-2006. Сталефибробетонные конструкции. М.: ГУП НИИЖБ Госстроя России, 2006.

97. Сталефибробетон и конструкции из него. Серия «Строительные материалы» Вып.7 ВНИИНТПИ. -М., 1990.

98. Стерин B.C. Промышленная технология дисперсно-армированных железобетонных конструкций: Автореф. дис. канд. техн. наук.-СПб. 2002. — с 33.

99. Стеклофибробетон и конструкции из него. Серия «Строительные материалы» Вып.5 ВНИИНТПИ. -М.

100. Сычева Л.И., Воловик А.В. Материалы, армированные волокном/ перевод изд.: Fibrereinforced materials. -М.: Стройиздат, 1982,-180с.

101. Талантова К.В., Михеев Н.М., Толстенев С.В. Эксплутационные характеристики сталефибробетонных конструкций для дорожного строительства// Бетон и железобетон. 2002. - №3. - С.6-8.

102. Танигава Я., Хосака Е. Механизм развития трещин и разрушение бетона как композиционного материала / Пер. с англ. М., 1977. - 103 с.

103. Технические условия ТУ 0882-193-46854090-2005. Фибра стальная фрезерованная для армирования бетона

104. Технические условия ТУ 0991-123-538320252-2001. Фибра стальная для дисперсного армирования бетона

105. Технические условия ТУ 1211-205-46854090-2005. Фибра стальная проволочная для армирования бетона

106. Технические условия ТУ 5769-004-80104765-2008. Фибра базальтовая.

107. Фибробетон и его применение в строительстве: Сборник научных трудов / Б.А. Крылов, К.М. Королев. М.: НИИЖБ Госстроя СССР, 1979. - 173 с.

108. Хайдуков Г.К., Маляевский В.Д. О работе армоцемента при растяжении // Бетон и железобетон.-1961.-№12.-С.544-549.

109. Хегай О.Н. Статические исследования армированного сечения фибробетонной конструкции. М.: Известия вузов. Строительство.- 1999.- №9.-С. 126.

110. Янкелович Ф.Ц. Дисперсно армированный бетон. — Рига: ЛатНИИНТИ, 1978. 42 с.

111. Янкелович Ф.Ц. Об определении характеристик сечений дисперсно-армированных систем. В кн.: «Вопросы строительства», Вып. 1. - Рига, 1971. -С. 116-122.

112. Brooksbank D., Andrews K.W. Tessellated stresses associated with some inclusions in steel // J. Iron and Steel Inst. 1969. - №4. - p.30-39.

113. Concrete construction. Fiberreinforced cement based materials. 1971. -№6. - p.97-98.

114. Colin D. Johnston Steel fiber reinforced concrete // CoComposits.-1982.-№2.-p. 113-121.

115. Derucher K.N. Composite materials: testing and design. New Orleans -Philadelphia, 1979. - 697 p.

116. Hannat J. Fibre cements and fiber concretes. New York, 1998.

117. Sami Rizkalla, Tarek Hassan. Effectiveness of FRP for Strengthening Concrete Bridges // Structural Engineering International. May 2002.-P.89-95.