автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Исследование свойств бетона, армированного композицией стальных фибр, для тонкостенных конструкций

ВЛАДИМИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ОД

На правах рукописи

< 'ГО

* тн

грек ИБРАГИМ

ЗДК 391-419.9.323.4

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ БЕТОНА,АРМИРОВАННОГО КОМПОЗИЦИЕЙ СТАЛЬНЫХ ФИБР, ДЛЯ ТОНКОСТЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

05.23.05 - строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владимир 1996

Работа выполнена на кафедре строительного производства Владимирского государственного технического университета.

Научный руководитель - кандидат технических наук, профессор

Б.В.Генералов

Научный консультант - кандидат технических наук, доцент

Б.А.Евсеев

Официальные оппоненты- доктор технических наук, профессор

И.й.Лобанов - кандидат технических наук

В.Д.Калябин

Ведущая организация - Владимирский Проыстройпроект

Защита состоится " 23 " апреля 1396"г. в 15,30 часов на заседании диссертационного совета К 063.65.03. по защите диссертациций на соискание ученой степени кандидата наук во Владимирском государственном техническом университете по адресу: Владимир, ул. Горького, 8?, кор.М. ауд. N 523.

С диссертацией моано ознакомиться в библиотеке университета.

Просим принять участие в защите и направить Ваш отзыв на диссертационнуы работу по адресу: 600026. г.Владимир, ул.Горького, доы 8?. ВлГТЗ, ученый совет.

Автореферат разослан " 22 " марта 1996 года.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук, доцент

Л.А.Еропов

- 1 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Расширение объемов применения бетона и железобетона в Сирии особенно при строительстве ирригационных соорщений,где аесткие условия эксплуатации, требует постоянного соверменствования их прочности, трещиностойкости, сопротивления динамическим воздействиям, истирании, температурным ударам и т.д. Явным преимуществом в этом плане обладает бетон, армированный волокнами (фибрами), так называемый дисперсно-армиро-заннннй бетон. Работа различных видов фибр в бетонных конструкциях и свойства самих дисперсно-армированных бетонов хорояо известны. Но теория композиционных материалов, а дисперсно-армированный бетон является их разновидности, показывает, что моано еде более повысить зысокие прочностные характеристики при тех ае содеряаниях фибр. Волокна. произвольно ориентированные в массе бетона, создают пространственный каркас, который через силы сцепления с цементной матрицей воспринимает растягивающие усилия. прилоаенные к бетону, и сдергивает образование и развитие микротрещин, придавая материалу новые качественные и количественные свойства. Особенно перспективными являются волокна или композиции из стального листа с разными геометрическими характеристиками. Поэтому определение параметров сталефибробетонной смеси (однородность, технологические характеристики, композиция Фибр, их расход, способ приготовления), свойств бетона, армированного композицией Фибр, и влияние на них условий приготовления. укладки и выдерживания для тонкостенных конструкций (лотки, трубы, кольца, несъемные опалубки), которые найдут яирокое применение в сельскохозяйственном строительстве Сирии, является актуальной задачей.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Повышение качества бетона, армированного композицией фибр для тонкостенных конструкций, и сниаение материальных и трудовых затрат на их изготовление.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:

1. Влияние на однородность и технологические свойства сталефибробетонной смеси композиции фибры, ее расхода и способа приготовления.

2. Влияние композиции и геометрии фибры, ее расхода на Фи-

- 2 -

зико-механические свойства сталефибробетона.

3. Влияние параметров приготовления, укладки и выдерживания на качество сталефибробетона.

4. Разработка практических рекомендаций на повыпение качества тонкостенных сталефибробетонных конструкций и комплекс мероприятий по назначении рациональных строительно-технологических параметров сталефибробетонных смесей, способов приготовления укладки и выдераивания.

нйнчную новизна работы составляют:

- количественные значения показателей прочности сцепления различных типов стальных волокон с цементной матрицей, однородности бетонной смеси в зависимости от ее способа армирования, состава композиции стальной фибры и вязкости прочности на сяа-тие, растяжение, сдвиг от содержания волокон и водоцементного отношения;

- количественные значения физико-механичес:;их свойств от длины золокон, формы, содераания аоматуры, состаза бетона;

- аналитические зависимости изменения физико-механических свойств бетона от состава композиции, армированной призматическими стальными фибрами, а также условий приготовления, укладки и выдераивания;

- результаты технико-экономического анализа параметров бетонирования тонкостенных конструкций из сталефибробетона.

НА ЗАЩИТЫ ВНН0ШС2:

- результаты исследований влияния типа стальных волокон, способа их введения, состава композиции стальной фибры и смеси на строительно-технические свойства армированной бетонной смеси:

- результаты исследований длины. Формы волокон, содержания арматуры, состава бетона на его физико-механические свойства;

- результаты исследования влияния состава композиции призматических стальных волокон, условий приготовления, укладки и выдерживания на строительно-технические свойства сталефибробетона;

- рациональная технология изготовления тонкостенных конструкций, армированных композицией призматических стальных Фибр.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ заключается в определении параметров

армирования тонкостенных конструкций композицией призматических стальных Фибр: в разработке методами оценни начества сталефибро-бетонной смеси и бетона: в разработке принципов назначения параметров рациональной технологии изготовления тонкостенных констрдкций. армированных композицией призматических стальных фибр.

ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ подтверждается методами статистической обработки опытных данных: выбором адекватных математических моделей зависимостей, полученных при реализации планов экспериментов; достаточным количеством опытных образцов: сходимостью результатов: сопоставлением с натурными исследованиями.

АПРОБАЦИЯ И ПУБЛИКАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференциях ВлГТЗ и ЧГТУ С 1992-96 гг.). Основные положения диссертации опубликованы в 1 печатной работе.

ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Исследования свойств бетона для тонкостенных конструкций, армированных композицией призматической стальной фибры, осуществлялись по плану Министерства сельского хозяйства республики Сирия,и результаты приняты в практику строительства в Сирии ирригационных сооруаений. Использование разработанных предложений по применению и выбору типа и композиции Фибры, составу смеси, способу приготовления, укладки и задерживания а 2.5 раза повышает долговечность конструкции, требует большей периодичности ремонта. Достигается снижение затрат на возведение и эксплуатации ирригационных сооружений из сталефибробетона по сравнению с сооружениями из железобетона на 98,3 У. и из бетона, армированного проволочной стальной фиброй, на 1? У. .

РАБОЧАЯ ГИПОТЕЗА. Повыиение строительно-технических свойств бетонов может быть достигнуто армированием определенной композиции стальных Фибр, так как это изменит условия работы матрицы при эксплуатации.

СТРЗКТЗРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, общих выводов, списка литературы. 4 предложений. Работа изложена на страницах машинописного текста и содержит 29 таблиц и 85 рисунков. Список литературы содержит 66 наименований.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ дан анализ факторов, влияющих на качество сталефибробетона, выявлены направления повышения качества ста-лефибробетона для тонкостенных конструкций.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ приведены результаты исследования влияния на технологические свойства сталефибробетона способа приготовления бетонной снеси, композиции фибр, методика проведения экспериментальных исследований, сопоставлены показатели прочности сцепления различных типов дисперсной арматуры с цементно-песча-ной матрицей и выводы.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ приведены закономерности становления физико-механических свойств сталефибробетона. анализ влияния вида фибры, композиции Фибр из стального листа, состава и условий твердения на прочностные характеристики бетона, начальный модуль упругости, особенности формирования прочностных и деформативных характеристик сталефибробетона в жарких условиях и выводы.

ГЛАВА 4 содержит рекомендации по повышении качества сталефибробетона тонкостенных конструкций, выбору вида фибры, состава и способа приготовления смеси, параметров технологии изготовления тонкостенных изделий. Определена техническая, экономическая и социальная эффективность повышения качества бетона для тонкостенных конструкций, армированного композицией фибр из стальной ленты. Общие выводы.

В 4 приложениях содержатся результаты экспериментального определения на сжатие. изгиб фибробетона. однородность смеси при различных композициях Фибр из стального листа, технические условия на плиту из сталефибробетона для несъемной опалубки, конструкция универсальной опалубки для изготовления сталефибро-бетонных плит, описание стендовой технологии изготовления ста-лефибробетонных тонкостенных изделий.

СОДЕРШИЕ РАБОТЫ

Анализ данных различных авторов по оценке свойств дисперсно-армированных бетонов для тонкостенных конструкций показал, что при изготовлении бетонов, армированных стальными Фибрами, на основных технологических этапах (получение фибровой арматуры, приготовление фиброармированной бетонной смеси, формование изделий) в неполной мере учитывается ряд важных Факторов: влияние на однородность и технологические свойства смеси вида, компози-

ции фибр и их размеров, способа приготовления , а такае этих Факторов и параметров укладки и выдерживания на физико-механические свойстза сталефибробэтона. Вместе с тем на всех этапах, начиная с подбора состава, выбора вида Фибры и кончая выдерзи-ванием, принимать такие реиения, которые бы приводили к повышении качества бетона, армированного стальными фибрами, и сниаали материальные и трудовые затраты.

Анализ литературы позволил выделить несколько групп Факторов: определяемые составом сталефибробетона, свойствами материалов. параметрами технологического процесса. Исследование этих Факторов применительно к свойствам бетонов, армированных композицией Фибр из стальной ленты, не проводилось. На основе проведенного анализа в работе были определены задачи исследования.

Экспериментальные работы по выявлению особенностей технологических свойств бетона, армированного композицией фибр из стальной ленты, заготовки волокон, сцепления с цементно-песча-ной матрицей, способов приготовления бетонной смеси проводились в лаборатории кафедры технологии строительного производства Челябинского государственного технического университета. Для получения сопоставимых результатов были приняты единообразные методы испытания образцов, которые изготавливались из одинаковых материалов по одной и той же технологии. На установке ЧГТН были получены волокна сложного поперечного сечения из стальной ленты толщиной 0,4, 0,45 и 0,5мм, длиной 27 мм при сохранении оптимального отношения толщины и длины фибры. Волокна из стальной фибры (0.45x0,45x27мм) и из низкоуглеродистой проволоки двух типов (диаметры 0.7 и 0.3 мм) заделывались в матрицу в виде призмы размерами 40x40x160мм из вибрированного цементно-песчаного раствора состава Ц:П = 1:2. В/Ц = 0.4. В качестве вяжущего использовался илакопортландцемент И500 Еманжелинского цемзавода. Волокна заделывались на глубину 5, 10, 15 и 20 мм. После заделки волокон образцы подвергались повторному вибрировании. Было изготовлено и испытано 12 серий образцов. После 28 суток нормального хранения волокна выдерживались на переоборудованном приборе Михазлиса. Параллельно с оценкой прочности сцепления определялся предел прочности на растяжение самих волокон. Отноиение напряжений з волокнах на момент вытягивания из матрицы к предельной прочное-

ти характеризует степень использования материала. У волокон из стальной ленты оно составляет около 802. проволоки диаметром 0.3 мм - 64% и 0.7 - 412. Сравнение сцепления арматуры из стальной ленты с японской арматурой "Tesusa" сечением 0.5x0,5мм при заделке на глубину 0.5 мм показало, что оно существенно выие. Это объясняется тем, что продольная геометрическая ось волокна из стальной ленты имеет форму двух отрезков окружностей, сопряженных в центре волокна, а плоскости этих окруаностей составля-ат между собой угол 45...135°, поперечное сечение волокна имеет Форму, близкую к параллелограмму, а боковые ребра образуют винтовую линию с шагом от 0.5 до 2.

Для выбора способа приготовления сталефибробетонной смеси исследовалась ее однородность на 4 составах, отличающихся содержанием дисперсной арматуры (0; 0.5; i: 1.5Х). Смеси приготавливались на гранодиоритовом щебне фракции 5...10 мм, песке с Мк = 2,5, расход на 1 м цемента - 382 кг, В/Ц = 0.55. песка от 1150 до 1132 кг. щебня - от 492 до 485 кг и фибры - от 0 до 118,5 кг. Арматура - волокна (0,45x0,45x27мм) из стальной ленты марки 10КП. Определение однородности проводилось на приборе конструкции ЧГТУ, представляющим собой три металлических цилиндра без днища, кроме нианего, устанавливаемых друг на друга и плотно соединяемых с помощью тяг, фиксирующихся в направляющих. Оценивалась однородность при 3 способах приготовления смеси: 1-й способ - в бетоносмеситель загружались предварительно перемешанные волокна и инертные, затем добавлялось цементное тесто: 2-й способ - смешивались волокна, инертные, цемент, затем вводили воду: 3-й способ - волокна вводились в перемещенную бетонную смесь. Дополнительно во 2-м и 3-м способах приготовления при содержании арматуры 1.5% проводились замесы при В/Ц = 0.4. Приготовление смеси производилось в бетоносмесителе принудительного перемешивания. Введение волокон в приготовленную смесь осуществлялось с помощью раздатчика конструкции ЧГТЗ. представляющего собой вращающийся со скоростью 45...48 об/мин барабан, активная часть которого реиетчатая из стержней диаметром 5 мм с зазорами между ними равными половине длины волокна (13,5 мм). Волокна проваливаются на лоток, имеющий уклон 30 , и поступают в смеситель. Для определения показателей однородности приготовленную стале-

фибробетоннуя смесь выгружали в мерный сосуд, где взвешивали, и объем, необходимый для заполнения прибора,укладывали с уплотнением штыкованием. Прибор крепили к зиброплояадке. и смесь виб-роуплотняли в течение времени, в 2 раза превышающем необходимое для обычной смеси. По окончании уплотнения поверхность смеси выравнивали. Сдзигая каждое кольцо прибора, смесь укладывали на стандартное сито 0.83, отмывали инертные и дисперсную арматуры, высушивали их при температуре 150°С в течение 1,5 ч, затем волокна собирали постоянным магнитом и взвешивали. За абсолютный показатель однородности принималось отношение разности между расчетным содержанием арматуры в цилиндре и фактическим к расчетному. выраженное в 7.. Относительный показатель однородности определялся сравнением абсолютных показателей каждого цилиндра с нижним, показатель однородности которого принимался за 0.

Все рассмотренные способы приготовления обеспечивают получение однородной (однородность до 10И) сталеоибробетонной смеси, но при 1-м и 3-м способах фактическое содержание волокон выше, чем расчетное, что объясняется потерей цементного молока при приготовлении и укладке. 2-й и 3-й способы приготовления обеспечиваит получение смеси с объемной плотностьа, близкой к расчетной. Способ 1-й влечет за собой дополнительную операцию приготовления цементного теста, но требует увеличения продолжительности перемешивания. Способ 2-й дает наиболее высокие показатели качества смеси, но вызывает увеличение запыленности рабочих мест или затрат на пылеударение. Способ 3-й при удовлетворительных показателях однородности свободен от недостатков, присущих способу 2.

В продолжение работ по оценке влияния различных факторов на показатели однородности смеси исследована роль композиции фибр 3 видов: ¿1,0 (0,6x0,8x40мм): ¿¡о (0,3x0,45x30мм); /¿а (0,3x0,45x20мм). Приготавливалась цементно-песчаная смесь состава: цемента - 426 кг, песка - 1661 кг. воды - 234 л. Волокна вводились по 3-му способу приготовления - в перемешанную смесь. Были реализованы 2 трехуровневых плана при 4 факторах: расход фибры и зид композиции (табл.1,2).

Я пп Факторы Индекс Значение фактора

-1 0 + 1

{ Расход ¿зо Л V 0.8 Ч 1.2

г Композиция Хг 0.8 1.0 1.2

¿зо + ¿ъо Л 1.0 1.2

ч Композиция Хз 0.3

¿го *■ ¿'¡о л.

4 Композиция 0.8 1.0 1.2

¿10 + ¿30 Л

Таблица 2

N пп Факторы Индекс Значение фактора

-1 0 +1

1 2 3 4 Расход ¿го + ¿¡0 Л. Композиция ¿чо +-(¿60 + ¿го) Л Композиция ¿¡о +(£чо + ¿¡о) Л< Композиция ¿го + Им + £го) >г х; ь и 0.8 о.зе 0,36 0.36 1,0 0.5 0.5 0.5 1,2 0.8 0.6 0.5

Были получены 2 уравнения регрессии показателя средней однородности, для композиции двух фракций: Оср = 2.08 + 0,02Х<- 0.01Хг- 0.05Х3- 0.2дХ^ ; С1)

для композиции трех фракций фибр:

Оср = 2,24 - 0,22ВХУ + 0,04Х^+ 0.04Х5+ 0,23ХУ- 0.27ХД,,. (2) Была проведена проверка полученных уравнений регрессии на адекватность с доверительной вероятностью 0,95. Сравнения адекватны для принятого уровня доверительной вероятности.

Показатель абсолятной однородности смесей, содержащих композиции трех фракций фибр, не превышает 5,72, а одну фракции фибр - до 9%. Композиции, содержание три фракции,менее однородны, чем дзухфракционнае. 3 смесях, содержащих композицию двух Фракций, с увеличением расхода арматуры в пределах экспериментов однородность несколько лозыяаегсд. но у.чудэается с уменьшением доли Фракций ¿¡о и ¿¡о ■ 3 составах, содержащих компози-

ции трех фракций, однородность ухудшается с увеличением доли крупной фракции ?чо и увеличением содержания арматуры.

Были установлены зависимости подвижности, жесткости и вязкости ранее описанных мелкозернистых смесей, армированных одной фракцией фибры из стальной ленты, от водоцементного отношения и содержания волокон, а также прочности смеси на растяжение, сжатие. сдвиг.

С уменьшением водоцементного отношения жесткость и вязкость смеси возрастают особенно при переходе от В/Ц = 0,55 к В/Ц = 0,5, а также с увеличением содержания арматура. Более чем в 2 раза увеличивается вязкость смеси с увеличением содержания волокон от 0 до 1,5%, Полученные данные хорошо согласуются с данными других исследователей при других видах стальных волокон.

Предельные напряжения растяжения сталефибробетонной смеси определялись на установке, представляидей собой стандартную форму (100x100x304мм) и (без внутренних перегородок), на дно которой укладывались 2 пластины, имеющие длину, равную половине длины основания формы. Одна пластина крепилась к основанию, к другой после заполнения формы смесью и уплотнения прикладывалось усилие через тросик с закрепленной на нем емкостью и блок. В емкость подавалась дробь. При приложении усилий измерялись перемещения формы с помощью жестко закрепленных 2 индикаторов часового типа. Загружение емкости осуществлялось ступенями по 0,3 кгс. Отсчет перемещений осуществлялся на каждой ступени после прекращения деформаций. Предел прочности определялся при усилии, когда образец разрушался. На каждый состав проводилось 3 испытания.

С увеличением содержания фибры с 0 до 1,5% для смесей с 3/Ц =0,5 предел прочности на растяжение увеличивается практически линейно и возрастает в 2,25 раза. Для смесей с В/Ц = 0,55 и 0,6 при содержании фибры 1% прочность на растяжение по сравнению с неармированной смесью возрастает на 15%. При дальнейшем увеличении содержания фибры до 1,5% прочность возрастает на 757. и 40%, для смесей с Й/Ц = 0,55 и В/Ц =0,5 соответственно по сравнению с прочностью на растяжение таких же смесей с содержанием фибры на 1%.

Прочность сталефибробетонных смесей определялась на образцах размерами 100x100x100 мм. Для каждого состава испытывалось

3 образца. Отформованный образец с нияней и верхней металлическими пластинами устанавливается на рычажную установку, центрируется и нагружается ступенями, равными 0.1 кгс/см. с выдержкой до прекращения деформаций. Деформации измерялись между опорными пластинами тремя индикаторами часового типа, закрепленными на пространственном жестком каркасе. С увеличением содержания волокон прочность на сжатие смесей возрастает. Для смесей с В/Ц = 0.8 линейно увеличивается с содержанием арматуры с 0 до 1.5% почти в 6 раз. Для смесей с В/Ц =0.5 при увеличении содержания арматуры изменение прочности на сжатие имеет точку перегиба при 1.0%. Прочность на сжатие возрастает с 700 до 1900 г/см . а затем прирост прочности замедляется и составляет 5% при увеличении содержания арматуры с 17. до 5%.

Для определения предельных напряжений сдвига определялись касательные напряжения в сталефибробетонной смеси. Смесь укладывалась и уплотнялась штыкованием в стандартный конус. Конус снимался, устанавливались наверх конического образца пригруз в виде емкости и система измерений деформаций. Пригруз закреплялся. После подготовки установки к работе пригруз освобождается от крепления и в емкость подается дробь ступенями по 300 г до наступления текучести смеси. Анализ данных определения предельных напряжений сдвига показывает, что они изменятся меньше, чем прочности на растяжение и сжатие при изменении содержания арматуры и В/Ц. При В/Ц =0,6 повышение содержания арматуры с 0 до 1.5% увеличивает величину предельных напряжений сдвига на 5%; В/Ц = 0.55 - на 6,5%: В/Ц = 0.4 - менее 4%. Увеличение В/Ц с 0.5 до 0.6 уменьшает предельные напряжения сдвига до 5%. Оценивая комплекс исследованных параметров смесей, можно предположить, что удобоукладываемость с увеличением содержания волокон из листовой стали до 1,52 ужудиится, а это приведет к увеличению затрат труда на укладку на 5-15% в зависимости от В/Ц.

Влияние содержания волокон из листовой стали и водоцемент-ного отношения на прочностные характеристики сталефибробетона оценивалось испытанием стандартных образцов: кубов (ЮОхЮОх хЮОмм) и призм (100x100x400мм) определением прочности при сжатии кубов, призм и изгибе в 7 и 28-суточном. возрасте выдержанных при 20°С и нормальной влажности. С увеличением содержания

арматуры больвие величины прироста прочностных характеристик наблядавтсз з сталефибрсбгтзне г более низким В/Ц. По сравнении с "нуль-бетоном" при содержании арматуры 1,32 в 28-суточном возрасте увеличение прочности при сжатии призмы и при изгибе составило при В/Ц =0,8 соответственно 7,519% и и при В/Ц =0,5 соответственно 132. 387. и 103%.

Л-тя оценки влияния содержания хсхпозиции фибр на прочность на сжатие, на растяжение при изгибе, модуль упругости, влагопо-тери и пористость применялось математическое планирование эксперимента. Было реализовано 5 планов (табл.3.4.5.6.?). Приготавливался цементно-песчаный бетон состава: цемента - 426 кг. песка -1661 кг. воды - 234 л. Волокна вводились в перемеианнув смесь. Образцы выдерживались при 20 С и нормальной влажности и испыты-вались в 3-, 7 и 28-суточном возрасте.

Трехуровневые матрицы планирования экспериментов

Таблица 3

Я пп Факторы Индекс Значения фактора

-1 0 +1

1 2 Расход ¿м Л Расход Л Ху ь 0.6 0,4 0,5 0,5 0,4 0,6

Таблица 4

N пп Факторы Индекс Значения фактора

-1 0 +1

1 2 Расход 2</о Л Расход ¿г0 Л Ху 0.6 0,4 0.5 0.5 0.4 0.6

Таблица 5

N пп Факторы Индекс Значения фактора

-1 0 +1

1 2 Расход ¿зо Л Расход е10 Л Ь 0.6 0.4 0.5 0.5 0.4 0,3

К пп Факторы Индекс Значения фактора

-1 0 +1

1 2 Вид фибры Расход фибры,% а 1,2 1,0 0.8

Таблица 7

N пп Факторы Индекс Значения фактора

-1 0 + 1

1 2 3 Расход /к ,% Расход ¿¡о ,% Расход £га ,% 0,3 О/б 0.3 0,4 0,4 0,4 0,5 0,3 0,5

Для изучения нелинейных зависимостей в широком диапазоне изменения факторов были применены планы второго порядка. В этом

случае получают полные квадратичные уравнения регрессии

¿

П = Вд + В/Х/+ В,»Хг+ В3Х3+ В^ХуХ¡+ В^Х^Х^-ь ВуХ^Х^ + В^Х^ + ВаХгг + Влх/. (3)

Значения коэффициентов уравнений регрессии (3) приведены в табл.8. Анализ полученных данных показывает, что соблюдается установленная ранее нами, а такие другими исследователями закономерность: с увеличением содержания волокон растут прочностные характеристики сталефибробетона. Однако для исследуемого бетона, армированного композицией Фибр из листовой стали, выявлено ряд особенностей. В 3-суточном возрасте на 52,2% снижается прочность на сжатие при армировании композицией из 2 и 3 фракций по сравнению с однофракционным составом. Наиболее высокие характеристики при армировании одной фракцией имеет бетон с волокнами длиной 30 мм. Из двухфракционных композиций на 8-11% повышается прочность на сжатие и растяжение при изгибе при общем содержании арматуры 1%. соотноаение : ¿¡о - 1:1 по сравнению с бетоном, содержащим одну фракцию.

Из трехфракционных композиций при содержании арматуры 1 У. повыиавт прочность на растяжение при изгибе на 24.5% и 27.6%

составы, имеющие соотношение ¿W + ?зо + ?го - (0,264+0,33+0,4)2 и (0,254+0,4+0,33)2 при одинаковой прочности на сжатие з 23-суточном возрасте. При содержании арматуры 1,52 максимальный прирост прочности на сжатие и растяжение при изгибе дает композиция фибр из 3 видов, имеющая соотноиение + ¿го -(0,4+0,6+0,5)2, соответственно на 27.62 и 46,92 по сравнению с наиболее высокими показателями однофракционной арматуры ( ¿зо ). Объяснение этому дает анализ плотности образцов. Максимальную плотность и наименьиую пористость имеют образцы этих составов бетона.

Выявление особенностей становления Физико-механических характеристик в бетоне, армированном стальными волокнами, выдержанном при температурах 20°С, 35°С, 50°С и влажности 452, проводились на кубах размерами 100x100x100 мм. призмах 100x100x300мм и 100x100x400 мм. Определялись прочность бетона на сжатие, вла-гопотери и пористость, модуль упругости, прочность на растяжение раскалыванием, усадка. Волокна вводились в перемешанную смесь. Укладка и уплотнение осуществлялись в стандартных формах на виброплощадке. Для температур 35 С и 50 °С использовалась специальная камера с системой автоматического регулирования. Испытания проходили на 3.7 и 28 сутки. Образцы изготавливались из бетонной смеси состава: Ц:П:Щ:Ф = 1:1,8:1,8:0,21 при В/Ц = 0.5. В качестве вяжущего использовался портландцемент Н400 Ульяновского цем-завода. Песок - улыбыиевского карьера и щебень мелиховского карьера Владимирской области, фибра сечением 0,5x0,5 мм,длиной 25 мм. Модуль упругости и деформаций определялся загружением призм нагрузкой 0.2: 0,4 и 0,6Rnp и измерением деформаций с помощью электротензометров Аистова. устанавливаемых на боковых поверхностях призмы на базе 100 мм. Влагопотери определялись взвешиванием образцов, усадка измерением размеров призм 100x100x400мм специально изготовленным компаратором, оборудованным часовым индикатором. Был составлен трехуровневый план проведения экспериментов при трех факторах: количество перегрузок перед укладкой: температура при приготовлении, укладке и выдерживании: способ выдерживания (табл.9).

Значения коэффициентов уравнений регрессии

Значения Физико-механические характеристики сталефибробетона

Масса образца в возрасте 3 суток, кг 1Ь Масса образца в возрасте 28 суток, кг п* возрасте 3 суток, МПа йз Я • -//Г' возрасте 28 суток. МПа Я ЧО"1 в возрасте 7 суток. МПа Яиз? ЪЧй-" в возрасте 28 суток, МПа Ииз^

1 2 3 4 5 6 7

1 план 2 план Во 3 план 4 план 5 план 15.466 -8.Й16 -1,55 1,475 5,546 4,678 -6.541 0,15 1.663 5,648 53,617 50,765 35.2 37,75 91.346 143.666 123,167 119,33 101*833 209*94 3.416 -2?.867 -43,27 10.766 14,582 9.767 -43.198 -78,267 24,767 23.717

1 план 2 план В./ 3 план 4 план 5 план -28,04 27,75 16.541 0.640 -1^,9 -5.158 26.25 7.§58 0,036 -5,76 1.415 -26,247 34.167 -1,770 -32,40 13,333 -15.833 30.0 -З.ё50 -8{.99 22.333 103,583 234.75 1.Й7 -6.2 27.75 15$,331 379.41? 1.7$4 -15,5

1 план 2 план Ъг 3 план 4 план 5 план -25,80 17,583 -0,541 0.812 -15,9 -5,158 15,083 0,541 0,066 -7,640 18,748 60,92 47.833 13Й.88 -161,0 33,333 14?,5 93.533 315,17 27,60 63.333 105.25 36,68 -4.541 44,20 95.415 172.662 98,417 -20,54

Окончание табл.8

1 2 3 4 5 6 7

В3 5 план 9,8 -5.15 -54.4 -82,0 28.3 52,1

В« 5 план -1,875 6,75 32,5 37.5 37,5 60,0

Вгз 5 план -1,875 1,75 142,5 287,5 17,5 25,0

В зз 5 план -9,88? 2,625 41,25 106.25 -51.25 -88,75

В/у 1 план 2 план 3 план 4 план 5 план 26.25 -27,5 -16.25 0 15,312 4.25 -26.0 -8,?5 0 7,125 2.501 2?,5 -5.6 0,04 41.25 0 25.0 6 0.090 1бб.24 -25,0 -97.5 -222,5 -0,02 3,75 -32,50 -145.99 -362,5 -0.031 11,25

Вг2 1 план 2 план 3 план 4 план 5 план 23,75 -17.5 1.25 -0.312 15,312 4.25 -15,0 -1,25 0 11,125 -7.49 5.6 -26.88 91,25 0 -75,0 0 -50.0 156,25 -55 -97,5 -32,5 3.124 — 16,25 -82,5 -92.5 13.125 -23.751

"й 1 план 2 план 3 план 4 план 5 план 3,75 0 -1,25 -0,01 3,125 1.75 0 1,25 0 -5,25 2.5 12.5 4. §99 -1,912 -7.5 0 25 100,0 -5.2Й0 12,5 10.0 2,5 7,50 0,087 -7 5 17.5 5 12.50 0.687 -12,5

- 16 -

Ндобоукладываемость определялась осадкой конуса. Получено следующее уравнение регрессии; = 1.99 - 0.03Х,- 0.03Х2- О.О1Х3- 0,005х/- 0,005Х/- 0,005X^.(4)

Таблица 9

N пп Факторы Индекс Значения фактора

И 0 -1

1 2 3 Перегрузки с Температура, С Способ выдерживания (укрытие) х' 1; 3 50 укр.влаж. меиковин. 2 35 укрыт. пленкооб. матер. 1 20 укр .злая. песком

Осадка конуса с повышением температуры и числа перегрузок уменьшается: при 1 перегрузке и температуре 50°С на 4'/.. 3 перегрузках и температуре 50 °С - на 7% по сравнении с 1 перегрузкой при температуре 20°С,

Для влагопотерь при укладке получено следующее уравнение регрессии:

а2 = 0,42 + 0.08Х,, + 0,ЗХг+ О.ОЗХ^- 0,07Хг\ (5)

с увеличением температуры и количества перегрузок влагопотери возрастают. Максимальные влагопотери при 3 перегрузках и температуре 50°С - 0,76% от вода затворения. Водоудерживашщая способность бетона,армированного стальными волокнами, выше, чем у мелкозернистых и цементно-песчаннх бетонов аналогичного состава.

Для злагопотерь при выдерживании через 2В суток получено следующее уравнение регрессии:

и23 = 22,3 + 1,9Ху+ ЗХ^+ 1.1Х3- 0.014Х/- 4.5Х/+ ?.98х/, (6)

Потери влаги при укрытии влажным песком имеют максимальные значения по сравнению с другими видами укрытия. Влагопотери на 15% и 81.5% при температуре 20°С: 14.3% и 61.3% - при 35°С и 15,7% и 62,2% - при 50вС вайе по сравнению с укрытием соответственно влажной меяковиной и П0В при тех же температурах. Стале-Фибробетон теряет на 1-3% меньие влаги по сравнению с другими зидами бетона при аналогичных условиях выдерживания.

-v../i'./и.Д jv-Ai./. .iv.io'.v.i' Jiv - ^v.

«3 = 0,9 * 0.0.3X-* 0.0?X5- 0.02X/* O.OOBX/* O.OOSXj. (?)

Наиболее значимо для величины усадки повышение температуры. Ь'крытие влажным песком создает условия максимальной усадки. При укрытии ПОВ усадка минимальна. Для прочностных характеристик сталефибробетона получено уравнение регрессии вида (3), коэффициенты которого приведены в табл.10.

Анализ уравнений регрессии показывает, что влияние каядого Фактора можно рассматривать отдельно, причем значимость их существенно отличается друг от друга. С увеличением количества перегрузок прочность на слатие з 3-суточнои зозрасте уменьшается на 2,52. 10,62 - в 7-суточном и на 1,52 - в 28-суточном. Наиболее значимо влияние температуры. До семисуточного возраста проявляется ускоряющее влияние температуры, а затем набор прочности при температуре 50 °С замедляется и отстает от скорости набора прочности при 35°С, хотя и выше, чем при 20 С. Роль укрытия более ваяна а раннем возрасте, чем к 28-суточному возрасту.

Сталефибробетон. выдеряанный при температуре 35*0, независимо от уровня нагруяения имеет максимальные значения начального модуля упругости и несколько более высокие значения при 50"С по сравнении со значениями сталефибробетонз,выдержанного при

о '

20 С. Пластические деформации начинают проявляться при уровне нагруяения больае 0,2Rnp. Пластические деформации возрастают на 122 при увеличении уровня нагруяения с 0.2 до Ö,6Rnp.

Отработка параметров технологии бетонирования проводилась на плитах несъемной опалубки и стандартных образцах. Были изготовлены стальные формы. Приготавливались цементно-песчаные смеси и вводилась Фибра из стальной ленты С0,5x0,5x40мм). Сталефиб-робетонные смеси изготавливались из портландцементных марок 400 и 550 при В/Ц = 0,4 и 0,47. При работе со смесями при В/Ц =0,4 использовалась добавка разяияитель С-3. Содержание арматуры было принято 0,7; 1.0; 1,5: 22. Всего было изготовлено 36 плит 12 серий разного состава - по 3 плиты-близнеца в каждой серии. Бетонная смесь укладывалась послойно, слоями от 25 до 150 мм. Волокна вводили в перемешанную смесь. После укладки смеси в опалубку она уплотнялась на зиброплощадке. Отформованные плиты подвергались теплозлааностной обработке по режиму 2+4+8+24 при тем-

Таблица 10

Прочность. МПа ЧОч Обозначение Значения коэффициентов

В В В В В В В

На сжатие в 3 сцт. На сжатие в 7 сут. На сжатие в 28 сит. На растяжение в 3 сут. На растяжение в 7 сут. На растяжение в 28 сут. 96 Я? Н8 99 910 911 210.3 282,2 475 7.7 8Л7 4 6.3 -4.9 -1,3 -2,2 -0,16 -0,22 -0.3 54,6 56,9 11 0,57 0,16 0,35 -13,1 -12,3 4.? -0,06 -0.38 -0,05 -2Й?8 9 0,6 0.4 0.6 -46.9 -58.5 -0,15 -2,2 -2.6 20.6 52,2 -10.4 -2.4 -0,1) -1.5

I

1-1

а.

I

пературе 75°С. Затеи плиты после хранения в течение ? суток в нормальных условиях испытывались. Плиты испытывались на прессе как свободно опертые балки, лежащие на двух опорах с приложением двух сил в третях пролета.

Результаты испытаний показали, что при разруиении в плитах, изготовленных на ПЦ М400. при всех содержаниях арматуры волокна выдергиваится из матрицы, а в плитах на ПЦ 54550 отмечены обрывы. Наиболее стабильны результаты при содержании арматуры при 1.5% и более. Подбор состава следует корректировать по результатам испытаний опытных плит. Отработка составов (вид цемента. В/Ц. расход арматуры, длина волокон) применительно к несъемной опалубке с использованием математического планирования экспериментов позволила получить зависимости для прочности на растяжение при изгибе и при сжатии. Для получения несъемной опалубки с йи= = 12МПа необходимо использовать ПЦ И550 и Фибру из стального листа длиной 40 мм. В зависимости от изменения В/Ц от 0,4 до 0,5 содержание арматуры необходимо увеличить с 0.?% до 1,?%. Для установления зависимости прочностных характеристик сталефибробето-на от толщины уплотняемого слоя изготавливались призмы размерами 150x150x600 мм с содержанием арматуры 0: 0.5%; 1%; 1,5%. Бетонная смесь укладывалась слоями 25.50,75,150 ам и уплотнялась вибрированием 20...35 с. Состав смеси на 1 м : цемента - 480 кг. щебня - 98 кг, песка - 845 кг, В/Ц = 0,45. Волокна из стального листа размерами 0,8x0,8x35 мм. Образцы после 28 суток нормального хранения испытывались на прочность сжатия, растяжение при изгибе и раскалывание. Было изготовлено и испытано 36 образцов (по 3 образца в каждой серии). Независимо от содержания арматуры при укладке слоями 25...50 мм прочностные характеристики на 15...20% выие. Это объясняется тем, что при такой толщине слоя достигается преобладающая ориентация волокон вдоль главных растягивающих напряжений.

Для изготовления сталефибробетонных тонкостенных изделий разработана технологическая линия с использованием универсальной опалубки, оборудованной нагревательными элементами. Определены потребные ресурсы. Производительность линии - 24 изделия з смену, что соответствует изготовлению 2186 м сталефибробетонных изделий в год.

- 20 -

С учетом проведенных исследований достигнута поставленная цель псзыагения качества бетона тонкостенных конструкций, армированного композицией стальных фибр, обоснованного выбором состава бетонной смеси, вида и композицией Фибр из листовой стали, параметрами укладки и ухода с учетом затрат материальных и трудовых ресурсов. Рассчитанная себестоимость ирригационного соору-яения из бетона, армированного волокнами из стальной ленты, на 28%. из стальной проволоки на 5,8% выве, чем у сооружения из железобетона. Однако сооружения из сталефибробетона имеют срок службы в 2,5 раза больший и требуют меньшего числа и соответственно меньших затрат. Кроме улучшения технических свойств бетона. армированного волокнами из стальной ленты, достигается снижение затрат на возведение и эксплуатацию для тонкостенных конструкций по сравнению с аналогичными конструкциями из железобетона на 96,3% и на 1?% при армировании бетона волокнами из стальной проволоки.

ОБЩ ВЫВОДЫ

1. Установлено, что недостаточно исследовано влияние вида Фибры, ее геометрии, параметров приготовления и укладки сталефибробетона тонкостенных конструкций. Призматические волокна из стального листа превосходят по качеству сцепления другие типы Фибры и обладают повыэенной анкеруючей способностью. Целесообразно волокна вводить в перемешанную бетонную смесь.

2. Получены аналитические зависимости однородности стале-Фибробетонной смеси от расхода, соотношения двух и трех Фракций фибры, технологических параметров от содержания волокон и водо-цементного отноиения. которые позволяют назначать режимы уплотнения. транспортирования и складирования изделий из сталефибробетона и прогнозирования изменения затрат на укладку смесей. Более чем в 2 раза увеличивается вязкость смеси с увеличением содержания волокон от 0 до 1.5%. Прочность на растяжение стале-Фибробетонных смесей при В/Ц = 0,5 с увеличением содержания Фибры от 0 до 1.5% возрастает в 2-2.5 раза; при В/Ц = 0.55 - на 75% и В/Ц = 0.6 - на 40%. Прочность на сжатие возрастает при увеличении содержания Фибры от 0 до 1.5% при В/Ц = 0,6 в 8 раз, при В/Ц = 0,5 - в 2,? раза. Значения предельных напряжений

сдвига изменятся существенно меньле с изменением В/Ц и содержанием волокон (на 4-52).

3. Получены зависимости прочности при сжатии и изгибе сталефибробетона от водоцементного отношения, вида содержания волокон, соотношения двух и трех Фракций фибры, условий укладки и выдерживания. С увеличением содержания волокон растут значения прочности при изгибе и раскалывании; больший прирост достигается при одинаковом содержании волокон при введении фибры с изогнутыми концами и профилированной.

Увеличение прочности при сжатии, призменной и при изгибе в 28 суточном возрасте при содержании призматических волокон 1.52 по сравнении с "ноль-бетоном" составило при В/Ц = 0.6, соответственно. 7.52; 192 и 442 и при В/Ц = 0.5 - 132: 382 и 1032. Наиболее высокие характеристики при однофракционном составе Фибры имеет сталефибробетон с волокнами длиной 30 мм. По сравнения с однофракционным составом при содержании волокон 12. двухфракционный состав из волокон 20 и 30 мм и соотношении их 1:1 имеет на 8-112 более высокие показатели прочности на сжатие и растяжение при изгибе. Трехфракционные составы при содержании фибры 12 имеют 24.5% и 27,62 более высокую прочность на растяжение по сравнению с однофракционным * при соотношении фракции 40.30 и 20 мм, соответственно (0.264+0.33+0.4)2 и (0,264+0,4+0,33)2. При содержании фибры 1,52 по сравнении с однофракционным составом, трехфракционным составом волокон (40+30+20) мм (0,4+0,8+0,5)% дает повышение прочности на сжатие на 27,92 и растяжении при изгибе 46,92.

4. Получены уравнения регрессии для удобоукладываемости, влагопотерь при укладке и выдерживании в течение 28 суток при укрытии влажной мешковиной, влажным песком и пленкообразующим веществом при температуре 20°С, 35°С, 50°С, усадки, прочности на сжатие, на растяжение при изгибе в 3-х. 7-ми и 28 суточном возрасте, а также данные по влиянии числа перегрузок, вида укрытия и температуры на начальный модуль упругости при приложении нагрузок равных 0.2; 0.4 и 0,6 от Япр. Для мелкозернистого сталефибробетона с содержанием волокон 1,52. Установлено, что удобоукладываемость с повышением температуры и числа перегрузок ухудшается на 4-72. Влагопотери при укладке при температуре

50 С и 3-х перегрузках составляют 0,78X от воды затаорения. Максимальные значения имеют потери влаги при укрытии влажным песком: при температуре 35 С - 31,4%. 22.3% - укрытий ПОВ и 29,2% - мешковиной. Сталефибробетон теряет на 1-3% меньше влаги при выдераивании по сравнению с другими видами бетона при аналогичных условиях выдерживания. Для усадки наиболее значимо по-вывение температуры. Укрытие элаяным песком создает условия максимальной усадки, при укрытии ПОВ усадка минимальна. Полученные зависимости позволяют прогнозировать физико-механические свойства сталефибробетона при температурах 20 С...50 С и различных видах укрытия.

5. Экспериментальные исследования сталефибробетонных плит, изготовленных на портландцементах М400"и М550 с содержанием фибры от 0,7 до 2%, показали, что для получения сталефибробетонной несъемной опалубки с прочностью на растяжение при изгибе не менее 12МПа необходимо содержание волокон 1,5 и более. Выбор вида Фибры должен быть увязан с поперечными размерами изделия. Показано, что для несъемной опалубки наиболее целесообразна фибра

из стального листа сечением 0,5x0,5, длиной 40 мм. При малопрочной матрице (менее 35 МПа) с содержанием Фибры до 1,5% не удается получить сталефибробетон с требуемой для несъемной опалубки прочностью на растяжение при изгибе (12МПа). Замена портландцемента Н400 на портландцемент Ы550 позволяет для получения сталефибробетона, годного к применению в несъемной опалубке, снизить содержание Фибры в бетоне с 1.7% до 0,7%.

6. Предложена технология изготовления сталефибробетонных изделий и методики расчета дозатора бетонной смеси и тарировки дозатора дисперсной арматуры, выбора способа укладки сталефибробетона. При укладке сталефибробетона слоями 25...50 мм показатели прочности на растяжение, сжатие, на растяжение при изгибе на 15...20% выие, чем при укладке слоями уплотнения 150 мм. При послойной (до 70 мм толщине слоя) укладке повиваются прочностные характеристики конструкции, т.к. достигается преобладающая ориентация фибры перпендикулярно поперечному сечению. Запроектирован участок по изготовлении несъемной опалубки и разработана конструкция универсальной опалубки для изготовления широкой номенклатуры элементов такой опалубки мощностью 12144 изделия в год.

- 23 -

7. Определены показатели технической, экономической и социальной эффективности повышения качества тонкостенных конструкций при реализации разработанных предложений для условий республики Сирия по применении и выбору типа фибры, ее гранулометрического состава, состава сталефибробетонной смеси, способа приготовления укладки и выдерживания. Сталефибробетонная тонкостенная конструкция имеет долговечность в 2.5 раза превышавшую долговечность аналогичной железобетонной конструкции, требует меньшей периодичности ремонта соответственно 5 лет и 2,6 года. Достигается снизение затрат на возведение и эксплуатации ирригационного сооружения по сравнению с сооружением из железобетона на 90,3% и из сталефибробетона с Фиброй из проволоки на 17%.

Основные положения диссертации опубликозаны в следующих работах:

1. Гаеб Хелаль И.. Генералов Б.В., Евсеев Б.А. Технология изготовления тонкостенных изделий из сталефибробетона//С5.науч. трудов "Пути повышения эффективности строительства". Владимир. 1994.

2. Гаеб Хелаль И.. Генералов Б.В. Технология изготовления несъемной опалубки из сталефибробетона*. Сб.науч.труд. Владимир. 1996.