автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Конструкционные свойства бетона на безобжиговом зольном гравии при простом и сложном напряженном состоянии

ВВЕДЕНИЕ

Глава I ОБЗОР РАНЕЕ ВЫПОЛНЕННЫЙ ИССЛЕДОВАНИЙ. ПОСТАНОВКА ВОПРОСА.

1.1. Исследование зол и шлаков в области производства строительных конструкций

1.2. Применение зольного аглопоритового гравия и изделий на его основе

1.3. Безобжиговый зольный гравий-заполнитель для бетонов.II

1.4. Цель исследования.

Глава 2. СВОЙСТВА БЕЗОБЖИГОВОГО ЗОЛЬНОГО ГРАВИЯ

2.1. Прочность при сжатии и плотность заполнителя

2.2. Прочность при растяжении гранул заполнителя

2.3. Прочность сцепления заполнителя с раствором

2.4. Модуль упругости заполнителя, предельная сжимаемость и коэффициент поперечных деформаций

2.5. Усадка, разбухание и ползучесть заполнителя 28 Выводы по главе 2.

Глава 3. СВОЙСТВА БЕТОНА НА БЕ30БЖЙГ0В0М ЗОЛЬНОМ ГРАВИИ ПРИ КРАТКОВРЕМЕННОМ ДЕЙСТВИИ НАГРУЗКИ

3.1, Влияние прочности гравия на прочность бетона

3.2, Прочность бетона при растяжении. Предельная растяжимость.

3.3, Прочность сцепления арматуры с бетоном

3.4, Модуль упругости и предельная сжимаемость бетона.

3.5, Коэффициент Пуассона ^ , коэффициент плстич-ности % и коэффициент упругости^.

Выводы по главе 3.

Глава 4. СВОЙСТВА БЕТОНА НА БЕЗОБЖИГОВОМ ЗОЛЬНОМ ГРАВИИ ПРИ ДЛИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССАХ

4.1. Усадка бетона на безобжиговом зольном гравии

4.2. Ползучесть бетона на безобжиговом зольном гравии

4.3. Предложения по учету свойств бетона на безобжи -говом зольном гравии при расчете бетонных и же лезобетонных конструкций

Выводы по главе 4.

Глава 5. ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА НА БЕ30БШГ0В0М ЗОЛЬНОМ ГРАВИИ ПРИ СЛОЖНОМ НАПРЯЖЕННОМ СОСТОЯНИИ

5.1. Общие вопросы теории деформирования

5.2. Прочность бетона при двухосном сжатии.

5.3. Прочность бетона при трехосном сжатии

5.4. Прочность бетона при сжатии-растяжении . 128 Выводы по главе 5.

Глава 6, ИСПЫТАНИЕ ПЛИТ ПОКРЫТИЙ РАЗМЕРАМИ 1,5 х 6 м ИЗ БЕТОНА НА БЕЗОБЖИГОВОМ ЗОЛЬНОМ ГРАВИИ

6.1. Конструкция плит.

6.2. Методика и результаты испытаний плит покрытии 142 Выводы по главе 6.

В постановлении ХХУ1 съезда Коммунистической партии Советского Союза на период 1981-1985 г.г. развитие народного хозяйства СССР в области научно-технического прогресса отмечено: "Развивать мощность по производству строительных материалов с использованием золы и шлаков тепловых электростанций."

В нашей стране развита широкая сеть тепловых электростанций, объем отходов которых в виде золы и шлаков очень велик -около 120 млн. тонн в год. Это может быть одновременно богатством и бременем для страны. Богатством - если рационально и эффективно использовать золы и шлаки для расширения сырьевых ресурсов для раз -личных отраслей народного хозяйства и, в первую очередь, для промышленности строительных материалов", [п*]

Для хранения такого количества отходов приходится зани -мать большие территории. ". Каждая ТЭС занимает от 400-500 до 1500 га под золоотвалы, которые периодически расширяются. Под территорией золоотвалов только крупнейших ТЭС страны занято сейчас много тысяч гектаров ценных сельскохозяйственных угодий". [12*] . Эти земли можно было бы использовать в народном хозяйстве. Кроме того в районах прилегающих к золоотвалам ТЭС, сильно загрязнен воздушный бассейн, происходит минерализация водоемов и рек. Это приносит большой вред окружающей природной среде.

Использование зол и шлаков тепловых электростанций для изготовления заполнителей позволило хотя бы частично решить эту проблему, используя эти заполнители для производства железобе -тонных конструкций. Благодаря изготовлению зольных заполнителей во многих районах страны можно будет отказаться от применения дальнепривозного заполнителя гранитных пород, используемого для бетонов марок М200-М300. Это позволило бы уменьшить добычу природных заполнителей, т.е. сократить дорогостоящую разработку карьеров, уменьшить затраты на геологоразведовательные и поисковые работы. Кроме того уменышлись бы и текущие затраты на содержание золоотвалов ТЭС, которые составляют 150 млн.рублей

• . в год.

Однако использование зол и шлаков ТЭС в настоящее время в нашей стране незначительно, составляет около 10$. Одним из возможных направлений применения золы ТЭС в строительстве является производство из нее безобжигового зольного гравия (БЗГ). Технология изготовления безобжигового зольного гравия проста и эко -номична, добыча сырья не требует больших капиталовложений. Большое значение имеет тот факт, что для производства безобжигового зольного гравия не требуется дополнительного технологического топлива. Технология изготовления безобжигового зольного гравия разработана кафедрой технологии вяжущих веществ и бетонов МИСИ им. В.В.Куйбышева [з, 12^)

Безобжиговый зольный гравий представляет собой искусственный заполнитель, получаемый из золы путем ее размола и переме -ишвания с цементом и водой с последующей грануляцией смеси и твердения гранул. Для изготовления БЗГ применяются пылевидные золы, взятые непосредственно из циклонов и электрофильтров ТЭС, а также отвальная шлаковая смесь. Содержание остатков несгорев-шего топлива должно быть не более 20-25$ для зол каменных углей и антрацитов, 5-7$ для зол бурых углей. Свободной окиси каль -ция должно быть не более 3-5$, сульфатной серы не более 1$. г' ' ' ' ' ' ' ' "" ' " ""

Влажность золы и шлакозольной смеси при изготовлении гранул не должна превышать 3$. Дисперсность пылевидной золы не регламенг тируется.

В качестве вяжущего для получения БЗГ рекомендуется применять портландцемент и шлакопортландцемент марок М400 - М500, отвечающих ГОСТ 10178-76.

Опытное производство безобжигового зольного гравия в за -водских условиях осуществляется на экспериментальной установке зольного гравия Энергопрома в поселке Дзержинский, Московской области.

В настоящее время изучена достаточно полно технология изготовления безобжигового зольного гравия. Однако свойства за -полнителя и особенности работы железобетонных конструкций на заполнителе БЗГ исследованы недостаточно.

Целью данной работы является: изучение свойств заполнителя безобжигового зольного гравия и прочностных и деформативных свойств бетона на его основе марок М75 - М400 при кратковременном действии нагрузки и длительном, при простом и сложном на -пряженном состоянии, а также изучение особенности работы желе -зобетонных конструкций на безобжиговом зольном гравии, в каче -стве заполнителя.

Экспериментальная часть работы выполнена при консультации с.н.с,, к.т.н. A.A. Кудрявцева (НИИЖБ Госстроя СССР).

общие выводы

1. Изучены свойства заполнителя - безобжигового зольного гравия: прочность гранул при сжатии в цилиндре и куске, при растяжении; прочность сцепления заполнителя с раствором, ползучесть, усадка и разбухание заполнителя.

2. Выявлено, что сопротивление безобжигового зольного гра -вия на растяжение значительно выше, чем сопротивление растяжению других видов заполнителей; прочность сцепления БЗГ с раствором выше прочности сцепления других видов заполнителей (тяжелого, керамзитобетона и др.) с раствором начиная от марки М300 и выше.

3. Выявлена специфическая особенность бетона на безобжиго-§ вом зольном гравии, которая состоит в том, что модуль упругости заполнителя и растворной составляющей близки по количественным отношениям; это выгодно характеризует возможности нового мате -риала, так как способствует существенному уменьшению внутренней концентрации напряжений при силовых, температурных, влажностных и других воздействиях.

4. Изучены свойства бетона на безобжиговом зольном гравии:

- прочность при сжатии и растяжении;

- сцепление бетона с арматурой;

- сопротивление бетона силовым воздействиям в условиях слож-ноналряженного состояния двухосного сжатия, трехосного сжатия, растяжения-сжатия;

- длительные неравновесные деформирования бетона (ползучесть, усадка).

5. Определены: модуль упругости различных марок бетона, предельная деформативность при сжатии и растяжении, коэффициент Пуассона , пластичности и упругости .

6. Выявлено, что эффект влияния поперечного обжатия на временное сопротивление бетона является положительным и проявля -ется более ярко, чем в других видах бетонов.

7. Установлена возможность применения скорректированной теории сопротивления бетона сложным нагружениям, предложенной Г.А.Гениевым и осуществлена указанная корректировка позволила построить формулы оценки прочности при трехосном и двухосном сжатии бетона на безобжиговом зольном гравии.

8. В соответствии с результатами выше приведенных иссле -дований на Дзержинском КПП (г.Люберцы Московской обл.), в це -лях скорейшего и более эффективного внедрения конструкций на заполнителе безобжиговый зольный гравий, были изготовлены и проведены испытания преднапряженных плит покрытий ПА 1У-4 раз -мерами 1,5 х 6 м, плиты конденсационных подвалов ПФЖ-2-5, колонны типа ГКЛО-44-2-1, плиты перегородок ПЖС-7 и ПЖС-10, которые подтвердили рекомендации для серийного производства (см. акт от 14.12.1983).

9. Таким образом доказана техническая возможность широ -кого использования безобжигового зольного гравия при приготовлении бетонов и железобетонных конструкций. Кроме того изучено сопротивление бетона на безобжиговом зольном гравии и приведены экспериментально обоснованные приемы расчета сопротивления этого бетона сложным нагружениям. Это открывает возможность широкого использования зол тепловых электростанций. Этот ре -зультат в целом имеет народохозяйственное значение.

10. Составлены предложения по учету свойств бетона на безобжиговом зольном гравии при расчете бетонных и железобетонных конструкций.

1. Антипин А.Н. Использование золы-уноса тепловых электростанций в США . " Строительные материалы J£> 3, 1969, с.39.

2. Ахведов И.Н., Лукша Л.К. О характере разрушения бетона при различных напряженных состояниях. "Бетон и железобетон", J!°7, 1964, с. 297-3Q2r

3. Баженов Ю.М., Гладких К.В. и др. Безобжиговый зольный *гравий-новый эффективный заполнитель для бетонов. "Строительные материалы", JS 8, 1980, с. 19-20.

4. Балычева И.К. Использование золы крупных электростанций. "Энергетическое хозяйство за рубежом" , )!? 2, 1970, с. 17-21.

5. Берг 0Л. Физические основы теории прочности бетона и железобетона. М., Госстройиздат, I96X, с,96.

6. Берг 0.Я, Исследование прочности железобетонных конструкций при воздействии на них многократноповторной нагрузки. Сбор -ник статей "Исследование мостовых железобетонных конструкций". Трансжелдориздат, 1956, Вып. 19, 332с.

7. Бич П.М., Яшин A.B. Прочность тяжелого бетона и керамзи-^.Г" тобетона при двухосном сжатии. "Общие вопросы строительства", ! 1973 (Реферативный сборник ЦИНИС, вып.II), с. 47-51.

8. Брускова А.Н,, Кудрявцев A.A. Прочность и трещиностой -кость преднапряденного керамзитобетонного элемента по наклон -ным сечениям. " Бетон и железобетон ", 6, 1975, с. 28-30.

9. Берг О.Я., Смирнов Н.В. Об оценке прочности элементовконструкций при плоском напряженном состоянии. " Транспортное строительство J& 9, 1965« с. 33-37.

10. Волженский A.B., Гладких К.В., Юдина A.M. Искусст -венный безобжиговой заполнитель для легких и ячеистых бетонов. Известия ВУЗОВ "Строительство и архитектура" , ¡Ь 3, 1969, с.92-96.

11. Волженский A.B., Гладких К.В., Юдина A.M. Безобжиговые искусственные заполнители для легких бетонов. "Отроитель-ные материалы", В 8, 1980, с. 20-21.

12. Вяземский О.В. О силовом воздействии тяжелой жид -кости на скелет бетона. " Известия ВНИИ гидротехники 11, т.43, 1940, 93с.

13. Веригин К.П. Прочность бетонных элементов при двухмерном сжатии. Труды ХИСК, вып. 4, Харьков, 1955, с. 5-7.

14. Васильков А.Н. О прочности материалов в условиях сложных напряженных состояний. Научные труды Казанского института инженерно-строительной нефтяной промышленности, вып.З, Казань, 1955, с. 29-31.

15. Васильков А.Н. Прочность материалов на растяжение при всестороннем сжатии. Научные труды Казанского института инженерно-строительной нефтяной промышленности, вып.5, Казань, 1957, с. II-I3.

16. ГОСТ 24544-81 11 Бетоны. Методы испытаний 11, С.21-41.

17. Гвоздев A.A., Яшин A.B., Петрович К.В. и др. Прочность, структурные изменения и деформации бетона". М., Стройиздат, 1978, с. 299.

18. Гениев Г.А., Киссюк В.Н., Тюпин Г .А. "Теория пластичности бетона и железобетона". М., Стройиздат, 1974, с.316.

19. Гениев Г.А., Киссюк В.Н., Левин Н.И., Никонова Г.А. Прочность легких и ячеистых бетонов при сложно-напряженных состояниях. М., Стройиздат, 1978, с.166.

20. Глебов В.Д., Елсуфьев С.А. О применении идей Мора к описанию деформирования и разрушения материалов. "Известия ВНИИ гидротехники", т.82, 1966, с. 82-85.

21. Гвоздев A.A., Яшин A.B., Бич П.М. Исследование проч -ности бетона при сложных напряженных состояниях с созданием и апробированием механизма для програмного нагружения образцов. Научно-технический отчет, НИИЖБ, М., 1973, 91с.

22. Гвоздев A.A. Определение разрушающей нагрузки для статически неопределимых систем, претерпевающих пластические де -формации. "Проект и стандарт", $ 8, 1934, с. 7-8.

23. Гончаров И.Г. Прочность кат,генных материалов -в- условиях различных напряженных состояний. Госстройиздат, i960, с.124.

24. Давиденков H.H., Ставрогин А.Н. О критериях прочности при хрупком разрушении и плоском напряженном состоянии. "Известия АН СССР", В 8, ОТН, 1954, с.52-55.

25. Залигер Р. Железобетон, его расчет и проектирование. ГОНГИ, 1931« 671с.

26. Иметинов Н.Б. " Быстротвердещий безобжиговый гравий на основе зол ТЭС. Диссертационная работа на соискание ученой степени кандидата технических наук, с.232.

27. ИзрайЛит М.М. Некоторые особенности испытания легких , бетонов на прочность при сжатии. Сборник НИИСМ, Минск, 1969,с.23й&

28. Кудрявцев A.A., Романов Ю.М. "Легкие бетоны на аглопори -товом гравии из зол теплоэлектростанций". Обзорная информация. Серия 7. " Строительные материалы и изделия Выпуск I, М., 1982, 52с.

29. Курасова Г.П. Свойства конструктивного керамзитобето-на марок М200-500 "Легкие и ячеистые бетоны и конструкции из них". Сборник НИИЖБ. М., 1970, с. 48-56.

30. Курасова Г.П., Житкевич Р.К., Истоимн A.C. Высоко -прочный керамзитобетон марок М300-500. Технология и свойства новых видов легких бетонов на пористых заполнителях. НИИЖБ, Стройиздат, 1971, с. 9-31.

31. Курасова Г.П., Волков И.В., Истомин A.C., Кузнецо -ва Л.А. К нормированию модулей упругости легких бетонов В кн. "Расчет железобетонных конструкций из легких бетонов". М., Стройиздат, 1975, с.36-52. .

32. Кудрявцев A.A. Модуль упругости и модуль деформаций конструктивного керамзитобетона. В кн. "Структура, прочностьи деформации легкого бетона". М., Стройиздат, 1973, с.182-191.

33. Кудрявцев A.A. Предварительно-напряженный керамзито -бетон. М., Стройиздат, 1974, с.83.

34. Кудрявцев A.A. Прочность легкого бетона при двухосном сжатии. Труды НИШБ Госстроя СССР, вып. 25, 1975, с.88-92.

35. Курылло A.C. Результаты новых испытаний железобетонных колонн с косвенной арматурой. "Строительная промышленность" J& 8, 1952, с. 22-25.

36. Кудрявцев М.А., Брускова Л.Н. Прочность легких бето -нов при двухосном напряженном состоянии растяжении-сжатии.

37. Труды НИШБ Госстроя СССР " вып.2, 1975, с.93-97.

38. Лисицын Г.А. Прочность и деформативность легкогои тяжелого бетонов при двухосном сжатии. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических Hayivc.20,

39. Лукша Л.К. Исследование упругости и прочности железобетона при сжатии. " Материалы конференции молодых ученых АН БССР". Минск, 1962» с.65-66.

40. Лукша Л.К. Исследование прочности и пластичности бетона в условиях стесненной поперечной деформации. Автореферат кандидатской диссертации. Минск, 1962,19с.

41. Лукша Л.К. О пластическом течении железобетона под нагрузкой. " Известия АН БССР ". Серия физико-технических наук. № I, 1962.

42. Миропольская Е.С. Использование золы-уноса как до -бавки в бетон в энергетическом строительстве за рубежом.

43. Энергетическое строительство за рубежом & 14, 1963« с. 14-15.

44. Материалы ХХУ1 съезда КПСС. Москва, изд. Политическая литература, 1981, с.223.

45. Мурашов В.И., Сигалов Э.Е,, Байков В.Н. Железобетонные конструкции. М., 1962, 659с.

46. Мерш Э. Железобетонные конструкции, т.2, изд. НКПС, 1931, с.391.

47. Пащенко АД. По поводу статьи Г.Д.Диброва и А.М.Сергеева о Критериях нормирования несгоревших углеродистых частиц в золах ТЭС для производства строительных материалов. "Энергетическое строительство", № 10, 1981, с.72-73.

48. Першаков В.Н. Несущая способность коротких неармиро -ванных керамзитобетонных колонн при сжатии. "Бетон и железобетон", № 10, 1975,с.36-37.

49. Писаренко Г.С., Лебедев А.А. Сопротивление материалов деформированию и разрушению при сложном напряженном состоянии. Киев, " Наукова думка ", 1969, 102с.

50. Передерий Г,П. Курс железобетонных мостов. Гостехиздат, 1933, 460с.

51. Передерий Г.П. Трубчатая арматура. Трансжедцориздат, 1945, 83с.

52. Стольников В.В. Использование золы-уноса от сжигания пылевидного топлива на тепловых электростанциях. М., Издатель -ство "Энергия", 1968, 60с.

53. Семенникова В.И. " Влияние характеристик на прочность и деформативные свойства бетона на безобжиговом зольном гравии. Диссертационная работа на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва, 1980, с.197.

54. СемендяевК.А. Эмпирические формулы. Государственное е технико-теоретическое издательство, М., 1933, с.89.

55. Сборник статей под ред. А.А.Гвоздева. "Прочность структурные изменения и деформации бетона". М., Стройиздат, 1978,с. 299.

56. Тезисы докладов к семинару в г.Нарве 11 Использование зол и шлаков тепловых электростанций в энергетическом строи -тельстве" М., Инфорэнерго, 1973, 376с.

57. Тезисы докладов конференции в г. Свердловске. "Использование пылевидных зол от сжигания твердого топлива в производстве стройматериалов". Свердловск, НТО, Стройиндустрии, 1972, 358с.

58. Элинзон М.П. Производство искусственных заполнителей. М., Стройиздат, 1974, 256с.

59. IV.И. Jh*~ ¿//¿-с^ о/ ЛаЛеъаг у?, ¿.¿"Ъе^/тъс^С ¿к, ^е-с^/^^с^сС ¿¿/¿¿ъеё*-kom.nl „ ¿¿"с^г-и^би. " к г*,/м*

60. Коепьп » i4.4te.rn ГПот^ч- Iп ъе-Ьпег0 ^ "1. ЪесЖ. , . с. 36?. 'и./К „ Ргес . .

61. Pdtkdïi ЯЕ., itoaMzd^ k., Ol iídct^ of tlu. failure of tontitti илЛег Cô/nfcneûi compte ssôve. jtzzitei. //élrUzr. 3¿¿¿/w¿<5 ßatt, ' к 26, 'S/Z, 192$ . с 32-36.1. ИХ.

62. Им/. Зп veótlfy&tion In the. bi'bentk ргоръъЬу. tf êtùttte. ma,tet,í(i¿<l.

63. P-toe. 3n<£. Vetensiapi Oika. demie u>1. У/51 f Л939.

64. ПРИЛОЖЕН ИЕ I Себестоимость продукции

65. Основные материалы расчитаны по данным проекта в прейскурантных ценах Дзержинского КПП. Стоимость материалов на 1м3сос -тавляет:а) по безобжиговому зольному гравию 2,97руб.б) по аглопоритовому гравию 1,89 руб.

66. По данным Дзеркинского КПП стоимость топлива на технологические цели на 1м3 изделия:а) по безобжиговому зольному гравию 0,34 руб.б) по аглопоритовому гравию 1,49 руб.

67. Заработная плата основных производственных рабочих рас-читана согласно растановке рабочей силы по профессиям.

68. Цеховые расходы определены на основании расчетных показателей и отчетных данных Дзержинского КПП.

69. Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования опре -делены на основании расчетных показателей и отчетных данных ДКПП.