автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Прочность, жесткость и трещиностойкость преднапряженных конструкций из мелкозернистых модифицированных бетонных смесей на основе отходов ГОКа

МИНСТРОЙ РФ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ, ПРОЕКТНО-КОНСГРУКТОРСКИЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА (НИИЖБ)

На правах рукописи

ФУРМАНОВ Александр Борисович

УДК 624.012.36:624.042

ПРОЧНОСТЬ, ЖЕСТКОСТЬ И ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ ПРЕДНАПРЯЖЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ МОДИФИЦИРОВАННЫХ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ ГОКа

Специальность 05.23.01 — Строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1992

-■л *

Работа выполнена в Государственном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском, проектно-конструкторском и технологическом институте бетона и железобетона (НИИЖБ) Минстроя РФ.

Научный руководитель

■ доктор технических наук ФА.ИССЕРС

Официальные оппоненты

• доктор технических наук, профессор Е.Н .ЩЕРБАКОВ кандидат технических наук ЛЛЛЕМЫШ

Ведущая организация

Уральский ПромстройНИИпроект Минстроя РФ

Защита состоится « .

4 /400

— 1992 г. в л/.... часов на заседа-

нии специализированного совета К 033.03.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук в Государственном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском, проекто-конструкторском и технологическом институте бетона и железобетона Минстроя РФ по адресу: 109428, Москва, Ж-428,2-я Институтская ул., д. 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан « ». Р. г?/?. 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета,

кандидат технических наук /¿¿&1 $„¿¿¿¿1 ТА.КУЗЬМИЧ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Анализ работы строительной отрасли России за последние десятилетия показал, что с течением времени наращивание выпуска сборного железобетона все в большей мере сдерживалось из-за нехватки заполнителей. Использованию же в качестве заполнителей отходов предприятий горнорудной промышленности препятствовало отсутствие рекомендаций по проектированию строительных изделий и конструкций из бетонов на таких материалах. Зги проблемы актуальны и для Уральского региона, где сосредоточено большое количество горнодобывающих предприятий.

1восты обогащения железистых кварцитов, значительными запасами которых обладает крупнейший на Урале Качканарский горно-обогатительный комбинат, можно широко использовать при изготовлении эффективных строительных конструкций как заполнитель в мелкозернистых бетонах. Это является экономически целесообразным даже в случае применения аэобогащенного шлама, так как введение в бетонные смеси современных химических добавок -пластификаторов снижает перерасход вяжущего. Однако, до недавнего времени исследования в этом направлении практически не велись.

Целью диссертационной работы является разработка рекомендаций по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из мелкозернистых бетонов на отходах Качканар-ского ГОКа с добавками пластификаторов на основе изучения физико-механических характеристик модифицированных бетонов на шаме и исследования работы преднапряженных опытных элементов и натурных конструкций из них.

Автор защищен1:

- предложения по назначению основных физико-механических характеристик бетонов из мелкозернистых модифицированных смесей на отходах ГОКа;

- предложения по определению длины зоны передачи напряжений для арматуры в пластифицированных бетонах на шламе и потери ее предварительного напряжения;

- результаты экспериментально-теоретических исследований прочности, жесткости и трещиностойкости преднапряженных элементов и конструкций из мелкозернистых модифицированных бетонных смесей на основе отходов ГОКа и предложения по их расчету;

- рекомендации по расчету и конструированию предварительно напряженных конструкций из мелкозернистых бетонов на шламе с добавками пластификаторов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- изучены основные физико-механические характеристики бетонов из мелкозернистых модифицированных смесей на отходах ГОКа;

- исследованы зона передачи напряжений и потери предварительного напряжения арматуры в пластифицированных бетонах на шламе;

- изучена работа преднапряженных опытных образцов и натурных конструкций, изготовленных из мелкозернистых модифицированных бетонных смесей на основе отходов ГОКа;

- составлены предложения по расчету предварительно напряженных конструкций из мелкозернистых пластифицированных бетонов на шламе.

Практическое значение работы состоит в том, что доказана возможность получения мелкозернистых модифицированных бетонов

на шламе, обладащих необходимыми при производстве массовых ! типовых конструкций для промышленного и гражданского строительства показателями удобоукладываемости, прочности и дефор-мативности.

Разработаны технические условия и рабочие чертежи на ряд строительных конструкций, выпускаемых Качканарским заводом ЖБИ ПСМО "Запсибнефтеотрой" корпорации "Роснефтегаз". Составлены предложения по корректировке технологического регламента их изготовления, позволящие снизить материалоемкость изделий и улучшить качество. Общий экономический эффект от внедрения разработок НИШБа на заводе за последние два года составил в ценах 1984 года 500 тыс.руб.

Апробация полученных результатов. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-техническом семинаре в Свердловске в 1991 году и на технических совещаниях лаборатории предварительно напряженных конструкций зданий и сооружений НИШБа Минстроя РФ в 1989-1991 годах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы, включающего .66 наименований, и приложений. Общий объем составляет 134 страницы, в том числе 91-у страницу.машинописного текста, 39 рисунков и 23 таблицы.

Исследования проводились в лаборатории предварительно напряженных конструкций зданий и сооружений НИЖБа и на Кач-канарсном заводе ЖБИ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

При классифицировании отходов горнорудных предприятий выявлено, что основное количество отходов, пригодных для

получения заполнителей бетона, образуется при добыче и обогащении наиболее распространенного вида железных руд - железистых кварцитов. По химическому составу они делятся на кварцевые, силикатные и железистые. Отходы последней группы из-за высокой дисперсности и повышенной плотности нельзя рекомендовать в качестве заполнителя. Кварцевые и силикатные отходы не содержат глинистых материалов и имея отличную от шарообразной форму зерен с шероховатой поверхностью, обладают необходимой прочностью и долговечностью.

Заполнители из отличающихся по химическому и гранулометрическому составам отходов различных ГОКов, изменяя структуру получаемых мелкозернистых бетонов, изменяют и некоторые их фи-зико-механичеокие свойства. Отсутствие по этой причине каких-либо общих рекомендаций по проектированию как обычных, так и выполняемых с предварительным напряжением строительных конструкций из песчаных бетонов на хвостах обогащения железистых кварцитов, вынуждает в каждом конкретном случае проводить дополнительные исследования.

Имеющиеся данные о влиянии таких заполнителей на прочностные и деформативные свойства мелкозернистых бетонов очень малочисленны и плохо сопоставимы. В основном изучался не весь комплекс физико-механических характеристик бетонов, а лишь два или три их параметра. Почти нет сведений о ползучести песчаных бетонов на отходах, необходимых для практического использования этих материалов в производстве преднапряженного железобетона.

Исследование возможности применения в качестве заполнителя хвостов обогащения железных руд Качканарского месторождения ограничивались в основном свойствами получаемых на их основе строительных растворов. Во время проведения этих работ изготов-

ление песчаных бетонов на необогащенных шламах без значительного перерасхода цемента одерживалось отсутствием высокоэффективных химических добавок, в том числе и суперпластификаторов. Устройство же обогатительного передела по оптимизации гранулометрического состава хвостов мокрой магнитной сепарации требовало больших капитальных затрат.

В соответствии с вышеизложенным, основные задачи исследований, выполняемых в диссертационной работе, состояли в следующем :

- изучить основные физико-механические характеристики бетонов из мелкозернистых модифицированных смесей на отходах Качканарского ГОКа;

- определить длину зоны передачи напряжений для арматуры и потери ее предварительного напряжения в пластифицированных бетонах на шаме;

- изучить прочность, жесткость и трещиностойкость предна-прякенных элементов и конструкций, изготовленных из мелкозернистых модифицированных бетонных смесей на отходах ПЖа;

- соогавить рекомендации по расчету и конструированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из мелкозернистых бетонов на шаме с добавками пластификаторов.

При изготовлении бетонных смесей в качестве вяжущего использовался портландцемент М400 Оухоложского завода, заполнителем являлись отходы мокрой магнитной сепарации Качканарского ГОКа, а модификаторами - среднеплаотифицируюцая добавка ЛСТ Камского ЦБК и суперпластификагор С-3 Первоуральском ПО "Хромпик".

По величине полного остатка на сиге с размером ячейки 0,63 мы шлам классифицирован как средний песок, а исследуемые

бетоны по значению его модуля крупности в соответствии со СНиП 2.03.01-84 как мелкозернистые группы А.

Исследования проводились на бетонах четырех составов с подвижностью смесей 1-4 см (таблица).

Составы бетонных смесей

Номер Расход материалов Вид Количество В/Ц Осадка состава на I м3, кг добавки добавки в конуса, МПа ----- % от Ц см

цемент шлам вода

I 580 1610 275 — — 0,47 1,0 27,4

2 534 1675 267 лея 0,15 0,50 2,0 36,5

3 479 1750 242 с-з 0,5 0,51 1,0 36,2

4 480 1730 254 0-3 0,3 0,53 3,5 26,2

Составы пластифицированных бетонных смесей назначались таким образом, чтобы по прочности и подвижности они соответствовали производственным составам, использовавшимся на Качка-нарском заводе ЖБИ, и подбирались совместно с лабораторией химических добавок ШИЕБа.

Исследование свойств контрольного бетона (без добавок) имело вспомогательное значение из-за низкой удобоукладываемости смеси и значительного расхода цемента при относительно невысокой прочности, делавших его применение экономически нецелесообразным.

Для определения физико-механических характеристик бетонов изготавливались опытные образцы в виде кубов с ребрами 10 и 15 си и призы с размерами 10*10*40 см.

Для получения полной картины влияния химических добавок на свойства исследуемых бетонов было испытано около пятисот кубов и призм.

Образцы подразделялись на две группы: естественного твердения и пропаренные по режиму 3+4+7+2 ч при температуре изотермы 80° С.

Прочностные и деформативные свойства бетонов определялись на протяжении 240-а суток со дня формования образцов.

Испытаниями установлено, что в начальные сроки твердения прочность в непропаренных модифицированных бетонах нарастала медленнее, чем в бетоне без добавок. По-видимому, это объясняется замедленной в начальный период твердения гидратацией цемента в бетонах с пластификаторами.

Тепловлажностная обработка позволяла уже на первые сутки получать прочность в размере 53$ от 28-и-суточной для бетона с ДСТ и 60$ для бетонов с С-3.

Масштабный фактор для бетонов всех пластифицированных составов проверялся на кубах с ребрами 10 и 15 сы. Плотность бетона в образцах разных размеров отличалась в каждой серии не более, чем на 2%. Независимо от возраста бетона и типа добавки значение переходного коэффициента стабильно превышало единицу. Наибольшая его величина, равная 1,23, достигалась в пропаренном бетоне с 1СТ. Возможно, это обусловлено особой формой чао-тиц заполнителя, а также их химической активностью в контакте с вяжущим и пластификатором, что требует специального изучения.

Введение С-3 не сказывалось на соотношении между призмен-ной и кубиковой прочноотями бетона. Значение коэффициента приз-менной прочности как для контрольного, так и для равнопрочного пластифицированного бетона, оставалось практически постоянным

и достигало величин 1,04 и 1,08 соответственно. Увеличение прочности в составе с С-3 при меньшей подвижности смеси приводило к снижению коэффициента до величины 0,93. Пропаривание увеличивало значение только в составе с добавкой ЛСТ, достигавшего там своей максимальной величины 1,07.

Характер разрушения образцов-призм из бетонов разных составов был примерно одинаков. Бее образцы, как правило, разрушались хрупко с выкалыванием пирамиды в одной из опорных частей призмы и образованием продольной сквозной трещины.

Сравнение опытных значений модуля упругости с теоретическими, установленными нормами для тяжелого бетона, показало их хорошее совпадение для всех составов независимо от условий и срока твердения (расхождение не превышало 3%).

Исследуемые бетоны обладали повышенным значением коэффициента Пуассона, достигавшим в среднем у пластифицированных бетонов естественного твердения с большей прочностью величины 0,30, а для бетонов о меньшей прочностью - 0,32. Пропаривание снижало величину коэффициента примерно на Ъ%. Опер ежащий рост поперечных деформаций в таких бетонах связан, по-видимому, с особой формой частиц заполнителя и их поведением в контакте с вяжущим.

Тип добавки не оказывал влияние на прочность бетона на растяжение. Пропаривание же снижало эту величину как при изгибе, так и при раскалывании, на 8-10^.

Прочность на осевое растяжение, рассчитанная по результатам испытания призм на изгиб, для пластифицированных составов примерно на 10% превышала величины, определенные по результатам раскола кубов, а для контрольного была на 5% меньше. При этом значения нормативных сопротивлений мелкозернистого бетона

группы А оказывались в 1,8 раза меньше, вычисленных для пластифицированного состава с меньшей прочностью, и в 1,5-1,6 раза меньше для остальных.

Основная часть деформаций усадки во всех образцах независимо от условий твердения проявлялась в первые 100-120 суток. В дальнейшем усадка плавно затухала со стабилизацией роста на 180-240-е сутки.

Пластифицирование бетонных смесей, уменьшавшее количество воды и цемента, позволяло до 20% снижать и деформации усадки. В свою очередь, увеличение содержания добавки, приводившее к росту прочности бетона за счет снижения объема воды затворе-ния, повышало усадку до 4С$. Тип добавки в равнопрочных составах не изменял величину усадки. Расхождение в этом случае как для образцов естественного твердения, так и пропаренных, не превышало 3%.

Тепловлажностной обработкой удавалось снижать в среднем на 12$ усадочные деформации у всех пластифицированных бетонов.

Опытные предельные значения усадки мелкозернистых бетонов на шламе всех составов независимо от условий твердения превышали максимальные теоретические усадочные деформации их двух-компонентных аналогов на кварцевом песке. Для пластифицированных бетонов это превышение составляло от 1,1 до 1,6 раза, а для контрольного - 23%,

Наиболее интенсивное увеличение деформаций ползучести как в бетонах естественного твердения, так и пропаренных, происходило в перше 60-80 суток. К 120-м суткам рост деформаций замедлялся и далее изменялся незначительно.

Удельные деформации ползучести у бетонов естественного твердения с добавкой С-3 и контрольного равнопрочного были

примерно одинаковы. Влияние пластифицирования на рост ползучести компенсировалось в этом случае уменьшением содержания в бетоне цементного камня. Увеличение содержания С-3, приводившее к росту прочности бетона естественного твердения за счет снижения Б/Ц, уменьшало удельные деформации ползучести на 20%. Состав с добавкой ЛСТ характеризовался приблизительно на 20% меньшей, чем состав с С-3, мерой ползучести. Это объясняется, по-видимому, более высоким значением действующего постоянного напряжения в загруженных образцах из-за.большей величины соотношения между призменной и кубиковой прочностями в бетоне с ЛСТ. Пропаривание не изменяло соотношения величин ползучести, хотя и вело к значительному (до 4й%) их снижению.

Опытные предельные значения удельной ползучести бетонов естественного твердения находились примерно на одном уровне с максимальными теоретическими мерами ползучести обычных мелкозернистых бетонов, а для состава с ЛСТ оказывались на 15% ниже. В пропаренных пластифицированных бетонах снижение опытных величин по сравнению о расчетными достигало 40$.

Иооледование предварительно напряженных элементов из мелкозернистых модифицированных бетонов на шламе проводилось на двух типах опытных образцов.

Призмы длиной 270 см и сечением 10*10 см с рабочей арматурой класса А-2 диаметром 16 мм, расположенной по центру сечения, использовались для определения потерь предварительного напряжения арматуры и зоны передачи напряжений. В торце каждого образца размещался сварной каркас из проволоки Вр-1 диаметром 5 мм для проверки влияния поперечного армирования на длину зоны передачи напряжений.

Еалки прямоугольного поперечного сечения о размерами

14*24*230 см использовались для исследования прочности, жесткости и трещиностойкости преднапряженных элементов при кратковременном действии нагрузки.

Изготавливалось два вида балок: слабоармированные с рабочей арматурой класса А-У диаметром 12 мм и переармирован-нне с арматурой диаметром 16 мм. Балочные образцы арми-

ровались также вязанными каркасами из стержней класса А-Ш в диаметром 8 мм и проволоки класса Вр-1 диаметром 3 мм.

Натяжение арматуры для всех образцов выполнялось на упоры специальных стендов механическим способом. Усилия натяжения в стержнях назначались таким образом, чтобы уровень напряжений в элементах при обжатии достигал величины равной 0,5 от передаточной призменной прочности бетона.

При достижении бетоном прочности 70% от его класса выполнялся отпуск напрягаемой арматуры, производившийся ступенями.

Для испытаний было подготовлено 14 преднапряженных образцов: 8 призм и 6 балок.

Призмы испытывались в процессе передачи усилия обжатия с арматуры на бетон и последующей выдержке в течение 240-а суток.

Балки испытывались на изгиб при кратковременном поэтапном нагружении возраставшим усилием до разрушения по нормальным сечениям. Кроме того, при обжатии бетона в процессе отпуска арматуры фиксировались длина зоны передачи напряжений и выгиб балок.

При испытании конструкций на прочность нагрузка прикладывалась в виде двух сосредоточенных сил в третях пролета. Балки загружали в силовой раме домкратом ДГ-25 с контролем усилия по его манометру.

Опытные величины длины зоны передачи напряжений для всех

образцов и составов совпадали с теоретическими значениями для мелкозернистого бетона группы Б (расхождение не превышало 2%) и на 18$ были больше аналогичных значений для мелкозернистого группы А. Зона передачи напряжений, вычисленная по результатам втягивания арматуры в бетон, оказывалась выше опытных величин на 8-1052.

Длина зоны не зависела от наличия косвенного армирования на концах призменных образцов. Это объясняется тем, что поперечные растягивающие усилия, возникавшие при обкатай элементов, не превышали прочность бетона на растяжение, а влияние установленных каркасов могло проявиться лишь при нарушении сцепления арматуры с бетоном из-за возникающих продольных трещин.

Потери предварительного напряжения от усадки бетона с момента распалубливашш образцов до их обжатия, а также величина полных потерь от усадки и ползучести определялись непосредственно из испытаний призменных образцов. Потери же от быстрона-текающей ползучести вычислялись пропорционально деформациям бетонных призм из аналогичных составов при их сжатии в день отпуска арматуры. Параллельное исследование ползучести и усадки бетона на призмах 10*10*40 см позволяло разделять полные потери в железобетонных призмах на потери от усадки и ползучести.

Продольное армирование более чем ё 2 раза снижало в обжатых элементах величину полных деформаций по сравнению с неар-мированными образцами такого же сечения.

Основная часть полных потерь в образцах-призмах проявлялась примерно к сотым суткам со дня окончания влажного хранения бетона. К этому времени их величина достигала для обоих составов в среднем 30^ от их опытного предельного значения.

Потери от ползучести исследуемых бетонов, в том числе и

быстронатекаицей, отличались не более чем на 3-4% от теоретических для мелкозернистого бетона группы А. Потери же от усадки превышали расчетные величины в 1,5 раза. Аналогичные соотношения, но только уже для деформаций, были получены в настоящей » * -

работе при исследовании усадки и ползучести бетонных призы этих же составов.

Как переармированные балки, гак и слабоармированные, доводились при разрушении до раздробления бетона сжатой зоны, что и принималось за момент исчерпания несущей способности образцов.

Переармированные элементы имели более развитую зону разрушения, и ее образование происходило внезапнее, чем у слабоар-мированных. Напряжения в рабочей арматуре последних достигали к этому времени величины, большей условного предела текучести, а в переармированных - меньшей.

Для слабоармированных балок величина предельного изгибающего момента, вычисляемая опытным путем, оказывалась больше расчетной на 6-8%, а для переармированных - на 4-6$ меньше.

Опытные моменты образования трещин в балочных образцах, определенные с помощью тензодатчиков, оказывались меньше теоретических на 23-25$, что позволяло заблаговременно получать информацию о начале процесса трещинообразования. Величины моментов, определенные визуально, значительно лучше согласовывались с расчетом. Их значения были на 3-5$ меньше теоретических.

Процент армирования опытных балок заметно влиял на характер развития трещин в процессе испытания. В слабоармированных элементах трещины в зоне чистого изгиба появлялись позже и при более высоких уровнях нагружения, однако затем развивались интенсивнее. К моменту разрушения их высота достигала величины

0,6Л, а расстояние между яиш составляло 10-12 см.

Переармированные образцы характеризовались более протяженной зоной трещинообразовакия с расположением трещин через 6-8 см, достигавших при разрушении половины высоты сечения балок. При атом сильнее были выражены наклонные трещины, особенно в образцах из менее прочного бетона, возникавшие за зоной чистого изгиба с ростом нагрузки.

Для всех балок независимо от процента армирования предлагаемая нормами формула достаточно хорошо ограничивала опытную ширину раскрытия трещин. При уровне нагрукения, отвечающему в среднем уровню эксплуатационной нагрузки для железобетонных конструкций (65% от разрушающей), превышение расчетных величин' над экспериментальными составляло 5-7%. При более высоких уровнях, начиная с 0,8Ни, опытное раскрытие нормальных трещин опережало теоретическое и к моменту разрушения оказывалось в 1,3 раза больше в переаршрованных балках и в 1,5 раза - в слабоар-шрованных. Значительное превышение в образцах с меньшим процентом армирования объясняется, по-видимому, появлением в напрягаемой арматуре перед разрушением элементов заметных неупругих деформаций.

Величина коэффициента у/^ изменялась при испытании балок в пределах от 0,85 до 0,95, а на уровне эксплуатационных нагрузок составляла в среднем 0,91.

Снижение деформативносги бетона с ростом прочности сказывалось на величине его предельной сжимаемости. В стадии разрушения в переармированных образцах относительные деформации

крайнего сжатого волокна бетона меньшей прочности достигали

-5 '5

значения 400><10 , а большей прочности - 370*10 . В свою очередь,

предельное укорочение верхнего волокна зависело от процента

армирования элементов. Б слабоармированных образцах его величина составляла 330*10 , что в 1,1 раза оказывалось меньше значений, полученных при разрушении переармированных балок из равнопрочного бетона.

Во всех образцах к моменту разрушения происходило полное погашение предварительного напряжения арматуры вследствие проявления в ней неупругих деформаций.

Характер изменения относительной высоты сжатой зоны бетона в процессе испытаний зависел от процента армирования балочных образцов. В слабоармированных элементах с образованием трещин происходило резкое уменьшение величины ё> , вызванное интенсивным развитием нормальных трещин по высоте образца. Затем Ь, плавно уменьшалось до уровня нагрузки, равного 0,9 от разрушающей, и после этого вновь наблвдалось ее быстрое снижение за счет проявления текучести арматуры и неупругих деформаций бетона сжатой зоны над трещиной, приводившее к разрушению балки.

В переармированных образцах уменьшение величины относительной сжатой зоны бетона после образования трещин происходило более плавно, а с уровня нагружения 0,6 от Ми ее значение оставалось практически постоянным. При нагрузке выше 0,8 от разрушающей наблвдалось некоторое увеличение , вызванное более быстрым ростом деформаций бетона сжатой грани при незначительных приращениях деформаций в арматуре.

Во всех образцах из-за достаточно высокого предварительного напряжения арматуры момент образования трещин не приводил к заметному перелому кривых прогиба. В дальнейшем в балках из менее прочного бетона нарастание прогиба происходило более интенсивно. Резкое его увеличение в слабоармированных образцах к моменту разрушения вызывалось проявлением текучести арматуры.

Исследование натурных конструкций из мелкозернистых пластифицированных бетонов на шламе проводилось на трех видах железобетонных изделий, выпускаемых Качканарским заводом ЖБИ: дорожные шшты, стойки опор 1311 и сваи. На предприятии осуществлялся авторский надзор за изготовлением конструкций, опробовались ноше составы мелкозернистых бетонных смесей на отходах ГОКа, пластифицированных С-3, и проводились испытания этих серийных образцов по схемам, установленным для контрольных проверок типовых конструкций.

Всего было испытано 8 дорожных плит, 5 стоек опор ЛЭП и 6 свай.

Результаты испытаний свидетельствовали о возможности изготовления из пластифицированных бетонов на шламе массовых типовых конструкций для промышленного и гражданского строительства. Железобетонные изделия как обычные, так и выполняемые с предварительным напряжением арматуры, отвечали предъявляемым к ним требованиям по прочности, жесткости и трещиностойкости.

При расчете натурных конструкций были подтверждены выводы экспериментально-теоретических исследований преднапряженных опытных образцов.

Переход на мелкозернистые бетонные смеси на шламе с С-3 позволял экономить в ценах 1984 года по сравнению с обычными тяжелыми бетонами от 5,50 до 6,10 руб при изготовлении I м5 свай и дорожных плит соответственно. Использование добавки ЛОТ в этом случае давало меньшую экономию - от 2,55 до 3,15 руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

I. Увеличение выпуска сборного железобетона строительной отраслью России в последние годы тормозится нехваткой заполни-^

телей. Использование же в этом качестве отходов предприятий горнорудной промышленности сдерживается из-за отсутствия рекомендаций по проектированию строительных изделий и конструкций из бетонов на таких материалах.

2. Качканарский ГОК обладает крупнейшими в Уральском регионе запасами отходов. Основную их часть, хвосты обогащения железистых кварцитов, можно более эффективно использовать при изготовлении конструкций как заполнитель в мелкозернистых бетонах. Введение в получаемые смеси современных химических добавок - пластификаторов, снижащих перерасход вяжущего, позволяет применять необогащенный шлам.

3. Установлено, что использование суперпластификатора С-3 в количестве 0,3$ от массы цемента приводило по сравнению с непластифицированным бетоном к снижению расхода вяжущего на 17$ при сохранякщейся прочности, а увеличение содержания добавки до 0,5$ при том же расходе цемента - к росту прочности

в 1,4 раза. Использование среднепластифицирущей добавки ЛСТ в количестве 0,15$ требовало для сохранения прочности, достигнутой в бетоне с С-3, дополнительного расхода вяжущего в размере 11$.

4. Для практического использования отходов в производстве преднапряженного сборного железобетона были изучены основные физико-ыеханические характеристики мелкозернистых бетонов на шламе Качканарского ГОКа.

Выявлено, что независимо от возраста исследуемых бетонов и типа добавки значение масштабного коэффициента при переходе от прочности кубов о ребром 10 см к прочности стандартных кубов стабильно превышало единицу.

Установлено, что введение пластификаторов не приводило к

заметному изменению величины коэффициента призменной прочности, достигавшей у бетонов, модифицированных С-3, в среднем значения 0,93, а у бетонов с ЛСТ - 1,04, независимо от условий и срока твердения.

Выявлено, что опытные значения модуля упругости исследуемых бетонов как пропаренных, так и твердевших в естественных условиях, совпадали с теоретическими величинами для тяжелого бетона. Коэффициент поперечных деформаций превышал установленное нормами значение и достигал величины 0,3.

Установлено, что прочность бетонов на шламе на осевое растяжение, рассчитанная по результатам испытаний кубов на раскол и призм на изгиб, оказывалась в среднем в 1,6 раза больше нормативных сопротивлений мелкозернистого бетона группы А.

Выявлено, что исследуемые модифицированные бетоны независимо от условий твердения обладали повышенной величиной усадочных деформаций, превышающей усадку их обычных мелкозернистых аналогов в 1,1-1,6 раза. Ползучесть пластифицированных бетонов на шламе естественного твердения находилась на одном уровне с ползучестью аналогичных двухкомпонентных бетонов на кварцевом песке, а деформативность пропаренных при длительном действии нагрузки - даже несколько ниже.

5. Исследованы предварительно напряженные элементы из мелкозернистых модифицированных бетонов на качканарском шламе.

Установлено, что опытные величины длины зоны передачи напряжений с арматуры на бетон во всех образцах совпадали со значениями, вычисленными для элементов из мелкозернистого бетона группы Б.

Выявлено, что потери преднапряжения в арматуре от усадки бетонов на шламе превышали теоретические значения для мелко-

зернистого бетона группы А в среднем в 1,5 раза, а от ползучести, в том числе и быстронатеканцей, практически не отличались.

Установлено, что расчет по нормам опытных преднапряженных балок с учетом особенностей физико-механических свойств пластифицированных бетонов на отходах ГОКа достаточно хорошо оценивал их прочность, жесткость и трещиностойкость.

6. Исследованы натурные конструкции из мелкозернистых модифицированных бетонных смесей на шламе, изготавливаемые на Качканарском заводе Ш1.

Установлено, что все конструкции, выполняемые как с предварительным напряжением арматуры, так и обычные, отвечали предъявляемым к ним требованиям по прочности, жесткости и тре-щиностойкости. При этом были подтверждены выводы экспериментально-теоретических исследований преднапряженных опытных образцов.

7. Разработаны технические условия и рабочие чертежи на ряд строительных конструкций, изготавливаемых из мелкозернистых пластифицированных бетонов на отходах Качканарского ГОКа. Общий экономический эффект от внедрения разработок НИЖБа на Качканарском заводе Ш1 за последние два года составил в ценах 1984 года 500 тыс.руб.

8. Введение такого обязательного для рыночной системы хозяйствования показателя как плата за землю будет вынуждать горнорудные предприятия более интенсивно заниматься утилизацией отходов, накопленных ими на огромных площадях. Поэтому можно ожидать повышения эффективности использования шлама как технологического отхода производства, не гребущего дополнительной переработки, в качестве заполнителя для бетонов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих

работах:

1. здэыанов А.Б. Использование шлаков Качканарского ГОКа при производстве железобетонных конструкций // Кнф.сб. / ЦБНТИ ассоциации "Росуралоибстрой". - М., 1991. - Вып.2. - Передовой производственный опыт и научно-технические достижения в строительстве. - С.1-5.

2. Иосерс ш.А., Вершинина Н.1-1., уурканов Л.Б. Применение мелкозернистых бетонов на основе отходов Качканарского ГОКа // Использование химических добавок* в производстве сборного и монолитного бетона и келезобетона: Тез.докл.науч.-техн.семинара.

- Свердловск, ЙЫ. - С.36-37.

3. (¿урманов 71.Г. Использование кланов Качканарского ШСа в качестве мелкого заполнителя бетонов // Инф.сб. / ЦПИИТЗИ1.1С.

- ГЛ., 1991. - Вып.II. - Научно-технические достижения и передовой опит в облает материально-технического снабжения. - С. 3738.