Rostov-on-Don, Rostov-on-Don, Russian Federation
Rostov-na-Donu, Rostov-on-Don, Russian Federation
Rostov-na-Donu, Rostov-on-Don, Russian Federation
GRNTI 67.09 Строительные материалы и изделия
BBK 383 Строительные материалы и изделия
The article is devoted to the peculiarities of calculating the composition of centrifuged concretes on heavy fillers. An experiment was performed, which was carried out in accordance with the requirements of normative documents concerning structures of the annular section. The action exerted by the 2.5÷5 fraction on the physical properties of the mixture of the fraction of crushed stone 5÷20 is considered. The investigated composition of the concrete mix and the physical and mechanical characteristics of concrete from it are given. The basic equipment is described; the mode of heat and moisture treatment is assigned. The composition of concrete is class B40. Recommendations are given for further studies to improve the performance characteristics of products and structures of the annular section of heavy concrete.
constructions and products of annular section, centrifuged concrete, residual water-cement ratio, selection of the composition of centrifuged concrete, optimal cement consumption of centrifuged con-crete, heat treatment regime for centrifuged concrete
Введение. Согласно требованиям нормативных документов, касающихся расчета конструкций кольцевого сечения [1–3], с учетом результатов рассева пробы гранитного щебня контрольного состава, для исследований использовались фракции 10÷20 и 5÷10 мм в соотношении 65÷35. При этом, в контрольном составе содержалось около 12 % щебня фракций размером 2,5÷5 мм.
В этой связи, исследовалось влияние фракций 2,5÷5 мм на насыпную плотность и пустотность смеси гранитного щебня [4–6].
Основная часть. Нормативные документы по производству центрифугированных железобетонных конструкций определяют основные требования к качеству сырьевых материалов для приготовления бетонных смесей.
В качестве вяжущих допускается использование портландцемента без добавки или с минеральными добавками высоких марок. В качестве минеральной добавки могут быть использованы гранулированные доменные шлаки в количестве не более 20 % от массы цемента. Допускается использование портландцементов, предназначенных для бетонных покрытий автомобильных дорог и сульфатостойких портландцементов.
Такие требования к цементам вызваны тем, что в процессе центрифугирования изменяется вещественный состав используемого портландцемента, так как легкие тонкомолотые добавки быстро отжимаются к внутренней полости изделия и уходят в шлам.
Замечено, что одним из решающих факторов, оказывающим влияние на прочность центрифугированного бетона и его однородность, является нормальная густота цементного теста (НГЦТ), которая не должна превышать 28 %. В работе [7] установлено, что изменение НГЦТ с 24 до 28 % увеличивает длительность центрифугирования в 1,3 раза. Повышение прочности центрифугированного бетона за счет увеличения расхода цемента сверх оптимального его содержания не дает пропорционального эффекта. Установлено [7], что увеличение расхода цемента сверх 500 кг/м³ в два раза увеличивает термоусадочные деформации.
В качестве мелкого заполнителя нормативные документы допускают использование крупно- и среднезернистых природных и дробленых песков. В тех случаях, когда применяется мелкий песок, следует на 3 мин увеличивать продолжительность центрифугирования. Повышенная водопотребность бетонных смесей на мелких песках ведет к увеличению начального водоцементного отношения (В/Ц) и требует дополнительного расхода цемента для получения гарантированной прочности бетона. Например, увеличение начального В/Ц с 0,35 до 0,41 ведет к снижению прочности бетона в среднем на 28 %, при этом меняется и величина переходного коэффициента от прочности вибрированных образцов к прочности центрифугированных.
В качестве крупного заполнителя допускается использование щебня или щебня из гравия из прочных и морозостойких горных пород. Особо подчеркиваются требования к зерновому составу крупного заполнителя. Рекомендуется осуществлять дозировку двух фракций 5–10 и 10–20 мм раздельно при соотношении между ними 1:1,5 и при максимально допустимой пустотности смеси до 40 % [8].
На базе лаборатории кафедры «Технология вяжущих веществ, бетонов и строительной керамики» Академии строительства и архитектуры Донского государственного технического университета проведены исследования, показавшие, что введение в щебеночную смесь фракций 2,5÷5 мм в количестве около 12–10 % от общей массы крупного заполнителя снижает ее пустотность до 38 % (рис. 1). В дальнейших исследованиях использовались три фракции гранитного щебня Павловского месторождения Воронежской области в следующих соотношениях по массе:
10÷20 мм – 60 %; 5÷10 мм – 30 % и 2,5÷5 мм – 10 %.
Для установления оптимального соотношения между мелким и крупным заполнителем в бетоне центробежного уплотнения использовалась методика [2]. Расчет составов производился при трех вариантах расхода цемента 500, 550, 600 кг/м3, марка по удобоукладываемости бетонной смеси была П1 (с осадкой конуса
ОК=2–3 см на момент центрифугирования). Бетонная смесь для изготовления контрольных образцов приготавливалась в лабораторном бетоносмесителе принудительного перемешивания БЛ-10 (рис. 2). Фотографии образцов приведены на рис. 3.
|
Насыпная плотность, кг/м3 |
Фр. 2,5±5 мм |
|
Пустотность, % |
Фр. 2,5±5 мм |
Рис. 1. Зависимость свойств смеси фракций 5±20 мм гранитного щебня от введения фракций 2,5±5 мм
Бетоносмеситель лабораторный БЛ-10, настольный, принудительного действия (турбулентный) предназначен для приготовления растворов и бетонов в лабораториях для контроля качества строительных материалов.
Технические характеристики бетоносмесителя лабораторного БЛ-10 приведены в табл. 1.
Оптимальное соотношение песка и цемента (П/Щ) устанавливалось опытным путем по минимальному водоцементному отношению (В/Ц) при заданном расходе цемента. За оптимальную принималась бетонная смесь с минимальным значением В/Ц, при центрифугировании которой на внутренней поверхности кольца появлялись вкрапления фракций щебня, выступающие из бетона на 1/3 своей величины, с расстоянием между зернами в пределах 3÷6 см [1].
Необходимая длительность центрифугирования исследуемых бетонных смесей, была принята на основе анализа литературных и нормативных данных [2] и составила 20 мин. После трехчасовой выдержки образцы подвергались тепловлажностной обработке по режиму
3+10+3 ч при температуре изотермического прогрева 80±2 °С.
Образцы до испытания выдерживались в течение 27 суток в нормальных условиях [3], после чего из них выпиливали образцы необходимой формы и размеров. Результаты испытаний полученных бетонов приведены на рис. 4.
Рис. 2. Бетоносмеситель лабораторный БЛ-10
Таблица 1
Технические характеристики бетоносмесителя БЛ-10
|
Параметр |
Значение |
|
Геометрический объем, не более л |
23 |
|
Объем готового замеса бетонной смеси, не более л |
10 |
|
Число оборотов барабана, не менее об/мин |
47 |
|
Время перемешивания, с |
40–60 |
|
Крупность заполнителей, не более мм |
40 |
|
Мощность двигателя, кВт Потребляемый ток, А |
0,37 |
|
Габаритные размеры, не более мм - длина - ширина - высота |
|
|
Масса, кг |
25 |
|
|
|
|
Рис. 3. Образцы из центрифугированного бетона перед тепловлажностной обработкой
|
Предел прочности при сжатии, МПа |
Остаточное водоцементное отношение
|
Рис. 4. Зависимость прочности центрифугированного бетона при различных расходах цемента
от остаточного ВЦ
В результате проведенных экспериментов авторами было найдено оптимальное соотношение (рис. 5) между песком и гранитным щебнем П/Щ = 0,3, обеспечивающее минимальный расход цемента для бетона В40 (Ц=520 кг/м3) и минимальный выход цемента в шлам, что подтверждает низкая плотность шлама, отжатого в процессе 20-минутного уплотнения на центрифуге. Состав центрифугированного бетона приведен в табл. 2.
Таблица 2
Состав центрифугированного бетона
|
Состав |
Расход материала на 1 м3 бетона, кг |
Плот-ность шлама, г/см3 |
В/Ц началь-ное |
В/Ц конеч-ное |
Прочность при сжатии, МПа |
|||||
|
Цемент |
Вода |
Песок |
Гранитный щебень, фракций мм |
|||||||
|
10±20 |
5±10 |
2,5±5 |
||||||||
|
С№1 |
520 |
193 |
396 |
778 |
409 |
132 |
1,22 |
0,371 |
0,338 |
50 |
|
524 |
177 |
405 |
796 |
418 |
135 |
|||||
Примечание к таблице. Над чертой – до, а под чертой – после центрифугирования.
|
Предел прочности при сжатии, МПа |
Расход цемента на 1 м3 бетона |
Рис. 5. Выбор оптимального расхода цемента для центрифугированного бетона В40 в 28 суточном возрасте
(бетон тяжелый)
Вывод. Полученный состав бетона класса В40 рекомендован для дальнейших исследований по повышению эксплуатационных характеристик изделий и конструкций кольцевого сечения из тяжелого бетона.
1. Rukovodstvo po proektirovaniyu, izgo-tovleniyu i primeneniyu zhelezobetonnyh centrifugirovannyh konstrukciy kol'cevogo secheniya. M.: NIIZhB, 1979. S.47–50, 64–71.
2. VSN 1-90 «Tehnologicheskie pravila izgotovleniya centrifugirovannyh stoek opor kontaktnoy seti, liniy svyazi i avtoblo-kirovki».
3. GOST 10180–2012 «Betony. Metody opredeleniya prochnosti po kontrol'nym ob-razcam».
4. Bogdanov V.S., Il'in A.S., Semiko-penko I.A. Processy v proizvodstve stroi-tel'nyh materialov i izdeliy. Belgorod: «Vezelica», 2007. 512 s.
5. Vinogradov B.N. Vliyanie zapolnite-ley na strukturu i svoystva betonov. M.: Stroyizdat, 1986. 249 s.
6. Nevskiy V.A., Fedorenko Yu.V., Ly-senko E.I., Petrov V.P., Shurygin V.P. Kom-binirovannye zapolniteli v centrifugiro-vannom betone // Transportnoe stroitel'-stvo. 1983. №7. S. 30–31.
7. Mihaylov N. V., Pashkovskiy V. G. Problema prodol'nyh treschin v centrifugi-rovannyh oporah // Energeticheskoe stroi-tel'stvo. 1967. №2. S. 60–66.
8. Radzhan Suval Svoystva centrifugi-rovannogo betona i sovershenstvovanie pro-ektirovaniya centrifugirovannyh zhelezobe-tonnyh stoek opor LEP: dis…. kand. tehn. nauk. Rostov-na-Donu, 1997. 267 s.
9. Volzhenskiy A.V., Burov Yu.S., Kolo-kol'nikov V.S. Mineral'nye vyazhuschie vesche-stva (tehnologiya i svoystva). M.: Stroyizdat, 1966. 407 s.
10. Lebedev A.P., Kmit P.F. Puti sovershenstvovaniya proizvodstva sbornyh zhelezobetonnyh trub i kolec // Obzornaya in-formaciya. Seriya «Stroitel'stvo». Minsk, 1976. 40 s.
11. Olyunin V.V. Sposoby obespe-cheniya kachestva krupnogo zapolnitelya dlya proizvodstva napornyh trub // Beton i zhele-zobeton. 1986. №5. S. 15-16.
12. Proizvodstvo betonnyh i zhe-lezobetonnyh konstrukciy: Spravochnik. Pod red. B.V. Guseva, A.I. Zvezdova, K.M. Korole-va. M.: Izdat. Centr «Novyy vek», 1998. 384s.
13. Romanenko E.Yu. Vysokoproch-nye betony s mineral'nymi poristymi i voloknistymi dobavkami dlya izgotovleniya dlinnomernyh centrifugirovannyh kon-strukciy: dis.... kand. tehn. nauk. Rostov-na-Donu, 1989. 179 s.
14. Rukovodstvo po izgotovleniyu zhelezobetonnyh centrifugirovannyh stoek opor kontaktnoy seti i vozdushnyh liniy av-toblokirovki iz betonov s kombinirovannym zapolnitelem. M.: CNIIS, 1989. 35 s.
15. Pooya Alaee, Bing Li. High-strength concrete exterior beam-column joints with high-yield strength steel reinforcements // Engineering Structures. 2017. Vol. 145. P. 305–321.
16. Mohamed K. Ismail, Assem A.A. Hassan. An experimental study on flexural be-haviour of large-scale concrete beams incorpo-rating crumb rubber and steel fibres. 2017. Vol. 145. P. 97–108.
