Rostov-on-Don, Rostov-on-Don, Russian Federation
Rostov-na-Donu, Rostov-on-Don, Russian Federation
Bataysk, Rostov-on-Don, Russian Federation
employee from 01.01.2017 until now
Rostov-na-Donu, Rostov-on-Don, Russian Federation
Rostov-na-Donu, Ukraine
GRNTI 67.09 Строительные материалы и изделия
GRNTI 67.01 Общие вопросы строительства
OKSO 08.04.01 Строительство
BBK 383 Строительные материалы и изделия
BBK 308 Монтаж, эксплуатация, ремонт машин и промышленного оборудования
TBK 5415 Строительные материалы и изделия. Производство стройматериалов
Stat'ya posvyaschena osobennostyam tehnologii proizvodstva vibrocentrifugirovannyh kolonn. Rassmatrivaetsya vliyanie etih osobennostey na strukturoobrazovanie i svoystva betona variatropnoy struktury. Provoditsya sravnenie razlichnyh sposobov formovaniya izdeliy kol'cevogo secheniya: vibrirovaniya, odnosloynogo centrifugirovaniya, trehsloynogo centrifugirovaniya, vibrocentrifugirovaniya. Sravnitel'nyy analiz etih sposobov pokazyvaet, chto vibrocentrifugirovanie uluchshaet strukturoobrazovanie betona, otzhimaet bol'shee kolichestvo vlagi pri formovanii i, v konechnom itoge, povyshaet prochnost' betona namnogo bolee suschestvenno, chem vibrirovanie, odnosloynoe i trehsloynoe centrifugirovanie, demonstriruya tem samym svoyu bezuslovnuyu effektivnost' po sravneniyu s drugimi sposobami.
konstrukcii i izdeliya kol'cevogo secheniya, centrifugirovannyy beton, variatropnaya struktura, vibrocentrifugirovanie, vibrocentrifugirovannaya kolonna, metod odnosloynogo centrifugirovaniya, metod trehsloynogo centrifugirovaniya.
Введение. Тенденции развития современных зданий и сооружений зависят от технологических особенностей изготовления железобетонных изделий, в том числе методом центрифугирования и вибрирования.
Для многоэтажных производственных, общественных, жилых зданий широко распространено применение унифицированных каркасных систем, которые позволяют при широкой номенклатуре элементов возводить различные по назначению здания, имеющие разнообразную сетку колонн.
Строить экономичные и надежные железобетонные каркасные многоэтажные здания стало возможным по результатам научных исследований различных направлений, давшим возможность в расчетах более полно учитывать физические свойства материалов, условия работы, характер деформирования элементов.
При разработке и исследовании новых строительных конструкций требуется системный подход, включая проектирование, строительство и производство изделий.
Развитие многоэтажного строительства направлено на совершенствование форм и конструкций зданий, к чему ведет повышение физико-механических свойств строительных материалов. Применение высокопрочных сталей и бетонов ведет к созданию облегченных железобетонных тонкостенных конструкций и имеет место при совершенной технологии изготовления данных элементов и развитой в достаточной мере теории их расчета.
Колонны являются основными вертикальными несущими элементами в каркасных зданиях. Нагрузка от перекрытий на колонны может передаваться через ригели или непосредственно через плиты. В некоторых системах большое число типоразмеров колонн обусловлено фиксированным расположением консолей, а вибрационная технология их формования предполагает значительный расход металла на оснастку и оборудование.
Повышения экономичности сборных железобетонных колонн достигают за счет изготовления тонкостенных изделий эффективных поперечных сечений из высокопрочных бетонов, для формования которых целесообразно использовать центробежное прессование.
Ранее выполнявшиеся исследования центрифугированных железобетонных конструкций ориентированы на опоры контактных осветительных сетей, стойки опор ЛЭП, колонны одноэтажных зданий и эстакад, сваи-оболочки и др., как правило, с равномерным армированием кольцевых сечений.
Разработке и изучению конструкций такого рода посвящены исследования Ананьева Л.М., Андросова С.Т., Ахвердова И.Н., Баташева В.М., Бачинского В.Я., Бурмистрова П.П., Вагнера К., Вадлуги Р.Р., Ворошилова И.А., Гаралявичуса А.Р., Гвоздева А.А., Гершанка Р.А., Дмитриева С.А., Жукова Д.Д., Зикеева Л.Н., Маркварта Э., Минчени Т.П., Михайлова В.В., Михельсона Е.Э., Казачка В.Г., Клевцова В.А., Кудзиса А.П., Курносова А.И., Лапчинского Л.К., Леоновича С.Н., Лермита Р., Лившина Л.Н., Лукши Л.К., Пецольда Т.М., Пирожкова Г.И., Подобеда Д.П., Тарасова В.В., Фрейссине Э., Шалимо И.М., Шапаласа К.П., Шилова А.Е., Штаермана Ю.Я., Чистякова Е.А., и других ученых.
Описанные авторами в статье [1] основные принципы физической модели движения заполнителей в бетонной смеси при центрифугировании вполне применимы и к технологии производства виброцентрифугированных колонн. Однако у данной технологии есть некоторые особенности. В данной статье авторы делают попытку указать эти особенности и их влияние на структурообразование бетонов вариатропной структуры.
Основная часть. Известно, что основной недостаток при обычном центробежном уплотнении тяжелого бетона заключается в избыточной сепарации шлама, неравномерном распределении компонентов в бетонной смеси (рисунок 1).
Рисунок 1 – Распределение тяжелого заполнителя (щебня) при уплотнении методом центрифугирования
Таким образом, уплотнение бетонов методом однослойного центрифугирования приводит к обильному образованию фильтрационных каналов, избыточной капиллярной пористости, что значительно понизит водонепроницаемость бетона и прочностные характеристики бетона. Чтобы устранить эти недостатки авторы предлагают применять при изготовлении колонн метод виброцентрифугирования, который в данном случае является комбинированным способом. Эффект вибрации при центрифугировании достигается вибророликом, введенным внутрь формы, или ведущими роликами с насечкой, или специальными неприводными роликами с насечкой, прижимаемыми к форме в процессе ее центрифугирования.
Виброцентрифугированием (при частоте колебания 50 Гц и амплитуде 0,5-0,7 мм) можно формовать изделия кольцевого сечения (колонны) из бетонной смеси при начальном водоцементном отношении (В/Ц), близком к нормальной густоте. При этом вибрацию следует рассматривать только как средство кратковременного разжижения бетонной смеси на стадиях ее распределения и уплотнения под действием центробежного давления.
Таблица 1 – Влияние способа формования на механические свойства бетона
|
Способ формования |
В/Ц |
Расход материалов |
Предел прочности при сжатии, МПа, в возрасте |
|||
|
Ц, кг |
П, кг |
Щ, кг |
7 суток |
28 суток |
||
|
Вибрирование |
0,27 |
440 |
800 |
1100 |
19,4 |
29,4 |
|
0,26 |
500 |
825 |
1020 |
23,2 |
34,4 |
|
|
0,24 |
435 |
795 |
1070 |
26,1 |
38,1 |
|
|
Однослойное центрифугирование |
0,27 |
440 |
800 |
1100 |
26,5 |
40,6 |
|
0,26 |
500 |
825 |
1020 |
29,5 |
46 |
|
|
0,24 |
435 |
795 |
1070 |
34,8 |
49,3 |
|
|
Трехслойное центрифугирование |
0,27 |
440 |
800 |
1100 |
30,2 |
45,5 |
|
0,26 |
500 |
825 |
1020 |
35,8 |
55,2 |
|
|
0,24 |
435 |
795 |
1070 |
41,2 |
60,1 |
|
|
Виброцентрифугирование (частота колебаний 50 Гц) |
0,27 |
460 |
715 |
1180 |
43,5 |
59 |
|
0,26 |
440 |
680 |
1200 |
46,6 |
64,6 |
|
|
0,24 |
420 |
688 |
1220 |
52,8 |
69,6 |
|
Эффективным способом уменьшения расхода цемента (до 25-30%) и повышения однородности структуры центрифугированного бетона является также применение виброцентрифугирования. Виброцентрифугированием можно формовать изделия кольцевого сечения из бетонной смеси при начальном В/Ц цементного теста, близком к его нормальной густоте, в то время как при послойном центрифугировании оно составляет 1,2-1,3 от нормальной густоты.
Зависимость предела прочности при сжатии от В/Ц при различных способах формования представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 – Сравнительный анализ различных методов формования по наибольшему пределу прочности при сжатии
Вывод. Анализ показал, что, как видно из таблицы 1, наименьшую прочность демонстрирует бетон, подвергнутый вибрированию. Значительно большей прочностью (на 29 %) обладает бетон, полученный при однослойном центрифугировании. Еще большую прочность (на 58 % по отношению к прочности вибрированного и на 22 % по отношению к прочности однослойно центрифугированного) имеет бетон при трехслойном центрифугировании. И, безусловно, лучшие показатели демонстрирует бетон, изготавливаемый по рекомендуемой технологии виброцентрифугирования (на 83 %, 41 % и 16 % по отношению к прочности вибрированного, однослойно и трехслойно центрифугированного).
Однослойное центрифугирование по сравнению с вибрированием повышает однородность бетона и способствует большему отжатию жидкости из бетонной смеси в процессе ее уплотнения (примерно на 7−8 %).
Центрифугирование бетонной смеси в три слоя по сравнению с однослойным центрифугированием отжимает из цементного геля еще на 9−10 % больше жидкости.
Наконец виброцентрифугирование по сравнению с трехслойным центрифугированием приводит к отжатию еще большего количества жидкости (около 12−14 %).
Таким образом, нами выявлено, что виброцентрифугирование улучшает структурообразование бетона, отжимает большее количество влаги при формовании и, в конечном итоге, повышает прочность бетона намного более существенно, чем вибрирование, однослойное и трехслойное центрифугирование, демонстрируя тем самым свою безусловную эффективность по сравнению с другими способами.
1. Ahverdov I.N. Voprosy teorii centrobezhnogo formovaniya i uplotneniya betonnoy smesi. – Respublikanskoe nauchno – tehnicheskoe soveschanie: Tehnologiya formovaniya zhelezobetonnyh izdeliy, 1979. P. 3-12.
2. Pastushkov G.P. Mnogoetazhnye karkasnye zdaniya s nesushchimi zhelezobetonnymi centrifugirovannymi elementami : dis. ... dokt. tehn. nauk. Minsk, 1994. 487 p.
3. Rukovodstvo po proektirovaniyu, izgotovleniyu i primeneniyu zhelezobetonnyh centrifugirovannyh konstrukciy kol'cevogo secheniya (NIIZhB). – M., 1979. P. 47-50, 64-71.
4. Shtaerman Yu.Ya. Centrifugirovannyy beton. – Tiflis, 1933. 107 p.
5. Nazhuev M.P., Yanovskaya A.V., Kholodnyak M.G., Khalyushev A.K., Shcherban' E.M., Stel'makh S.A. Studying the experience of regulating the properties of building products and structures by directing the formation of their variational structure // Inženernyj vestnik Dona (Rus), 2017, №3 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N3y2017/4313.
6. Mailyan L.R., Stel'makh S.A., Kholodnyak M.G., Shcherban' E.M. Choice of fiber types for disperse reinforcement of products from centrifuged concrete // Scientific open access journal «Naukovedenie» Vol. 9, № 4 (2017) http://naukovedenie.ru/PDF/71TVN417.pdf.
7. Stel'makh S.A., Shcherban' E.M., Serdyukov K.V., Pestrikov M.M., Yanovskaya A.V. Influence of some characteristics of the applied coarse aggregate on the properties of heavy concrete, designed for manufacturing centrifuggle products and constructions // Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov, 2017, № 10.
8. Mailyan L.R., Stel'makh S.A., Kholodnyak M.G., Shcherban' E.M. Selection of the composition of centrifuged concrete on heavy fillers // Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov, 2017, № 10.
9. Romanenko E.Yu. Vysokoprochnye betony s mineral'nymi poristymi i voloknistymi dobavkami dlya izgotovleniya dlinnomernyh centrifugirovannyh konstrukciy : dis.... kand. tehn. nauk. Rostov-on-Don, 1989. 179 p.
10. Petrov V.P. Tehnologiya i svoystva centrifugirovannogo betona s kombinirovannym zapolnitelem dlya stoek opor kontaktnoy seti : dis.… kand. tehn. nauk. Rostov-on-Don, 1983. 175 p.
11. Radzhan Suval Svoystva centrifugirovannogo betona i sovershenstvovanie proektirovaniya centrifugirovannyh zhelezobetonnyh stoek opor LEP : dis…. kand. tehn. nauk. Rostov-on-Don, 1997. 267 p.
12. 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.
13. Mohamed K. Ismail, Assem A.A. Hassan. An experimental study on flexural behaviour of large-scale concrete beams incorporating crumb rubber and steel fibres. 2017. Vol. 145. P. 97–108.
