Сравнение влияния армирования фибровыми волокнами различных видов на свойства центрифугированных и вибрированных изделий из тяжелого бетона класса В20 Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Сравнение влияния армирования фибровыми волокнами различных видов на свойства центрифугированных и вибрированных изделий из

тяжелого бетона класса В20

С.А. Стельмах, Е.М. Щербань, М.Г. Холодняк, М.П. Нажуев, А.Г. Тароян, С.В. Чебураков Донской государственный технический университет, Ростов-на-Дону

Аннотация: Проанализировано современное состояние вопроса номенклатуры центрифугированных тонкостенных сборных железобетонных изделий кольцевой конфигурации. Обоснован научный интерес, который представляет технология фибрового армирования для таких бетонов. Указаны актуальные проблемы для бетонов, изготавливаемых способом центрифугирования. Проведена серия масштабных экспериментальных исследований для установления характера изменения свойств тяжелого бетона, изготовленного различными способами в зависимости от армирования различными видами дисперсных волокон. Для систематизации накопленных экспериментальных данных, на первом этапе исследования заформованы и исследованы изделия из бетона невысокой прочности, класса В20, изготовленные вибрированием и центрифугированием, с последующим приведением к единообразию. Изучены прочность при сжатии и прочность при растяжении, а также их приросты в зависимости от вида армирующего волокна - полипропиленовая, базальтовая или стальная фибра. Установлено влияние на свойства исследованных бетонов класса В20 сочетание различных рецептурно-технологических факторов.

Ключевые слова: центрифугированный бетон, вибрированный бетон, тонкостенные железобетонные изделия, фибровое армирование, полипропиленовая фибра, базальтовая фибра, стальная фибра, прочность при сжатии, прочность при растяжении.

В современном строительстве одним из наиболее перспективных конструкционных материалов являются дисперсно-армированные бетоны. При этом существует номенклатура центрифугированных тонкостенных сборных железобетонных изделий кольцевой конфигурации, имеющая ряд недостатков в связи со спецификой распределения свойств по сечению изделий. В связи с вышеуказанными проблемами, научный интерес представляет исследование возможностей использования фибробетона в производстве центрифугированных тонкостенных изделий кольцевой формы конфигурации, а также обеспечения качества и долговечности таких изделий.

С этой целью, в научно-исследовательской лаборатории кафедры ТВВБиСК ДГТУ авторами проведена серия масштабных экспериментальных

исследований для установления характера изменения свойств тяжелого бетона, изготовленного различными способами в зависимости от армирования различными видами дисперсных волокон.

Для систематизации накопленных экспериментальных данных, на первом этапе исследования авторами были заформованы и исследованы изделия из бетона невысокой прочности, класса В20, изготовленные вибрированием и центрифугированием, с последующим приведением к единообразию, согласно [1-15], для удобства аналитического сравнения полученных результатов. Сравнению подлежали значения таких свойств бетонов как прочность при сжатии и прочность при растяжении, а также их приросты в зависимости от вида армирующего волокна. Результаты экспериментов представлены в таблицах №1 и №2 и графически отражены на рис. 1-4.

к

<и Ч <и

а с

15 10 5 О

1Г I

Вибрпрованные Це нтр ифугаров энные

2 3

Состав

Рис. 1. - Зависимость предела прочности при сжатии от состава бетонной смеси вибрированных и центрифугированных бетонов

Таблица №1

Результаты испытаний тяжелого бетона на определение предела прочности

при сжатии в возрасте 28 суток

Проектный класс бетона Характеристика образца Результаты испытания Фактический класс бетона на сжатие Прирост прочности по сравнению с контрольным Яд, %

Масса, г Размеры, см Средняя плотность, кг/м3 Прочность образца, приведенная к базовому размеру, МПа Средняя прочность образцов в серии, МПа

Вибрированные со стальной фиброй

В20 2350 10х10 х10 2350 28,3 29,4 23,5 +21

2372 2372 29,6

2362 2362 30,5

2358 2358 27,4

2362 2362 29,8

2370 2370 30,5

Виб) рированные контрольные

В20 2290 10х10 х10 2290 23,8 24,4 19,5 -

2292 2292 24,8

2310 2310 24,9

2320 2320 23,9

2290 2290 24,1

2332 2332 24,5

Вибрированные с базальтовой фиброй

В20 2310 10х10 х10 2310 26,4 25,5 20,4 +5

2312 2312 24,9

2314 2314 25,7

2320 2320 27,1

2298 2298 24,1

2309 2309 24,9

Вибрированные с полипропиленовой фиброй

В20 2290 10х10 х10 2290 22,9 23,6 18,8 (-3)

2292 2292 23,8

2302 2302 23,6

2307 2307 23,8

2298 2298 23,8

2292 2292 23,6

Ц ,ентрифугированные со стальной фиброй

В20 2351 10х10 х10 2351 30,6 31,3 25,0 +18

2358 2358 32,9

2348 2348 30,5

2382 2382 31,7

2370 2370 30,5

2371 2371 31,5

Центрифугированные контрольные

В20 2330 10х10 х10 2330 26,7 26,6 21,3 -

2328 2328 26,8

2312 2312 26,4

2318 2318 25,1

2321 2321 26,7

2322 2322 27,7

Центрифугированные с базальтовой фиброй

2331 2331 28,6

2340 2340 28,7

В20 2312 10х10 2312 28,3 28,6 22,9 +8

2311 х10 2311 29,6

2298 2298 26,7

2330 2330 29,5

Центрифугированные с полипропиленовой фиброй

2312 2312 25,7

2321 2321 25,1

В20 2330 10х10 2330 23,9 25,4 20,3 (-5)

2310 х10 2310 26,8

2314 2314 25,2

2325 2325 25,8

о4

К н о О X Г О

а с

н о

о а к а С

Рис. 2. - Зависимость прироста прочности при сжатии от состава бетонной смеси вибрированных и центрифугированных бетонов

Рис. 3. - Зависимость предела прочности на растяжение от состава бетонной смеси вибрированных и центрифугированных бетонов

40 35 ¿? 30 £ 25

о с

£ 20

и1

0

§■15

1 Ю а

к с

а 3 с

о

-5

_

1 2 ■Г

В ибр про ванные Це нтр ифугиров энные

Состав

Рис. 4. - Зависимость прироста прочности на растяжение от состава бетонной смеси вибрированных и центрифугированных бетонов

Таблица №2

Результаты испытаний тяжелого бетона на определение предела прочности

при растяжении в возрасте 28 суток

Проект ный класс бетона Характеристика образца Результаты испытания Фактический класс бетона на растяжение Прирост прочности по сравнению с контрольным Яд, %

Масса, г Размеры, см Средняя плотность, кг/м3 Прочность образца, приведенная к базовому размеру, МПа Средняя прочность образцов в серии, МПа

Вибрированные со стальной с жброй

В20 2350 10х10 х10 2350 2,94 3,28 3,28 +34

2372 2372 2,97

2362 2362 3,06

2358 2358 3,74

2362 2362 3,39

2370 2370 3,56

Вибрированные контрольные

В20 2290 10х10 х10 2290 2,39 2,44 2,44 -

2292 2292 2,49

2310 2310 2,50

2320 2320 2,40

2290 2290 2,42

2332 2332 2,46

Вибрированные с базальтовой фиброй

В20 2310 10х10 х10 2310 2,65 2,83 2,83 +16

2312 2312 3,10

2314 2314 2,70

2320 2320 2,72

2298 2298 2,91

2309 2309 2,93

Вибрированные с полипропиленовой фиброй

В20 2290 10х10 х10 2290 2,30 2,36 2,36 (-3)

2292 2292 2,38

2302 2302 2,36

2307 2307 2,39

2298 2298 2,38

2292 2292 2,36

Центрифугированные со стальной фиброй

В20 2351 10х10 х10 2351 3,45 3,61 3,61 +36

2358 2358 3,89

2348 2348 3,45

2382 2382 3,56

2370 2370 3,74

2371 2371 3,56

Центрифугированные контрольные

В20 2330 10х10 х10 2330 2,68 2,66 2,66 -

2328 2328 2,69

2312 2312 2,65

2318 2318 2,51

2321 2321 2,68

2322 2322 2,78

Центрифугированные с базальтовой фиброй

В20 2331 10х10 х10 2331 2,87 3,12 3,12 +17

2340 2340 3,10

2312 2312 3,15

2311 2311 3,24

2298 2298 2,68

2330 2330 3,65

Центрифугированные с полипропиленовой фиброй

В20 2312 10х10 х10 2312 2,60 2,68 2,68 +1

2321 2321 2,56

2330 2330 2,95

2310 2310 2,56

2314 2314 2,45

2325 2325 2,96

По результатам проведенных исследований установлено, что наиболее сильное положительное влияние на свойства исследованных бетонов класса B20 оказывает следующее сочетание рецептурно-технологических факторов: технология -центрифугирование, вид фибры - стальная, улучшаемая характеристика при этом - прочность при растяжении, величина прироста -36%.

В дальнейших исследованиях авторы ставят перед собой задачу выявить влияние этих же факторов на бетоны с более высокими прочностными характеристиками. Также научный интерес представляет влияние фибрового армирования комбинированного типа на свойства бетона изделий кольцевого сечения.

Литература

1. Нажуев М.П., Яновская А.В., Холодняк М.Г., Халюшев А.К., Щербань Е.М., Стельмах С.А. Изучение опыта регулирования свойств строительных изделий и конструкций путем направленного формирования их вариатропной

структуры // Инженерный вестник Дона, 2017, №3 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N3y2017/4313.

2. Маилян Л.Р., Стельмах С.А., Холодняк М.Г., Щербань Е.М. Выбор видов волокон для дисперсного армирования изделий из центрифугированного бетона // Науковедение, 2017, № 4 URL: naukovedenie.ru/PDF/71TVN417.pdf.

3. Маилян Л.Р., Стельмах С.А., Холодняк М.Г., Щербань Е.М. Выбор состава центрифугированного бетона на тяжелых заполнителях // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 2017, №10. С. 52-57.

4. Маилян Л.Р., Стельмах С.А., Холодняк М.Г., Щербань Е.М. Исследование различных типов центрифуг и режимов уплотнения бетонных смесей для изготовления образцов кольцевого сечения // Вестник СевКавГТИ, 2017, Вып. №3 (30). С. 134-137.

5. Маилян Л.Р., Стельмах С.А., Халюшев А.К., Холодняк М.Г., Щербань Е.М., Нажуев М.П. Совершенствование режимов формования центрифугированных бетонных изделий кольцеобразного сечения // Инженерный вестник Дона, 2018, №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N2y2018/4832.

6. Маилян Л.Р., Стельмах С.А. Халюшев А.К., Щербань Е.М., Холодняк М.Г., Нажуев М.П. Оптимизация параметров центрифугированных изделий кольцевого сечения на стадии уплотнения // Инженерный вестник Дона, 2018, №3 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2018/5123.

7. Холодняк М.Г., Стельмах С.А., Щербань Е.М., Нажуев М.П., Яновская А.В., Осадченко С.А. Механические свойства виброцентрифугированных бетонов с комбинированным заполнителем и волокнистой добавкой // Инженерный вестник Дона, 2018, №3 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2018/5047.

8. Нажуев М.П., Яновская А.В., Холодняк М.Г., Стельмах С.А., Щербань Е.М., Осадченко С.А. Анализ зарубежного опыта развития технологии

виброцентрифугированных строительных конструкций и изделий из бетона // Вестник Евразийской науки, 2018, №3 URL: esj.today/PDF/58SAVN318.pdf.

9. Маилян Л.Р., Стельмах С.А., Халюшев А.К., Щербань Е.М., Холодняк М.Г., Нажуев М.П. Совершенствование расчетных рекомендаций по подбору состава бетона центрифугированных конструкций // Вестник Евразийской науки, 2018, №3 URL: esj.today/PDF/63SAVN318.pdf.

10. Маилян Л.Р., Стельмах С. А., Холодняк М.Г., Халюшев А.К., Щербань Е.М., Нажуев М.П. Рекомендации по учету вариатропии при расчете, проектировании и изготовлении центрифугированных конструкций из тяжелого бетона // Вестник Евразийской науки, 2018, №4 URL: esj.today/PDF/07SAVN418.pdf.

11. Маилян Л.Р., Стельмах С.А., Холодняк М.Г., Щербань Е.М., Халюшев А.К. Влияние технологии производства на структурообразование и свойства бетона виброцентрифугированных колонн // Строительство и архитектура (2017), Том 5, Выпуск 4 (17). С. 224-228.

12. Холодняк М.Г., Стельмах С. А., Маилян Л.Р., Щербань Е.М., Нажуев М.П. Изучение характера механизма дрейфа компонентов бетонной смеси при производстве центрифугированных колонн вариатропной структуры на примере физической модели движения заполнителей // Строительство и архитектура (2017), Том 5, Выпуск 4 (17). С. 229-233.

13. Маилян Л.Р., Стельмах С. А., Халюшев А.К., Щербань Е.М., Холодняк М.Г., Нажуев М.П. Оптимизация технологических параметров для изготовления центрифугированных бетонных образцов кольцевого сечения // Строительство и архитектура (2018), Том 6, Выпуск 1 (18). С. 247-252.

14. Anatoliy Shuisky, Sergey Stelmakh, Evgeniy Shcherban and Elena Torlina Recipe-technological aspects of improving the properties of non-autoclaved aerated concrete // MATEC Web of Conferences. ICMTMTE, 2017, Vol. 129 URL: matec-conferences.org/articles/matecconf/pdf/2017/43/matecconf_icmtmte2017_05011.pdf.

15. Alexander Halyushev, Mikhail Holodnyak, and Muhuma Nazhuyev Effect of caustic soda on the intensity of gassing in the production of non-autoclaved aerated concrete // MATEC Web of Conferences. ICMTMTE, 2017, Vol. 129 URL: matec-conferences.org/articles/matecconf/pdf/2017/43/matecconf_icmtmte2017_05012.pdf.

References

1. Nazhuev M.P., Yanovskaya A.V., Kholodnyak M.G., Khalyushev A.K., Shcherban' E.M., Stel'makh S.A. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2017, №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N3y2017/4313.

2. Mailyan L.R., Stel'makh S.A., Holodnyak M.G., Shcherban' E.M. «Naukovedenie», Vol. 9, №4 (2017) URL: naukovedenie.ru/PDF/71TVN417.pdf.

3. Mailyan L.R., Stel'makh S.A., Holodnyak M.G., Shcherban' E.M. Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov. 2017. № 10. pp. 52-57.

4. Mailyan L.R., Stel'makh S.A., Holodnyak M.G., Shcherban' E.M. Scientific bulletin SevKavGTI. 2017. №3 (30). pp. 134-137.

5. Mailyan L.R., Stel'makh S.A., Khalyushev A.K., Kholodnyak M.G., Shcherban' E.M., Nazhuev M.P. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2018, №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N2y2018/4832.

6. Mailyan L.R., Stel'makh S.A., Khalyushev A.K., Shcherban' E.M., Kholodnyak M.G., Nazhuev M.P. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2018, №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2018/5123.

7. Kholodnyak M.G., Stel'makh S.A., Shcherban' E.M., Nazhuev M.P., Yanovskaya A.V., Osadchenko S.A. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2018, №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2018/5047.

8. Nazhuev M.P., Yanovskaya A.V., Kholodnyak M.G., Stel'makh S.A., Shcherban' E.M., Osadchenko S.A. The Eurasian Scientific Journal, 2018, №3 URL: esj.today/PDF/58SAVN318.pdf.

9. Mailyan L.R., Stel'makh S.A., Khalyushev A.K., Shcherban' E.M., Kholodnyak M.G., Nazhuev M.P. The Eurasian Scientific Journal, 2018, №3. URL: esj.today/PDF/63SAVN318.pdf.

10. Mailyan L.R., Stel'makh S.A., Kholodnyak M.G., Khalyushev A.K. Shcherban' E.M., Nazhuev M.P. The Eurasian Scientific Journal, 2018, №4. URL: esj.today/PDF/07SAVN418.pdf.

11. Mailyan L.R., Stel'makh S.A., Kholodnyak M.G., Shcherban' E.M., Khalyushev A.K. Construction and Architecture (2017) Vol. 5. Issue 4 (17). pp. 224-228.

12. Kholodnyak M.G., Stel'makh S.A., Mailyan L.R., Shcherban' E.M., Nazhuev M.P. Construction and Architecture (2017) Vol. 5. Issue 4 (17). pp. 229233.

13. Mailyan L.R., Stel'makh S.A., Khalyushev A.K., Shcherban' E.M., Kholodnyak M.G., Nazhuev M.P. Construction and Architecture (2018) Vol. 6. Issue 1 (18). pp. 247-252.

14. Anatoliy Shuisky, Sergey Stelmakh, Evgeniy Shcherban and Elena Torlina MATEC Web of Conferences. ICMTMTE, 2017, Vol. 129 URL: matec-conferences.org/articles/matecconf/pdf/2017/43/matecconf_icmtmte2017_05011.pdf.

15. Alexander Halyushev, Mikhail Holodnyak, and Muhuma Nazhuyev MATEC Web of Conferences. ICMTMTE, 2017, Vol. 129 URL: matec-conferences.org/articles/matecconf/pdf/2017/43/matecconf_icmtmte2017_05012.pdf.