CC BY
6
АНАЛИЗ ДОЛГОВЕЧНОСТИ СТАЛЕФИБРОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ В УСЛОВИЯХ ЗНАКОПЕРЕМЕННЫХ ТЕМПЕРАТУР
Н.В. Корсаков, аспирант Т.И. Корсакова, магистрант
Волгоградский государственный технический университет (Россия, г. Волгоград)
DOI:10.24412/2500-1000-2023-6-3-122-126
Аннотация. Внедрение технологий производства строительных конструкций с использованием современных строительных композиционных материалов, обладающих показателями высокой надежности и долговечности, является актуальной задачей строительной отрасли.
Все более широкому применению фибробетонов способствует строительство уникальных зданий и сооружений, к которым предъявляют требования по гарантированному уровню безопасности и долговечности.
В статье проанализированы отечественные и зарубежные разработки по исследованию долговечности сталефибробетонных конструкций, проведен анализ прочности ста-лефибробетонных конструкций при испытаниях в реальных условиях строительства.
Авторами проведены экспериментальные испытания на отрыв сталефибробетона конструкций, находящихся в условиях знакопеременных температур. Испытания показали рост прочности на сжатие в 1,4 раза, на растяжение при скалывании - до 2-х раз, на растяжение при изгибе - на 15 ... 20%. В последующие месяцы (20....40 месяцев) прочностные характеристики оставались стабильными.
Сделан вывод о том, что прочностные испытания сталефибробетонных конструкций, тем более в условиях знакопеременных температур, являются долгосрочными, требуют времени и затрат.
Ключевые слова: сталефибробетонные конструкции, прочность, долговечность, знакопеременные температуры.
Инновации признаны перспективным и необходимым направлением развития и совершенствования строительства в целом, как в технологии строительного производства, так и в технологии строительных материалов.
Актуальная задача строительной отрасли - внедрение технологий производства строительных конструкций с использованием современных строительных композиционных материалов, обладающих показателями высокой надежности и долговечности, в частности, фибробетонов.
В мировой практике строительства все чаще стали возводиться уникальные сооружения, здания и отдельные конструкции, эксплуатационные требования к которым, гарантированный уровень безопасности и долговечности должны значительно превышать обычные, регламентированные действующими нормативными доку-
ментами. Именно это способствовует все более широкому применению фибробето-нов в наиболее развитых в техническом отношении странах - Японии, США, Норвегии, Германии, Франции, Великобритании, Китая и др.
Общие направления и обзоры исследований структуры, свойствам и применению сталефибробетона представлены в [1]. Данные о механических свойствах сталефибробетона обобщены в [4]. Поведение сталефибробетона в условиях повышенных и знакопеременных температур проанализированы и рассмотрены в [3].
В работе [2] получены комплексные данные о долговечности сталефибробето-нов. Проведены долгосрочные испытания на прочность.
В периодической обзорной информации о мировом уровне развития строительной науки и техники (серии «Строительные
материалы» и «Строительные конструкции»), изложены технические преимущества фибробетонов по сравнению с традиционными: повышенная трещиностой-кость, ударная вязкость, износо-, морозо- и огнестойкость, сопротивление термомеханическим воздействиям.
В научно-технических нормативных документах долговечность сталефибробе-тона определяются такими его свойствами как:
- морозостойкость;
- коррозионная стойкость,
- водонепроницаемость;
- трещиностойкость.
Трещиностойкость сталефибробетона
зависит не только от объемного содержания фибры, но и от дисперсности армирования. Чем более однородна бетонная матрица и, чем выше уровень дисперсности армирования, тем выше, при прочих равных условиях, предел трещиностойкости сталефибробетона, который практически в 20 раз может превышать трещиностой-кость исходного бетона.
Оптимальное решение проблем повышения долговечности строительных конструкций видится только в повышении физико-механических и эксплуатационных свойств строительных материалов, что напрямую связано с разработкой и применением эффективных строительных композиций (широкого спектра применения и с прогнозируемыми свойствами).
На основании накопленного отечественного и зарубежного опыта [1-5] можно назвать рациональные области эффективного применения сталефибробетона, в частности, сооружения, подверженные температурным и температурно-влажностным воздействиям.
При проектировании строительных конструкций из сталефибробетона необходимо выполнять требования согласно свода правил СП 360.1325800.2017
Сталефибробетон изготавливается из мелкозернистого бетона или тяжелого бетона, эксплуатируется в температурном интервале +50°С...-70°С.
Расчеты строительных конструкций из сталефибробетона производятся:
- на все виды нагрузок;
- с учетом влияния окружающей среды
- технологических температурных и влажностных воздействий и т.д.
Применение сталефибробетонных конструкций обусловлено и конкретизировано факторами, обеспечивающими технологические и эксплуатационные преимущества перед железобетоном.
Отметим их:
- возможность использования современных и эффективных конструктивных решений;
- возможность применения новых и производительных приемов формования армированных конструкций;
- повышенные показатели трещино-стойкости, ударной прочности и вязкости, износостойкости, атмосферостойкости, морозостойкости;
- повышение степени механизации и автоматизации производства конструкций.
Все отмеченные преимущества и достоинства сталефибробетонных конструкций концентрируются и проявляются при использовании их для опор тоннелей и защитных дорожных покрытий, и сооружений, подверженных температурным и тем-пературно-влажностным воздействиям.
Опыт эксплуатации сталефибробетон-ных конструкций показывает, что традиционные исследования ограничивались испытаниями образцов сталефибробетон-ных конструкций на открытом воздухе [2], ускоренными испытаниями на нейтрализацию [2] и испытаниями на замораживание-размораживание [2].
Цель работы - анализ прочности стале-фибробетонных конструкций при испытаниях в реальных условиях строительства.
Оценка прочности и срока службы важны в широком диапазоне применения. Однако о долговечности сталефибробетон-ных конструкций известно лишь ограниченное количество информации.
Имеется информация о проводимых исследованиях на кафедре геосистемной инженерии Токийского университета, в которых были выбраны три участка, чтобы оценить долговечность сталефибробетон-ных конструкций: первый участок - это туннель в шахте; второй участок - склон
Оценка прочностных свойств проводилась в течении 11 лет, годовой диапазон температур - +300С... -100С
На рисунке 2 показано изменение прочности при одноосном сжатии стале-фибробетона на склоне дороги с течением времени.
Бремя, мес.
Рис. 2. Изменение прочности при одноосном сжатии сталефибробетона на склоне дороги с
течением времени [2]
По истечении 60 месяцев в некоторых образцах из сталефибробетона появились трещины. Однако прочность на одноосное сжатие не изменилась.
Наблюдали трещины в сталефибробе-тоне на склоне дороги, где замораживание и оттаивание происходят несколько раз в год. Количество трещин и ширина трещин
были ниже на склоне из сталефибробето-на, чем на склоне монолитного бетона.
Долгосрочные испытания на прочность требуют много времени и затрат, но тем не менее, исследования долговечности стале-фибробетона важны и перспективны, и, технологи-строители продолжат их в будущем.
В связи с этим, авторами работы проведены экспериментальные испытания на отрыв сталефибробетона, конструкций, находящихся в условиях знакопеременных температур - регион РФ: Омская область: защитные конструкции оборудования для электрошлакового способа изготовления фланцевых заготовок. Диапазон темпера-
тур в зоне исследования: - 50 С..Л100 С. (Методика эксперимента, объем испытаний. Исследования проводились согласно требованиям ГОСТ 22690-2015). Метод отрыва основан на измерении максимального усилия, необходимого для отрыва фрагмента сталефибробетонной конструкции, рис.3.
Рис. 3. Прочность на сжатие сталефибробетонной конструкции, находящейся в условиях
знакопеременных температур
го отечественные и зарубежные разработки, и анализа результатов собственных наработок, делаем вывод о том, что прочностные испытания сталефибробетонных конструкций, тем более в условиях знакопеременных температур, являются долгосрочными, требуют времени и затрат.
Испытания показали рост прочности на сжатие в 1,4 раза, на растяжение при скалывании - до 2-х раз, на растяжение при изгибе - на 15 ... 20%. В последующие месяцы прочностные характеристики оставались стабильными.
Выводы. Исходя из анализа научно-технической литературы, представляюще-
Библиографический список
1. Fibre Concrete Materials: A Report Prepared by RILEM Technical // Committee 19-FRC: Materials and Structures. Research and Testing (RILEM, Paris), Mar.-Apr. - Paris, 1977. -Vol. 10, № 56. - P. 103-120.
2. Исследование долговечности раствора, армированного стальными волокнами Ка-цунори Фукула, Сейсуке Окубоа, Цутому Хаяши\ Куниюки Миядзакиа и Такенори Накадзима. Кафедра геосистемной инженерии, Токийский университет, 7-3-1, Хонго, Бункёку, Токио, 113-8656, Япония (автор-корреспондент: E-mail fukui@geosys.t.u-tokyo.ac.jp) Японская федерация чугуна и стали.
3. Novak J., Kohoutkova A. Fibre reinforced concrete exposed to elevated temperature // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. - 2017. - Vol. 246.
4. Brandt A.M. Cement-Based Composites: Materials, Mechanical Properties and Performance. - London: Spon Press, 2009. - 544 p.
5. Кострикин М.П. К вопросу о влиянии высоких температур на прочностные характеристики фибробетона // Архитектура - Строительство - Транспорт: 74-ая научная конференция профессорско-преподавательского состава и аспирантов университета / Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет. - СПб., Ч. 1. 2018. - С. 128-132.
ANALYSIS OF DURABILITY OF STEEL-FIBER CONCRETE STRUCTURES UNDER CONDITIONS OF SIGN-VARIABLE TEMPERATURES
N.V. Korsakov, Post-graduate Student T.I. Korsakova, Graduate Student Volgogradsky State Technical University (Russia, Volgograd)
Abstract. The introduction of technologies for the production of building structures using modern building composite materials with indicators of high reliability and durability is an urgent task for the construction industry.
The increasing use of fiber-reinforced concrete is facilitated by the construction of unique buildings and structures, which are subject to requirements for a guaranteed level of safety and durability.
The article analyzes domestic andforeign developments on the study of the durability of steel-fiber-concrete structures, analyzes the strength of steel-fiber-concrete structures during testing in real construction conditions.
The authors carried out experimental tests for the separation of steel-fiber-reinforced concrete structures under conditions of sign-variable temperatures. Tests showed an increase in compressive strength by 1.4 times, tensile strength in shearing - up to 2 times, tensile strength in bending - by 15 ... 20%. In the following months (20....40 months) the strength characteristics remained stable.
It is concluded that strength tests of steel-fiber-reinforced concrete structures, especially under conditions of sign-changing temperatures, are long-term, time-consuming and costly.
Keywords: steel-fiber concrete structures, strength, durability, alternating temperatures.
