Научная статья на тему 'Формообразование концевых уширений буронабивных свай с учётом экспериментально-аналитического и численного исследования'

Формообразование концевых уширений буронабивных свай с учётом экспериментально-аналитического и численного исследования Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
81
23
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
БУРОНАБИВНАЯ МИКРОСВАЯ / ВТРАМБОВАННЫЙ ЩЕБЕНЬ / ФОРМООБРАЗОВАНИЕ СВАЙ С УШИРЕНИЯМИ

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Купчикова Н.В.

В статье анализируются основные предпосылки теории формообразования геометрии концевых уширении из втрамбованного щебня. В результате анализа технологии устрои ства сваи ных фундаментов с уширениями из щебня и по результатам экспериментальных исследовании даны рекомендации по подбору расчётных схем концевых уширении в зависимости от конструктивного решения сваи, технологии её погружения и способа устрои ства концевого уширения, а также грунтовых условии. Выполнены численные расчёты в двухмернои и трёхмернои постановке для определения НДС фундамента с помощью программного комплекса MIDAS GTS_NX, реализующем метод конечных элементов и разработаннои для сложных геотехнических задач. Установлено, что формообразование концевых уширении проихсходит в зависимости от деформационнопрочностных параметров работы конструкции в целом, а именно диаметра сваи, фракции и объёма щебня, диаметра уплотнения грунтового полупространства, а также развития формы геометрии концевых уширении.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Купчикова Н.В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Formation of end expansions of drilling piles with account of experimental analytical and numerical research methods

The article analyzes the basic premises of the theory of shaping the geometry of end broadening from rammed rubble. As a result of the analysis of the technologies for constructing pile foundations with broadenings from rubble and according to the results of experimental studies, recommendations are given on the selection of design patterns for end broadening depending on the design of the pile, the technology of its immersion and the method of end broadening, as well as soil conditions. Numerical calculations were performed in two-dimensional and three-dimensional formulations to determine the foundation VAT using the MIDAS GTS_NX software package that implements the finite element method and was developed for complex geotechnical problems. It was established that the shaping of the end broadening occurs depending on the deformation-strength parameters of the structure as a whole, namely, the diameter of the pile, fraction and volume of crushed stone, the diameter of the compacted soil half-space, as well as the development of the geometry of the end broadening from rammed crushed stone in the form of a rotation ellipsoid.

Текст научной работы на тему «Формообразование концевых уширений буронабивных свай с учётом экспериментально-аналитического и численного исследования»

5. Schneider U. Concrete at high temperatures - a general review. Fire Saf J 1988;13:55-68.

6. Nielsen CV, Pearce CJ, Bicanic N. Theoretical model of high temperature effects on uniaxial concrete member under elastic restraint. Mag Concr Res 2002; 54:239-49. http://dx.doi.org/10.1680/macr.54.4.239.38809.

7. Li L, Purkiss J. Stress-strain constitutive equations of concrete material at elevated temperatures. Fire Saf J 2005; 40:669-86. http://dx.doi.org/10.1016/jfiresaf.2005.06.003.

8. Terro MJ. Numerical modeling of the behavior of concrete structures in fire. ACI Struct J 1998; 95:183-93.

9. Fedorov V.S., Levitskiy V.E. Constitutive Relationships of Concrete and Reinforcing Steel under High Temperatures // Applied Mechanics and Materials. 2015. Vols. 725-726. pp. 124 - 129.

10. Mindeguia J-C, Hager I, Pimienta P, Carré H, La Borderie C. Parametrical study of transient thermal strain of ordinary and high performance concrete. Cem Concr Res 2013;48:40-52.

© В. С. Федоров, В. Е. Левитский

Ссылка для цитирования:

В. С. Федоров, В. Е. Левитский. Нелинейное деформирование бетона в условиях режимного нагружения при кратковременном нестационарном нагреве// Инженерно-строительный вестник Прикаспия : научно-технический журнал / Астраханский государственный архитектурно-строительный университет. Астрахань : ГАОУ АО ВО «АГАСУ», 2019. № 4 [30). С. 89-93.

УДК 624.154.1; 624.154.8

ФОРМООБРАЗОВАНИЕ КОНЦЕВЫХ УШИРЕНИЙ БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ С УЧЁТОМ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-АНАЛИТИЧЕСКОГО И ЧИСЛЕННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ Н. В. Купчикова

Астраханский государственный архитектурно-строительный университет, г. Астрахань, Россия

Аннотация: в статье анализируются основные предпосылки теории формообразования геометрии концевых уширении из втрамбованного щебня. В результате анализа технологии устроиства сваиных фундаментов с уширениями из щебня и по результатам экспериментальных исследовании даны рекомендации по подбору расчетных схем концевых уширении в зависимости от конструктивного решения сваи, технологии ее погружения и способа устроиства концевого уширения, а также грунтовых условии. Выполнены численные расчеты в двухмернои и трехмернои постановке для определения НДС фундамента с помощью программного комплекса MIDAS GTS_NX, реализующем метод конечных элементов и разработан-нои для сложных геотехнических задач. Установлено, что формообразование концевых уширении проихсходит в зависимости от деформационно-прочностных параметров работы конструкции в целом, а именно диаметра сваи, фракции и объема щебня, диаметра уплотнения грунтового полупространства, а также развития формы геометрии концевых уширении. Ключевые слова: буронабивная микросвая, втрамбованный щебень, формообразование свай с уширениями.

FORMATION OF END EXPANSIONS OF DRILLING PILES WITH ACCOUNT OF EXPERIMENTAL ANALYTICAL AND NUMERICAL RESEARCH METHODS N. V. Kupchikova

Astrakhan State University of Architecture and Civil Engineering, Astrakhan, Russia

Abstract: the article analyzes the basic premises of the theory of shaping the geometry of end broadening from rammed rubble. As a result of the analysis of the technologies for constructing pile foundations with broadenings from rubble and according to the results of experimental studies, recommendations are given on the selection of design patterns for end broadening depending on the design of the pile, the technology of its immersion and the method of end broadening, as well as soil conditions. Numerical calculations were performed in two-dimensional and three-dimensional formulations to determine the foundation VAT using the MIDAS GTS_NX software package that implements the finite element method and was developed for complex geotechnical problems. It was established that the shaping of the end broadening occurs depending on the deformation-strength parameters of the structure as a whole, namely, the diameter of the pile, fraction and volume of crushed stone, the diameter of the compacted soil half-space, as well as the development of the geometry of the end broadening from rammed crushed stone in the form of a rotation ellipsoid. Keywords: bored micro pile, compacted crushed stone, broadening shaping.

Возросшие объемы строительства зданий и сооружений в соответствии с современными принципами устоичивого развития в проектировании требуют устроиства фундаментов глубокого заложения с увеличенными прочностными показателями, как самои конструкции, так и основания, особенно структурно-неустои-чивого. Зачастую для неустоичивых грунтов устраивают фундаменты глубокого заложения с уширениями.

В результате анализа практических технологии выявлено [1-27], что для образования уширения поперечного сечения сваи в конце ствола сваи используют различные способы: разбуривание, вдавливание, раскатывание грунта, физико-химическое инъецирование, буровзрывнои способ, ис-

пользование разрядно-импульснои технологии, механического глубинного втрамбования, с помощью электрогидравлического эффекта, втрамбовывание щебня, гравия и т.д. Сложность устроиства конструкции сваи с уширениями определяется совокупностью конструктивных, технологических и стоимостных требовании. В результате чего развитие системы принципов формообразования, как процесса создания и развития конструктивных форм, сваиных фундаментов с уширениями в грунтовом массиве для площадок с различными инженерно-геологическими условиями является однои из актуальных и не решенных задач в со-временнои геотехнике.

В научных работах [1-27] приведены результаты исследования формообразования и геометрических параметров уширении, изготовленных по различным вышеуказанным технологиям на конце готовых и набивных сваи.

Как правило формообразование уширения на конце буронабивнои сваи может развиваться в различном геометрическом направлении: сферическое, полусферическое, эллиптическое, цилиндрическое (рис. 1).

Рис. 1. Расчётные схемы формообразованияуширений буронабивных свай на конце (слева на право сферическое, пролусферическое, эллиптическое, цилиндрическое)

Многочисленные раскопки ученые проводили после процесса твердения материала и приобретения уширением структурно-устоичивои формы. Установлено, что уширения независимо от технологии изготовления имеют преимущественно развитие в вертикальном или горизонтальном направлении. При этом в поперечном сечении приобретают различную форму - усеченного конуса, эллипсоида, сферы, полусферы или цилиндра, что являеся одним из авжных становится затруднительным при выборе рас-четнои схемы конструкции сваи при проектировании. Природа формообразования концевых уширении сваи до конца не изучена, что зачастую приводит к широкому диапазону отличии и расхождении между расчетнои моделью и ре-альнои работои сваи.

Одним из эффективных конструктивно-технологических методов увеличения несущеи способности фундамента и слабых основании под нижним концом сваи является устроиство буронабивных или щебеночных сваи и образование у сваи концевого уширения за счет втрамбовывания щебня.

Первые технологии устроиства сваиных фундаментов с уширениями из щебня шли по пути возведения в вытрамбованных котлованах с использованием трамбовок высотои 1,5-3,5 м с заострением нижнего конца под углом 60-900 [1] (рис. 2 а, б). В настоящее время глубинное вытрамбовывание фундаментов используют очень редко ввиду сложности проверки цельности ствола скважины, что сопоставляется расчетным и фактическим объемом заполненного материала скважины, что не является надежным, а также отсутствие достоверных способов оценки взаимодеиствия подошвы с основанием, кроме того, скважину может заполнять взрых-ленньш или осыпающиися грунт.

В работах Зоценко Н.Л., Бабенко В.А., Винни-кова Ю.Л. [2] проводились исследования поведения трубчатои микросваи в вытрамбованнои скважине с уширением из щебня при усилении основании и фундаментов реконструируемых здании (рис. 2, г). По результатам опытных исследовании с различными грунтами условиями учеными была получена зависимость несущеи способности трубчатых микросваи от размеров жесткого уширения в их нижнеи части. При максимальном размере уширения 2,5 диаметра ствола микросваи несущая способность их грунта увеличивается в 1,7- 4,5раза по сравнению с микросваями без уширения. Однако при реконструкции основании и фундаментов эксплуатируемых здании и сооружении во многих случаях металлические трубчатые микросваи с втрамбованным в основание жестким материалом с целью создания уширения оказываются не совсем эффективным решением. Технология их изготовления с применением специального оборудования ударного деиствия может вызывать значительные сотрясения окологрунтового пространства под «старои» частью фундамента и самои конструкции, которая и без того с течением времени имеет деформации и разрушения.

В современных условиях для повышения физико-механических характеристик водона-сыщенных грунтов выполняют щебеночные колонны путем вдавливания щебеночного материала в лидерные скважины [3]. В ходе возведения формируемая щебеночная колонна уплотняет грунт вокруг в радиальном направлении, что вызывает активизацию процесса консолидации из-за появления избыточного порового давления, что особенно эффективно в водонасыщенных грунтах.

В ЦНИИОМТП в 2002 году разработана технологическая карта на устроиство буронабив-

ных сваи в водонасыщенных грунтах для малоэтажных зданий и сооружении с уширенным основанием из втрамбованного щебня крупностью 20-40 мм и прочностью не менее 30 МПа.

Радиус уширения основания согласно [3] определяется по формуле:

Г _ к V

*Ьг Ьг сг ,

(1)

где кьг - коэффициент, учитывающии форму уширения и при расположении центра уширения на рассмотрении 0,5 Ы от основания за осмотреннои части фундамента (см. рис. 1 а), принимаемьш равным: для шара - кьг = 0,62; эллипсоида с ^г/ гьг =1,4 - кьг =0,55; эллипоида с ^г / гьг =1,8 - кьг =0,51; Усг - объем втрамбованного в дно жесткого материала, м3.

Площадь уширенного основания из жесткого материала в его наибольшем сечении принимается равнои

Лг = 3,14 Гь.2 (2)

Толщина уплотненнои зоны ниже уширен-нои части из втрамбованного материала определяется по формуле

К _ Г - ГЬг (3)

Радиус уплотненнои зоны определяется по формуле

Г _ 0>95* Гьг * Р* _ Г „ (4)

- ЧГЧР (4)

Р*-Рс

где рс и pds - соответственно средние значения плотностеи сухого грунта природного

сложения и уплотненного грунта; - коэффициент, принимаемый по таблице.

Площадь сечения уплотненнои зоны, обра-зующеися при втрамбовании жесткого материала, в месте наибольшего уширения принимается равнои

As _ 3,14^2. (5)

В результате многочисленных экспериментальных исследовании автора по формообразованию уширении и зон уплотнения грунта в околосваином пространстве под нижним концом буронабивных сваи и сваи-оболочек, полученных в результате втрамбовывания щебня, установлено, что уширения приобретают форму эллиптического цилиндра, параметры которого напрямую зависили от диаметра обсаднои трубы, физико-химических характеристик грунта, объема щебня и его фракции, что отражено в соответствующих графиках зависимостеи [19].

Следует отметить, что, несмотря на наличие нескольких методов определения осадки сваи с концевыми уширениями, нагруженных вертикальными нагрузками, проблема обоснованного построения расчетнои модели, наиболее точно отражающая физику взаимодеиствия грунта и сваи с уширениями требует своего решения. Для построения расчетнои модели необходимо сформулировать ряд предпосылок, позволяющих с единых методологических позиции оценить силовое сопротивление системы «свая-уширение-основание».

Рис. 2. Виды свайных фундаментов суширением из втрамбованного щебня: а - одиночная свая; б - фундамент с ростверком; в - вытрамбованные грунтовые подушки; г - способ усиления оснований и фундаментов реконструируемых зданий трубчатыми микросваями в вытрамбованной скважине: 1 - 2 - 3 -1 - вытрамбованный котлован; 2 - уширение из щебня; 3 - уплотненная зона; 4 - уплотненный грунт или жесткий металл; 5 - буферная зона,уплотненная той же трамбовкой

Для построения такои расчетнои модели анализ экспериментально-теоретических исследовании позволяет принять предпосылку о расчетнои схеме концевых уширении в зависи-

мости от конструктивного решения сваи, технологии ее погружения и устроиства уширения, а также грунтовых условии, предложенных автором в работах [1, 7, 10, 19].

В работе по исследованию трубчатых микросвай с уширением в нижней части из втрамбованного жесткого материала в твердом, полутвердом и мягкопластичном суглинке [19] для изучения параметров уширения были раскопаны 24 опытные микросваи, с различными объемами щебня. В результате натурных замеров установлено, что форма уширении близка к форме эллипсоида вращения, а соотношение его полуосеи находится в прямои зависимости от степени влажности грунта, объема единичных порции щебня, втрамбованного в нижнюю часть скважины. При этом уточнена формула определения радиуса эллипсоида:

3V

J ' иг Vlff

где Ущ уш - объем щебня в уширении, м3;

kd - коэффициент уплотнения щебня; V - соотношение между полуосями эллипса уширения (вертикальнои к горизонтальнои).

Исследования формообразования и напряженно-деформированного состояния бурона-бивнои сваи выполняли с помощью метода конечных элементов и его реализации на ПК. Расчет выполнялся в программных комплексах MIDAS GTS_NX и PLAXIS, реализующих метод конечных элементов. Параметры и своиства материалов в численном моделировании приняты соответствующими экспериментальным.

На втором этапе анализировали изополя вертикальных, горизонтальных и касательных напряжении от вертикального нагружения (рис. 4 и 5). Результаты численного моделирования несущеи способности буронабивнои сваи с уширением из щебня в сравнительном анализе с работои аналогичнои сваи без уширения.

Рисунок 3 Главные векторы напряжений в грунтовом массиве при вертикальном нагружении сваи с концевым уширением (а) и без уширения (б)

На первом этапе анализировали степень уплотнения окологрунтового полупространства вокруг щебёночного уширения буронабивных свай.

На рисунке 3 стрелками показано направление развития деформации (уплотнения) грунта при втрамбовывании щебня в нижнии конец. Направление стрелок показывает уплотнение грунта от пяты и тела сваи с концевым уширением (а) и без него (б). Выброс грунта повлиял на изменение первоначальных физико-механических характеристик основания.

к

1

2 3

Рисунок 4 - Конечно-элементные модели сваи в GTS NX: 1 - без уширения, 2 - с уширением, 3 - с уширением и уплотнённым окологрунтовым пространством вокруг пяты

1

Рис. 5. Перемещения буронабивной микросваи диаметром 400 мм в GTS NX

Таблица

Сопоставление результатов численного моделирования с учетом и без учета коэффициента уплотнения около грунтовои зоны

Осадка, мм Диаметр буронабивной сваи

0100 0200 0300 0400

без учета коэффициента уплотнения около грунтовой зоны 0,86 0,35 0,24 0,19

с учётом коэффициента уплотнения около грунтовой зоны 0,77 0,33 0,23 0,17

На рис. 4 изображена конечно-элементная модель сваи с уширением из щебня и без него и конечно-элементная модель сваи с уширением из щебня и уплотненным окологрунтовом пространством. На рисунке 5 - изополя деформации в ограниченном массиве грунта от верти-

кального нагружения. В результате тщательного анализа всех принципов формообразования конструкции сваи с уширением из втрамбованного щебня было выявлено, что результаты численных исследовании на специализированных геотехнических комплексах показывают хорошую сходимость с результатами полевых испытании, расхождение составляет 1-8%. Основным выводом можно сделать следующее утверждение - недоучет коэффициента уплотнения около грунтовои зоны вокруг уширения из втрамбованного щебня приводит к большему расхождению результатов, что видно из сопоставления числовых параметров осадки с учетом и без учета коэффициента уплотнения около грунтовои зоны. Числовые результаты отражены в таблице сопоставления результатов численного моделирования с учетом и без учета коэффициента уплотнения около грунтовои зоны. На рисунке 6 представлен графике зависимости осадки от вертикального нагружения буронабивнои сваи с концевым уширением в виде втрамбованного щебня: 1, 2, 3, 4 -для сваи диаметром 100мм, 200 мм, 300 мм и 400 мм соответственно без учета коэффициента уплотнения около грунтовои зоны; 1', 2', 3', 4' - для сваи диаметром 100мм, 200 мм, 300 мм

и 400 мм соответственно с учетом коэффициента уплотнения около грунтовои зоны.

о 1 2 3 5

\ ? . 'ч

V -о N

А *

. N Ч «Л

f. V ч ч V

7 Ч \ \ \

R . \

5,мм

Рисунок 6 - График зависимости осадки от вертикального нагружения буронабивной сваи с концевым уширением в виде втрамбованного щебня по данным численного моделирования: 1,2, 3, 4 - для сваи диаметром 100мм, 200 мм, 300 мм и 400 мм соответственно без учета коэффициента уплотнения около грунтовой зоны; 1', 2', 3', 4' - для сваи диаметром 100мм, 200 мм, 300 мм и 400 мм соответственно с учетом коэффициента уплотнения около грунтовой зоны

Список литературы

1. Купчикова, Н. В. Влияние уплотнения грунта со щебнем на жесткость основания / Н. В. Купчикова // Журнал «Промышленное и гражданское строительство» №10 / -Москва, 2007 г.

2. Штоль, Т.М. Технология возведения подземнои части здании и сооружении:учеб. пособие для вузов: Спец.: «Пром. и гражд. стр-во»/ Т. М. Штоль, В. И. Теличенко, В. И. Феклин. - М.: Строииздат, 1990. - 288с.

3. Зоценко Н.Л., Винников Ю.Л., Бабенко В.А. Усиление фундаментов общественного здания методом вдавливания сваи //Реконструкция, Санкт-Петербург-2005г.: Материалы международного симпозиума. Ч.2.-С.Петербург, 1993.с.130-133.

4. Закрепление и уплотнение грунтов в строительстве : тез.доклад на IX Всесоюзном науч.-техн.совещ. / - Москва : Строииздат, 1978. - 368 с.

5. Далматов, Б. И. Проектирование сваиных фундаментов в условиях слабых грунтов / Б. И. Далматов, Ф. К. Лапшин, Ю. В. Россихин. - Л. : Строииздат, 1975.

6. Далматов, Б. И. Проектирование и устроиство фундаментов около существующих здании / Б. И. Далматов. - Л. : ЛДНТП, 1976.

7. Купчикова Н.В. Учет сдвиговых деформации сваиных фундаментов с усиливающими элементами // Строительная механика и расчет сооружении. - № 3 [254). - 2014.- с. 17-22.

8. Вознесенскии, В.А. Статистические методы планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях/ В. А. Вознесенскии. Москва: Финансы и статистика, 1981. - 263 с.

9. Купчикова, Н. В. Особенности берегоукрепления набережнои реки Волги сваиными оболочками, каменнои наброс-кои и строительства на намывных грунтах вдоль береговои зоны Купчикова Н.В. Промышленное и гражданское строительство. 2014. № 6. С. 36-39.

10. Федоров, В.С., Купчикова, Н. В. Конструктивные решения сваиных фундаментов с поверхностными и концевыми уширениями для структурно-неустоичивых основании / Вестник гражданских инженеров.- 2011. - №1. - С.88-91.

11. Егорушкин В.А., Городков А.В., Федоров В.С., Азаров В.Н.

12. Биосферная совместимость. Технологии внедрения инновации. Города, развивающие человека // Промышленное и гражданское строительство. - № 10. - 2012. - с. 71-72.

13. Клюева Н.В., Федоров В.С. К анализу живучести внезапно повреждаемых рамных систем// Строительная механика и расчет сооружении. - № 3. - 2006.- с. 7-13.

14. Курбацкии, Е. Н. Методические указания по решению задач механики с использованием преобразования Фурье [Текст]: учебное пособие/Е. Н. Курбацкии. -Москва: МИИТ, 1979.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

15. Курбацкии, Е.Н. Метод расчета строительных конструкции с использованием дискретного преобразования Фурье. В кн.: «Конструкции жилых здании». М.: ЦНИИЭп жилища, 1987.

16. Pshenichkina V.A., Voronkova G.V., Rekunov S.S.

17. Research of the dynamical system "beam - stochastic base"// Procedía engineering. - Т. 150. - 2016.- c. 1721-1728.

18. Rytov, S . A. New geotechnical technologies/ Proceedings of the 15th European Young Geotechnical Engineers Conference. Dublin, Ireland. 11-14 September 2002.- c.311-315.

19. Lemanza, W. Lesmana, A/ Deep soil improvement technigue using combined deep mixing and iet grouting method// Proc. 17th Int. Conf/ on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering/ - Alexandra, Egypt, 5-9 october, 2009, c.2439/

20. Купчикова, Н. В. Чиссленные исследования работы системы «сваиное основание - усиливающие элементы» методом конечных элементов / Н. В. Купчикова // Журнал «Строительство и реконструкция» №6 [50) / -Москва, 2013 г. С.28-36.

21. Бабенко, В. А. Трубчатые микросваи с уширением в нижней части из втрамбованного жёсткого материала. : автореферат. дис. Кандидата технических наук : 05.23.02 - Днепропетровск, 1996 - 24 с.

© Н. В. Купчикова

Ссылка для цитирования:

Н. В. Купчикова. Формообразование концевых уширений буронабивных свай с учётом экспериментально-аналитического и численного исследования // Инженерно-строительный вестник Прикаспия : научно-технический журнал / Астраханский государственный архитектурно-строительный университет. Астрахань : ГАОУ АО ВО «АГАСУ», 2019. № 4 [30). С. 93-98.

УДК 624

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ЗОЛОШЛАКОВЫХ КОМПОНЕНТОВ,

ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В БЕТОННОЙ СМЕСИ

В. С. Свинарев, Е. В. Шульженко, Е. С. Горбунова

Дальневосточный федеральный университет, г. Владивосток, Россия

Представлены возможные направления улучшения строительно-технических свойств сухого пепла, образующегося в результате сжигания твердого топлива на тепловых электростанциях. Приведены результаты применения различных технологий обогащения золошлаков для расширения тенденций и увеличения объемов их использования в строительных материалах и изделиях.

Ключевые слова: бетонная смесь, прочность бетонного камня, золошлаковое вяжущее, замена инертных, экология, переработка золошлака.

IMPROVING THE QUALITY OF ASH AND SLAG COMPONENTS USED IN THE CONCRETE MIX V. S. Svinarev, E. V. Shulzhenko, E. S. Gorbunova

Far Eastern Federal University, Vladivostok, Russia

Possible trends for improvement of the building-technical properties of dry ash characteristics formed as a result of solid fuel combustion at thermal power stations are presented. The results of application of different ash and slag benefication technologies to widen the trends and increase the volumes of their use in the construction materials and products are given. Keywords: concrete mix, concrete stone strength, ash and slag binder, inert substitution, ecology, ash and slag processing.

Зола и шлак из-за разнообразия свойств энергетических углей и других видов твердого топлива и условий сгорания, а также различных способов их сбора и удаления имеют различный химический и минералогический состав, гранулометрический состав, химическую активность и температуру плавления. В соответствии с РД 34.09.603-88 по химическому составу золошлак можно разделить на кислотные и основные группы; по содержанию горючих веществ - золошлаков с низким, средним и высоким содержанием горючих веществ (потери при воспламенении ниже 5, от 5 до 10 и более 10% соответственно); по гранулометрическому составу - мелкий, средний и большой (удельная поверхность менее 150, от 150 до 300 и более 300 м2 / кг соответственно); по температуре плавления - низкая, средняя и высокая (температура плавления ниже 1250, от 1250 до 1450 и более 1450 ° С соответственно) [1].

Смола летучей золы, шлака и золошлаков, полученная при сжигании твердого топлива, может использоваться только в том случае, если их свойства соответствуют требованиям технических стандартов Таким образом, в бетоне может использоваться только сертифицированная зола-унос, отвечающая требованиям стандарта ГОСТ 25818-91. Летучая зола, которая не соответствует тому или иному стандарту, может использоваться для других целей, если она соответствует необходимым требова-

ниям или может храниться на свалках. Из приведенной выше информации следует отметить, что качество переработки золы и шлака строго регламентирована. В то же время режимы сгорания на ТЭЦ не всегда способствуют производству золошлаков «стандартного набора» характеристик и свойств. По этой причине обогащение золы или шлака следует рассматривать как обычную операцию, выбирающую технологию переработки золы и шлака на ТЭС.

Размер частиц летучей золы влияет как на свойства золы портландцемента, так и на характеристики бетона, изготовленного из него. Проводя исследование Л.Ю. Гольдштейн [2] установил, что при замене 30% цемента (удельная поверхность 320 м2 / кг) на кислотную мелкую зольную пыль с удельной поверхностью 650 и 1050 м2 / кг, образующуюся при дополнительном помоле в дробилке, текучесть растворной смеси уменьшается но прочность цемента увеличивается (см. таблицу 1) [2]. Таким образом, цемент с добавкой летучей золы, измельченный до удельной поверхности 1050 м2 / кг, имеет прочность на сжатие, приблизительно равную соответствующему показателю для цемента без добавления после 28 дней отвердения. Однако в более поздний период твердения цемент с добавлением летучей золы, имеющей высокую удельную поверхность, получает на 20% более высокую прочность, чем цемент без каких-либо добавок. Высокая

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.