CC BY
133
ВЕСТНИК 4/2016
УДК 539.4+691.3
Танг Ван Лам, Б.И. Булгаков
НИУМГСУ
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ СЦЕПЛЕНИЯ НОВОГО БЕТОННОГО СЛОЯ С ПОВЕРХНОСТЬЮ СТАРОГО БЕТОНА
Рассмотрен эмпирический метод определения прочности сцепления нового слоя из высококачественного мелкозернистого бетона (ВКМЗБ), нанесенного на поверхность старого бетона в ходе проведения ремонтных работ. При оценке работоспособности бетона, находящегося в подземных слоях породы под воздействием сложных механических сил, отмечена необходимость учитывать усилия, оказываемые на него поездами метрополитена в ходе их движения по тоннелям и торможения на станциях. Экспериментальные результаты показали, что применение ВКМЗБ способствует повышению прочности сцепления бетонных слоев на 55 % по сравнению с обычным мелкозернистым бетоном.
Ключевые слова: новый мелкозернистый бетонный слой, прочность сцепления, тонкодисперсные армирующие волокна, экспериментальные бетонные образцы, старый бетон, высококачественный мелкозернистый бетон
Появившиеся в последние годы высококачественные мелкозернистые и другие новые виды бетонов позволяют придать современным городским зданиям и сооружениям особую архитектурную выразительность [1—5], отвечающую требованиям XXI в. Эта тенденция прослеживается также и при строительстве метро.
Высококачественный мелкозернистый бетон (ВКМЗБ), получаемый путем совместного использования органоминеральных модификаторов и дисперсного армирования, выгодно отличается от обычного мелкозернистого бетона, так как имеет в несколько раз более высокие прочность на растяжение при изгибе и раскалывании, способность сопротивляться ударным воздействиям и усталости, а также трещиностойкость, водонепроницаемость и сопротивление кавитации [6—18]. Поэтому он вполне пригоден для строительства тоннелей метро и других специальных сооружений.
Для оценки работоспособности бетона в тоннелях метрополитена, находящихся в подземных слоях породы под воздействием сложных комбинаций механических сил, необходимо также учитывать усилия, оказываемые на него поездами метро в ходе их движения и торможения на станциях. В статье рассматривается эмпирический метод определения прочности сцепления нового мелкозернистого бетонного слоя, нанесенного на поверхность старого бетона при проведении ремонтных работ.
Составы исследованных мелкозернистых бетонов приведены в табл. 1. Схема экспериментальной установки и бетонные образцы, с помощью которых проводился эксперимент, изображены на рис. 1, 2.
Строительное материаловедение VESTNIK
_MGSU
табл. 1. Составы мелкозернистых бетонов
материалы Единицы измерения мелкозернистый бетон с прочностью на сжатие 40 мПа вкмзБ с прочностью на сжатие 60 мПа
Портландцемент класса цЕм II 42,5 н кг/м3 522 519
зола уноса кг/м3 157 312
зола рисовой шелухи кг/м3 157 280
Песок кг/м3 1283 1256
Полипропиленовые мелкодисперсные волокна кг/м3 0 1,25
Суперпластификатор Ace 388 л/м3 0 7,8
вода л/м3 234 168
рис. 1. Схема экспериментальной установки для определения прочности сцепления нового слоя из мелкозернистого бетона с поверхностью старого бетона [19—22]
рис. 2. конструкция экспериментальных бетонных образцов
отталкивающая рама экспериментальной установки представляла собой совокупность L-образного и ^образного стальных каркасов, соединенных под прямым углом. главной частью установки являлся гидравлический домкрат, способный создавать нагрузку в 50 или 160 кн. домкрат был расположен перпендикулярно поверхностям как самой стальной рамы, так и испытуемых бетонных образцов (см. рис. 1).
ВЕСТНИК
4/2016
Для испытаний были изготовлены бетонные образцы размером 100 х 50 х 50 мм и углом скоса головки в = 23°, которые твердели в стандартных условиях и испытывались в возрасте 14 и 28 сут.
Подготовка к проведению испытаний и их результаты приведены на рис. 3—6 и в табл. 2.
Рис. 3. Процесс изготовления бетонных образцов: а — шероховатая поверхность старого бетона, созданная механическим путем; б — формы для изготовления бетонных образцов; в — формование образцов; г — бетонные образцы, готовые к испытаниям
б
а
в
г
Рис. 4. Определение прочности сцепления нового мелкозернистого бетонного слоя с поверхностью старого бетона
рис. 5. разрушение экспериментальных бетонных образцов
табл. 2. Прочность сцепления нового мелкозернистого бетонного слоя с поверхностью старого бетона
мелкозернистый бетон вкмзБ
Показатели с прочностью на сжатие с прочностью
40 мПа на сжатие 60 мПа
Прочность сцепления в возрасте 14 сут, мПа 4,01 7,25
Прочность сцепления в возрасте 28 сут, мПа 6,24 11,25
12
11,25—1
7,25
6,24
- , . . . 4,01 ....... ::::
----- и и z
□ Мелкозернистый бетон с прочностью на сжатие 40 МПа
■ ВКМЗБ с прочностью на сжатие 60 МПа
0
14 28
рис. 6. Прочность сцепления бетонных слоев
из приведенных в табл. 2 и на рис. 6 результатов испытаний можно сделать следующие выводы:
введение в мелкозернистую бетонную смесь суперпластификатора Ace 388 в сочетании с золами уноса и рисовой шелухи, а также тонкодисперсных полипропиленовых армирующих волокон способствует повышению прочностных показателей мелкозернистых бетонов;
с повышением прочности мелкозернистых бетонов на сжатие увеличивается прочность их сцепления со старым бетоном. Это объясняется лучшей адгезией вкмзБ по сравнению с обычным непластифицированным мелкозернистым бетоном.
вестник 4/2016
Библиографический список
1. Харченко И.Я., Баженов Ю.М. Инъекционное закрепление проницаемых грунтов, бетонных и каменных конструкций с использованием особо тонкого дисперсного вяжущего // Вестник МГСУ 2012. № 11. C. 172—176.
2. Баженов Ю.М. Современная технология бетона // Научные достижения в исследованиях о новых современных строительных материалах : совместный междунар. науч. симпозиум. Ханой. 2006. C. 12—18.
3. Баженов Ю.М. Использование наносистем в строительном материаловедении // Вопросы применения нанотехнологий в строительстве : сб. докладов участников круглого стола. М. : МГСУ, 2009. C. 4—8.
4. Баженов Ю.М. Многокомпонентные мелкозернистые бетоны // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2001. № 10. С. 24.
5. Баженов Ю.М. Высококачественный тонкозернистый бетон // Строительные материалы. 2000. № 2. C. 24—25.
6. Алексашин C.B., Булгаков Б.И. Получение мелкозернистых бетонов с высокими эксплуатационными показателями // Сборник научных трудов Института строительства и архитектуры : по материалам Междунар. молодежной конф. Оценка рисков и безопасность в строительстве. Новое качество и надежность строительных материалов и конструкций на основе высоких технологий. М. : КЮГ, 2012. С. 12—13.
7. Алексашин C.B., Булгаков Б.И. Мелкозернистый бетон для гидротехнического строительства, модифицированный комплексной органоминеральной добавкой // Вестник МГСУ 2013. № 8. С. 97—103.
8. Баженов Ю.М, Демьянова B.C., Калашников B.H. Модифицированные высококачественные бетоны. М. : Изд-во АСВ, 2006. 368 с.
9. Клюев A.B. Сталефибробетон для сборно-монолитного строительства // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2011. № 2. C. 60—63.
10. Ляпидевская О.Б., Безуглова E.A., Cамотесова H.B. Новый гидроизоляционный материал на минеральной основе для защиты подземных сооружений от воздействия агрессивной среды // Вестник МГСУ 2011. № 1—1. С. 127—130.
11. Нгуен Динь Чинь. Высокопрочные бетоны с применением комплексных орга-номинеральных модификаторов, содержащих золу рисовой шелухи, золу-уноса и суперпластификатор : автореф. дисс. ... канд. техн. наук. M., 2012. 25 c.
12. Cтенечкина К.С, Алимов Л.А., Александрова O.B. Кинетика твердения бетонов, легированных наномодификаторами // Научное обозрение. 2015. № 14. С. 181—187.
13. Фаликман B.P. Новое поколение суперпластификаторов в современной технологии бетона-поликарбоксилаты // Вопросы применения нанотехнологий в строительстве : сб. докл. участников круглого стола. М. : МГСУ, 2009. C. 111—119.
14. Юрьев А.Г., Яковлева М.О. Стеклофибробетон в строительном и дорожном комплексе // Молодые ученые производству : материалы региональной науч.-практ. конф. в 2 т. Старый Оскол : Изд-во СТИ МИСИС, 2006. Т. 1. C. 274—278.
15. Schmidt M., Fehling E, Geisenhanslüke C. Ultra high performance concrete (UHPC) // Proceedings of the International Symposium on Ultra High Performance Concrete, Kassel, Germany. University of Kassel, Germany, September 13—15, 2004. 884 p.
16. Shah S.P., Ahmad S.H. High performance concrete: Properties and applications. McGraw-Hill, Inc., 1994. 388 p.
17. Nguyên Quang Chiêu. Bê tông côt sai và bê tông côt sai thép. NXB Giao Thông Van Tai. Hà Nôi. 2008, tr. 108. (Нгуен Куанг Тьеу. Фибробетон и стеклофибробетон. Ханой, 2008. 108 c.)
18. Pham Duy Hwu, Nguyên Ngoc Long. Bê tông cuong dô cao và chât lugng cao. NXB Xây dung. 2008, tr. 151. (Фам Дуй Хыу, Нгуен Нгок Лонг. Высокопрочные и высококачественные бетоны. Ханой : Стройиздат, 2008. 151 c.)
19. Tang Van Lâm, Dào Viêt Doàn. Bê tông công trinh Ngâm và Mo. NXB Xây Dung. Hà Nôi. 2015, tr. 378. (Танг Ван Лам, Дао Виет Доан. Бетоны, предназначенные для строительства метро и шахт. Ханой, 2015. 378 с.)
20. Tang Van Lâm. Nghiên cuu ché tao bê tông hat min chât lugng cao c0 su dung cot soi polypropylen dùng cho cac két câu mât duong sân bay, Hôi nghi Khoa hoc lân thu 20, Dai hoc Mo Dia — Chât. Thang 15.11.2012. tr. 33—38. (Танг Ван Лам. Исследование мелкозернистого бетона с полипропиленовой фиброй для аэродромных покрытий // 20-ая Научная конференция Ханойского горно-геологического университета (15.11.2012). C. 33—38.)
21. Tang Van Lâm. Nghiên cuu su dung bê tông cuong dô cao mac 60 de chong giù cac duong là kién thiét co bàn thuôc cac du an khai thac xuong sâu bâng phuong phap hâm là à vùng mo Quàng Ninh, dè tài câp truong, ma so T13—34 nâm 2013. Dai hoc Mo Dia — Chât. tr. 78. (Танг Ван Лам. Исследование использования бетона высокой прочности B60 для закрепления горных выработок в областях Куангнинга Вьетнама. T. 13—34. 2013. 78 с)
22. Tang Van Lâm. Nghiên cuu ché tao bê tông hat min chât lugng cao dùng cho mât duong sân bay. Luân vân Thac sy — Truong Dai hoc Xây dung. 2010. tr. 98. (Танг Ван Лам. Изучение производства высококачественного мелкозернистого бетона, используемого в аэродромных покрытия // Степень магистра технологии. Строительный университет. 2010. 98 c.)
Поступила в редакцию в декабре 2015 г.
Об авторах: Танг Ван Лам — аспирант кафедры технологий вяжущих веществ и бетонов, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, lamvantang@gmail.com;
Булгаков Борис Игоревич — кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры технологий вяжущих веществ и бетонов, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8 (495) 287-49-14, доб. 31-01, fakultetst@mail.ru.
Для цитирования: Танг Ван Лам, Булгаков Б.И. Исследование прочности сцепления нового бетонного слоя с поверхностью старого бетона // Вестник МГСУ 2016. № 4. C. 76—83.
Tang Van Lam, B.I. Bulgakov
RESEARCH OF ADHESIVE STRENGTH OF NEW CONCRETE LAYER WITH A SURFACE OF OLD CONCRETE
Concrete is a material very commonly used in modern construction, each year over 4 billion m3 of concrete is used around the world. In the recent years high-quality fine grain and other types of concrete allow giving the modern creation city buildings new architectural expressivity, meeting the requirements of the XXI century. The trend of using of these new types of concrete is also applied in the construction of tunnel systems and the subway.
The fine-grained high performance concrete obtained by using a mixture of organo-mineral additives and fiber reinforcement, compares fovourably with ordinary finegrained concrete, namely its bending and tensile strength is higher, it has good resis-
ВЕСТНИК 4/2Q16
tance to shock impacts and fatigue, as well as crack resistance, water resistance and resistance to erosion. So this type of fine-grained high performance concrete is suitable for the construction of subway tunnels and other special objects.
When evaluating the concrete performance in underground rock layers subjected to complex mechanical forces, it is important to take into account the stress of metro upon departure and stopping at the stations.
The article presents a new experimental method of determining the adhesion strength of fine-grained high performance concrete layer freshly poured on the surface of old concrete in the process of construction and repair of underground.
The result of this method application showed that fine-grained high performance concrete is capable of skid resistance higher than 55 % compared to regular fine-grained concrete without additives.
Key words: new fine-grained concrete layer, adhesive strength, fine-grained reinforcing fibers, experimental samples of concrete, old concrete, fine-grained high performance concrete
References
1. Kharchenko I.Ya., Bazhenov M.I. In''ektsionnoe zakreplenie pronitsaemykh gruntov, betonnykh i kamennykh konstruktsiy s ispol'zovaniem osobo tonkogo dispersnogo vyazhush-chego [Injection-Based Stabilization of Pervious Soils, Concrete and Masonry Structures Using Particularly Finely Dispersed Binders]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012, no. 11, pp. 172—176. (In Russian)
2. Bazhenov Yu.M. Sovremennaya tekhnologiya betona [Modern technology of concrete]. Nauchnye dostizheniya v issledovaniyakh o novykh sovremennykh stroitel'nykh materialakh : sovmestnyy mezhdunarodnyy nauchnyy simpozium [Joint International Scientific Symposium "Advances in Studies of New Modern Building Materials"]. Hanoi, 2006, pp. 12—18. (In Russian)
3. Bazhenov Yu.M. Ispol'zovanie nanosistem v stroitel'nom materialovedenii materialo-vedenii [Using Nanosystems in Building Materials Science]. Voprosy primeneniya nanotekh-nologiy v stroitel'stve : sbornik dokladov uchastnikov kruglogo stola [Questions of Using Nan-otechnologies in the Construction: Collection of Reports of the Round Table]. Moscow, MGSU Publ., 2009, pp. 4—8. (In Russian)
4. Bazhenov Yu.M. Mnogokomponentnye melkozernistye betony [Multicomponent FineGrained Concretes]. Stroitel'nye materialy, oborudovanie, tekhnologii XXI veka [Construction Materials, Equipment, Technologies of the 21st Century]. 2001, no. 10, p. 24. (In Russian)
5. Bazhenov Yu.M. Vysokokachestvennyy tonkozernistyy beton [High Performance FineGrained Concretes]. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2000, no. 2, pp. 24—25. (In Russian)
6. Aleksashin S.V., Bulgakov B.I. Poluchenie melkozernistykh betonov s vysokimi eksplu-atatsionnymi pokazatelyami [Obtaining Fine-Grained Concretes with High Performance Indexes]. Sbornik nauchnykh trudov Instituta stroitel'stva i arkhitektury: po materialam Mezh-dunarodnoy molodezhnoy konferentsii Otsenka riskov i bezopasnost' v stroitel'stve. Novoe kachestvo i nadezhnost' stroitel'nykh materialov i konstruktsiy na osnove vysokikh tekhnologiy [Collection of Scientific Works of the Institute of Civil Engineering and Architecture : the Materials of the International Youth Conference "Risk Evaluation and Safety in the Construction. New Quality and Reliability of Construction Materials and Structures Based on High Technologies]. Moscow, KYuG Publ., 2012, pp. 12—13. (In Russian)
7. Aleksashin S.V., Bulgakov B.I. Melkozernistyy beton dlya gidrotekhnicheskogo stroitel'stva, modifitsirovannyy kompleksnoy organomineral'noy dobavkoy [Fine Concrete for Hydraulic Engineering Modified by a Multi-component Additive]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2013, no. 8, pp. 97—103. (In Russian)
8. Bazhenov Yu.M., Dem'yanova V.S., Kalashnikov V.I. Modifitsirovannye vysoko-kachestvennye betony [Modified High Performance Concrete]. Moscow, ASV Publ., 2006, 368 p. (In Russian)
9. Klyuev A.B. Stalefibrobeton dlya sborno-monolitnogo stroitel'stva [Steel Fiber Concrete for Precast-Monolithic Construction]. Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tekhno-logicheskogo universiteta im. V.G. Shukhova [Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov]. 2011, no. 2, pp. 60—63. (In Russian)
10. Lyapidevskaya O.B., Bezuglova E.A., Samotesova H.B. Novyy gidroizolyatsionnyy material na mineral'noy osnove dlya zashchity podzemnykh sooruzheniy ot vozdeystviya agressivnoy sredy [New Waterproofing Mineral-Based Material for the Protection of Underground Structures from Corrosion]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2011, no. 1—1, pp. 127—130. (In Russian)
11. Nguyen Dinh Chinh. Vysokoprochnye betony s primeneniem kompleksnykh organomineral'nykh modifikatorov, soderzhashchikh zolu risovoy shelukhi, zolu-unosa i su-perplastifikator : avtoreferat dissertatsii kandidata tekhnicheskikh nauk [High-Strength Concretes with Complex Organic-Modifiers Containing Rice Husk Ash, Flue Ash and Superplas-ticizer : Thesis of Dissertation of the Candidate of Technical Sciences]. Moscow, 2012, 25 p. (In Russian)
12. Stenechkina K.S., Alimov L.A., Aleksandrova O.V. Kinetika tverdeniya betonov, legi-rovannykh nanomodifikatorami [The Kinetics of Concrete Hardening Alloyed with Nanomodi-fiers]. Nauchnoe obozrenie [Scientific Review]. 2015, no. 14, pp. 181—187. (In Russian)
13. Falikman V.R. Novoe pokolenie superplastifikatorov v sovremennoy tekhnologii be-tona-polikarboksilaty [New Generation of Superplasticizers in Modern Concrete Technology, Polycarboxylates]. Voprosy primeneniya nanotekhnologiy v stroitel'stve : sbornik dokladov uchastnikov kruglogo stola [Questions of Using Nanotechnologies in the Construction: Collection of Reports of the Round Table]. Moscow, MGSU Publ., 2009, pp. 111—119. (In Russian)
14. Yur'ev A.G., Yakovleva M.O. Steklofibrobeton v stroitel'nom i dorozhnom komplekse [Glass Fiber Concrete in the Construction and Road Complex]. Molodye uchenye proizvod-stvu : materialy regional'noy nauchno-prakticheskoy konferentsii [Young Scientists to the Production: Materials of Regional Scientific Conference]. In 2 volumes. Staryy Oskol, STI MISIS Publ., 2006, vol. 1, pp. 274—278. (In Russian)
15. Schmidt M., Fehling E., Geisenhanslüke C. Ultra High Performance Concrete (UHPC). Proceedings of the International Symposium on Ultra High Performance Concrete, Kassel, Germany. University of Kassel, Germany, September 13—15, 2004. 884 p.
16. Shah S.P., Ahmad S.H. High Performance Concrete: Properties and Applications. McGraw-Hill, Inc., 1994, 388 p.
17. Nguyên Quang Chiêu. Bê tông côt soi và bê tông côt soi thép. NXB Giao Thông Vân Tâi. Hà Nôi. 2008, tr. 108. [Fiber Concrete and Glass Fiber Concrete]. Hanoi, 2008, 108 p. (In Vietnamese)
18. Pham Duy Hûu, Nguyên Ngoc Long. Bê tông cuong dô cao và chât luong cao. NXB Xây dyng. 2008, tr. 151. [High-Strength and High-Quality Concretes]. Hanoi, Stroyizdat Publ., 2008, 151 p. (In Vietnamese)
19. Tang Van Lâm, Bào Viêt Boàn. Bê tông công trlnh Ngâm và Mo. NXB Xây Dyng. Hà Nôi. 2015, tr. 378. [Concretes for Building Subway and Mining]. Hanoi, 2015, 378 p. (In Vietnamese)
20. Tang Van Lâm. Nghiên cuu chê tao bê tông hat min chât luong cao co sù dung côt soi polypropylen dùng cho cac kêt câu mat duong sân bay, Hôi nghi Khoa hoc lân thu 20, Bai hoc Mo Bia — Chât. Thang 15.11.2012. tr. 33—38. [Research of Fine-grained concrete with polypropylene fiber for airfield pavement. 20th Science Conference. of the University of Mining and Geological University of Hanoi]. Pp. 33—38. (In Vietnamese)
21. Tang Van Lâm. Nghiên cuu sù dung bê tông cuong dô cao mac 60 de chông giû cac duong là kiên thiêt co ban thuôc cac dy an khai thac xuông sâu bâng phuong phap hâm lô_ o vùng mo Quang Ninh, dê tài câp truong, ma sô T13—34 nam 2013. Bai hoc Mo Bia — Chât. tr. 78 [The study of B60 high-strength concrete Application for Strengthening Mine Openings in Quang Ninh, Vietnam]. Vol. 13—34, 2013, 78 p. (In Vietnamese)
22. Tang Van Lâm. Nghiên cuu chê tao bê tông hat min chât luong cao dùng cho mat duong sân bay. Luân van Thac sy — Truong Bai hoc Xây dyng. 2010. tr. 98. [Research of High Quality Grained Concrete Manufacturing for Airport Pavement. Master of Technology Degree. Construction University]. 2010, 98 p. (In Vietnamese)
About the authors: Tang Van Lam — postgraduate student, Department of Technology of Binders and Concretes, Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; lamvantang@gmail.com;
Bulgakov Boris Igorevich — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Technology of Binders and Concretes, Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), 26 Yaroslavskoe Shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; +7 (495) 287-49-14, ext. 31-01; fakultetst@mail.ru.
For citation: Tang Van Lam, Bulgakov B.I. Issledovanie prochnosti stsepleniya novogo betonnogo sloya s poverkhnost'yu starogo betona [Research of Adhesive Strength of New Concrete Layer with a Surface of Old Concrete]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2016, no. 4, pp. 76—83. (In Russian)
