CC BY
3УДК 624.154.9
ОПЫТ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ФИБРОБЕТОНА В ОГОЛОВКАХ ЗАБИВНЫХ СВАЙ
Разинкова Валерия Петровна, магистрант, направление подготовки 08.04.01 Строительство, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: [email protected]
Белова Татьяна Константиновна, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры технологии строительного производства, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: [email protected]
Аннотация. В статье освещается опыт эффективного повышения ударостойкости забивных свай с помощью применения дисперсного армирования. Обозначены достоинства забивных свай и основные причины их повреждений. Приведены данные, доказывающие, что введение фибры в состав бетонной смеси значительно повышает ударопрочность затвердевшего фибробетона, сопротивление термическому воздействию, пределы прочности на растяжение с изгибом и сжатие, износостойкость и другие характеристики. Приведены сравнительные данные свойств неармированного и дисперсно-армированного бетонов. Освещается опыт испытаний, проведенных с образцами из сталефибробетона, позволивший установить оптимальные параметры голов сваи, размер фибр и процент армирования конструкции. Представлены конструктивные особенности забивных свай с применением сталефибробетона. Различные варианты забивных свай учитывают способ формования сталефибробетонной смеси, который зависит от требуемых конструктивных и технологических характеристик затвердевшего сталефибробето-на. Обозначены перспективы дальнейших исследований.
Ключевые слова: свайный фундамент, сталефибробетон, забивные сваи, ударостойкость, дисперсное армирование, стальные волокна.
Для цитирования: Разинкова В. П., Белова Т. К. Опыт и перспективы применения фибробетона в оголовках забивных свай // Шаг в науку. - 2020. - № 4. - С. 42-46.
EXPERIENCE AND PROSPECTS OF FIBR£ REINFORCED CONCRETE APPLICATION IN
CLOGGED PILES
Razinkova Valeria Petrovna, postgraduate student, training program 08.04.01 Construction, Orenburg state University, Orenburg e-mail: [email protected]
Belova Tatiana Konstantinovna, PhD in Technical Sciences, senior lecturer, Department of construction production technology, Orenburg state University, Orenburg e-mail: [email protected]
Abstract. The article covers the experience of effective improvement of impact resistance of clogged piles by application of disperse reinforcement. The quality of clogged piles and the main causes of their damage are indicated. There are given data proving that introduction of fibre into concrete mixture composition significantly increases impact resistance of hardenedfibrobeton, resistance to thermal impact, tensile strength with bending and compression, due to nasal resistance and other characteristics. Comparative data ofproperties of non-reinforced andfibre reinforced concrete are given. The experience of tests carried out with samples from steel fibre-robetone is highlighted, which allowed to establish optimal parameters of pile heads, size of fibre and percentage of reinforcement of the structure. The design features of scoring piles with the use of steel fibre concrete are presented. Various versions of driven piles take into account the method offorming a steel-fiber concrete mixture, which depends on the required structural and technological characteristics of the solidified steel-fiber concrete. Prospects for further research are outlined.
Key words: pile foundation, steel fiber concrete, clogged piles, impact resistance, fibre reinforcement, steel fibres.
Cite as: Razinkova, V. P., Belova, T. K. (2020) [Experience and prospects of fibre reinforced concrete application in clogged piles]. Shag v nauku [Step into scence]. Vol. 4, рр. 42-46.
В настоящее время важнейшими тенденциями современного строительства зданий и сооружений в больших городах является увеличение подземной части здания. Подобные тенденции требуют возведения более жестких и прочных фундаментов, способные выдерживать различные нагрузки от вышестоящих конструкций и передавать их в ненадежные слои грунта. Более широкое и эффективное применение в новом строительстве многоэтажных зданий следует считать свайные фундаменты. Они обладают множественными неоспоримыми преимуществами, не последние из которых - безопасность, долговечность, жесткость, прочность и небольшая материалоемкость. Тем не менее, использование забивных железобетонных свай в фундаменты многоэтажных зданий не всегда можно гарантировать их забивку без повреждения.
Благодаря дисперсному армированию была решена актуальная проблема для строительной сферы - это улучшение качества забивных железобетонных свай, которая связана с сохранностью ствола сваи, наконечника и ее головы при забивании в твердый грунт.
Использование свайных фундаментов вместо отдельных ленточных фундаментов на естественном основании в промышленном и гражданском строительстве позволяет в 3-4 раза снизить стоимость трудозатрат и значительно уменьшить расход железобетона при возведении фундаментов зданий и сооружений [4].
Однако, несмотря на перечисленные преимущества забивных свай, не всегда можно гарантировать бездефектную забивку сваи. Возможны следующие основные причины повреждений:
1. Геологические и инженерно-технические -неточные данные при проведении инженерно-гео-
логических изысканий, наличие мерзлых грунтов, пучение грунта и т. д.;
2. Технологические - низкое качество изготовления конструкции (брак), неправильное армирование, а также повреждения вовремя транспортировки и хранения свай;
3. Производственные - отсутствие системы контроля отклонения сваи во время забивки, плохое состояние прокладок наголовника, неправильный выбор молота.
Имеющийся опыт в строительстве показывает, что при погружении забивных свай в тяжелые и средние грунты не достигают проектных отметок порядка 20 % из них, а более чем 80 % свай приходится срезать стволы либо производить забивку сваи-дублера [7].
В настоящее время существует несколько способов улучшить ударостойкость бетона. Одним из способов является повышение бетонного сопротивления свай до уровня сжатого бетона класса В40-В80, что практикуется во многих странах. Увеличение класса бетона можно добиться за счет использованием высокомарочных цементов, фракционированных заполнителей, суперпластификаторов в составе бетонной смеси [4].
Другой способ улучшения различных свойств бетона является армирование его свободно ориентированными волокнами (фиброй). Согласно литературным данным, введение армирующих волокон в состав бетонной смеси способствует повышению его ударостойкости, прочности на сжатие и растяжение, износостойкости и т. д. [1-5].
На основании литературного обзора представлено сравнение свойств неармированного бетона и фибробетонов (таблица 1) [6].
Свойство Увеличение по сравнению с обычным бетоном, %
1 2
Прочность при изгибе в момент появления первой трещины 150
Предельная прочность: на растяжение при изгибе 200
на сжатие 125
на срез 175
Предел усталости при изгибе 225
Сопротивление удару 325
Истираемость 200
Сопротивление выкашиванию при термическом воздействии 300
Долговечность при испытаниях на замораживание-оттаивание 200
Таблица 1. Сопоставление свойств бетона, армированного различными фибрами, со свойствами неар-мированного бетона
Введение этих волокон в бетон влияет не только лишь на уровень однородности армирования, но и на необходимую устойчивость бетона к ударам.
В настоящее время применяют три основных армирующих волокнистых материала: фибры в виде коротких металлических отрезков, стеклянные волокна и волокна полипропилена.
При проведении анализа литературных данных можно сделать вывод, что стальная фибра получила широкое применение и показала высокий результат в эффективности железобетонных конструкций.
Отметим, что значительное воздействие на ударостойкость фибробетона оказывает распределение фибры по всей высоте элемента и высота образца. Поэтому в литературных данных представлены результаты экспериментальных и теоретических исследований образцов на определение ударной прочности бетона (рисунок 1) [4]. Измеренные остаточные поперечные деформации позволили вывести характерные эпюры распределения накопляемых повреждений по высоте образца.
Рисунок 1. Эпюры изменения необратимых поперечных деформаций
На рисунке показано, что после трех ударов на эпюре появляется седло с уменьшением деформации по направлению к центру образца. По мере увеличения количества ударов наблюдается рост деформаций в центральной части образца, что свидетельствует о процессе разрушения по всей высоте опытного экземпляра. На всех этапах испытаний зона минимальной деформации устанавливалась на расстоянии от верха образца, которое составляло примерно полтора размера его поперечного сечения. Разрушение происходило в зоне ударных нагрузок, то есть на торцах образца. Для образцов меньшей высоты характер разрушений соответствовал образованию трещин, направление которых было параллельно нагрузке, а ширина раскрытия составила 1-2 мм. Можно сделать вывод, что наилучшая высота головы забивной железобетонной сваи квадратного сечения с дисперсным армированием составляет 1,5 размера этого сечения [6].
Наилучшее расположение фибр по высоте будет таким, что количество стальных волокон будет
постепенно уменьшаться от верхней части головы, которая испытывает сильные удары от дизель-молота, до нижней части, сопрягаемой со стволом сваи, где количество фибр, как и в стволе, будет, равняется 0.
Испытания подтвердили, что эффективность использования стальных волокон в различных строительных конструкциях, в частности, в забивных железобетонных сваях позволила установить оптимальные размеры голов сваи, длину фибр и процент армирования для ударопрочности фундамента. На основе экспериментальных данных, были разработаны две группы свайных конструкций институтами Фундаментпроект, ЦНИИ-Промзданий, НИ-ИЖБ, ЛенЗНИИЭП.
В первую (I) группу входят сваи длинной от 6 до 16 м, ствол которых целиком выполнен из железобетона со стандартным армированием, а голова и наконечник - из сталефибробетона. Подобные сваи рекомендуется для использования при строительстве зданий и сооружений (рисунок 2) [6].
Рисунок 2. Сталефибробетонные сваи первой группы
Во вторую (II) группу входят сваи составные с типовым железобетонным стволом, а из стале-фибробетона выполняются голова, наконечник и элементы сварного стыка. Кроме того, изготавливаются цельные сваи с предварительно напряженным железобетонным стволом, соединенным
со сталефибробетонными головой и наконечником специальной конструкцией. В эту же группу входят сборно-составные сваи, изготовленные целиком из сталефибробетона, состоящие из элементов швеллерного сечения и собираемые из разновысоких звеньев (рисунок 3) [6].
Рисунок 3. Сталефибробетонные сваи второй группы
В настоящее время разработаны технологии но
и оборудование, позволяющие в заводских услови- не
ях сравнительно простыми методами изготавливать пр
и регулировать прочность и ударостойкость свай. сл
Можно сделать вывод, что применение стальной ти
фибры в качестве арматуры положительно влияет то на свойства забивных железобетонных свай. В част-
ности, сталефибробетонная свая деформируется, но не разрушается и это ей позволяет погружаться до проектной отметки без серьезного разрушения. Исследования в этом направлении важны и перспективны, в том числе при проектировании фундаментов для многоэтажных зданий.
Литература
1. Баженов Ю. М. Технология бетона. - М.: издательство АСВ, 2002. - 500 с.
2. Белова Т. К. Исследование влияния дисперсного армирования модифицированным базальтовым
микроволокном на прочностные свойства цементного раствора // Инженерный вестник Дона. - 2015. -№ 2. - С. 212-231.
3. Вахмистров А. И. Эффективность применения фибробетона в конструкциях при динамических воздействиях // Вестник гражданских инженеров. - 2006. - № 4. - С. 130-134.
4. Давлетшин М. Б. Модифицированные бетоны повышенной ударной выносливости: дис....канд. техн. наук: 05.23.05. - Уфа, 2002. - 149 с.
5. Парфенов А. В. Ударная выносливость бетонов на основе стальной и синтетической фибры: дис.... канд. техн. наук: 05.23.05. - Уфа, 2004. - 188 с.
6. Рабинович Ф. Н. Композиты на основе дисперсно армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции. - М.: издательство АСВ, 2004. - 560 с.
7. Стерин В. С. Промышленная технология дисперсно-армированных железобетонных конструкций: дис....канд. техн. наук: 05.23.05. - Санкт-Петербург, 2002. - 160 с.
Статья поступила в редакцию: 03.05.2020; принята в печать: 15.12.2020.
Автор прочитал и одобрил окончательный вариант рукописи.
