CC BY
54
Вісник ПДАБА
НАУКОВІ ДОСЛІДЖЕННЯ
УДК 666.983
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ДИСПЕРСНО-АРМИРОВАННЫХ БЕТОНОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ТРАМВАЙНЫХ ПЛИТ
В. Н. Деревянко, д. т. н., проф., Л. В. Саламаха, к. т. н., асс., Е. А. Кулачко, маг., В. А. Гопайца, студ.
Ключевые слова: волокна, бетон, прочность, исследования, влияние
Постановка проблемы. Сборное железобетонное покрытие рельсовых путей применяется с 1980-х годов для совмещения автомобильного, трамвайного и пешеходного движения на одном участке. Покрытие применяется при любых конструкциях путей в различных вариантах при строительстве трамвайных путей, железнодорожных переездов и улиц, и отвечает требованиям, предъявляемым к покрытиям, работающим в сложных эксплуатационных условиях, при воздействии динамической нагрузки трамваев и автомобильного транспорта, проходящего по покрытию [2].
Для производства трамвайных плит затрачивается большое количество вяжущих материалов (около 350 кг на 1 м3 высокопрочного цемента М600), который является редкостью в Украине на данный момент. Это обусловлено тем, что плита должна соответствовать классу бетона В45. Поэтому, трамвайные плиты производятся в малых объемах и редко используются в дорожном строительстве, в то время как существующие покрытия находятся в ужасном состоянии. Поэтому вопросы усовершенствования технологии производства трамвайных плит являются особенно актуальными.
Цель исследований. Определение влияния параметров базальтового волокна на основные свойства бетона и бетонной смеси.
Основной материал. Одним из методов усовершенствования технологии производства трамвайных плит является дисперсное армирование бетона, которое осуществляется путем введения в материал дискретных волокон различного происхождения. Ранее было изучено Ф. Н. Рабиновичем, А. А. Пащенко, В. Д. Глуховским, Н. В. Урьевым и др. Получение положительных результатов исследований позволяет рассмотреть возможность уменьшения расхода цемента, замены арматурных сеток в изделии и т. д. Для проверки данной гипотезы были проведены исследования по определению влияния параметров базальтового волокна на основные свойства бетона и бетонной смеси. При проведении исследований были использованы сырьевые материалы, приведенные в таблице 1.
Т а б л и ц а 1
Сырьевые материалы
Наименование Нормативный документ Производитель Основные свойства
Цемент М500 ДСТУ Б В.2.7-46-96 ОАО«Балцемент», г.Балаклея, Харьковская обл. Sw = 2800 см2/г. Нсхв .= 45 мин, Ксхв = 10 час. Н. г. =28 %.
Песок ДСТУ Б В. 2.7-32-95 Из русла Днепра. Мк = 1,53; рист = 2,63 г/см3
Гранитный щебень ДСТУ Б В.2.7-75-98 Рыбальский карьер Днепропетр. обл. Рист = 2,69 г/см3, рн = 1450 кг/м3. Макс. крупность зерен 20 мм.
Вода ГОСТ 23732-79 Водопроводная
4
№ 9 вереснь 2011
П р о д о л ж е н и е т а б л и ц ы 1
Суперпластифи катор С-3 ДСТУ Б В 2.7171:2008 Владимирский ЖБК, Россия Светло-коричневый порошок, вводился в бетонную с водой затворения в количестве 0,4 % от массы цемента в пересчете на сухое вещество.
Базальтовое волокно ТУ В В 2.7.-26 832673353-001:2007 ЗАО «Минерал 7» г. Львов Ясж = 1600 — 3 200 МПа; Мод. упр. = 7000 — 1 1000 МПа;
Исследования по определению влияния параметров базальтового волокна на свойства бетона и бетонной смеси проводились в два этапа. На первом этапе были определены свойства бетона, не содержащего волокна. Прочность бетона при сжатии после тепловлажностной обработки (ТВО) образцов кубов размером 10 х 10 х 10 см равнялась 30,7 МПа, а образцов кубов, хранившихся в нормальных условиях, 45 МПа. Эти данные были приняты в качестве контрольных.
На втором этапе исследований в бетонную смесь вводились базальтовые волокна, для полученной композиционной смеси были определены водоцементное отношение (В/Ц), прочность при сжатии (Ясж) после ТВО и в нормальных условиях.
Для проведения исследований использовался полнофакторный эксперимент для 23 [3]. В качестве факторов влияния были приняты: длина, диаметр и содержание базальтового волокна (табл. 2) и составлена матрица планирования эксперимента (табл. 3).
Т а б л и ц а 2
Интервал варьирования факторов влияния
Наименование фактора влияния Обозначение Нижний предел (-1) Верхний предел (+1) Единицы измерения
Длина волокна Х 1 2 10 мм
Диаметр волокна Х 2 20 40 мкм
Содержание волокна Х 3 0,1 5 О/ %
Матрица планирования эксперимента
Т а б л и ц а 3
№ п/п Факторы влияния
Х1 Х 2 Х3 Хь мм Х 2, мкм Х 3, %
1 -1 -1 -1 2 20 0,1
2 -1 + 1 + 1 2 40 5
3 -1 -1 + 1 2 20 5
4 +1 + 1 + 1 10 40 5
5 +1 -1 + 1 10 20 5
6 +1 + 1 -1 10 40 0,1
7 -1 + 1 -1 2 40 0,1
8 +1 -1 -1 10 20 0,1
В ходе проведения исследований была использована стандартная методика определения свойств бетона и бетонной смеси [4; 5]. На основании полученных результатов (табл. 4) были рассчитаны уравнения регрессии и построены диаграммы взаимного влияния параметров армирующего компонента и исследуемых свойств (рис. 1 - 2).
5
Вісник ПДАБА
Результаты исследований
Т а б л и ц а 4
№ п/п 1, мм d, мкм Ц, % m^, г Рбет, г/см3 В/Ц Твердение в н. у. После ТВО
Ясж, МПа Ясж, МПа
1 2 20 0,1 2488 2,5 0,355 67,74 54,15
2 2 40 5 2450 2,45 0,38 64,13 44,46
3 2 20 5 2445 2,45 0,37 66,5 37,05
4 10 40 5 2429 2,43 0,37 67,66 51,11
5 10 20 5 2403 2,4 0,42 52,44 39,24
6 10 40 0,1 2473 2,48 0,355 64,77 59,8
7 2 40 0,1 2424 2,43 0,345 59,25 57,76
8 10 20 0,1 2430 2,4 0,345 56,22 50,44
Ясж = 49,25 + 0,88-Хj + 4,04^Х2 - 6,3^Хз + 11,07 • Хj • Х2 + 1,31 • Хj • Хз +
+0,79 • Х2 • Хз + 9,65 • Х1 • Х 2 • Х з
Рис. 1. Прочность при сжатии после ТВО в зависимости от: а - диаметра и длины волокна, б - длины и содержания волокна, в - диаметра и содержания волокна
Анализ диаграмм показывает, что при введении в бетонную смесь базальтовых волокон наблюдается увеличение прочности при сжатии после ТВО. Максимальные прочностные показатели (рис. 1, а) наблюдаются у составов, содержащих волокно с параметрами l = 5 -10 мм; d = 30 - 40 мкм. При этом прочность возрастает до 65 МПа, по сравнению с 30,7 МПа у неармированного состава. Увеличение длины волокна приводит к росту Ясж только при диаметре волокна 32 - 40 мкм.
Из диаграммы взаимного влияния длины и содержания волокна (рис. 1, б) видно, что рост прочности с увеличением содержания волокна наблюдается лишь при длине волокна 7 - 10 мм.
6
№ 9 вереснь 2011
Увеличение содержания в смеси волокна длиной до 6,8 мм приводит к снижению прочностных показателей при сжатии. Увеличение длины волокна приводит к росту прочностных показателей независимо от содержания волокна.
При анализе диаграммы (рис. 1, в) видно, что максимальная прочность фибробетона (65 - 70 МПа) после тепловой обработки достигается при максимальных значениях диаметра (40 мкм) и содержания (5 %) волокна. Увеличение содержания волокна приводит к увеличению прочности при сжатии только при диаметре волокна 36 - 40 мкм.
При одинаковом содержании волокна большую прочность при сжатии имеют составы, содержащие волокно большего диаметра, т. е. можно сделать вывод, что с увеличением диаметра волокна при постоянном содержании волокна прочность при сжатии после тепловой обработки растет.
Ясж = 62,33 - 2,06-Х 1 + 1,61
Х 2 + 0,34-Х з -+13,17
■ 17,43 • Х1 • Х 2 - 0,56 • Х1 • Х 3 + 1,59 • Х2 • Х 3 +
Х1 • Х2 • Х 3
Рис. 2. Прочность при сжатии при твердении в нормальных условиях (28 суток), в зависимости от: а - длины и диаметра волокна, б - длины и содержания волокна,
в - диаметра и содержания волокна
Из диаграммы взаимного влияния длины и диаметра волокна (рис. 2, а) видно, что максимум прочности достигается при максимальной длине и диаметре, при твердении образцов в нормальных условиях.
Снижение прочностных показателей при увеличении диаметра волокна наблюдается при введении в смесь коротких базальтовых волокон (длиной от 2 до 5,2 мм). При введении длинных базальтовых волокон (5,2 - 10 мм) увеличение диаметра волокна приводит к росту прочности. Увеличение прочностных показателей также наблюдается при увеличении длины волокон, однако диаметр при этом должен находиться в пределах 32 - 40 мкм.
Требуемая прочность 60 - 65 МПа достигается при диаметре 28 - 32 мкм и длине 5,2 -
7
Вісник ПДАБА
6 мм.
Из диаграммы взаимного влияния длины и содержания волокна (рис. 2, б) на прочность при сжатии видно, что максимум прочности (90 МПа) достигается при максимальном содержании 5 % и длине волокна 10 мм. С уменьшением длины волокна прочность уменьшается независимо от содержания волокна. Увеличение содержания волокна приводит к увеличению Ясж только при длине волокна 6 — 10 мм. Требуемая прочность (60 МПа) достигается при введении волокна длиной 5,2 - 6 мм в количестве 2 %.
Из диаграммы взаимного влияния диаметра и содержания волокна (рис. 2, в) на прочность при сжатии видно, что максимум прочности (90 - 95 МПа) при твердении в нормальных условиях достигается при максимальных значениях содержания 5 % и диаметра волокна 40 мкм. Увеличение диаметра волокна приводит к росту прочности при сжатии. Увеличение содержания волокна приводит к росту прочности при сжатии только при диаметре волокна 30
— 40 мкм. Требуемая прочность (60 - 65 МПа) достигается при диаметре волокна 28 - 32 мкм.
Вывод. Введение базальтового волокна в бетон есть целесообразным, т. к. наблюдается значительный прирост показателей прочности, около 40 % в сравнении с контрольными образцами.
Зависимости прочностных показателей от факторов влияния (длина, диаметр и содержание волокна) при ТВО и нормальных условиях твердения аналогичны.
Получение максимальных прочностных показателей (90 МПа) обеспечивается введением волокна с параметрами: длина волокна 10 мм, диаметр волокна 40 мкм и содержание волокна
5 %.
Чтобы получить требуемую проектную прочность бетона (60 МПа) для производства трамвайных плит, необходимо ввести волокно с параметрами: диаметр 28 - 32 мкм, длина 5,2 -
6 мм и содержание 2 %.
Таким образом, проведенные исследования доказали возможность повышения прочностных показателей бетона за счет введения в него дискретных базальтовых волокон. Все это раскрывает перед дисперсно-армированными материалами новые области применения, которые являются доступными на сегодняшний день, а также позволяет избежать трудоемких операций по армированию, сэкономить сырьевые материалы и значительно уменьшить общий вес конструкции за счет уменьшения сечения при неизменных прочностных показателях, или заменить стандартные армирующие сетки на дисперсное армирование.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ
1. Рабинович Ф. Н. Дисперсно армированные бетоны / Рабинович Ф. Н. // М.: — Стройиздат, 1989. - 174 с.
2. ТУ У В.2.6-02070772-004-99 «Плиты трамвайного пути железобетоные предварительно напряженные».
3. Хартман. К. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов / К. Хартман, Э. Лецкий, В. Шефер. // — М. : Мир, 1977. - 552 с.
4. ДСТУ Б В.2.7-43-96. Бетоны тяжелые. Технические условия. - К. : Держспоживстандарт України, 1997. - 16 с.
5. ДСТУ Б В.2.7-114-2002. Строительные материалы. Смеси бетонные. Методы испытаний.
- К. : Державний комітет архітектури, будівництва і житлової політики України, 2002. - 25 с.
УДК 624.012
РЕЦИКЛІНГ БУДІВЕЛЬНИХ ВІДХОДІВ
Т. Ю. Шевченко, к. т. н., М. Ю. Барна, асп., О. Ю. Назаренко, маг.
Ключові слова: рециклінг, інертні відходи, залізобетонний брухт, дробильно-сортувальна установка, щебінь, фракція, відходи деревини, метод пресування, метод екструзії, скло, пінобетон
Проблема. Одним із найнегативніших наслідків будівельної діяльності є наявність значної
8
