CC BY
27Клюев А. В., аспирант
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова СТАЛЕФИБРОБЕТОН ДЛЯ СБОРНО-МОНОЛИТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
В статье рассмотрены вопросы применения стальной фибры для дисперсного армирования мелкозернистых бетонов. Проведены экспериментальные исследования сталефибробетонных образцов на цементе и на композиционном вяжущем.
Ключевые слова: мелкозернистый бетон, техногенный песок, сталефибробетон.
В настоящее время одной из самых перспективных строительных технологий при проектировании и возведении любых типов зданий и сооружений является технология сборно-монолитного каркасного домостроения.
Основой этой технологии является применение сборно-монолитного каркаса, монтируемого из изделий заводского изготовления: колонна, ригель, плита, несъемная опалубка с за-моноличиванием узлов и отсутствием сварочных работ на стройплощадке.
Сборно-монолитное строительство позволяет сэкономить энергию в технологическом процессе производства продукции и строительстве, достичь снижения трудовых и материальных затрат, обеспечить высокое качество и потребительские свойства продукции.
Основной составляющей конструкции является несущий каркас, состоящий из трех основных железобетонных элементов: вертикальных опорных колонн, предварительно напряженных ригелей и плит перекрытия. Узел соединения "колонна-ригель-плита" является монолитным, а весь каркас собирается без приме-
Рисунок 1. Конструкция сборно-монолитного здания
На сегодняшний день сфера использования железобетонных конструкций в России значительно расширяется. Многие здания и сооружения меняют свое функциональное назначение.
Применение композиционных материалов способно разрешить данные проблемы.
Использование дисперсно-армированных цементных композиций позволяет выпускать облегченные строительные конструкции с повышенной прочностью на изгиб и ударной вязкостью. Выбор волокна обуславливается тем, какими свойствами должна обладать композиция для удовлетворения заданным требованиям
[3, 4].
Дисперсно-армированные бетоны являются одним из перспективных конструкционных материалов. Они представляют собой одну из разновидностей обширного класса композиционных материалов, которые в настоящее время все более широко применяются в различных отраслях промышленности. Дисперсное армирование осуществляется волокнами (фибрами), равномерно рассредоточенными в объеме бетонной матрицы. Для этого используются различные виды металлических и неметаллических волокон минерального или органического происхождения. В данной работе рассмотрено применение стальной фибры для мелкозернистого бетона [2].
Конструкции из сталефибробетона широко используются во многих областях строительства и с успехом применяются в таких странах как ЮАР, Германия, Япония, США и др. Однако, в нашей стране этому материалу уделяется мало внимания.
В последние годы на практике очень часто имеют место случаи, когда в районе строительства отсутствуют качественные крупные заполнители. Транспортировка щебня из других регионов, часто на значительные расстояния, становится экономически не оправданной. В этом случае встает вопрос о целесообразности применения местных материалов, в том числе песков и отходов горно-обогатительной промышленности, в качестве заполнителей бетонов.
В настоящее время нерудная, горнорудная и другие отрасли ежегодно складируют в отвалах сотни миллионов кубометров рыхлых отходов различного состава и строения, которые имеют размер зерен до 10 мм. Одной из причин
неполного использования этих отходов в качестве мелких заполнителей бетонов является отсутствие их классификации, недостаточная изученность их характеристик и свойств бетонных смесей и бетонов на их основе.
Свойства техногенных песков, бетонных смесей и бетонов на их основе зависят от многих факторов, обусловленных свойствами исходных пород, способами их измельчения, методами обогащения полученного продукта и т.д. Наиболее существенное влияние оказывают прочность, структура и состав исходных пород.
При сопоставлении свойств природных и искусственных песков обращают на себя внимание основные, принципиальные различия этих материалов. Если первые являются в основном кварцевыми, с округлой формой зерен и гладкой поверхностью, то вторые имеют существенные различия по составу и свойствам исходных пород, форме зерен и шероховатости их поверхности. Искусственные пески имеют свежеобнаженную поверхность. В результате свойства последних различны. Взаимодействие поверхности техногенных песков с цементным тестом и цементным камнем значительно сложнее, чем у природных песков. Без учета этого взаимодействия невозможно изучить влияние гранулометрического состава, формы зерен, шероховатости поверхности и других характеристик песка на свойства смесей и бетонов [1, 2].
Для оценки возможности применения техногенных песков как сырья для производства фибробетона, были разработаны составы мелко-
зернистого бетона с использованием в качестве заполнителя отсева дробления кварцитопесча-ника. Для получения более плотной упаковки заполнителя использовался песок Нижне-Ольшанского месторождения.
Экспериментальные исследования связаны с изучением поведения бетонных элементов, дисперсно-армированных стальной фиброй при сжатии и растяжении при изгибе.
В качестве фибры была принята стальная проволочная волновая фибра ТУ 14-1-55-362006. Она включается в бетонные образцы с целью увеличения прочности бетона на сжатие от 10% до 60% и на растяжение при изгибе от 10% до 200%.
Для приготовления высокопрочного мелкозернистого бетона применяют различные способы повышения активности цемента и качества бетонной смеси (домол и виброактивация цемента, виброперемешивание, применение суперпластификаторов).
Большие перспективы в получении высокопрочных бетонов связаны с применением композиционного вяжущего, которое получают совместным помолом высокомарочного цемента и суперпластификатора.
Для его получения применялся товарный цемент ЗАО «Белгородский цемент» Цем I 42,5 Н, отходы мокрой магнитной сепарации (отходы ММС) и суперпластификатора С-3.
Для оценки качества применяемых заполнителей были изучены их основные физико-механические свойства (табл. 1).
Таблица 1
Физико-механические характеристики заполнителя
Наименование Отсев дробления Нижне-
показателя КВП Ольшанский песок
Модуль крупности 3,50 1,12
Насыпная плотность в неуплотненном состоянии, кг/м3 1415 1467
Насыпная плотность в уплотненном состоянии, кг/м3 1490 1648
Истинная плотность, кг/м3 2710 2630
Пустотность, % 47,8 44,2
Водопотребность, % 5,5 11
Цементопотребность 0,530 0,63
На рис. 2. и 3. представлены результаты исследования по определению минералогического состава заполнителя.
Высушенные песок, отсев дробления квар-цитопесчаника, композиционное вяжущее и стальная фибра были смешаны до получения гомогенного состава. Затем добавлялась вода до получения однородной массы. После формования и уплотнения образцы в течение 24 часов находились при температуре не ниже 15 °С. Затем были сняты формы и бетонные образцы
находились в камере твердения с температурой 20 °С и влажностью более 90%, что соответствует требованиям ГОСТ.
Испытание образцов для определения прочности на сжатие (кубики 100*100x100 мм) и на растяжение при изгибе (призмы 100*100*400 мм) проводились на универсальной испытательной машине по стандартной методике. Результаты экспериментов представлены в табл. 2.
• ЯЮ; Д СаСОз
ю-к.
Л ! АгА , Д
I
е.
4 5 6 7
2в—т>
16 И 12 13 14 15 16 17 16 19 26 21 22 25 24 25 26 27
И 31 32 33 34 35 36 37 33 59 46 41 42 43 44 45 46 47 46 49 56 51 52 55 54 55 56
Рисунок 2. Дифрактограмма кварцевого песка Нижне-Ольшанскогоместорождения
Рисунок 3. Дифрактограмма отсева дробления кварцитопесчаника
Таблица 2
__Результаты экспериментов __
Состав
№ состава Вяжущее Отсев дробл. КВП, кг
Цем I 42,5Н, кг КВ Песок, кг Вода, л Стальная фибра, кг Ясж, МПа Кизг, МПа
1 500 1400 - 240 110 46,2 12,6
2 500 860 540 200 110 56,7 16,4
3 500 1400 - 240 110 53,4 15,2
4 500 860 540 200 110 63,6 18,2
Анализ экспериментальных исследований показал эффективность применения композиционного вяжущего. Сравнивая составы 1 и 3 из табл. 2, можно видеть, что прочностные характеристики сталефибробетонных образцов показали увеличение прочности на сжатие на 13%, а на растяжение при изгибе на 17%.
Из табл. 2 отчетливо видно увеличение прочностных характеристик сталефибробетон-ных образцов на композиционном вяжущем и заполнителе из отсева дробления кварцитопес-чанника, обогащенным Нижне-Ольшанским песком. Сравнивая составы 2 и 4 наблюдаем, что прочностные характеристики сталефибробетон-ных образцов повысились - на сжатие на 11% и на растяжение при изгибе на 10%. Сравнивая составы 1 и 4, отмечаем увеличение прочности соответственно на 27% и 37%. Таким образом, для сборных элементов конструкций можно рекомендовать композиционное вяжущее в качестве вяжущего, а в качестве заполнителя отсев дробления кварцитопесчанника, обогащенный Нижне-Ольшанским песком.
Экономический эффект мелкозернистого бетона на основе техногенного песка по сравнению с тяжелым бетоном составляет 20%, что происходит за счет замены крупного заполните-
ля и снижения процента армирования сборных элементов конструкций.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Клюев, А.В. Отходы горнодобывающих предприятий как сырье для производства мелкозернистого бетона армированного фибрами [Текст] / А.В. Клюев, С.В. Клюев, Р.В. Лесовик, Михайлова О.Н. // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. - 2010. - № 4. - С. 81 - 84.
2. Клюев, С.В. Ползучесть и деформатив-ность дисперсно-армированных мелкозернистых бетонов [Текст] / С.В. Клюев // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. - 2010. - № 4. - С. 85 - 87.
3. Клюев, С. В. Расчет высокоплотной упаковки зерен мелкозернистого бетона [Текст] / С.В. Клюев, А.Н. Хархардин // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. - 2011. - № 1. - С. 34 - 37.
4. Лесовик, Р.В. Мелкозернистый стале-фибробетон на основе техногенного песка для получения сборных элементов конструкций [Текст] / Р.В. Лесовик, А.В. Клюев, С.В. Клюев // Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в промышленности строительных материалов: сб. докл. Междунар. науч. -практ. конф. - Белгород: Изд-во БГТУ, 2010. - Ч.3. - С. 140 - 143.
