Ростов-на-Дону, Ростовская область, Россия
Ростов-на-Дону, Ростовская область, Россия
Россия
Ростов-на-Дону, Ростовская область, Россия
ГРНТИ 67.09 Строительные материалы и изделия
ББК 383 Строительные материалы и изделия
Статья посвящена вопросу особенностей расчета состава центрифугированных бето-нов на тяжелых заполнителях. Описан эксперимент, проведенный согласно требованиям нормативных документов, касающихся конструкций кольцевого сечения. Рассмотрено дей-ствие, оказываемое фракцией 2,5÷5 на физические свойства смеси фракции щебня 5÷20. Приведен исследуемый состав бетонной смеси и физико-механические характеристики бе-тона из нее. Описано основное оборудование, назначен режим тепловлажностной обработ-ки. Получен состав бетона класса B40. Даны рекомендации для дальнейших исследований по повышению эксплуатационных характеристик изделий и конструкций кольцевого сечения из тяжелого бетона.
конструкции и изделия кольцевого сечения, центрифугированный бетон, остаточное во-доцементное отношение, подбор состава центрифугированного бетона, оптимальный рас-ход цемента центрифугированных бетонов, режим тепловлажностной обработки центри-фугированных бетонов.
Введение. Согласно требованиям нормативных документов, касающихся расчета конструкций кольцевого сечения [1–3], с учетом результатов рассева пробы гранитного щебня контрольного состава, для исследований использовались фракции 10÷20 и 5÷10 мм в соотношении 65÷35. При этом, в контрольном составе содержалось около 12 % щебня фракций размером 2,5÷5 мм.
В этой связи, исследовалось влияние фракций 2,5÷5 мм на насыпную плотность и пустотность смеси гранитного щебня [4–6].
Основная часть. Нормативные документы по производству центрифугированных железобетонных конструкций определяют основные требования к качеству сырьевых материалов для приготовления бетонных смесей.
В качестве вяжущих допускается использование портландцемента без добавки или с минеральными добавками высоких марок. В качестве минеральной добавки могут быть использованы гранулированные доменные шлаки в количестве не более 20 % от массы цемента. Допускается использование портландцементов, предназначенных для бетонных покрытий автомобильных дорог и сульфатостойких портландцементов.
Такие требования к цементам вызваны тем, что в процессе центрифугирования изменяется вещественный состав используемого портландцемента, так как легкие тонкомолотые добавки быстро отжимаются к внутренней полости изделия и уходят в шлам.
Замечено, что одним из решающих факторов, оказывающим влияние на прочность центрифугированного бетона и его однородность, является нормальная густота цементного теста (НГЦТ), которая не должна превышать 28 %. В работе [7] установлено, что изменение НГЦТ с 24 до 28 % увеличивает длительность центрифугирования в 1,3 раза. Повышение прочности центрифугированного бетона за счет увеличения расхода цемента сверх оптимального его содержания не дает пропорционального эффекта. Установлено [7], что увеличение расхода цемента сверх 500 кг/м³ в два раза увеличивает термоусадочные деформации.
В качестве мелкого заполнителя нормативные документы допускают использование крупно- и среднезернистых природных и дробленых песков. В тех случаях, когда применяется мелкий песок, следует на 3 мин увеличивать продолжительность центрифугирования. Повышенная водопотребность бетонных смесей на мелких песках ведет к увеличению начального водоцементного отношения (В/Ц) и требует дополнительного расхода цемента для получения гарантированной прочности бетона. Например, увеличение начального В/Ц с 0,35 до 0,41 ведет к снижению прочности бетона в среднем на 28 %, при этом меняется и величина переходного коэффициента от прочности вибрированных образцов к прочности центрифугированных.
В качестве крупного заполнителя допускается использование щебня или щебня из гравия из прочных и морозостойких горных пород. Особо подчеркиваются требования к зерновому составу крупного заполнителя. Рекомендуется осуществлять дозировку двух фракций 5–10 и 10–20 мм раздельно при соотношении между ними 1:1,5 и при максимально допустимой пустотности смеси до 40 % [8].
На базе лаборатории кафедры «Технология вяжущих веществ, бетонов и строительной керамики» Академии строительства и архитектуры Донского государственного технического университета проведены исследования, показавшие, что введение в щебеночную смесь фракций 2,5÷5 мм в количестве около 12–10 % от общей массы крупного заполнителя снижает ее пустотность до 38 % (рис. 1). В дальнейших исследованиях использовались три фракции гранитного щебня Павловского месторождения Воронежской области в следующих соотношениях по массе:
10÷20 мм – 60 %; 5÷10 мм – 30 % и 2,5÷5 мм – 10 %.
Для установления оптимального соотношения между мелким и крупным заполнителем в бетоне центробежного уплотнения использовалась методика [2]. Расчет составов производился при трех вариантах расхода цемента 500, 550, 600 кг/м3, марка по удобоукладываемости бетонной смеси была П1 (с осадкой конуса
ОК=2–3 см на момент центрифугирования). Бетонная смесь для изготовления контрольных образцов приготавливалась в лабораторном бетоносмесителе принудительного перемешивания БЛ-10 (рис. 2). Фотографии образцов приведены на рис. 3.
|
Насыпная плотность, кг/м3 |
Фр. 2,5±5 мм |
|
Пустотность, % |
Фр. 2,5±5 мм |
Рис. 1. Зависимость свойств смеси фракций 5±20 мм гранитного щебня от введения фракций 2,5±5 мм
Бетоносмеситель лабораторный БЛ-10, настольный, принудительного действия (турбулентный) предназначен для приготовления растворов и бетонов в лабораториях для контроля качества строительных материалов.
Технические характеристики бетоносмесителя лабораторного БЛ-10 приведены в табл. 1.
Оптимальное соотношение песка и цемента (П/Щ) устанавливалось опытным путем по минимальному водоцементному отношению (В/Ц) при заданном расходе цемента. За оптимальную принималась бетонная смесь с минимальным значением В/Ц, при центрифугировании которой на внутренней поверхности кольца появлялись вкрапления фракций щебня, выступающие из бетона на 1/3 своей величины, с расстоянием между зернами в пределах 3÷6 см [1].
Необходимая длительность центрифугирования исследуемых бетонных смесей, была принята на основе анализа литературных и нормативных данных [2] и составила 20 мин. После трехчасовой выдержки образцы подвергались тепловлажностной обработке по режиму
3+10+3 ч при температуре изотермического прогрева 80±2 °С.
Образцы до испытания выдерживались в течение 27 суток в нормальных условиях [3], после чего из них выпиливали образцы необходимой формы и размеров. Результаты испытаний полученных бетонов приведены на рис. 4.
Рис. 2. Бетоносмеситель лабораторный БЛ-10
Таблица 1
Технические характеристики бетоносмесителя БЛ-10
|
Параметр |
Значение |
|
Геометрический объем, не более л |
23 |
|
Объем готового замеса бетонной смеси, не более л |
10 |
|
Число оборотов барабана, не менее об/мин |
47 |
|
Время перемешивания, с |
40–60 |
|
Крупность заполнителей, не более мм |
40 |
|
Мощность двигателя, кВт Потребляемый ток, А |
0,37 |
|
Габаритные размеры, не более мм - длина - ширина - высота |
|
|
Масса, кг |
25 |
|
|
|
|
Рис. 3. Образцы из центрифугированного бетона перед тепловлажностной обработкой
|
Предел прочности при сжатии, МПа |
Остаточное водоцементное отношение
|
Рис. 4. Зависимость прочности центрифугированного бетона при различных расходах цемента
от остаточного ВЦ
В результате проведенных экспериментов авторами было найдено оптимальное соотношение (рис. 5) между песком и гранитным щебнем П/Щ = 0,3, обеспечивающее минимальный расход цемента для бетона В40 (Ц=520 кг/м3) и минимальный выход цемента в шлам, что подтверждает низкая плотность шлама, отжатого в процессе 20-минутного уплотнения на центрифуге. Состав центрифугированного бетона приведен в табл. 2.
Таблица 2
Состав центрифугированного бетона
|
Состав |
Расход материала на 1 м3 бетона, кг |
Плот-ность шлама, г/см3 |
В/Ц началь-ное |
В/Ц конеч-ное |
Прочность при сжатии, МПа |
|||||
|
Цемент |
Вода |
Песок |
Гранитный щебень, фракций мм |
|||||||
|
10±20 |
5±10 |
2,5±5 |
||||||||
|
С№1 |
520 |
193 |
396 |
778 |
409 |
132 |
1,22 |
0,371 |
0,338 |
50 |
|
524 |
177 |
405 |
796 |
418 |
135 |
|||||
Примечание к таблице. Над чертой – до, а под чертой – после центрифугирования.
|
Предел прочности при сжатии, МПа |
Расход цемента на 1 м3 бетона |
Рис. 5. Выбор оптимального расхода цемента для центрифугированного бетона В40 в 28 суточном возрасте
(бетон тяжелый)
Вывод. Полученный состав бетона класса В40 рекомендован для дальнейших исследований по повышению эксплуатационных характеристик изделий и конструкций кольцевого сечения из тяжелого бетона.
1. Руководство по проектированию, изго-товлению и применению железобетонных центрифугированных конструкций кольцевого сечения. М.: НИИЖБ, 1979. С.47-50, 64-71.
2. ВСН 1-90 «Технологические правила изготовления центрифугированных стоек опор контактной сети, линий связи и автобло-кировки».
3. ГОСТ 10180-2012 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным об-разцам».
4. Богданов В.С., Ильин А.С., Семико-пенко И.А. Процессы в производстве строи-тельных материалов и изделий. Белгород: «Везелица», 2007. 512 с.
5. Виноградов Б.Н. Влияние заполните-лей на структуру и свойства бетонов. М.: Стройиздат, 1986. 249 с.
6. Невский В.А., Федоренко Ю.В., Лы-сенко Е.И., Петров В.П., Шурыгин В.П. Ком-бинированные заполнители в центрифугиро-ванном бетоне // Транспортное строитель-ство. 1983. №7. С. 30-31.
7. Михайлов Н. В., Пашковский В. Г. Проблема продольных трещин в центрифуги-рованных опорах // Энергетическое строи-тельство. 1967. №2. С. 60-66.
8. Раджан Сувал Свойства центрифуги-рованного бетона и совершенствование про-ектирования центрифугированных железобе-тонных стоек опор ЛЭП: дис…. канд. техн. наук. Ростов-на-Дону, 1997. 267 с.
9. Волженский А.В., Буров Ю.С., Коло-кольников В.С. Минеральные вяжущие веще-ства (технология и свойства). М.: Стройиздат, 1966. 407 с.
10. Лебедев А.П., Кмит П.Ф. Пути совершенствования производства сборных железобетонных труб и колец // Обзорная ин-формация. Серия «Строительство». Минск, 1976. 40 с.
11. Олюнин В.В. Способы обеспе-чения качества крупного заполнителя для производства напорных труб // Бетон и желе-зобетон. 1986. №5. С. 15-16.
12. Производство бетонных и же-лезобетонных конструкций: Справочник. Под ред. Б.В. Гусева, А.И. Звездова, К.М. Короле-ва. М.: Издат. Центр «Новый век», 1998. 384с.
13. Романенко Е.Ю. Высокопроч-ные бетоны с минеральными пористыми и волокнистыми добавками для изготовления длинномерных центрифугированных кон-струкций: дис.... канд. техн. наук. Ростов-на-Дону, 1989. 179 с.
14. Руководство по изготовлению железобетонных центрифугированных стоек опор контактной сети и воздушных линий ав-тоблокировки из бетонов с комбинированным заполнителем. М.: ЦНИИС, 1989. 35 с.
15. Pooya Alaee, Bing Li. High-strength concrete exterior beam-column joints with high-yield strength steel reinforcements // Engineering Structures. 2017. Vol. 145. P. 305-321.
16. Mohamed K. Ismail, Assem A.A. Hassan. An experimental study on flexural be-haviour of large-scale concrete beams incorpo-rating crumb rubber and steel fibres. 2017. Vol. 145. P. 97-108.
