По России бесплатно:
Москва:
пн-пт с 9:00 до 18:00
Санкт-Петербург:
пн-пт с 9:00 до 18:00
По России бесплатно:

Дисперсно-армированный бетон из состава Фибробетон АСФ-1

Бетонные конструкции обладают высокими прочностными характеристиками при сжатии. Для таких конструкций крайне нежелательным параметром является неспособность воспринимать растягивающие усилия. Поэтому в растянутую зону бетона вводят армирование плоскими и пространственными каркасами таким образом, чтобы совокупность внутренних силовых факторов сжатой зоны бетона и растянутой арматуры находились в равновесии. Так достигается несущая способность изгибаемых элементов конструкций: балок, ригелей, плит перекрытия и покрытий, монолитных плитных и ленточных фундаментов. Эксплуатация железобетонных конструкций в нормальных условиях окружающей среды (при температуре 20°С) и полном отсутствии агрессивности окружающей среды создает тенденцию к высоким показателям долговечности, т.е. к длительной эксплуатации строительных конструкций без последующих ремонтно-восстановительных работ. На территории Российской Федерации с учетом изменчивости не только климатических параметров, но и геологических (сезонное изменение уровня грунтовых вод, их агрессивности) достичь высоких параметров по долговечности крайне сложно. Для решения этого вопроса применяются бетоны с модифицирующими добавками и меры по защите строительных конструкций от коррозии – гидроизоляция. Результатом введения модифицирующих добавок в бетон являются высокие начальные физико-механические характеристики. В то же время плохо исследован вопрос влияния модифицирующих добавок на функцию деградации бетона: ряд исследователей считает, что применение только модифицирующих добавок в значительной мере увеличивает «старение бетона». В практике применения железобетона по мере появления новых технологических идей ужесточаются и требования к строительным конструкциям. В ряде случаев применение как первичной, так и вторичной защиты строительных конструкций от коррозий оказывается недостаточным и необходимы новые материалы, доступные и простые с точки зрения применения на строительной площадке и в то же время обладающие завышенными прочностными и деформационными характеристиками. Одним из таких материалов является фибробетоны с дисперсно-армированными углеродными и стальными волокнами.

Почему углерод и сталь? – дело в том, что сталь и углерод как элементы обладают высоким модулем упругости, что напрямую влияет на жесткость и несущую способность элементов конструкций. С точки зрения физико-механических характеристик дисперсного армирования очевидно преимущество стальных волокон над углеродными по ряду причин: более однородное распределение в объеме бетонной смеси без использования специальных бетоносмесителей и способность воспринимать не только растягивающие, но и сжимающего усилия. В то же время существует однозначный недостаток: коррозионная устойчивость стали значительно ниже углерода. Поэтому в настоящее время дисперсно-армированные стальные волокна изготавливаются с высоким содержанием углерода, обеспечивая таким образом коррозионную стойкость в минерализованной среде. Дисперсное армирование из стальных высокоуглеродистых фибр называется ФСВ (фибра стальная высокоуглеродистая). При добавлении в бетонную смесь ФСВ получается композитный строительный материал, называемый СФБ – сталефибробетон.

Конкретными примерами применения сталефибробетона на практике являются опытные партии труб диаметром 500 мм, длиной 5000 мм и толщиной стенок 30 мм, выпущенные и аппробированные в Производственном Объединении «Вологдатяжстрой», рисунок 1. Отмечено увеличение несущей способности в 2 раза по сравнению с типовыми проектами.

Рис. 1. Характер разрушения труб после испытания на механическую прочность. Слева: сталефибробетонная труба, выдержавшая усилие 120 кН/п. м. Справа: железобетонная труба по ТУ 401-08-162-72, выдерживающее усилие 60 кН/п. м.

В ЦНИИпромзданий в сборных конструкциях емкостных сооружений (резервуарах) с сеткой колонн 3х6 м по серии 3.900-3 разработаны панели толщиной 40 мм вместо 80 мм в типовых железобетонных конструкциях, в которых применение сталефибробетона позволило снизить вдвое расход бетона и на 8—10 % — расход стали. Там же разработаны лотки из сталефибробетона для широкой номенклатуры коммуникационных каналов промышленных зданий и лотки для водопровода и канализации, в результате которых удалось достичь: снижение более чем вдвое расхода бетона, на 10—13 % — стали, на 25—50 % — стоимости и почти в 2 раза — трудоемкость их изготовления.

Были проработаны предварительно-напряженные конструкции ребристых плит покрытий, испытанные на Производственном Объединении «Баррикада», взамен типовых конструкций плит покрытий размерами в плане 3х6 м и 3х12 м, результатом которого было снижение полки плиты с 30 мм до 20 мм.

В АО ЦНИИпромзданий разработана номенклатура несъемной опалубки в виде сталефибробетонных плит толщиной всего лишь 15 мм. Применение сталефибробетонной несъемной опалубки вместо инвентарной щитовой позволяет снизить трудозатраты на строительной площадке на 20—25 %, а также сократить сроки строительства.

Мосинжпроект при совместной работе с НИИЖБ разработали чертежи сталефибробетонных плит для покрытий городских дорог взамен железобетонных по ГОСТ 23009—78 при которой удалость достичь уменьшение плиты на 20мм.

Положительно зарекомендовал себя опыт применения сталефибробетона в строительстве участков тоннеля «Петербургского метрополитена», которые эксплуатируются и в настоящее время. А также при строительстве днища резервуаров на Северной водопроводной ГУП Водоканал Санкт-Петербурга.

В таблицах приведены данные по массовому применению сталефибробетона в России и за рубежом, полученные для разработанных конструкций на основе СФБ, соответствуют заданным эсплуатационным характеристикам типовых конструкций - аналогов.

Таблица 1 – Опыт массового применения сталефибробетона в России

НАИМЕНОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ КОНСТРУКЦИЙ, РЕКОМЕНДУЕМЫХ К МАССОВОМУ ПРОИЗВОДСТВУ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
Панель покрытия преднапряженная складчатая сталефибробетонная, 1985 г. Снижение веса конструкции на 20%
Сталефибробетонные кольца круглых колодцев для водоснабжения и канализации, 1985 г. Снижение стоимости на 13%, трудоемкости изготовления - на 20%
Неотапливаемое здание универсального назначения из сталефибробетона. (Для экспериментального строительства), 1984 г. Мобильность изготовления и сборки
Сборные сталефибробетонные предварительно напряженные плиты размером 6x1,5 м для покрытий производственных зданий, 1981 г. Снижение расхода бетона на 19%, арматуры - на 17%
Отстойники канализационные радиальные первичные диаметром 18, 24, 30 и 40 м с днищем из дисперсно армированного бетона (сталефибробетона), 1985 г. Снижение себестоимости на 18-22% и трудоемкости изготовления на 32 - 38%
Сваи забивные сталефибробетонные ударопрочные сплошного квадратного сечения (цельные и составные), 1983 г. Снижение приведенных затрат на 6 - 16,4 руб./м3 и трудозатрат на погружение - 0,4 - 0,9 чел.-дн./м3
Плита жестких покрытий аэродромов. ПАФ – I, 1976 г. Снижение расхода бетона на 7%, арматуры - на 12%, трудоемкости изготовления на 26%
Анкерная опора трубопроводов свайная АОП - Iф Увеличение срока службы в 1,5 раза, cнижение трудозатрат на 20%
Плита дорожная напряженная, 1986 г. Увеличение срока службы вдвое, снижение расхода: металла - на 6,9%, цемента - на 7,5%. Снижение приведенных затрат на 3,43 руб./м2
Сборные предварительно напряженные плиты перекрытий из сталефибробетона размером 6x1,5 и 5,55x1,5 м под нагрузку 25 КН/м2, 1982 г. Снижение расхода бетона на 18%, стоимости на 2-5%, трудоемкости изготовления - на 35%
Опытные сталефибробетонные предварительно напряженные плиты размером 3x6 м для покрытий производственных зданий, 1983 г. Снижение стоимости на 3%, трудоемкости изготовления - на 9%, снижение веса на 17%
Сборные железобетонные конструкции емкостных сооружений. Конструкции с применением фибробетона. Технические решения, 1986 г. Снижение трудозатрат на 31%
Номенклатура лотков из фибробетона для подпольных каналов промышленных зданий, 1985 г. Снижение приведенных затрат на 50%, трудоемкости - на 35%, затрат на сталь - на 85%, на бетон - на 40%
Плита покрытия территории портов размером 160x123x10 см под нагрузку КВ 35, 1986 г. Снижение приведенных затрат на 181,7 руб./м3 или 18,7 руб./м2
Трехслойные сталефибробетонные стеновые панели отапливаемых зданий с шагом колонн 6 м, 1982 г. Снижение расхода стали в 2 раза, стоимости почти на 20%, трудоемкости - на 31%

Таблица 2 – Опыт массового применения сталефибробетона за рубежом

НАИМЕНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ,РЕКОМЕНДУЕМЫХ К МАССОВОМУ ПРИМЕНЕНИЮ СТРАНА
Конструкции перегонных тоннелей метрополитена Норвегия
Крепь гидротехнического тоннеля диаметром 2,34 м Великобритания
Тоннель Хеггура и газопроводные тоннели под дном Северного моря Норвегия
Железнодорожные тоннели Канада
Коллекторные тоннели метрополитена ФРГ, Франция
Автодорожный тоннель (8,63 км) на глубине до 1,0 км Япония
Конструкции дорожных одежд, конструкции плотин Япония
Конструкции мостов Япония
Конструкции угольных шахт США
Жаропрочные конструкции США
Монолитные конструкции полов промышленных зданий США
Устройство откосов Япония
Возведение оболочек, резервуаров, ремонт различных сооружений. Фибробетон для торкретирования ФРГ
Тротуары, дорожные одежды, ремонтные работы, торкрет, сборные конструкции Австралия

У СФБ существуют также разновидность: ВСФБ – высокопрочный сталефибробетон, по прочности равный или превосходящий бетоны классов В60 и выше. Зачем добавлять стальную фибру в бетон В60? Ведь там высокие запасы прочностных характеристик? – по достижению предельных характеристик при сжатии данного класса бетона характер разрушения становится взрывным и хрупким, что необходимо избегать при полноценном использовании всех прочностных характеристик. Стальное фибровое армирование при сжатии обеспечивает квазипластический характер разрушения с постепенным растрескиванием. Увеличивается деформативность и трещиностойкость. Аналогичная тенденция отмечается и в растянутой зоне. Кроме того, в растянутой зоне увеличиваются прочностные характеристики при растяжении в несколько раз. Это позволяет использовать неармированный ВСФБ (без использования рабочей арматуры) в самонесущих конструкциях, где толщина оказывает значительное влияние на вес конструкции и в неконструкционном ремонте. Создаются условия для более рационального использования рабочей арматуры несущих конструкций. В частности, как говорилось ранее, все железобетонные конструкции проектируются исходя из условия равновесия внутренних и внешних силовых факторов. Крайне нерациональны в применении переармированные элементы конструкции рабочей арматурой, также как и использование бетона ниже или выше расчетного класса по прочности: любое из вышеуказанных явлений приводит к неправильной эксплуатации и в конечном итоге выключении из работы элемента конструкции. Дисперсное стальное армирование позволяет увеличить процент продольной рабочей арматуры без изменения геометрических характеристик самой конструкции и класса по прочности бетона. В результате снижается расход и вес строительных материалов. Кроме того, для выключения элемента конструкции из ВСФБ необходима бОльшая по величине энергия разрушения, нежели для бетона того же класса без дисперсного армирования.

В настоящее время ограничение по применению сталефибробетона связано с прежде всего с такими недостатками, как:

– полное отсутствие необходимой методики проведения силовых (механических) испытаний для оценки влияния дисперсного армирования на напряженно-деформированное состояние конструкций при расчете по методу предельных усилий (что зачастую используют проектные институты) и нелинейной деформационной модели (для моделирования состояния элемента конструкции в таких расчетных программах как Lira, SCAD, Ansys и др.). Нормативные документы СП 360.1325800.2017 и ГОСТ 10180-2012 не предоставляют исчерпывающей информации при расчетах строительных конструкций как на стадии проектирования, так и на стадии ремонтно-восстановительных работ и работ по реконструкции;

– ограничения по количеству введения дисперсного армирования. Решается этот вопрос благодаря введению модифицирующих добавок (введением химическо-активной части);

– слишком быстрые сроки схватывания сталефибробетонной смеси, транспортируемой с бетонного узла (завода). Решением этого вопроса способствует применение сухих строительных смесей, готовых к применению непосредственно на строительной площадке;

– стремление производителей продать как можно больше. В то же время, у таких производителей зачастую отсутствует необходимые протоколы и заключения по применению материала.

На основании вышесказанного, компанией ГК Кальматрон при совместной работе с учеными СПбГАСУ был разработан состав «Фибробетон АСФ-1». Результатом послужили экспериментальные данные прочностных характеристик и полные диаграммы деформирования состава с учетом работы материала в минерализованной среде.

Усиление изгибаемых железобетонных конструкций ремонтным составом Фибробетон АСФ-1Б
Экспериментальные исследования прочностных характеристик высокопрочной сталефибробетонной смеси
Экспериментальные исследования прочностных характеристик самоуплотняющейся высокопрочной сталефибробетонной смеси Фибробетон АСФ-1

Работа выполнена в виде опытно-конструкторских работ (отчета ОКР), что позволяет использовать полученные количественные и качественные данные в:

– монолитных конструкциях и сооружениях (промышленные полы, площадки, стены, перегородки, емкостные сооружения и т.д.);

– сборных железобетонных изделиях (плиты, сваи, балки, шпалы и т.д.);

– гидротехнических сооружениях (дамбы, волноломы, причалы и т.д.);

– сооружениях, конструкциях и изделиях для транспортной инфраструктуры (тоннели, мосты, дорожные и аэродромные плиты и т.д.);

– особо прочных бетонных конструкции и сооружениях (бункеры, взрыво- и взломоустойчивые конструкции, оборонные сооружения и т.д.);

– тонкостенных конструкциях (настилы, складки, оболочки, купола, шатровые покрытия).

Остались вопросы?
Получите бесплатную консультацию эксперта, заполнив форму!
^ Наверх

Заявка на расчет