Подбор и оптимизация составов бетонов для производства многопустотных плит перекрытия безопалубочного формования

УДК 691.328-413

М.А. ГОНЧАРОВА, д-р техн. наук; А.Н. ИВАШКИН, инженер, А.А. КОСТА, канд. архитектуры

Липецкий государственный технический университет

Подбор и оптимизация составов бетонов

для производства многопустотных плит перекрытия

безопалубочного формования

Безопалубочный способ формования железобетонных изделий в настоящее время является одним из прогрессивных в индустрии строительных материалов. Он позволяет осуществлять выпуск широкой номенклатуры продукции с высокими техническими и эксплуатационными характеристиками, а также существенно расширяет возможности крупнопанельного домостроения в области архитектурно-планировочных решений. Многопустотные предварительно напряженные плиты являются одним из наиболее востребованных видов изделий, выполняемых по технологии безопалубочного формования. Их часто используют в жилищном строительстве. Однако до настоящего времени данный вид изделий является малоизученным. Отсутствует единая нормативная база, в соответствии с которой предприятия строительного комплекса могли бы осуществлять выпуск панелей перекрытия. В статье приведены результаты контрольных испытаний железобетонных многопустотных плит перекрытия на прочность и трещиностойкость, для которых был подобран состав бетонных смесей. Дана экспертная оценка параметров работы плит под воздействием распределенной нагрузки.

Ключевые слова: крупнопанельное домостроение, многопустотная плита перекрытия, безопалубочное формование, предварительное напряжение, контрольные испытания, железобетонные конструкции, состав бетонной смеси.

Для цитирования: Гончарова М.А., Ивашкин А.Н., Коста А.А. Подбор и оптимизация составов бетонов для производства многопустотных плит перекрытия безопалубочного формования // Строительные материалы. 2017. № 3. С. 35-38.

M.A. GONCHAROVA, Doctor of Sciences

Proportioning and Optimization of Concretes for Production of Hollow-Core Floor Slabs of Off-Shuttering Forming

At present, the off-shuttering method for reinforced concrete products forming is one of the progressive in the building material industry. It makes it possible to produce a wide range of products with high technical and operational characteristics as well as significantly expand possibilities of large-panel housing construction in the field of architectural-planning solutions. Hollow-core pre-stressed slabs are one of the most demanded products made according to the technique of off-shuttering forming. They are often used in housing construction. However, up to the present day, this type of products is insufficiently studied. There is no single regulation base in accordance to which the enterprises of building complex could produce floor slabs. The article presents the results of control tests of reinforced concrete hollow-core floor slabs for strength and resistance to cracks, for which the composition of concrete mixes has been selected. An expert assessment of parameters of slabs operation under the effect of concentrated loading is made.

Keywords: large-panel housing construction, hollow-core slab, without-shuttering formation, pre-stressing, control tests, reinforced concrete structures, concrete mix composition.

For citation: Goncharova M.A., Ivashkin A.N., Kosta A.A. Proportioning and optimization of concretes for production of hollow-core floor slabs of off-shuttering forming. Stroitel'nye Materialy [Construction materials]. 2017. No. 3, pp. 35-38. (In Russian).

В настоящее время идет активное перевооружение отечественных заводов железобетонных изделий и конструкций. Используемые в большинстве случаев технологии поточно-агрегатного формования уже не удовлетворяют потребности жилищного строительства, предъявляющего высокие требования к качеству и стоимости продукции стройиндустрии [1]. Производство многопустотных плит перекрытия безопалубочного формования является одним из перспективных направлений развития строительной отрасли. Оно позволяет создавать широкую номенклатуру изделий, что существенно повышает возможности современного крупнопанельного домостроения.

Многопустотные предварительно напряженные плиты являются одним из наиболее востребованных видов изделий, выполняемых по технологии безопалубочного формования. Их часто используют в жилищном строительстве. До настоящего времени вопросы проектирования и производства изделий стендового безопалубочного формования являются малоизученными, что снижает темпы внедрения новых линий [2—4]. В Липецком регионе данные технологии производства успешно применяются на следующих предприятиях: ООО «Стройдеталь», ООО «Крафтбетон», ООО «Спец-фундаментстрой», ООО «ЗСМ Елецкий».

В рамках научных исследований проектирования и производства изделий безопалубочного формования в лаборатории кафедры строительного материаловедения и дорожных технологий Липецкого государственного технического университета были подобраны составы бетонных смесей. Произведены контрольные испытания конечной продукции — плит перекрытия. При этом выявлялась фактическая несущая способность конструкций, производилась оценка их жесткости и трещи-ностойкости [5—6].

Установлено, что для производства плит пустотного настила методом непрерывного безопалубочного формования необходимо использовать бетонные смеси жесткостью около 90 с, что гарантирует сохранение изделием своей формы непосредственно после завершения вибровоздействия на бетонную смесь (рис. 1). Поэтому пространственный каркас следует формировать соответственно принципу подбора рационального зернового состава компонентов.

При подборе состава бетона были приняты во внимание вопросы обеспечения минимального расхода цемента из условий снижения энергоемкости и стоимости смеси, обеспечения удобоукладываемости и снижения дефектов, связанных с обрушением массива, а также с качеством лицевой поверхности [5]. Эффективное про-

Рис. 1. Типовой производственный дефект стендового формования: обрушение массива продольных ребер

60

50

40

с5

§1 30

*

20

10

0

2 ' 1 \±

\зз.

I— ^-г— союс^аэоэ (с — сосоаэоо-г—

СОСОСОСОСО^^^

С^ СО СО

Расход цемента, кг/м3

Рис. 2. Зависимость марочной прочности бетона при сжатии от расхода цемента: 1 - контрольный состав в возрасте 28 сут; 2 - оптимизированный состав в возрасте 28 сут; 3 - контрольный состав в возрасте 3 сут; 4 - оптимизированный состав в возрасте 3 сут

Рис. 3. Торец плиты, изготовленной из оптимизированных составов бетонной смеси

изводство изделий по данной технологии во многом зависит от полноты вовлечения местных сырьевых материалов. При подборе составов бетонов был использован накопленный опыт оптимизации из условий минимальной пустотности с заменой части традиционного сырья вторичными мелкозернистыми отходами промышленности [6]. Кроме того, важным требованием являлось получение бетонов с низкой усадкой и ползучестью с целью исключения потери преднапряжения высокопрочных канатов, применяемых для производства плит пустотного настила.

Целенаправленная оптимизация зернового состава бетонных смесей была осуществлена за счет кремнезем-содержащих наполнителей. В качестве заполнителей применяли щебень гранитный фракций 5—10 мм (ГОСТ 8267—93), отсев дробления гранита и известняка фракций 0—5 мм (ГОСТ 31424—2010), песок кварцевый (ГОСТ 8736—2014). В качестве вяжущего вещества использован портландцемент ЦЕМ I 42,5Н (ГОСТ 31108-2003) ЗАО «Осколцемент». В состав вводилась воздухово-влекающая добавка «SikaPaver» НС-30 (ТУ № 2499-00413613997-2008) производства концерна <^ка». Для ста-

Таблица 1

Результаты испытания контрольного состава смеси БСГ В30 Ж1 F300 W6: № 1 оптимизированного: № 2 и вариативных составов

Прочность, МПа Морозостойкость циклов/марка Марка по водонепроницаемости

№ п/п Наименование состава/смеси Расход цемента Жесткость смеси, с Результаты испытаний в возрасте 3 сут Результаты испытаний в возрасте 28 сут

1 367 96 15 24 290^250 W4

2 388 94 17 27 300^300 W6

3 _0 I 410 90 19 30 310/=300 W6

4 ^ о 432 88 22 34 330^300 W6

5 т I о 454 92 24 39 370^350 W8

6 475 94 26 43 370^350 W8

7 497 86 27 48 390^350 W10

8 367 88 22 30 300^300 W6

9 _0 I н 388 92 24 35 310/=300 W6

10 а ш о 410 90 27 39 320^300 W6

11 а ^ га ^ 432 90 29 42 340^300 W8

12 454 92 32 45 380^350 W10

13 и н п 475 90 36 47 380^350 W10

14 О 497 94 40 50 380^350 W10

36

март 2017

\Л

Рис. 4. Контрольные испытания плит: слева - загружение плиты мелкими блоками, справа - наклонная трещина в опорной зоне

билизации реологических показателей использовали микрокремнезем МК-85 производства ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат».

Использование наполнителя из отсевов дробления известняка, а также добавки микрокремнезема, обеспечивающей рациональный зерновой состав компонентов, позволило получить требуемые технологические характеристики бетонной смеси для линии безопалубочного формования плит пустотного настила и других изделий. При этом экономия цемента составила до 100 кг/м3 бетона.

Теоретический расчет составов производился по методу абсолютных объемов согласно:

— расчетно-экспериментальному методу, разработанному В.П. Сизовым;

— рекомендациям по подбору составов тяжелых и мелкозернистых бетонов (к ГОСТ 27006—86);

— по указаниям ВСН 150—93 «Указания по повышению морозостойкости бетона транспортных сооружений».

Принятые после экспериментального уточнения составы бетонных смесей обеспечивают требования по прочности при сжатии, морозостойкости, сохранению подвижности и водонепроницаемости согласно требованиям ГОСТ 7473—2010 «Смеси бетонные. Технические условия» и ГОСТ 26633—2012 «Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия».

На основании полученных результатов испытаний контрольных и вариативных составов (табл. 1) сделаны следующие выводы:

— возможно снижение расхода цемента до 10% с последующей корректировкой абсолютного объема смеси и проведением испытаний на прочность, морозостойкость и водонепроницаемость;

— обеспечение требуемых показателей по удобоукла-дываемости бетонной смеси и целостности формуемого массива возможно только за счет применения комплекса оптимизирующих компонентов.

Было установлено, что после прекращения вибровоздействия на бетонную смесь образцы удерживают

Таблица 2

Характеристики железобетонной плиты ПБ 2-60.12-8 9К7

Марка панели Партия Класс и диаметр рабочей арматуры Фактическая прочность бетона, МПа, на день испытаний Проектная марка бетона (класс) Дата

изготовления испытания

ПБ 2-60.12-8 9К7 1108 709К7 42 400 (В 30) 24.11.15 г. 10.12.15 г.

Таблица 3

Результат испытания железобетонной плиты перекрытия ПБ 2-60.12-8 9К7

№ этапа Нагрузка, Н Осадка середины опор, мм Осадка опор в центре, мм Прогиб панели в середине пролета, мм

левая правая Без учета осадки опор С учетом осадки опор

1 121,43 0,2 0,16 0,18 0,79 0,61

2 242,86 0,33 0,28 0,3 1,37 1,07

3 364,29 0,46 0,35 0,4 2,05 1,65

4 485,71 0,64 0,42 0,53 2,89 2,36

5 607,14 0,71 0,67 0,69 3,49 2,8

6 728,57 0,78 0,96 0,87 4,19 3,32

7 850 0,94 1,13 1,03 5,43 4,4

8 1083,33 Трещин нет

9 1316,67

10 1558,33 Появление трещин, 6=0,15 мм

11 1742,65 Произошло исчерпание несущей способности плиты

форму при немедленной распалубке. Класс поверхности полученных при опытной формовке плит перекрытия соответствует А2-А3 по ГОСТ 13015-2003.

Полученные бетонные смеси имеют лучшие технологические характеристики, которые обеспечивают целостность формуемого массива, плотную структуру и высокое качество лицевой поверхности (рис. 3).

Оптимизированные составы бетонных смесей были использованы при производстве и испытании плит марки ПБ 2-60.12-8 9 К7 по рабочим чертежам, разработанным «УралНИИпроект РААСН», серии 0-464-09 «Плиты перекрытия железобетонные предварительно напряженные стендового безопалубочного формования», ТУ-5842-001-89328839-09. Испытания производились в соответствии с СП 13-102-2003 «Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений», а также по ГОСТ 8829-94. Данные, характеризующие плиту ПБ 2-60.12-89 К7, приведены в табл. 2.

Осмотр перед началом контрольных испытаний не выявил отклонений от рабочих чертежей в размерах и армировании изделия. В соответствии со схемой испытания плита была установлена в рабочее положение на специальном стенде (рис. 2). Площадь загружения составила 5,9x1,2=7,08 м2. Нагружение плиты осуществлялось поэтапно бетонными грузами массой 110 кг. Величина каждого из этапов нагружения определена в соответствии с ГОСТ 8829-94 и составила 121,43 кг/м2.

В процессе испытания с помощью прогибомеров ПАО-6 с ценой деления 0,01 мм измерялись вертикальные перемещения опор и величина прогиба плиты в середине пролета. После каждого этапа нагружения плита осматривалась на предмет появления трещин, а при их появлении ширина раскрытия замерялась с помощью микроскопа МПБ-2.

В соответствии с нормативными параметрами была произведена оценка жесткости и трещиностойкости пли-

Список литературы

1. Николаев С.В. Архитектурно-градостроительная система панельно-каркасного домостроения // Жилищное строительство. 2016. № 3. С. 15-25.

2. Босаков С.В., Белевич В.Н., Щетько Н.С., Райчев В.П. Расчет и экспериментальная оценка прочности многопустотных плит безопалубочного формования с учетом требований EN // Строительная наука и техника. 2010. № 6. С. 47-54.

3. Воронов В.И., Михайлов В.В., Рощина С.И. Результаты контрольных испытаний многопустотных предварительно напряженных плит перекрытия стендового безопалубочного формования // Научно-технический вестник Поволжья. 2011. № 5. С. 89-92.

4. Клюева Н.В., Горностаев С.И. К вопросу выбора расчетной модели для оценки жесткости железобетонных конструкций // Известия Юго-Западного государственного университета. 2016. № 1 (64). С. 71-74.

5. Гончарова М.А., Ивашкин А.Н., Каширская О.А. Оценка качества лицевой поверхности изделий из многокомпонентных декоративных бетонов // Жилищное строительство. 2014. № 12. С. 19-22.

6. Гончарова М.А., Ивашкин А.Н., Симбаев В.В. Разработка оптимальных составов силикатных бетонов с использованием местных сырьевых ресурсов // Строительные материалы. 2016. № 9. С. 6-8.

7. Юмашева Е.И., Сапачева Л.В. Домостроительная индустрия и социальный заказ времени // Строительные материалы. 2014. № 10. С. 3-11.

ты перекрытия ПБ 2-60.12-8 9К7. Общий вес бетонных блоков и дополнительных фундаментных блоков составил 12090 кг, что соответствует нагрузке 17,08 кН/м2. Результаты замера перемещений опор и величина прогибов приведены в табл. 3.

При испытании на прочность была полностью обеспечена несущая способность плит перекрытия при контрольной нагрузке 13,2 кН/м2 с коэффициентом безопасности С=1,4. Контрольные наблюдения не выявили проскальзывания стержней рабочей арматуры и развития трещин. Также была обеспечена несущая способность плит при нагрузке 15,6 кН/м2 с коэффициентом безопасности С=1,6; при этом наблюдалось образование трещин с шириной раскрытия 6=0,15 мм.

Исчерпание несущей способности наступило при дополнительном увеличении нагрузки, что было зафиксировано по сильному прогибу и трещинам с раскрытием до 0,25 мм. Причина — текучесть рабочей арматуры без раздробления бетона в сжатой зоне.

Величина контрольного прогиба плиты должна быть равна fK = 6,7 мм при q = 8,5 кН/м2. Измеренный в процессе испытания фактический прогиб составил fK = 4,4 мм при q = 8,5 кН/м2, что ниже контрольного; трещины в конструкции отсутствовали. Первые трещины появились при достижении нагрузкой значения q = 15,58 кН/м2. Таким образом, следует сделать вывод о том, что исследуемые панели, изготовленные на основе подобранных составов бетонных смесей, выдержали испытание на прочность.

Производство сборных изделий по технологии стендового безопалубочного формования в сочетании с эффективными методами возведения зданий и сооружений в перспективе [7] обеспечит значительный экономический эффект по сравнению с традиционным монолитным и мелкоштучным строительством.

References

1. Nikolaev S.V. Architectural-Urban Development System of Panel-Frame Housing Construction. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2016. No. 3, pp. 15—25. (In Russian).

2. Bosakov S.V., Belevich V.N., Shchetko N.S. Calculation and experimental estimation of shear strength of hollow core slabs taking into account European standards requirements. Stroitel'naya nauka i tekhnika. 2010. No. 6, pp. 47—54. (In Russian).

3. Voronov V.I., Mikhailov V.V., Roshchina S.I. The results of control testes of hollow-core pre-srtessed slabs bench formless molding. Nauchno-tekhnicheskii vestnik Povolzh'ya. 2011. No. 5, pp. 89-92. (In Russian).

4. Klyueva N.V., Gornostaev S.I. To the question of the choice of settlement model for the assessment of reinforced concrete designs. Izvestija Jugo-Zapadnogo gosudarstven-nogo universiteta. 2016. No. 1 (64), pp. 71-74. (In Russian).

5. Goncharova M.A., Ivashkin A.N., Kashirskaya O.A. Assessment of products front surface quality from multi-component decorative concrete. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2014. No. 12, pp. 19-22. (In Russian).

6. Goncharova M.A., Ivashkin A.N., Simbaev V.V. Development of Optimal Compositions of Silicate Concretes with the Use of Local Raw Resources. Stroitel'nye Materialy [Constriction Materials]. 2016. No. 9, pp. 6-8. (In Russian).

7. Yumasheva E.I., Sapacheva L.V. House-building industry and social order of time. Stroitel 'nye Materialy [Constriction materials]. 2014. No. 10, pp. 3-11. (In Russian).

38

март 2017