Обзор и анализ исследований применения высокопрочного фибробетона для высотного строительства

Обзор и анализ исследований применения высокопрочного фибробетона..

УДК 69

ОБЗОР И АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИМЕНЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНОГО ФИБРОБЕТОНА ДЛЯ ВЫСОТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

Н.А. Сташевская, Г.Э. Окольникова, Д.М. Асиков Российский университет дружбы народов,

Введение.

Несмотря на то, что многие ученные изучали применение фибробетона для шпал, фундаментов, мостовых покрытий, берегозащитных полос, полов, тоннелей, дорог, взлетно-посадочных полос на аэродромах и т.п.

Очень мало работ по исследованию фибробетона, как основного материала именно для высотного строительства.

В работе мы попытаемся показать целесообразность использования данного материала как основу для высотного строительства.

Общее понятие.

Фибробетон — это мелкозернистый материал, одним из составляющих которого является армирующий наполнитель. В прошлом с расчетом на снижение хрупкости и количества появления трещин, предпринимались меры по повышению прочности бетона. Так, строители добавляли дисперсные волокна и распределяли их равномерно по всей бетонной массе. В результате этих работ характеристики полученного бетона улучшались [1]:

• прочность повышалась до 30%;

• стойкость к физическим нагрузкам возросла;

• трещины образовывались реже.

Различают две группы фибры:

• металлическая — исходным веществом является сталь, которая имеет различную форму и размеры;

• неметаллическая — производится из таких материалов, как стекло, акрил, хлопок, базальт, полиэтилен, карбон, углевод и другие.

Технические характеристики.

• более высокая прочность на растяжение и разрыв;

• повышенный модуль упругости;

• устойчивость к химическим веществам и атмосферному воздействию;

• морозостойкость и пожаропрочность;

• отсутствие усадки;

• устойчивость к трещинообразованию;

• водонепроницаемость;

• стойкость к истиранию;

• высокая ударопрочность и пластичность.

Аннотация

В работе проводится обзор и анализ исследований применения высокопрочного фибробетона для высотного строительства, включающие в себя фотоматериалы, статьи и доклады.

строительство. История статьи:

Ключевые слова:

фиброволокна, фибробетон, высотное

Дата поступления в редакцию 16.06.17 Дата принятия к печати 20.06.17

Структура фибробетона

1 - граница макроскопической ячейки;

2 - фибра;

3 - матрица бетона;

4 - зона контактного взаимодействия армирующих волокон с бетоном.

Рис. 1

На разрезе (рис.2) можно наблюдать что фибробетон выглядит как однородная конструкция, пронизанная по всей своей толще тонкими волокнами, расположенными в разных направлениях. В зависимости от вида фибры, будет изменяться характер включений и свойства бетона.

Рис. 2

Преимущества и недостатки фибробетона.

Отмечаются множественные преимущества фибробетона : снижение затрат на строительство при использовании фибры для армирования вместо армирующей сетки или каркаса; расход бетона с применением фибры значительно меньше; в отличие от остальных видов бетона фибробетон не теряет своих технических характеристик даже после окончания срока службы, поскольку благодаря фибре материал становится вязким; фибра может применяться как в газо-, так и в пенобетонных конструкциях; в ходе армирования в газобетоне происходит процесс поризации и как следствие наблюдается его устойчивость [1]; фибра в пенобетоне повышает его прочность [2].

Из недостатков можно подчеркнуть только одно, это высокая стоимость по сравнению с обычным бетоном. Но все это меркнет и теряет смысл если задуматься о его долговечности и износостойкости.

В качестве армирующего волокна могут использоваться следующие материалы [3]:

Обзор и анализ исследований применения высокопрочного фибробетона...

стальная проволока;

стекловолокно;

полипропиленовое волокно;

полиэтиленовое;

полиамидное;

базальтовое;

асбестовое;

углеродное;

карбоновое;

акриловое;

полиэфирное;

нейлоновые нити;

вискозные;

хлопковые.

1.1(11 1. Характеристики тшдоа волокон, которые используют ,ия I' ! огоыления фноробстона

Воямио Плонякгь. г см' Мрду;» уир>тткпс М11л Прочность при р« [НЖГИИН. МП ' V.. II .41 И' ири |!| 1 1 . АIIГ111 ' •

Полипропилен 0.9 3500...8000 400,,.700 10,,,25

Полиамид 0.9 1900. .2000 720. „750 24...25

Помтнкнмм 0.95 1400...4200 6Ш...720 10.. .12

Акриловое 1,1 2100...2150 210. ..420 25...45

Нем омовос и 4200...4500 770, 840 16..20

ВйСНО них' снср\ прочное 1,2 5600... 5800 660. .700 14..16

По;ш~>фнрнис 1.4 Х400...8600 730... 780 11..13

Хлопковое 1.5 4900...5100 420,. .700 3...10

Карбоновое 1,63 280 000...380 000 1200. ,4000 2.0...2.2

Углеродное 2.00 200 000...250 ООО 2000... 3500 1,0...1.6

Стеклянное 2.60 7000...8000 1Ш...3850 1.5 , 3.5

Асбестовое 2,60 68 000...70 000 910, .3100 0,6...0,7

[¡зчальтомк: 2,60...2,70 7000...11 000 1(100.. ,3200 1.4,,.3,6

Стальное 7,80 190 000...210 000 600...3150 3...4

Наибольшую популярность приобрело стальное фиброволокно. В качестве него используются отрезки стальной проволоки, толщиной 0,1-0,5 мм и длиной от 1 до 5 см [4].

Не менее популярно стекловолокно за счет своих высоких технических характеристик. Базальтовая и углеродная фибра — более дорогостоящий материал, поэтому используются довольно редко.

Добавление в бетон нейлоновых, вискозных и хлопковых нитей в смеси со стальной проволокой, позволяет снизить затраты на производство фибробетона и получить материал с самыми разнообразными свойствами [5].

Рис. 3

Фибробетон для высотного строительства.

Начнем с того, что жилищная проблема была и остается одной из важнейших проблем во всем мире, и ее решением является высотное строительство.

Строительство, являясь материалоемким, трудоемким, капиталоемким, энергоемким и наукоемким производством, содержит в себе решение многих локальных и глобальных проблем, от социальных до экологических. Сокращение затрат в архитектуре и строительстве осуществляется рациональными объемно-планировочными решениями зданий, правильным выбором строительных и отделочных материалов, облегчением конструкции, усовершенствованием методов строительства. Главным экономическим резервом в градостроительстве является повышение эффективности использования земли. Правильный выбор этажности застройки определяет ее экономичность.

Из-за этого мы выбираем монолитное строительство с использованием фибробетона.

Что касается монолитного строительства, то мы обратимся к истории. Первые упоминания о монолитном строительстве появляются в древнем Египте в период начала глобального строительства пирамид. Уходя

своими истоками в древние цивилизации, монолитное строительство начало распространяться не так давно. Рынок монолитного строительства является прогрессивным благодаря активному развитию и распространению инновационных технологий.

Монолитное строительство позволяет расширить границы привычного представления о форме сооружений, наряду с другими строительными материалами. Имеет место снижение себестоимости строительства на фоне хороших технических показателей.

При монолитном строительстве необходимо учесть условия строительства, чтобы минимизировать риски ухудшения свойств бетона. Выбор опалубки, состав бетона и прочее непосредственно влияет на уровень недостатков.

Маневренность, подвижность, простота — основные характеристики монолитного строительства. Меньшие сроки возведения сооружений, отсутствие необходимости внедрения тяжелой технике — преимущества в сравнении с каменными кладками и сборными конструкциями.

Томас Эдисон первый, запатентовавший монолитное строительство в начале 20-го века, дал новый толчок данному виду строительства. Продвижение монолитного строительства нашло применение в индустриальных странах. В период второй мировой войны интерес к монолитному строительству затух. Начал набирать свои обороты в 50-е года 20-го века.

Облегченные конструкции монолитных сооружений, приблизительно, на 1/3 в сравнении с кирпичными, обуславливают меньший расход материалов для фундаментов, что в свою очередь снижает стоимость постройки.

Особенные, уникальные свойства монолитного строительства, возможно, увеличить благодаря высоким характеристикам фибробетона.

Фибробетон можно определить, как композиционный материал, особо прочный вид бетона с однородно распределенными армирующими волокнами [6].

Стойкость фибробетона к перепадам температур позволяет возводить здания в различных регионах, не ссылаясь на климатические условия, так как фибробетон является морозо- и влагостойким. На фоне всего фибробетон обладает меньшем весом чем обычный армированный бетон, что снижает вес конструкции и соответственно нагрузку на фундамент.

Стойкость к атмосферным воздействиям, к температурам и влаге, характеризуют фибробетон для монолитного строительства.

Важным фактором является то, что высота и площадь зданий из наиболее надежных конструкций и материалов, так как монолитные конструкции из фибробетона, нормами не ограничиваются.

Здания, построенные по технологии монолитного строительства с применение фибробетона являются сейсмостойкими, что несомненно, главное преимущество.

Высокую устойчивость зданиям придает заложение монолитного фундамента. Дома, построенные с применением фибробетона в монолитном строительстве способны выдержать высокую сейсмическую нагрузку. Проблема влажного переменчивого климата решается высокой скоростью строительства. Монолитное строительство позволяет возводить многоуровневые здания, что является решением проблем с жильем.

Рис. 4. Элементы фасада из фибробетона.

Обзор и анализ исследований применения высокопрочного фибробетона... Заключение.

Из фибробетона можно изготовить конструкцию любой сложности, структуры, любого цвета будь это всевозможные элементы фасада, скульптура, балка, лестничный марш и т.п. Использование высокопрочного фибробетона в высотном строительстве является более целесообразным, чем использование обычного бетона. Ведь срок службы конструкций из фибробетона выше, чем у конструкций из обычного бетона в 15-20 раз. И даже не смотря на его относительно высокую стоимость, его технические характеристики превышают показатели обычного бетона.

Фибробетон по сравнению с традиционным бетоном выгодно отличается, поскольку обладает более высокими показателями: прочностью на растяжение и срез, ударной и усталостной прочностью; морозостойкостью и водонепроницаемостью; сопротивлением истиранию и кавитации. Таким образом, это предоставляет данному материалу возможность активно использоваться в строительных конструкциях, а также при их ремонте.

Конструкции могут производиться с использованием только фибробетона, а могут и с комбинированным армированием, при которой используется фибра и стержневая арматура или проволочная. Отечественный и зарубежный опыт показывают, что фибробетон является универсальным материалом, расширяются области его применения, в том числе и для высотного строительства.

ЛИТЕРАТУРА

1. Клюев С.В. «Высокопрочный фибробетон для промышленного и гражданского строительства» / С.В. Клюев // Инженерно-строительный журнал. -2012. -№8 — С. 6-10.

2. Окольникова Г.Э., Хамракулов Р.А., Суслов Ю.В. Перспективы развития железобетонных конструкций из высокопрочных бетонов// Системные технологии, №1 (18). — Махачкала: научно-практический журнал «Системные технологии», 2016. — С. 7-17.

3. Пухаренко Ю.В. «Научные и практические основы формирования структуры и свойств фибробетонов».

4. К. А. Сарайкина, В. А. Шаманов. «Дисперсное армирование бетонов».

5. «Стеклофибробетон и конструкции из него». Серия «Строительные материалы». Вып. 5. ВНИИНТПИ, М., 1991. Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Н.А. Сташевская, Г.Э. Окольникова, Д.М. Асиков. Обзор и анализ исследований применения высокопрочного фибробетона для высотного строительства. — Системные технологии. — 2017. — № 23. — С. 51—55.

REVIEW AND ANALYSIS OF INVESTIGATIONS OF HIGH-STRENGTH FIBROBETON APPLICATIONS FOR ALTITUDE CONSTRUCTION.

N.A. Stashevskaya, G.E. Okolnikova, D.M. Asikov, Peoples' Friendship University of Russia

Abstract Keywords:

The work reviews and analyzes the research of high-strength fiber-reinforced fiber fibers, fiber-reinforced concrete, high-

concrete for high-rise construction, including photographic materials, articles rise construction.

and reports. Date of receipt in edition:

16.06.17

Date of acceptance for printing:

20.06.17