сборник докладов. 1МССФ-2020 том 2. Кафедра строительства и городского хозяйства v международный студенческий строительный форум 2020 Белгород, 26 ноября 2020 г Том 2 Сборник докладов Белгород 2020
 Скачать 4.55 Mb.
|
|
Назаренко ЕЕ, студент Баженова О.О., аспирант Научный руководитель др техн. наук, профессор Сулейманова Л.А. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, г. Белгород, Россия ПРИМЕНЕНИЕ СТАЛЕФИБРОБЕТОНА В СТРОИТЕЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ В настоящее время применение фиброволоконных изделий в строительном производстве является несомненным преимуществом, однако конструкции с включение фибры не всегда эксплуатируются успешно. Возможно, это связано с условиями работы или ошибками на этапе проектирования. Однако в строительстве появляются альтернативные методы армирования и новые композитные материалы. Одним из таких является сталефибробетон (СФБ). Отличительной особенностью СФБ является относительно небольшое количество крупных пори капиляров, замкнутость мелких пори большая однородность материала. Физико-механические свойства СФБ зависят от контактных зон фибр чем больше фибр в сталефибробетоне, тем больше контактных зона соответственно, и выше прочностные и деформационные характеристики [1]. Количество стальной фибры принимается в зависимости от назначения бетона и нагрузок, которые здания и сооружения будут испытывать в процессе эксплуатации ‒ при незначительных нагрузках достаточно 15…30 кг фибры нам бетона ‒ при средних нагрузках добавляют до 40 кг материала нам раствора ‒ при высоких нагрузках расход стальной фибры увеличивается до 75, а в отдельных случаях до 150 кг нам раствора. Довольно важный параметр фибры – отношение длины к диаметру (l/d). Желательно соотношение 80:100. Чем больше это отношение, тем хуже условия перемешивания фибры в бетономешалке, что впоследствии ведет к комкованию фибры. Приготовление сталефибробетона происходит непосредственно на строительной площадке. Необходимые компоненты и фибра перемешиваются, далее добавляется вода в заданном водоцементном отношении и смесь доводится до требуемой консистенции. 219 Сравнивая металлическую фибру с другими, нельзя сделать однозначного вывода о преимуществах одной фибры над другой. Ценность стальных волокон не только в повышении физико- механических свойств ив технологии конструкции. Вдвое сокращается время изготовления, уменьшается материалоемкость [2]. Сталефибробетон применяется для уменьшения веса конструкций изданий, повышения ударостойкости, сопротивления истиранию материала. Данный вид армирования повышает эскплуатационную надежность конструкций, трещиностойкость, увеличивает предельную сжимаемость, при сооружении монолитных конструкций (полы, площадки, перекрытия, стены, перегородки, гидротехнических сооружениях, транспортной инфраструктуре и т.д [3]. На рис. 1 представлено испытание на разрушение сталефибробетона. Образец с фиброй разрушается более плавно и вязко, не теряя при этом форму. Можно сделать вывод, что в бетоне с фиброй происходит перераспределение усилий. Фибровые волокна накапливают напряжения, а затем перераспределяют их на крупный заполнитель. Рис. 1. Испытание на разрушение сталефибробетона При использовании фибры достигаются более высокие показатели сопротивления бетона и увеличивается деформативность при максимальных нагрузках, как для армированного (рис. 2.), таки для неармированного бетона (рис. 3.). 220 Рис. 2. График разрушения армированного образца Рис. 3. График разрушения неармированного образца Далеко не всегда теоретически подобранные рациональные параметры фибрового армирования обеспечивают заданные физико- механические свойства конструкции на основе СФБ. Основным макроструктурным элементом сталефибобетона является ячейка, размеры которой зависят от различных факторов, таких как степень насыщения фибрами их диаметра, размера заполнителя, используемого в бетонной матрице. Существуют три типа макроструктуры изотроная, анизотропная, вариотропная [4]. 221 Изотропная и анизотропная структуры сталефибробетона характеризуются равномерным распределением фибр по объему изделия с трехосной ориентацией относительно действующих усилий в первом случае и одноосной и двухосной для второго вида структуры. Неравномерное распределение фибр в элементе присуще вариатропной макроструктуре. Добиться определенного типа макроструктуры СФБ за счет распределения фибр в бетонной матрице можно, регулируя относительную длину фибр, модуль фибрового армирования. Окончательно структура материала формируется на этапе формования конструкций. Исходя из свойств сталефибробетона, сформирован подход, позволяющий обеспечивать необходимые характеристики конструкций. По напряженно-деформированному состоянию и полям напряжений, полученным в результате статического расчета конструкции, оцениваются максимальные (главные) напряжения растяжения 𝜎 max и сжатия св соответствии с которыми разрабатывается схема фибрового или, при необходимости, комбинированного армирования. В соответствии с полученными напряжениями принимаются характеристики СФБ при растяжении и сжатии R fbin и R fbh , для обеспечения которых в результате решения оптимизационной задачи определяются параметры фибрового армирования. При этом принимают минимальный относительный коэффициент расхода фибр на растяжение k fbmint или на сжатие k fbmin , как функцию цели, которые обеспечивают требуемые R fbt = 𝜎 max и R fb = с. Определение минимального коэффициента расхода фибр при обеспечении 𝜎 max с) позволяет получить заданные эксплуатационные характеристики конструкции при минимальной стоимости из возможных [5]. Применение в строительстве такого модифицированного бетона, как фибробетон имеет большое значение. Причем, регулируя структуру материала в соответствии с напряженно-деформированным состоянием разрабатываемой конструкции, оказывается возможным получить композит с необходимыми эксплуатационными требованиями. Библиографический список 1. Сулейманова Л.А. Высококачественные энергосберегающие и конкурентноспособные строительные материалы, изделия и конструкции. Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2017. № 1. С. 9-16. 222 2. Баженов Ю.М., Фаликман В.Р. Новый век новые эффективные бетоны и технологии // Материалы I Всероссийской конференции. ‒ МС. Баженова О.О. Основные свойства фиброволокон, применяемых в строительной индустрии. Сборник докладов XIII международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Вт. Т. 1. Губкин. 2020. С. 211-213. 4. Сулейманова Л.А., МВ. Малюкова. Вибропресованные плиты бетонные тротуарные с полифункциональной матрицей – Белгород Изд-во БГТУ, 2014. 144 с. 5. ГОСТ 14613-83 Фибра. Технические условия (с Изменениями N 1, 2, 3). – М Издательство стандартов, 1989. Ракова А.В., студент Научный руководитель ассистент, Баженова О.О. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, г. Белгород, Россия СТРУКТУРНЫЕ ИЗОЛИРОВАННЫЕ ПАНЕЛИ С активным развитием инфраструктуры большую популярность набирает модульное и сборное домостроение, так как многие предпочитают быстровозводимые здания и сооружения. Следовательно, из-за спроса на сборные элементы было принято решение в создании SIP панелей, которые с каждым годом набирают большую популярность в различных странах. SIP панели являются удобным материалом с отличными характеристиками и продолжительным сроком эксплуатации, позволяющим возводить постройки в кратчайшие сроки. Панели SIP изобрёл американский архитектор Фрэнк Ллойд Райт в е годы прошлого века. Фрэнк взял три листа фанеры, посередине которых был вложен кровельный картон, пропитанный гудроном. Получился сэндвич толщиной 57 мм. По замыслу архитектора, фанера – силовой элемент обшивки, который принимает на себя нагрузку, идущую на стены дома. Строение собирается по принципу конструктора. Это увеличивает скорость возведения жилища. Задумка Фрэнка не получила широко распространения из-за недостаточной теплоизолирующей способности панелей. Несколько лет спустя, ученик Фрэнка Ллойда – Алдэн Дау усовершенствовал идею. Он предложил вклеивать между двух листов 223 фанеры слой утеплителя толщиной 40 мм. Так, в 1950 году, появился классический вариант SIP – Structural Insulated Panel - структурно- изолированная панель. Структурные изолированные панели (SIP) – это высокоэффективные строительные панели, используемые в качестве стен, полов, крыш жилых и легких коммерческих зданий. SIP панели состоят из изолированного пенопластового сердечника между двумя жесткими плитными обшивочными материалами. Сердцевина пены обычно представляет собой один из следующих видов пенополистирола вспененный полистирол (EPS), экструдированный полистирол (XPS) и пенополиуретан (PUR). С пеной EPS и XPS сборка ламинируется под давлением вместе. С помощью PUR и PIR жидкая пена впрыскивается и отверждается под высоким давлением [1]. Наиболее распространенными обшивочными досками являются ориентированные стренговые доски (OSB). Другие материалы обшивки включают в себя листовой металл, фанеру, фиброцементный сайдинг, оксидно-магниевую доску, гипсовую обшивку из стекловолокна и композитные конструкционные сайдинговые панели. Современные SIP панели изготавливают из двух листов OSB-3 – ориентированно-стружечной плиты ОСП толщиной 9 или 12 мм и пенопласта ПСБ-С-25Ф, плотностью 16-17 кг/м³ толщиной 50, 100, 150, 200 или 250 мм. Сипы ведут себя аналогично широкой фланцевой стальной колонне в том смысле, что пенопластовая сердцевина действует как полотно, а обшивка реагирует как фланцы. Под аксиальными нагрузками обшивка реагирует аналогично тонкой колонне, а пенопластовый сердечник действует как непрерывная стяжка, предотвращая прогиб панелей. Точно также, как широкие фланцевые секции увеличивают прочность с увеличением глубины, более толстые сердечники приводят к более прочным панелям при сжатии и изгибе. Сипы рассчитаны на сопротивление не только осевым нагрузкам, но и сдвиговым нагрузками внеплоскостным изгибным нагрузкам. Способность панелей сопротивляться двухосному изгибу и боковому сдвигу позволяет использовать их в качестве крыши полов. Панели SIP приемлемы для использования в качестве сдвиговых стенок во всех категориях сейсмического проектирования. На сегодняшний день самое высокое сооружение, построенное исключительно из SIP, имеет четыре этажа. Возможны более высокие конструкции, однако конструктивные ограничения связаны стем, что сипы являются несущими стенами, и поэтому открытые пространства на нижних этажах труднее достичь. 224 Крайне важно, чтобы фундаменты для панелей SIP были ровными. Существует мало терпимости к дифференциальному урегулированию. Если произойдет сдвиг подструктуры, это поставит под угрозу герметичность стыков панелей, что может привести к проникновению влаги. Допустимые отклонения допусков, установленных изготовлением панелей и герметиков, следует учитывать при проектировании фундамента. Незначительные дефекты могут быть устранены при тщательной, квалифицированной установке [2]. Правильному проектированию стыков следует уделять особое внимание, и если они будут правильно выполнены в полевых условиях, то устранят проблемы инфильтрации воздуха. Первичная конструкция соединения обычно включает уплотнения в пределах толщины панели, как правило, распыляемую пену или прокладки. Там должно быть переливное просачивание распыляемой пены в стыки, чтобы указать на полную глубину уплотнения стыка. Дополнительное вторичное уплотнение воздушное уплотнение из ленты или прокладки должно быть предусмотрено на внутренней поверхности панели, особенно в холодном климате. Два наиболее широко используемых соединения панельных соединений – это поверхностный сплайн и блочный сплайн. Поверхностное шлицевое соединение состоит из полос OSB или фанеры, вставленных в пазы в пенопласте непосредственно внутри каждой обшивки SIP. Блочный шлиц представляет собой тонкий и узкий узел SIP, который вставляется в углубления в пене вдоль краев панели. Поверхностное шлицевое соединение и блочное шлицевое соединение приводят к непрерывному пенопластовому сердечнику поперек панелей, устраняя проникновение воздуха в стыки. Если конструктивно требуется, стыки панелей могут быть усилены одним или несколькими 2-мя деревянными шпильками или клееным брусом (LVL) по краям двух соединяемых панелей. Одним из недостатков такого типа соединения является то, что на стыке создается тепловой мост. Еще одно совместное соединение, механические кулачковые замки, создают более плотное соединение между панелями, но составляют лишь небольшой процент рынка. Кроме того, кулачковые замки могут быть установлены только в PUR, потому что замки требуют более высокой прочности на растяжение, чем обеспечивается другими пенопластами, и пена должна расширяться и устанавливаться вокруг фланцев замка. При любом типе соединения шов вдоль обшивки должен быть покрыт непрерывной линией пенопластового герметика и / или панельной ленты. Отверстия могут появляться в любом месте панели, в том числе по краями углам. Пенопласт панели может быть утоплен, чтобы принять 2x коллекторов пиломатериалов. Однако панели могут быть усилены на коллекторах, так что дополнительная 225 конструкция не требуется вовремя строительства. Внутренняя панель и пенопласт могут быть вычитаны, чтобы обеспечить карманы балок для балок крыши и пола. Любое отверстие внутри SIP, которое принимает другой элемент корпуса, должно быть должным образом запечатано [3]. панели производятся в заводских условиях и могут быть специально разработаны для каждого проекта. В результате получается чрезвычайно прочная, энергоэффективная и экономичная строительная система. Строительство с помощью данного вида панелей в несколько раз помогает сэкономить время, деньги и труд. Преимущества панелей, по сравнению с другими строительными материалами – экономия тепла. Конструкция панели практически исключает наличие мостиков холода, благодаря чему она прекрасно сохраняет тепло в помещении даже при небольшой толщине. В некоторых случаях дома из SIP -панелей теплее, чем аналогичные здания из кирпича – экономия денег. Панель SIP характеризуется своим легким весом и толщиной. Сочетание этих двух показателей позволяет получить просторное помещение с минимальными затратами. Также нет необходимости возводить фундамент – быстрая установка. Для строительства домов из SIP панелей не требуется никакой строительной техники, все работы выполняются вручную. Строительство подразумевает обшивку каркаса панелями, средний размер дома возводится всего за три-четыре недели – внешний вид. Стоит отметить привлекательный внешний вид панелей. В некоторых случаях внешняя отделка дома не требуется, наружные стены и без нее имеют привлекательный внешний вид. Что касается внутренних стен, то они не требуют дополнительной обработки перед отделкой. Гладкая поверхность позволяет клеить обои без штукатурки и шпаклевки [5]; Есть в панелях SIP и свои недостатки, которые для многих становятся противопоказанием к выбору. – пожароопасность. Деревянное основание панелей подразумевает их легкое воспламенение в случае непредвиденных ситуаций. Поэтому показателю кирпичные дома гораздо безопаснее – пароизоляция. панели имеют плохие пароизоляционные характеристики, что может привести к накоплению влаги на стенах и развитию плесени. Для улучшения характеристик домов из панелей необходимо заранее позаботиться о создании хорошей вентиляции, 226 совершенствовании системы пожарной безопасности доступны дополнительные уплотнения на крыше. стены – это инновация, которая может сделать ваши стены быстро монтируемыми и обеспечить высокую изоляционную ценность и герметичность в узком профиле. С другой стороны, типичные глотки, изготовленные с изоляцией из пенополиуретана или пенополиуретана, нуждаются в большом количестве пены [5]. Технология строительства коттеджа из SIP известна не один десяток лет. Люди во всем мире выбирают её за надежность и возможность быстро обзавестись собственным жильём. Из структурно-изолированных панелей строят одноэтажные дома. Двух и трёхэтажные особняки. Здания офисного типа и жилые многоквартирные дома. Как и любая другая технология строительства дома из SIP панели имеет плюсы и минусы, но важно помнить что, возведенный согласно технологии дом из SIP панелей может служить полноценным круглогодичным жилищем, при соблюдении всех норм он будет долгие годы радовать своих хозяев. Библиографический список 1. Чотулов В.Ю. Анализ и совершенствование технологии монтажа домокомплектов изв России // Международный научный журнал Символ науки. 2017, № 04-3. С. 155-160. 2. Понкратова МС. Выбор материала ограждающих конструкций для строительства жилых объектов в целях повышения энергоэффективности и удешевления строительства / Молодежь, наука, технологии идеи и перспективы (МНТ-2015): материалы II Международной научной конференции студентов и молодых ученых. Томск. 2015. С. 121-124. 3. Федюнина Т.В., Широченко КА. Каркасно-панельная технология строительства домов – технология – Экопан / Инновационная наука и современное общество сб. докладов Международной научно- практической конференции. г. Уфа. 2014 г. С. 3-4. 4. Малыхина В.С., Пириев ЮС, Строительные конструкции с применением дерева и пластмасс учебное пособие – Белгород Изд-во БГТУ. 2018. 202 с. 5. Сулейманова Л.А. Современные технологические процессы отделочных работ учеб. пособие. – Белгород Изд-во БГТУ. 2017. 134 с 227 Рафаелян А.В., студент Кренев В.В., студент Научный руководитель др техн. наук, проф. Сулейманова Л.А. Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова, г. Белгород, Россия ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПОЗИТНОЙ АРМАТУРЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ В процессе строительства используется множество материалов, но есть те, которые широко применяются повсеместно, таковым является и арматура. Арматуру используют в различных видах сооружений, и везде она играет очень важную роль, а именно она применяется для улучшения и усиления свойств бетона. Это значит, что арматура служит своеобразной защитой, которая предотвращает появление трещин в конструкциях из железобетона [1…3]. Но, как и у любого другого материала, у металлической арматуры есть ряд недостатков, которые производители пытались решить в процессе создания композитной арматуры. Композитной считается арматура, которая состоит из двух слоев. Наружный изготовлен из нанокомпозитного углепластика, а внутренний сделан из легкого высокоподвижного бетона. Такой тип арматуры сложен в изготовлении при невысокой производительности. При этом эти арматурные стержни непригодны для изготовления изогнутых стержней, поскольку наружный слой обладает высокой жёсткостью, а внутренний является хрупким [4, 5]. Производство данного типы арматуры есть ив России, хоть они появился относительно недавно. Наиболее известной компанией по производству композитной арматура является «АРМАСТЕК», которая имеет уже три крупных производства на территории России, их изделия используются как в малоэтажном строительстве, таки в постройке масштабных сооружений. Сравнительная характеристика металлической и композитной арматуры представлена в табл. [6…8]. Арматура призвана усилить конструкцию здания, а, следовательно, большим плюсом композитной арматуры является то, что её прочность примерно в три раза выше, чему обычной арматуры. Достигаются такие показатели за счёт того, что в отличии от металлической арматуры с однородным составом, здесь применяются прочные волокна, которые в свою очередь скрепляются связующими смолами. Также немаловажным является и то, что теплопроводность 228 у композитной арматуры ниже, чему его конкурента. Применяется такой вид арматуры ив местах с белее холодным климатом, поскольку композитная арматура в низких климатических условиях не теряет своих свойств и не ломается. Большим плюсом является и то, что за счёт своей химической стойкости композитная арматура не подвержена коррозии и выделению ржавчины. Применение композитной арматуры может увеличить срок эксплуатации сооружения в два-три раза по сравнению с обычной арматурой. Таблица Характеристика металлической и композитной арматуры Наименование характеристики Металлическая арматура Композитная арматура Временное сопротивление при растяжении, МПа 360 1200 Модуль упругости, МПа 200000 55000 Относительное удлинение, % 25 2,2 Характер поведения под нагрузкой Кривая линия с площадкой текучести под нагрузкой Прямая линия с упруголинейной зависимостью под нагрузкой до разрушения Плотность, т/м 3 7 1,9 Коррозийная стойкость к агрессивным средам Коррозирует с выделением продуктов ржавчины Нержавеющий материал первой группы химической стойкости Теплопроводность Теплопроводна Нетеплопроводна Электропроводность Электропроводна Диэлектрик Длинам Любая длина Долговечность По строительным нормам Не менее 80 лет К минусам композитной арматуры можно отнести модуль упругости, который почтив раза меньше, чему металлической арматуры, а также низкую жёсткость, из-за которой при армировании бетона трудно достигается значение прочности, заявленное производителями. Изготовление композитной арматуры начинается с того, что ровинги из стеклянных, базальтовых, углеродных и прочих волокон с бобин по технологической линии производства проходят через ролики выравнивающего устройства, далее он разделяются на отдельные пучки и при температуре 200…250 °C из них удаляют влагу. Наследующем этапе они попадают в пропиточную ванну, заполненную 229 связующим полимерным материалом. После пучки проходят через эластичное отжимное устройство, затем через первую часть матрицы, в которой выполнен щелевой канал, который меньше по диаметру, чем арматура. Этот канал имеет фигурную форму, что позволяет создать форму, обладающую устойчивостью к закручиванию. В конце мы из спиральной обмотки получаем единый стержень, а затем производится вторичная обмотка жгутом [9, 10]. Если взять в расчёты оценки производителей композитной арматуры со всего мира, то можно убедиться в том, данный рынок растёт. На рис. представлено распределение рынка композитной арматуры в мире. Рис. Анализ мирового рынка композитной арматуры Композитная арматура на сегодняшний день данным способом является весьма востребованной в сфере строительства и активно внедряется в производство конструкций. Выбор правильной арматуры является значимым этапом, поскольку от хорошо подобранный арматуры зависит множество факторов, начиная от надёжности и устойчивости здания ко всевозможным воздействиями до долговечности здания. Именно поэтому появления новых видов арматуры, таких как композитная арматура, это очень важно для всей сферы строительства. Библиографический список 1. Степанова В.Ф., Фаликман В.Р. Перспективы применения композитов в бетоне и железобетоне // сб. науч. тр. ей всероссийской ой международной) конференции по бетону и железобетону. Москва РАНТом. С. 103-115. 0 5 10 15 20 25 Россия Китай США Япония Европа другие страны 20 25 15 25 Объем рынка % 230 2. Безгодова КА, Порхунов В.В. Теоретическое исследование и применение стеклопластиковой арматуры // Материалы Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Новые Технологии - Нефтегазовому Региону, Тюмень, 2019. С. 22-25. 3. Сулейманова Л.А. Высококачественные энергосберегающие и конкурентоспособные строительные материалы, изделия и конструкции // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2017. № 1. С. 9-16. 4. Кренев В.В., Рябчевский И.С. Анализ применения гибких связей для многослойных ограждающих конструкций Электронный ресурс // Международная научно-техническая конференция молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова. Белгород, 2020. 5. Бучкин А.В. Нормирование прочностных характеристик композитной арматуры // сб. докл. ей научно-технической конференции Актуальные вопросы теории и практики применения композитной арматуры в строительстве. Ижевск, ИжГТУ, 2016. С. 15-20. 6. ГОСТ 31938-2012 Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций. Общие технические условия (с Поправкой. – М Стандартинформ, 2014. 7. ГОСТ 5781-82 Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций. Технические условия (с Изменениями N 1, 2, 3, 4, 5). Сталь углеродистая обыкновенного качества и низколегированная Сб. ГОСТов. – М Стандартинформ, 2009. 8. СП 164.1325800.2014 Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования. – М Минстрой России, 2015. 9. Онучин ДА. Перспективы применения вторичного пэт для изготовления композитной арматуры // Новое слово в науке и практике гипотезы и апробация результатов исследований, 2015 № 21. С. 178-180. 10. Наджибуллохи Р, Рахмонов АД. Исследование физико- механических свойств композитной арматуры в зависимости от способа изготовления // Известия академии наук республики Таджикистан. Отделение физико-математических, химических, геологических и технических наук, 2017. №3(168). С. 102-107. 11. Манохин ПЕ, Мишура МА, Халитов ДР, Вотякова Е.А. Композитная арматура как основа эффективности в строительстве зданий и сооружений // Сборник материалов Второй научно- технической конференции Актуальные вопросы теории и практики применения композитной арматуры в строительстве. 2016. С. 84-88. 231 |