Исследования физико-механических и конструктивных характеристик вибрированных, центрифугированных и виброцентрифугированных бетонов

Введение. В настоящее время остро стоит проблема получения облегченных  бетонных и железобетонных изделий и конструкций с улучшенными структурой и характеристиками. Этого можно добиться центрифугированием или более совершенным способом — виброцентрифугированием. В то же время влияние центробежных и центростремительных сил инерции в данных видах технологий приводит к различиям свойств по сечению бетонных изделий и конструкций. Чтобы отразить это в расчетах, необходимо экспериментально и аналитически исследовать качественную и количественную картины таких различий в характеристиках бетонов, полученных по разным технологиям.

Материалы и методы. В  исследовании применялись  усредненные  по сечению характеристики бетона  —

«интегральные характеристики бетона». Применяемые сырьевые материалы: портландцемент марки 500, щебень фракции 5–20, песок средний. Было изготовлено и испытано девять контрольных образцов кольцевого сечения, полученных вибрированием, центрифугированием и виброцентрифугированием. Суть методики заключалась в том, что каждый изготовленный экспериментальный контрольный образец использовался сразу в нескольких видах испытаний. Из общего кольцевого сечения каждого образца выделялось по три условных квадранта из которых выпиливались стандартные образцы малого размера. Впоследствии их испытывали на осевое сжатие, растяжение, а также растяжение при изгибе. Применялось следующее испытательное оборудование: механический пресс с электронным управлением ИПС-10 — для испытания призм на сжатие и разрывная машина Р-10 — для испытания образцов на осевое растяжение. Для измерения деформаций бетона применялись тензодатчики и индикаторы часового типа. Для получения деформативных и прочностных свойств бетона, в том числе полных диаграмм деформирования с нисходящими ветвями, применялись также осциллографы.

Результаты исследования. Проанализированы результаты расчета интегральных конструктивных характеристик бетонов, полученных вибрированием, центрифугированием и виброцентрифугированием. Установлено, что вследствие влияния центробежных и центростремительных сил инерции при центрифугировании и виброцентрифугировании характеристики бетона по сечению становятся различными. В ряде случаев различия эти могут быть весьма значительными. Разработаны и апробированы: новая методика оценки зависимости интегральных (усредненных по сечению) конструктивных характеристик бетона (плотность, кубиковая и призменная прочности на осевое сжатие); предельные деформации при осевом сжатии; прочность на осевое растяжение и растяжение при изгибе; предельные деформации при осевом растяжении; модуль упругости; диаграмма «напряжения ϭb–деформации εb» при сжатии; диаграмма «напряжения ϭbt– деформации εbt» при растяжении от технологии изготовления (вибрирование, центрифугирование, виброцентрифугирование).

Обсуждение и заключения. По результатам исследований сформулированы выводы о положительном эффекте предложенной технологии совместного вибрирования и центрифугирования, заключающемся в улучшении интегральных конструктивных характеристик и структуры бетона от вибрирования к центрифугированию и от центрифугирования к виброцентрифугированию

1. Ахвердов, И. Н. Основы физики бетона / И. Н. Ахвердов. — Москва: Стройздат, 1981. — 464 с.

2. Баташев, В. М. Исследование прочности и деформации железобетонных элементов кольцевого сечения при изгибе, сжатии и растяжении / В. М. Баташев // Труды института Энергосетьпроект. — 1975. — № 6. — С. 70–86.

3. Подольский, В. И. Железобетонные опоры контактной сети / В. И. Подольский // Конструкция, эксплуатация, диагностика. — Москва : Интекст, 2007. — 152 с.

4. Романенко, Е. Ю. Способы повышения надежности центрифугированных опор контактной сети / Е. Ю. Романенко, М. А. Трубицин // Инженерный вестник Дона : [сайт]. — 2018. № 1(48). — С. 125. — URL : http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2018/4680 (дата обращения : 12.10.2020).

5. Оптимизация параметров центрифугированных изделий кольцевого сечения на стадии уплотнения / Л. Р. Маилян, С. А. Стельмах, А. К. Халюшев [и др.] // Инженерный вестник Дона : [сайт]. — 2018. — № 3(50). — URL : http://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2018/5123 (дата обращения : 12.10.2020).

6. Оптимизация технологических параметров для изготовления центрифугированных бетонных образцов кольцевого сечения / Л. Р. Маилян, С. А. Стельмах, А. К. Халюшев [и др.] // Строительство и архитектура. — 2018. — Т. 6, № 1. — С. 1–6. DOI: 10.29039/article_5abc8c1fa5cff2.77063965

7. Mailyan, L. R. Determination and use of hidden strength reserves of centrifuged reinforced constructions by means of calculation and experimental methods / L. Mailyan, S. A. Stel’makh, E. M. Shcherban’ [et al.] // Russian Journal of Building Construction and Architecture. — 2020. — No. 1(45). — P. 6–14. DOI: 10.25987/VSTU.2020.45.1.001

8. Stel’makh, S. A. Theoretical and Practical Aspects of the Formation of the Variational Structure of Centrifuged Products from Heavy Concrete / S. A. Stel’makh, E. M. Shcherban’, A. I. Shuyskiy [et al.] // Materials Science Forum. — 2018.— Vol. 931. — P. 502–507. DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.931.502

9. Tasevski, D. Compressive strength and deformation capacity of concrete under sustained loading and low stress rates / D. Tasevski, M. F. Ruiz, A. Muttoni // Journal of Advanced Concrete Technology. — 2018. — No. 16. — P. 396–415. DOI: 10.3151/jact.16.396

10. Kim, J.-J. Effects of fiber shape and distance on the pullout behavior of steel fibers embedded in ultra-high- performance concrete / J.-J. Kim, D.-Y. Yoo // Cement and Concrete Composites. — 2019. — Vol. 103. — P. 213–223. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2019.05.006

11. Alani, A. H. Durability performance of a novel ultra-high-performance PET green concrete (UHPPGC) / A. H. Alani, N. M. Bunnori, A. T. Noaman [et al.] // Construction and Building Materials. — 2019. — Vol. 209. — P. 395–405. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.03.088

12. Ferrotto, M. F. Analysis-oriented stress–strain model of CRFP-confined circular concrete columns with applied preload / M. F. Ferrotto, O. Fischer, L. Cavalrti // Materials and Structures. — 2018. — Vol. 51. — Art. 44. Available from: https://link.springer.com/article/10.1617%2Fs11527-018-1169-0 (accessed:12.10.2020).

13. Kirthika, S. K. Durability studies on recycled fine aggregate concrete / S.K. Kirthika, S.K. Singh // Construction and Building Materials. — 2020. — Vol. 250. — Art. 118850. Available from: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.118850 (accessed: 12.10.2020).

14. Maruyama, I. Properties of early-age concrete relevant to cracking in massive concrete / I. Maruyama, P. Lura // Cement and Concrete Research. — 2019. — Vol. 123. — Art. 105770. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0008884619303643?via%3Dihub (accessed : 12.10.2020).

15. Яновская, А. В. Повышение эксплуатационных характеристик бетона свайных фундаментов за счет рецептурно-технологических приемов / А. В. Яновская, Е. М. Щербань, С. А. Стельмах // Молодой исследователь Дона. — 2020. — № 3(24). — С. 110–115.

16. Карнуб, А. Исследование и моделирование многослойного композитного материала с применением базальтовой ткани / А. Карнуб, Д. Б. Нежижимов, К. С. Ширинян // Вестник Донского государственного технического университета. — 2020. — Т. 20, № 1. –– С. 5–14. DOI : https://doi.org/10.23947/1992-5980-2020-20-1-5-14.