Тема №1. Современные несущие системы зданий

Тема №1. Современные несущие системы зданий

ЛЕКЦИЯ №9

Фибробетон – материал XXI века

1.  Область применения.

2.  Особенности расчета.

3.  Трубобетонные конструкции.

Литература.

1. СП 52-104-2006 «Сталефибробетонные конструкции». М., ГосСтрой России. ГУА НИИЖБ, 2006, 80 с.

2. РТМ-17-01-2002. Руководящие технические материалы по проектированию и применению сталефибробетонных строительных конструкций. М., ГосСтрой России. ГУП НИИЖБ, 2005, 73 с.

3. Рабинович на основе дисперсно-армированных бетонов. М., 2004.

1. Область применения

Фибробетон, как и традиционный бетон, представляет собой композиционный материал, включающий дополнительно распределенную в объеме фибровую арматуру.

•  Главными показателями свойств у фибробетонов можно считать следующие:

-  прочность при сжатии, осевом растяжении, растяжении при изгибе;

-  начальный модуль деформаций;

-  морозостойкость;

-  водонепроницаемость;

-  истираемость;

-  ударную прочность (вязкость).

-  Установлены следующие области рационального применения фибробетонов:

-  монолитные конструкции и сооружения (автомобильные дороги, перекладка покрытия, промышленные полы, выравнивающие полы, мостовые настилы, ирригационные каналы, взрыво - и взломоустойчивые сооружения, водоотбойные дамбы, огнезащитная штукатурка, емкости для воды, обделки тоннелей, пространственные покрытия и сооружения, оборонные сооружения, ремонт монолитных конструкций полов, дорог и др.);

-  сборные элементы и конструкции (железнодорожные шпалы, трубопроводы, склепы, балки, ступени, стеновые панели, кровельные панели и черепица, модули плавающих доков, морские сооружения, взрыво - и взломоустойчивые конструкции, плиты аэродромных, дорожные, тротуарных покрытия и креплений каналов, карнизные элементы мостов, сваи, шпунт, обогревательные элементы, элементы пространственных покрытия и сооружений, уличная фурнитура.

-  В Москве организовано опытное производство фибры из полипропилена на Московском нефтеперерабатывающем заводе.

Стальные фибры

1 –фибра ВНИИМЕТИЗ, Магнитогорск;

2 – фибра калибровочного завода г. Магнитогорск;

3 – фибра , г. Москва;

4 – фибра НПО «Волвек Плюс», г. Челябинск;

5 – фибра Dramix, Бельгия;

6 – фибра Mannesmann Handel, Германия;

7 – фибра Harex, Германия

Фибробетон - разновидность железобетона, дисперсно-армированная различными высокопрочными модифицированными волокнами (стальными и не стальными).

Можно выделить три основных разновидности дисперсно-армированного бетона:

- сталефибробетон (стальные фибры);

- фибробетон с минеральными волокнами (стекловолокно, базальт);

- фибробетон с синтетическими волокнами (полипропилен, нейлон, полиэфир, акрил, углеводные и др.)

Дисперсно-армированные бетоны прочно и устойчиво завоевывают свое место в различных областях строительства (табл. 1), благодаря непревзойденным показателям по прочности, долговечности, износостойкости, водонепроницаемости, трещиностойкости, ударной вязкости, выносливости, морозостойкости.

Формы сечения и средняя длина основных типов стальных фибр

Область применения сталефибробетона

в строительных конструкциях зданий и сооружений

Монолитные конструкции и сооружения	Сборные элементы и конструкции
Автомобильные дороги	Железнодорожные шпалы
Перекладка покрытия	Элементы труб
Промышленные полы	Склепы
Выравнивающие полы	Балки
Мостовые настилы	Ступени
Ирригационные каналы	Стеновые панели
Взрыво - и взломоустойчивые сооружения	Кровельные панели и черепица
Водоотбойные дамбы	Модули плавающих доков
Огнезащитная штукатурка	Морские сооружения
Емкости для воды и др. жидкостей	Взрыво - и взломоустойчивые конструкции
Обделки тоннелей	Плиты аэродромных, дорожных, тротуарных покрытий и креплений каналов
Пространственные покрытия и сооружения	Карнизные элементы мостов
Оборонные сооружения	Сваи, шпунт
Малоэтажные жилые здания	Обогревательные элементы
Каркас и элемент зданий	Элементы пространственных покрытий и сооружений
	Уличная фурнитура

Сравнительная характеристика эксплуатационных свойств

обычного бетона и фибробетона

Сталефибробетон

Стальную фибру производят следующими способами:

- резкой из тонкой проволоки;

- резкой из тонкого стального листа;

- фрезированием слябов;

- вытяжкой из расплава.

Размеры фибры - от 0,2 мм до 2,0 мм в диаметре от 5 мм до 160 мм в длину, наиболее употребляемые 1,7 - 63,5 мм. Прочность на растяжение стальной фибры в зависимости от вида колеблется от 400 до 1360МПа. Расход стальной фибры в зависимости от толщины и назначения конструкции на 1 м3 бетона составляет от 20 до 240 кг (наиболее употребительный расход 80-120 кг, для дорожных и аэродромных покрытий - 40-120 кг/м. Объемное рациональное содержание 0,5 - 2%.

Для увеличения сцепления между стальными фибрами и бетоном рекомендуются волокна периодического профиля, с рельефной и деформированной поверхностью, различной формы сечений, гнутые волокна, с отгибами на концах, с различными анкерами и т. д.

Сталефибробетон по сравнению с неармированным бетоном имеет ряд преимуществ:

- повышение прочности при сжатии до 25%;

- повышение прочности на растяжение при изгибе до 250%;

- повышение прочности при осевом растяжении до 60-80%;

- повышение сопротивления удару до 10-12 раз;

- повышение модуля упругости до 20%;

- повышение долговечности конструкций и увеличение межремонтного цикла при их эксплуатации в 1,8 - 2,0 раза;

- повышается морозостойкость, водонепроницаемость, сопротивление знакопеременным температурам, сопротивление абразивному износу и др.;

- фибровое армирование придает бетонной матрице пластический характер и повышенную трещиностойкость.

2. Особенности расчета (по СП-52-104-2006. Сталефибробетонные конструкции)

Сталефибробетонные конструкции в зависимости от их армирования подразделяются на конструкции:

- только с фибровым армированием;

- с комбинированным армированием фиброй в сочетании со стержневой или проволочной арматурой.

Вид армирования следует принимать в соответствии с требованиями нормативов. Там же приводятся методика расчета сталефибробетонных элементов и конструкций. Приводимые расчетные схемы и подход к расчету близок к железобетону.

Рассмотрим расчет изгибаемых элементов по I группе предельных состояний (по прочности сечений, нормальных к продольным).

Характеристики расчетной схемы:

- геометрические характеристики b, h, x, z;

- физические характеристики Rfbt, Rfb ;

- статические

О физико-механических характеристиках материала

и др. факторы)

При выборе Rfbt, рассматриваются два возможных случая разрушения материала при растяжении.

Критерием является параметр λ, характеризующий соотношение длины фибры (Lf) и ее заделки в бетон:

При соотношении имеем 1-й случай: сопротивление разрушению

исчерпывается из-за отрыва некоторого количества фибр и выдергивается из остальных.

 

Тогда

 

- коэффициент условия работы и т. д. (см. [1]).

 

При соотношении имеем 2-й случай, характеризующий исчерпание

сопротивления растяжению фибробетона выдергиванием условно всех фибр из бетона.

 

Сопротивление фибробетона сжатию определяется по формуле:

 

Анализ формулы показывает, что сопротивления фибробетона растяжению и сжатию зависят от соответствующих прочностных характеристик бетона, сопротивления растяжению материала фибр, коэффициента армирования и др. параметров, формулы которых приводятся в СП, но объяснить физическую их суть невозможно.

3. Трубобетонные конструкции

Трубобетон - разновидность железобетона, в котором в качестве арматуры используется материал трубы, увеличивающий несущую способность конструкции за счет сдерживания поперечных деформаций бетона (эффект обоймы) и работы на сжатие.

Трубобетонные элементы используются в основном в конструкциях, работающих на сжатие.

Передача сжимающих усилий может производиться как на бетон, так и на трубу.

т. е. бетон работает в условиях всестороннего сжатия

Труба, работая как обойма, в несколько ( до 5-ти) раз повышает несущую способность бетона:

 

Оценка несущей способности трубобетонного элемента производится по зависимости:

 

где а - коэффициент использования обоймы:

 

k - эффективность обоймы.

Величина не постоянная, а зависящая от толщины стенки трубы, коэффициента армирования, диаметра и др. факторов.

Эффективность трубобетонных конструкций с использованием в качестве колонн многоэтажных каркасных зданий:

-  отсутствие армирования стержневой арматурой как продольного, так и поперечного направления;

-  прочность бетона внутри трубы повышается;

-  высокая скорость возведения элементов каркаса здания из трубобетона, которая превосходит в 3-4 раза аналогичную с применением классической щитовой опалубки (в итоге сроки строительства объекта сокращаются в 1,5-2 раза, а себестоимость на 25-30%);

-  стальная труба позволяет производить последующий монтаж опалубки сразу после укладки бетонной смеси без достижения бетоном прочности, необходимой для разопалубки. Возведение зданий с использованием трубобетонных конструкций относят к технологии экспресс-возведения. Безусловно, не все «безоблачно». Например, обеспечение совместной работы бетона и опалубки ( может быть напрягают не цементы?).