Анализ долговечности сталефибробетонных конструкций в условиях знакопеременных температур

Инновации признаны перспективным и необходимым направлением развития и совершенствования строительства в целом, как в технологии строительного производства, так и в технологии строительных материалов.

Актуальная задача строительной отрасли – внедрение технологий производства строительных конструкций с использованием современных строительных композиционных материалов, обладающих показателями высокой надежности и долговечности, в частности, фибробетонов.

В мировой практике строительства все чаще стали возводиться уникальные сооружения, здания и отдельные конструкции, эксплуатационные требования к которым, гарантированный уровень безопасности и долговечности должны значительно превышать обычные, регламентированные действующими нормативными доку- ментами. Именно это способствовует все более широкому применению фибробетонов в наиболее развитых в техническом отношении странах - Японии, США, Норвегии, Германии, Франции, Великобритании, Китая и др.

Общие направления и обзоры исследований структуры, свойствам и применению сталефибробетона представлены в [1]. Данные о механических свойствах стале-фибробетона обобщены в [4]. Поведение сталефибробетона в условиях повышенных и знакопеременных температур проанализированы и рассмотрены в [3].

В работе [2] получены комплексные данные о долговечности сталефибробето-нов. Проведены долгосрочные испытания на прочность.

В периодической обзорной информации о мировом уровне развития строительной науки и техники (серии «Строительные материалы» и «Строительные конструкции»), изложены технические преимущества фибробетонов по сравнению с традиционными: повышенная трещиностой-кость, ударная вязкость, износо-, морозо- и огнестойкость, сопротивление термомеханическим воздействиям.

В научно-технических нормативных документах долговечность сталефибробе-тона определяются такими его свойствами как:

• -    морозостойкость;

• -    коррозионная стойкость,

• -    водонепроницаемость;

• -    трещиностойкость.

Трещиностойкость сталефибробетона зависит не только от объемного содержания фибры, но и от дисперсности армирования. Чем более однородна бетонная матрица и, чем выше уровень дисперсности армирования, тем выше, при прочих равных условиях, предел трещиностойкости сталефибробетона, который практически в 20 раз может превышать трещиностой-кость исходного бетона.

Оптимальное решение проблем повышения долговечности строительных конструкций видится только в повышении физико-механических и эксплуатационных свойств строительных материалов, что напрямую связано с разработкой и применением эффективных строительных композиций (широкого спектра применения и с прогнозируемыми свойствами).

На основании накопленного отечественного и зарубежного опыта [1-5] можно назвать рациональные области эффективного применения сталефибробетона, в частности, сооружения, подверженные температурным и температурновлажностным воздействиям.

При проектировании строительных конструкций из сталефибробетона необходимо выполнять требования согласно свода правил СП 360.1325800.2017

Сталефибробетон изготавливается из мелкозернистого бетона или тяжелого бетона, эксплуатируется в температурном интервале +50°С...-70°С.

Расчеты строительных конструкций из сталефибробетона производятся:

• -    на все виды нагрузок;

• -    с учетом влияния окружающей среды

• -    технологических температурных и влажностных воздействий и т.д.

Применение сталефибробетонных конструкций обусловлено и конкретизировано факторами, обеспечивающими технологические и эксплуатационные преимущества перед железобетоном.

Отметим их:

• -    возможность использования современных и эффективных конструктивных решений;

• -    возможность применения новых и производительных приемов формования армированных конструкций;

• -    повышенные показатели трещино-стойкости, ударной прочности и вязкости, износостойкости, атмосферостойкости, морозостойкости;

• -    повышение степени механизации и автоматизации производства конструкций.

Все отмеченные преимущества и достоинства сталефибробетонных конструкций концентрируются и проявляются при использовании их для опор тоннелей и защитных дорожных покрытий, и сооружений, подверженных температурным и температурно-влажностным воздействиям.

Опыт эксплуатации сталефибробетонных конструкций показывает, что традиционные исследования ограничивались испытаниями образцов сталефибробетонных конструкций на открытом воздухе [2], ускоренными испытаниями на нейтрализацию [2] и испытаниями на замораживание-размораживание [2].

Цель работы - анализ прочности сталефибробетонных конструкций при испытаниях в реальных условиях строительства.

Оценка прочности и срока службы важны в широком диапазоне применения. Однако о долговечности сталефибробетонных конструкций известно лишь ограниченное количество информации.

Имеется информация о проводимых исследованиях на кафедре геосистемной инженерии Токийского университета, в которых были выбраны три участка, чтобы оценить долговечность сталефибробетонных конструкций: первый участок - это туннель в шахте; второй участок - склон автодороги (рис. 1); третий объект дорож- ное покрытие на берегу моря [2].

Рис. 1. Склон дороги, укрепленный сталефибробетоном [2]

Оценка прочностных свойств проводилась в течении 11 лет, годовой диапазон температур - +30 ° С...-10 ° С

На рисунке 2 показано изменение прочности при одноосном сжатии стале-фибробетона на склоне дороги с течением времени.

Рис. 2. Изменение прочности при одноосном сжатии сталефибробетона на склоне дороги с течением времени [2]

По истечении 60 месяцев в некоторых образцах из сталефибробетона появились трещины. Однако прочность на одноосное сжатие не изменилась.

Наблюдали трещины в сталефибробе-тоне на склоне дороги, где замораживание и оттаивание происходят несколько раз в год. Количество трещин и ширина трещин были ниже на склоне из сталефибробето-на, чем на склоне монолитного бетона.

Долгосрочные испытания на прочность требуют много времени и затрат, но тем не менее, исследования долговечности стале-фибробетона важны и перспективны, и, технологи-строители продолжат их в будущем.

В связи с этим, авторами работы проведены экспериментальные испытания на отрыв сталефибробетона, конструкций, находящихся в условиях знакопеременных температур – регион РФ: Омская область: защитные конструкции оборудования для электрошлакового способа изготовления фланцевых заготовок. Диапазон темпера- тур в зоне исследования: - 50 С…1100 С. (Методика эксперимента, объем испытаний. Исследования проводились согласно требованиям ГОСТ 22690-2015). Метод отрыва основан на измерении максимального усилия, необходимого для отрыва фрагмента сталефибробетонной конструкции, рис.3.

Рис. 3. Прочность на сжатие сталефибробетонной конструкции, находящейся в условиях знакопеременных температур

Испытания показали рост прочности на сжатие в 1,4 раза, на растяжение при скалывании – до 2-х раз, на растяжение при изгибе – на 15 … 20%. В последующие месяцы прочностные характеристики оставались стабильными.

Выводы. Исходя из анализа научнотехнической литературы, представляюще- го отечественные и зарубежные разработки, и анализа результатов собственных наработок, делаем вывод о том, что прочностные испытания сталефибробетонных конструкций, тем более в условиях знакопеременных температур, являются долгосрочными, требуют времени и затрат.