Помощь студентам в учебе
Устройство двухслойных полов промышленных зданий с повышенной износостойкостью
|
Введение 4
1 Теоретические аспекты исследования покрытий полов промышленных
зданий 10
1.1 Конструкции полов промышленных зданий 10
1.2 Оценка возможности применения дисперсно-армированных бетонов и
сталефибробетона при устройстве полов 24
1.3 Технологии устройства полов промышленных зданий с повышенной
износостойкостью 36
2 Анализ эксплуатационных характеристик сталефибробетонных смесей 44
2.1 Конструкционные параметры сталефибробетонных смесей со слоем износа 44
2.2 Анализ эксплуатационных характеристик сталефибробетонных смесей в
слое износа 46
2.3 Определение влияния технологических характеристик
сталефибробетонной смеси на процессы устройства покрытия со слоем износа 55
3 Экспериментальные исследования технологических параметров устройства
слоя износа и проверка его прочностных характеристик 63
3.1 Методика планирования, проведения лабораторных экспериментов,
материалы и оборудование применяемые при этом 63
3.2 Технология устройства покрытий с повышенной износостойкостью 70
3.3 Технико-экономическая эффективность технологии устройства покрытий с повышенной износостойкостью 76
Заключение 80
Список используемой литературы 82
Приложение А Сравнительный анализ затрат материалов 89
Приложение Б Калькуляция затрат 90
1 Теоретические аспекты исследования покрытий полов промышленных
зданий 10
1.1 Конструкции полов промышленных зданий 10
1.2 Оценка возможности применения дисперсно-армированных бетонов и
сталефибробетона при устройстве полов 24
1.3 Технологии устройства полов промышленных зданий с повышенной
износостойкостью 36
2 Анализ эксплуатационных характеристик сталефибробетонных смесей 44
2.1 Конструкционные параметры сталефибробетонных смесей со слоем износа 44
2.2 Анализ эксплуатационных характеристик сталефибробетонных смесей в
слое износа 46
2.3 Определение влияния технологических характеристик
сталефибробетонной смеси на процессы устройства покрытия со слоем износа 55
3 Экспериментальные исследования технологических параметров устройства
слоя износа и проверка его прочностных характеристик 63
3.1 Методика планирования, проведения лабораторных экспериментов,
материалы и оборудование применяемые при этом 63
3.2 Технология устройства покрытий с повышенной износостойкостью 70
3.3 Технико-экономическая эффективность технологии устройства покрытий с повышенной износостойкостью 76
Заключение 80
Список используемой литературы 82
Приложение А Сравнительный анализ затрат материалов 89
Приложение Б Калькуляция затрат 90
Актуальность исследования. На настоящий момент развития и становления технологий производства материалов одним из достаточно удачных является фибробетон. Фибробетон - это композитный материал, в котором цемент матрицы и волокна являются дискретными, то есть они разного происхождения. У них повышенная трещиностойкость, ударная вязкость, прочность, сопривление истираемости.
Конструкции и элементы из фибробетона допускается изготавливать без армирования стержневыми сетками и каркасами, что при создании определённых условий может упростить технологию изготовления изделия и снизить её трудоемкость.
Основными проблемами производства конструкций с применением фибробетона является обеспечение равномерного распределения армирующих волокон по объему элемента, а также их ориентация в таком направлении, чтобы большая часть фибр воспринимала растягивающие усилия в растянутой зоне бетона. В диссертационной работе были исследованы возможные способы их решения посредством применения бегункового смесителя и устройств, позволяющих расположить волокна в требуемом направлении.
Основной проблемой получения качественного фибробетона является получение равномерного распределения волокон по объему. Государственные стандарты, регламентирующие технологии производства фибробетона на основе минеральной фибры, не позволяют ориентировать волокна в необходимом направлении. Существующие нормы по проектированию фибробетонов учитывают модель сведения отклоненных от горизонтали волокон к объемно-параллельному расположению.
На сегодняшний день существует большое разнообразие армирующих волокон. Основная часть научных исследований посвящена фибробетонам на основе стальных волокон, ввиду их коррозийной стойкости к агрессивной среде в твердеющей цементной матрице, высокого модуля упругости, а также высокой степени освоенности производства наряду с другими типами. По этой же причине практически все существующие строительные нормы и государственные стандарты, относятся к регулированию технологических операций по производству сталефибобетонов.
На данный момент времени в странах Европы, США, Японии и др. действует нормативная документация, регулирующая проектирование конструкций из фибробетона, а также определяющая технологические способы их изготовления, методы испытаний образцов и характеристик фибробетонных смесей.
В Советском Союзе также разрабатывались нормы по применению фибробетонов на основе различных волокон. Но внедрение новых строительных материалов может растянуться на десятилетия, что связано с довольно длительным процессом изучения их свойств. Благодаря исследованиям НИИЖБ, НИИЭП, ЦНИИПромзданий и др. стало возможным достаточно полно и относительно быстро исследовать сталефибробетоны. В результате данных исследований была подготовлена нормативная база, без которой невозможно представить их массовое внедрение. Данная нормативная база содержит технологии приготовления сталефибробетонов, особенности расчетов, а также методы проектирования. Так, например, в 1987 году специалисты НИИЖБ Госстроя СССР сформулировали и создали «Рекомендации по проектированию и изготовлению сталефибробетонных конструкций» — первый официальный текст, который структурировал и упорядочил базовые требования к сборным и монолитным несущим и ограждающим конструкциям из сталефибробетона, где также изложены требования к подбору состава сталефибробетона, типам смесителей, способам приготовления сталефибробетонных смесей, их транспортировке укладке и уплотнению.
В Российской Федерации действует ряд рекомендательных документов, которые обеспечивают процессы проектирования и применения конструкций из интересующих нас в данном исследовании сталефибробетона.
Практически все рекомендации содержат указания по проектированию и расчету сталефибробетонных конструкций по прочности, раскрытию трещин и деформациям. Руководящие технические материалы, помимо этого распространяются на технологию изготовления фибробетонов на фибре из проволоки, резаной из листа или полученной фрезерованием стальных слябов. Здесь описаны требования к бетоносмесителю, и как правило, это серийный бетоносмеситель принудительного действия, обеспечению равномерности распределения фибр за счет введения пластифицирующих добавок, применения диспергаторов, устройств, рассредоточивающих фибру, и ограничения времени смешивания, в соответствии с техническим регламентом. Описаны способы введения фибры в сухую смесь и порционного введения в затворенную, включая последовательность введения сыпучих компонентов и схемы получения смеси при использовании автобетоносмесителя. Также регламентируется подбор сталефибробетонной смеси.
Ведомственные строительные нормы ВСН 56-97 распространяются на проектирование несущих и ограждающих конструкций из сталефибробетона и стеклофибробетона для зданий и сооружений различного назначения. В первой части рассматриваемого документа изложены общие рекомендации к подбору материалов стеклофибробетонной смеси и расчету конструкций, во второй - требования к материалам и технологическому оборудованию. В подпункте 2.3 даны рекомендации по оптимальному использованию технологий производства фибробетонных конструкций, включающих технологии набрызга в заводских и построечных условиях, предварительного перемешивания с уплотнением, осуществляемым вибрированием, радиальным роликовым формованием, экструзией, а также производства сталефибробетонных изделий и товарных смесей. Здесь же приведены технологические схемы организации строительных работ и заводского производства.
Цель работы - исследовать устройство промышленных полов с повышенной износостойкостью.
Задачи:
- рассмотреть теоретические аспекты исследования покрытий полов промышленных зданий;
- провести а нализ эксплуатационных характеристик
сталефибробетонных смесей;
- провести исследования физико-механических свойств пола со слоем износа из сталефибробетона, включая прочностные характеристики и истираемость.
Объектом магистерской диссертации является технология устройства промышленных полов с повышенной износостойкостью.
Предметом исследования являются технологические параметры отдельных операций и процесса в целом, которые применяются при устройстве полов промышленных зданий с повышенной износостойкостью.
Методами магистерской диссертации стали анализ, синтез, дедукция, а также обобщение полученной информации.
Результаты (основные положения), выносимые на защиту:
1. Эксплуатационные характеристики сталефибробетонных смесей.
2. Результаты исследования покрытий полов промышленных зданий.
3. Параметры устройства слоя износа и его прочностные характеристики.
Научная новизна заключается в исследовании технологических параметров устройства пола промышленных зданий из сталефибробетонных смесей и проверка их эксплуатационных и прочностных характеристик.
Практическая значимость работы заключается в возможности устройства полов на существующих или проектируемых промышленных или производственных зданиях из сталефибробетонных смесей обладающих повышенной прочностью и износостойкостью.
По теме диссертации автором опубликовано две статьи. Основные положения, материалы и результаты диссертационного исследования опубликованы в научных изданиях:
1. Долбунова О.В. Особенности устройства промышленных полов со слоем
износа из сталефибробетона/ О.В. Долбунова, А.А.Руденко/ «Студенческий вестник»: научный журнал. - № 22(120). Часть 6. Москва, Изд. «Интернаука», 2020. - 100 с. - Электрон. версия печ. публ. - https: //studvestnik.ru/j ournal/stud/herald/120
2. Долбунова О.В. Влияние технологических характеристик сталефибробетонной смеси на процессы устройства покрытия со слоем износа/ О.В. Долбунова, А.А.Руденко/ Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии: сборник статей XXII Международной научно-практической конференции / МНИЦ ПГАУ. - Пенза: РИО ПГАУ, 2020.-41-46 с.
Структура работы. ВКР состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, приложений. В первой главе рассмотрены теоретические аспекты исследования покрытий полов промышленных зданий: конструкции полов промышленных зданий; оценка возможности применения дисперсно- армированных бетонов и сталефибробетонов при устройстве полов;
технологии устройства полов промышленных зданий из сталефибробетона с повышенной износостойкостью.
Во второй главе проводится анализ эксплуатационных характеристик сталефибробетонных смесей: конструкционные параметры
сталефибробетонных смесей со слоем износа; изучаются и анализируются эксплуатационные свойства и особенности сталефибробетонных смесей в интересующем нас слое износа; определяется степень воздействия технологических особенностей сталефибробетонной смеси на устройство полового покрытия со слоем износа.
В третьей главе магистерской диссертации были запланированы и описаны результаты проведенных экспериментальных исследований по проверке прочности и износостойкости бетона: описаны планирование лабораторных экспериментов, материалы и оборудование, применяемое при этом; анализ результатов проведенных исследований; технология устройства покрытий с повышенной износостойкостью; технико-экономическая эффективность предлагаемых мероприятий.
В заключении подводится итог проделанной работы
Конструкции и элементы из фибробетона допускается изготавливать без армирования стержневыми сетками и каркасами, что при создании определённых условий может упростить технологию изготовления изделия и снизить её трудоемкость.
Основными проблемами производства конструкций с применением фибробетона является обеспечение равномерного распределения армирующих волокон по объему элемента, а также их ориентация в таком направлении, чтобы большая часть фибр воспринимала растягивающие усилия в растянутой зоне бетона. В диссертационной работе были исследованы возможные способы их решения посредством применения бегункового смесителя и устройств, позволяющих расположить волокна в требуемом направлении.
Основной проблемой получения качественного фибробетона является получение равномерного распределения волокон по объему. Государственные стандарты, регламентирующие технологии производства фибробетона на основе минеральной фибры, не позволяют ориентировать волокна в необходимом направлении. Существующие нормы по проектированию фибробетонов учитывают модель сведения отклоненных от горизонтали волокон к объемно-параллельному расположению.
На сегодняшний день существует большое разнообразие армирующих волокон. Основная часть научных исследований посвящена фибробетонам на основе стальных волокон, ввиду их коррозийной стойкости к агрессивной среде в твердеющей цементной матрице, высокого модуля упругости, а также высокой степени освоенности производства наряду с другими типами. По этой же причине практически все существующие строительные нормы и государственные стандарты, относятся к регулированию технологических операций по производству сталефибобетонов.
На данный момент времени в странах Европы, США, Японии и др. действует нормативная документация, регулирующая проектирование конструкций из фибробетона, а также определяющая технологические способы их изготовления, методы испытаний образцов и характеристик фибробетонных смесей.
В Советском Союзе также разрабатывались нормы по применению фибробетонов на основе различных волокон. Но внедрение новых строительных материалов может растянуться на десятилетия, что связано с довольно длительным процессом изучения их свойств. Благодаря исследованиям НИИЖБ, НИИЭП, ЦНИИПромзданий и др. стало возможным достаточно полно и относительно быстро исследовать сталефибробетоны. В результате данных исследований была подготовлена нормативная база, без которой невозможно представить их массовое внедрение. Данная нормативная база содержит технологии приготовления сталефибробетонов, особенности расчетов, а также методы проектирования. Так, например, в 1987 году специалисты НИИЖБ Госстроя СССР сформулировали и создали «Рекомендации по проектированию и изготовлению сталефибробетонных конструкций» — первый официальный текст, который структурировал и упорядочил базовые требования к сборным и монолитным несущим и ограждающим конструкциям из сталефибробетона, где также изложены требования к подбору состава сталефибробетона, типам смесителей, способам приготовления сталефибробетонных смесей, их транспортировке укладке и уплотнению.
В Российской Федерации действует ряд рекомендательных документов, которые обеспечивают процессы проектирования и применения конструкций из интересующих нас в данном исследовании сталефибробетона.
Практически все рекомендации содержат указания по проектированию и расчету сталефибробетонных конструкций по прочности, раскрытию трещин и деформациям. Руководящие технические материалы, помимо этого распространяются на технологию изготовления фибробетонов на фибре из проволоки, резаной из листа или полученной фрезерованием стальных слябов. Здесь описаны требования к бетоносмесителю, и как правило, это серийный бетоносмеситель принудительного действия, обеспечению равномерности распределения фибр за счет введения пластифицирующих добавок, применения диспергаторов, устройств, рассредоточивающих фибру, и ограничения времени смешивания, в соответствии с техническим регламентом. Описаны способы введения фибры в сухую смесь и порционного введения в затворенную, включая последовательность введения сыпучих компонентов и схемы получения смеси при использовании автобетоносмесителя. Также регламентируется подбор сталефибробетонной смеси.
Ведомственные строительные нормы ВСН 56-97 распространяются на проектирование несущих и ограждающих конструкций из сталефибробетона и стеклофибробетона для зданий и сооружений различного назначения. В первой части рассматриваемого документа изложены общие рекомендации к подбору материалов стеклофибробетонной смеси и расчету конструкций, во второй - требования к материалам и технологическому оборудованию. В подпункте 2.3 даны рекомендации по оптимальному использованию технологий производства фибробетонных конструкций, включающих технологии набрызга в заводских и построечных условиях, предварительного перемешивания с уплотнением, осуществляемым вибрированием, радиальным роликовым формованием, экструзией, а также производства сталефибробетонных изделий и товарных смесей. Здесь же приведены технологические схемы организации строительных работ и заводского производства.
Цель работы - исследовать устройство промышленных полов с повышенной износостойкостью.
Задачи:
- рассмотреть теоретические аспекты исследования покрытий полов промышленных зданий;
- провести а нализ эксплуатационных характеристик
сталефибробетонных смесей;
- провести исследования физико-механических свойств пола со слоем износа из сталефибробетона, включая прочностные характеристики и истираемость.
Объектом магистерской диссертации является технология устройства промышленных полов с повышенной износостойкостью.
Предметом исследования являются технологические параметры отдельных операций и процесса в целом, которые применяются при устройстве полов промышленных зданий с повышенной износостойкостью.
Методами магистерской диссертации стали анализ, синтез, дедукция, а также обобщение полученной информации.
Результаты (основные положения), выносимые на защиту:
1. Эксплуатационные характеристики сталефибробетонных смесей.
2. Результаты исследования покрытий полов промышленных зданий.
3. Параметры устройства слоя износа и его прочностные характеристики.
Научная новизна заключается в исследовании технологических параметров устройства пола промышленных зданий из сталефибробетонных смесей и проверка их эксплуатационных и прочностных характеристик.
Практическая значимость работы заключается в возможности устройства полов на существующих или проектируемых промышленных или производственных зданиях из сталефибробетонных смесей обладающих повышенной прочностью и износостойкостью.
По теме диссертации автором опубликовано две статьи. Основные положения, материалы и результаты диссертационного исследования опубликованы в научных изданиях:
1. Долбунова О.В. Особенности устройства промышленных полов со слоем
износа из сталефибробетона/ О.В. Долбунова, А.А.Руденко/ «Студенческий вестник»: научный журнал. - № 22(120). Часть 6. Москва, Изд. «Интернаука», 2020. - 100 с. - Электрон. версия печ. публ. - https: //studvestnik.ru/j ournal/stud/herald/120
2. Долбунова О.В. Влияние технологических характеристик сталефибробетонной смеси на процессы устройства покрытия со слоем износа/ О.В. Долбунова, А.А.Руденко/ Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии: сборник статей XXII Международной научно-практической конференции / МНИЦ ПГАУ. - Пенза: РИО ПГАУ, 2020.-41-46 с.
Структура работы. ВКР состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, приложений. В первой главе рассмотрены теоретические аспекты исследования покрытий полов промышленных зданий: конструкции полов промышленных зданий; оценка возможности применения дисперсно- армированных бетонов и сталефибробетонов при устройстве полов;
технологии устройства полов промышленных зданий из сталефибробетона с повышенной износостойкостью.
Во второй главе проводится анализ эксплуатационных характеристик сталефибробетонных смесей: конструкционные параметры
сталефибробетонных смесей со слоем износа; изучаются и анализируются эксплуатационные свойства и особенности сталефибробетонных смесей в интересующем нас слое износа; определяется степень воздействия технологических особенностей сталефибробетонной смеси на устройство полового покрытия со слоем износа.
В третьей главе магистерской диссертации были запланированы и описаны результаты проведенных экспериментальных исследований по проверке прочности и износостойкости бетона: описаны планирование лабораторных экспериментов, материалы и оборудование, применяемое при этом; анализ результатов проведенных исследований; технология устройства покрытий с повышенной износостойкостью; технико-экономическая эффективность предлагаемых мероприятий.
В заключении подводится итог проделанной работы
В результате проделанной работы решены следующие задачи: рассмотрены теоретические аспекты исследования покрытий полов промышленных зданий; проведен анализ эксплуатационных характеристик сталефибробетонных смесей; проведены исследования сталефибробетонных смесей с введением различных видов стальных фибр на прочность на сжатие и истираемость образцов.
Технология производства фибробетона в большей степени зависит от таких факторов, как способ введения и смешивания, время смешивания, геометрические и деформативные характеристики волокон, которые влияют на распределение и ориентацию волокон в объёме, и, следовательно, на физико-механические свойства фибробетона. При этом значительная часть воды и мелких фракций, перемещается в верхнюю часть бетонной плиты. Излишки воды испаряясь, образуют в этой части плиты дополнительные поры, капилляры и микротрещины, снижающие прочность бетона на сжатие и растяжение, и повышая способность поверхностного слоя бетоны к повышенному пылеобразованию. Повышенная пористость бетона в верхней части плиты и относительное увеличение в этой части мелких фракций песка и цемента приводит к повышенной усадке бетона при твердении, а, следовательно и к повышенному трещинообразованию бетона в этой зоне, низкой морозостойкости бетона, а также к повышенной истираемости и пылению. Ослабление зоны швов может происходить также вследствие дополнительной осадки основания при вымывании грунта в зоне шва. Это приводит к консольному варианту нагружения плиты пола, что в сочетании со значительными динамическими воздействиями транспорта приводит к появлению трещин в зонах швов с последующим разрушением этих зон [54].
Такие полы представляют собой двухслойные бетонную плиту, нижний слой которой, армирован стержневой арматурой, а верхний слой,
Проведен сравнительный анализ различных вариантов конструкций пола, который показал, что экономически выгодным и эффективным при установке полов в промышленных (производственно-складских) зданиях является использование сталефибробетона. Если проводить сравнение с бетонной и железобетонной половыми плитами, то в результате наших подсчетов выяснилось, что применение сталефибробетона позволяет сэкономить бетон на 38% и 11% соответственно. Если проводить сравнение с использованием традиционной железобетонной конструкции, то оказывается, что СФБ экономит сталь на 70%. Относительно трудозатрат мы также имеем положительные результаты: их экономия составила 60% по сравнению с железобетонной конструкцией и 25% по сравнению с бетонной конструкцией.
При проведении экспериментальных исследований по изучению влияния способа перемешивания на прочность фибробетона был использован метод смешивания в бегунковом смесителе. Также были опробованы устройства для придания фибре направленной ориентации. Здесь можно сделать вывод об эффективности применения этих устройств для обеспечения параллельной ориентации волокон в объеме, которая, целесообразна в конструкциях, воспринимающих изгибающую нагрузку.
Подтверждено положительное влияние дисперсного армирования на прочность и истираемость бетона. Значительное снижение истираемости можно наблюдать при введении в сталефибробетонную смесь проволочной фибры. Содержание такой фибры приводит к повышению прочностных характеристик и снижению истираемости по сравнению с образцами других фибр. Полученные результаты позволяют отнести сталефибробетон с проволочной фиброй к марке по истираемости G1 и рекомендовать для конструкций, работающих в условиях повышенной интенсивности движения и истирающего воздействия.
Технология производства фибробетона в большей степени зависит от таких факторов, как способ введения и смешивания, время смешивания, геометрические и деформативные характеристики волокон, которые влияют на распределение и ориентацию волокон в объёме, и, следовательно, на физико-механические свойства фибробетона. При этом значительная часть воды и мелких фракций, перемещается в верхнюю часть бетонной плиты. Излишки воды испаряясь, образуют в этой части плиты дополнительные поры, капилляры и микротрещины, снижающие прочность бетона на сжатие и растяжение, и повышая способность поверхностного слоя бетоны к повышенному пылеобразованию. Повышенная пористость бетона в верхней части плиты и относительное увеличение в этой части мелких фракций песка и цемента приводит к повышенной усадке бетона при твердении, а, следовательно и к повышенному трещинообразованию бетона в этой зоне, низкой морозостойкости бетона, а также к повышенной истираемости и пылению. Ослабление зоны швов может происходить также вследствие дополнительной осадки основания при вымывании грунта в зоне шва. Это приводит к консольному варианту нагружения плиты пола, что в сочетании со значительными динамическими воздействиями транспорта приводит к появлению трещин в зонах швов с последующим разрушением этих зон [54].
Такие полы представляют собой двухслойные бетонную плиту, нижний слой которой, армирован стержневой арматурой, а верхний слой,
Проведен сравнительный анализ различных вариантов конструкций пола, который показал, что экономически выгодным и эффективным при установке полов в промышленных (производственно-складских) зданиях является использование сталефибробетона. Если проводить сравнение с бетонной и железобетонной половыми плитами, то в результате наших подсчетов выяснилось, что применение сталефибробетона позволяет сэкономить бетон на 38% и 11% соответственно. Если проводить сравнение с использованием традиционной железобетонной конструкции, то оказывается, что СФБ экономит сталь на 70%. Относительно трудозатрат мы также имеем положительные результаты: их экономия составила 60% по сравнению с железобетонной конструкцией и 25% по сравнению с бетонной конструкцией.
При проведении экспериментальных исследований по изучению влияния способа перемешивания на прочность фибробетона был использован метод смешивания в бегунковом смесителе. Также были опробованы устройства для придания фибре направленной ориентации. Здесь можно сделать вывод об эффективности применения этих устройств для обеспечения параллельной ориентации волокон в объеме, которая, целесообразна в конструкциях, воспринимающих изгибающую нагрузку.
Подтверждено положительное влияние дисперсного армирования на прочность и истираемость бетона. Значительное снижение истираемости можно наблюдать при введении в сталефибробетонную смесь проволочной фибры. Содержание такой фибры приводит к повышению прочностных характеристик и снижению истираемости по сравнению с образцами других фибр. Полученные результаты позволяют отнести сталефибробетон с проволочной фиброй к марке по истираемости G1 и рекомендовать для конструкций, работающих в условиях повышенной интенсивности движения и истирающего воздействия.