Публикации »

Промышленные полы со слоем износа из фибробетона

Долгое время застоя в реализации современных строительных проектов в России, к нашей всеобщей радости, можно считать завершенным. В настоящее время крупные холдинги и различного рода промышленные гиганты развернули мощь своего инвестиционного комплекса в сторону России. Только в Северо-Западном регионе от названий компаний, готовых построить свои заводы, становится приятно как строителям, предвкушающим новые объемы работ, так и горожанам, обеспеченным новыми рабочими местами. Благо в нашей стране достаточно много заводов и фабрик, которые требуют глобальной реконструкции и обновления.

Одной из важнейших задач при развитии обустройства предприятий страны является повышение технического уровня и эксплуатационного состояния покрытий промышленных полов. По существующему анализу состояния и работы конструкций промышленных полов для успешного проведения реконструкции требуется внедрение новых строительных материалов и технологий. В общей системе развития промышленных комплексов России на современном этапе одна из главных задач — обеспечение безопасности качественного выполнения производственных операций. Безопасность в значительной степени зависит от качества покрытий.

В рамках данного процесса особенно актуально выглядит работа по производству бетонирования как новых, так и уже существующих бетонных полов. То, что эта проблема стала насущной, не приходится сомневаться. Постоянный поиск новых технологий и альтернативы традиционному армированию волей-неволей натолкнул нас на вариант использования именно фибробетона в качестве слоя износа.

Нынешние скорости строительства выросли многократно, и качество работ, по сравнению с предыдущими периодами времени, требуется, несомненно, более высокое. Таким образом, при ограниченности имеющихся сил и средств, скоротечности изменений оперативных и других условий — при всем этом производству работ по реконструкции требуется разработка и внедрение новых способов строительства и реконструкции покрытий промышленных полов.

Подобная задача решается и в странах Западной Европы, где проблема повышения качества покрытий промышленных полов считается одной из наиболее актуальных. Имеющиеся данные свидетельствуют, что специалисты особое внимание уделяют поиску новых технологий, разработке материалов, отказу от чисто бетонных покрытий.

Одним из способов решения поставленных задач является создание покрытий промышленных полов с применением слоя износа из сталефибробетона. Применение таких технологий как нельзя лучше вписывается в стратегию развития, позволяет устранить вышеперечисленные недостатки, но требует тщательной проработки и анализа состояния и поведения конструкций с нетрадиционными способами армирования.

В качестве армирующего фактора для слоя износа промышленных полов предлагается использовать стальную фибру. Фибровое армирование является наиболее эффективным и экономичным по сравнению с традиционным способом. Физико-механические свойства у фибробетонов в 2–6 раза выше, чем у традиционных бетонов.

Вопросы, связанные с применением фибробетона в строительстве, были включены во «Всесоюзную координационную программу работ на 1986–2000 годы, № 072. 08», утвержденную ГКНТ СССР. И только изменившаяся политическая и финансовая ситуация не позволила достичь решения поставленных задач. В наше время потребность в надежных и долговечных покрытиях заставляет вновь обратиться к разработке новых способов приготовления фибробетонных смесей и технологий изготовления изделий и конструкций из фибробетона.

В настоящее время общепризнанно, что, несмотря на технические и экономические преимущества бетона, а также инновации и научный прогресс в изучении микроструктуры бетона, разрушение бетона стало основной глобальной проблемой в строительстве. Его недостаточная долговечность повсеместно является предметом постоянных исследований. Всем известным и применяющимся способам сооружения покрытий промышленных полов присущи эти же недостатки.

В такой ситуации чрезвычайно возрастает роль научных разработок. Большой вклад в развитие науки в области бетона и железобетона, технологии производства, теории расчета и проектирования внесли отечественные ученые И. И. Александрин,
С. С. Атаев, Н. Ф. Афанасьев, И. Н. Ахвердов, Ю. М. Баженов, Н. Ф. Башлыков, В. М. Васильев, Н. И. Ватин, А. И. Калаев, А. Г. Комар, Е. П. Миклашевский, В. А. Макагонов, В. А. Кульчицкий, Н. Б. Васильев, Г. И. Глушков, В. Ф. Бабков, И. А. Медников, А. М Шейнин, М. Н. Мальков, А. Т. Оболдуев, Б. И. Петраков, П. В. Проценко, В. Н. Сизов, Г. Н. Ставров, А. Н. Чернов, В. П. Хибухин и многие другие.

В стороне от этих процессов не может стоять и Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. Те работы, которые сейчас проводятся в данной области, заслуживают пристального внимания. То, что именно сталефибробетон в нашей ситуации является той самой палочкой-выручалочкой, в политехническом поняли давно. Научный потенциал коллектива стал реализовываться именно в данной области.

Научная новизна проделанной в Университете работы по сталефибробетону состоит в следующих аспектах:
1) теоретическом обосновании расчетной схемы и выбора математической модели работы конструкции покрытия со слоем износа из сталефибробетона и совместной работы слоев в покрытии;
2) обосновании технических характеристик стальной фибры, мелкого и крупного заполнителя для слоя износа;
3) изучении влияния структуры сталефибробетона на физико-механические характеристики монолитных покрытий;
4) установлении особенностей взаимодействия бетонов различных составов в слоистых конструкциях покрытий.

Следует отметить и практическую ценность проведенной работы. Результаты
исследований позволяют научно и экономически обоснованно проектировать и выполнять технологический процесс производства слоев износа из сталефибробетона при сооружении и реконструкции монолитных покрытий промышленных полов, при этом добиваясь высоких физико-механических характеристик при сокращении расхода арматурной стали, энергоемкости и себестоимости продукции.
 
В настоящее время перед строительными организациями поставлены задачи по разработке решений обустройства территории страны, составной частью которой являются объекты промышленной инфраструктуры.

Анализ данных объектов показал следующее:
- состояние покрытий промышленных полов на сегодняшний день не в полной мере отвечает современным требованиям безопасности эксплуатации;
- большинство покрытий построено в 1960–1970 гг., поэтому капитальные покрытия более чем на половине реконструируемых предприятий исчерпали свои сроки службы и не приспособлены для тяжелых условий эксплуатации.
 
Анализ состояния рынка строительства и реконструкции покрытий промышленных полов также выявил, что на период конца ХХ в. в России практически не создавались бетонные покрытия с применением дисперсноармированных слоистых конструкций. На данном этапе ситуация во многом была обусловлена отсутствием современной бетоноукладочной техники и прогрессивных технологий, позволяющих сооружать и реставрировать бетонные покрытия с высоким качеством и в короткие сроки.

Одним из наиболее сложных и ответственных этапов устройства монолитных покрытий является укладка и обработка бетонной смеси в покрытии. В настоящее время для устройства монолитных слоев широко используются специализированные комплекты машин и механизмов.
 
Для устройства покрытий за рубежом используют высокопроизводительные машины. Опыт их применения нашел свое место и при устройстве прочных покрытий в России. Явным их недостатком является высокая стоимость импортных комплектов машин. Требуется научная проработка опыта использования данной техники и разработка новых отечественных комплектов, не уступающих зарубежным аналогам.

Комбинирование различных составов остается сегодня одним из основных способов создания новых материалов для покрытий с высокими физико-механическими характеристиками. Большинство современных конструкционных материалов представляют собой композиции, которые позволяют покрытиям обладать определенным сочетанием эксплуатационных свойств. Это система разных материалов, каждый из составляющих которой имеет свое конкретное назначение применительно к рассматриваемой конструкции покрытия. Совместная работа разнородных материалов дает эффект, равносильный созданию нового материала, свойства которого и количественно, и качественно отличаются от свойств каждого из его составляющих.

Для композиционных конструкционных материалов характерны следующие признаки:
- состав и форма компонентов материала определены заранее;
- компоненты присутствуют в количествах, обеспечивающих заданные свойства материала;
- материал является однородным в макромасштабе и неоднородным в микромасштабе (компоненты различаются по свойствам).

В зависимости от вида армирующего компонента композиты могут быть разделены на две основные группы: дисперсно-упрочненные и волокнистые, которые отличаются структурой и механизмами образования высокой прочности.

Анализ причин разрушения покрытий выявил недостаточную прочность несущего слоя на растяжение при изгибе и недолговечность материала покрытия. Большинство покрытий не выдерживают нормативного срока эксплуатации: на них возникают трещины, выбоины, колея, выкрашивание и другие дефекты. Эксплуатировать такие покрытия становится небезопасно.

Одним из существенных недостатков бетона является относительно низкая прочность на растяжение при изгибе, которая в 8–10 раз ниже прочности на сжатие.

Повысить прочность бетона на растяжение при изгибе можно путем введения в него различного рода фибры из стали, стекла, пластмасс, базальта и др. Как показывают исследования, прочность на растяжение при изгибе цементного камня с фибровой арматурой повышается в 2–2,5 раза. Фибровое армирование бетона представляет интерес не только с точки зрения улучшения работы материала на растяжение при изгибе, но также и существенного повышения его сопротивляемости ударным нагрузкам, истираемости, трещинообразованию, морозостойкости, водонепроницаемости и огнестойкости.

Повышение физико-механических свойств фибробетонов по сравнению с традиционным бетоном представлено в табл. 1.

Табл. 1. Повышение физико-механических свойств фибробетонов по сравнению с традиционным бетоном

Физико-механические свойства

 

Повышение по сравнению с традиционным бетоном, %

 

Прочность на осевое сжатие

 

10–15

 

Прочность на растяжение при изгибе

 

100–150

 

Ударная прочность

 

500–900

 

Огнеупорность и огнестойкость

 

100–300

 

Истираемость

 

30–40

 

Водонепроницаемость

 

50–100

 

Морозостойкость

 

50–100

 

Долговечность

 

50–100

 

Сущность применения фибробетона для покрытий заключается в том, что вводимые в бетонную смесь фибры улучшают свойства бетона при воздействии изгибающих нагрузок и повышают его морозостойкость. Применение фибробетона в конструкциях различного назначения, наряду с уменьшением их материалоемкости, обеспечивает существенное сокращение трудовых затрат, так как использование дискретных волокон (фибры) практически исключает ряд операций, связанных с заготовкой и укладкой арматурных каркасов.

Для дисперсного армирования бетонных конструкций в отечественной и зарубежной практике используют следующие виды высокопрочных армирующих волокон:
- стальное волокно (фибра), получаемое из стальной проволоки диаметром 0,3–
1,4 мм, из тонкого стального листа толщиной до 1,2 мм, из сляба путем фрезерования, из расплава (Бельгия, Германия, Италия, Россия, США, Япония);
- стеклянное, щелочестойкого состава, диаметром 10–15 мкм;
- базальтовое, диаметром 150–400 мкм;
- полимерное (капрон, нейлон, полипропилен и др.);
- углеродное.

Табл. 2. Сравнительные характеристики основных видов фибробетонов

Физико-механические свойства

 

Единица измерения

 

Сталефибробетон

 

Стеклофибробетон

 

Базальтофибробетон

 

Прочность на осевое сжатие

 

МПа

 

20–45

 

20–41

 

23,5–50

 

Прочность на растяжение при изгибе

 

МПа

 

6–12,5

 

6–14

 

6–14

 

Истираемость

 

г/кв. см

 

0,15–0,20

 

0,10–0,20

 

0,10–0,15

 

Водонепроницаемость

 

МПа

 

0,4–0,6

 

0,6–0,8

 

0,6–0,8

 

Морозостойкость

 

К-во циклов

 

200–300

 

200–300

 

200–300

 

Долговечность

 

лет

 

100

 

100

 

100

 

Следует отметить, что внедрение в СССР и в дальнейшем в РФ стальной фибры оказалось недостаточным по объему. Оно сдерживается отсутствием оборудования и малоэффективной технологией производства, а также высокой стоимостью.
Для создания фибробетонной матрицы российскими и зарубежными учеными исследовано около 15 видов вяжущих. Наиболее исследован портландцемент, а из бетонов — мелкозернистый бетон. Сравнительные характеристики основных видов фибробетонов представлены в табл. 2.  Анализ табл. 1 и 2 показывает высокие свойства фибробетонов, но стоит отметить, что дисперсное армирование синтетическими и стекловолокнистыми материалами недостаточно решает проблему повышения сдвигоустойчивости и трещиностойкости, следовательно, и долговечности покрытий. Несмотря на определенный эффект, они имеют серьезные недостатки.

Автор: Н. И. Ватин, И. А. Войлоков
Дата: 03.11.2006
Журнал Стройпрофиль 7-06
Рубрика: полы




«« назад