авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Прочностные, деформационные и эксплуатационные свойства полистиролбетона для строительных конструкций и изделий

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

БЕЛЯКОВ Владимир Александрович

ПРОЧНОСТНЫЕ, ДЕФОРМАЦИОННЫЕ И

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА

ПОЛИСТИРОЛБЕТОНА ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ

КОНСТРУКЦИЙ И ИЗДЕЛИЙ

Специальность 05.23.05 – Строительные материалы и изделия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа - 2010

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный

технический университет – УПИ им. первого Президента России

Б.Н. Ельцина» и в ОАО «Уральский научно-исследовательский институт архитектуры и строительства», г. Екатеринбург

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Носков Александр Семенович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Капустин Федор Леонидович

кандидат технических наук

Кузнецов Дмитрий Валерьевич

Ведущая организация ГУ «УралНИИпроект РААСН»,

г. Екатеринбург

Защита состоится 28 мая 2010 года в 14:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.289.02 при ГОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» по адресу: 450080, г. Уфа, ул.Менделеева, 195.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет». Автореферат диссертации размещен на официальном сайте университета: http://www.rusoil.net

Автореферат разослан 23 апреля 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук,

профессор Недосеко И.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы: В настоящее время особенную важность приобрела необходимость поиска новых подходов к решению проблем по теплозащите зданий и сооружений в соответствии с современными требованиями действующей нормативной документации в строительстве. В связи с этим возникла потребность в применении новых конструкционно-теплоизоляционных строительных материалов и изделий, отвечающих требованиям данных норм, технологичных в производстве и отвечающих условиям экономической целесообразности. Новым требованиям сегодня может соответствовать строительный материал, использующийся под названиями полистиролбетон или EPS beton (за рубежом).

Неуклонный рост интереса к нему на рынках строительных материалов в России и за рубежом, обуславливается высокой эффективностью применения изделий из полистиролбетона.

Сегодня используется только полистиролбетон низкой плотности (150-600 кг/м3), как теплоизоляционный материал, хотя уже для стеновых камней учитывается и возможность восприятия стеновой нагрузки. В принципе полистиролбетон может воспринимать нагрузки от конструктивных элементов, он может использоваться в любых изделиях, в том числе армированных, являющихся одновременно теплоизоляционными и несущими. Применение конструкционного полистиролбетона в строительстве востребовано и перспективно.

Использование полистиролбетона в изделиях, выполняющих функцию несущих, требует изучения целого ряда вопросов. В первую очередь необходимо изучить свойства полистиролбетона, как конструкционного материала. Свойства полистиролбетона зависят как от состава материала, так и от способа его изготовления. Для того чтобы говорить о свойствах материала, необходимо определиться с его сырьевым составом и рациональной технологией изготовления.

Представляется целесообразным изготавливать из конструкционного полистиролбетона, например, стеновые блоки и надоконные перемычки. Он является перспективным и для изготовления крупноразмерных стеновых панелей.

Конструкционный полистиролбетон в диапазоне плотностей 1200-1500 кг/м3 и класса В7,5 –B15 востребован для проектирования конструкций в районах России с сейсмическими зонами 8-9 баллов (например, Улан-Удэ), так как удовлетворяет требованиям СНиП II-7-81 "Сейсмика" (раздел: здания с несущими стенами из кирпича или каменной кладки).

Целью работы является разработка рациональных составов, выбор технологии изготовления изделий и изучение прочностных, деформационных и эксплуатационных характеристик полистиролбетона, как материала для несущих строительных конструкций и изделий, под кратковременным и длительным воздействием нагрузки.

Задачи исследования:

1. Разработка конструкционно-теплоизоляционного и конструкционного полистиролбетона на основе техногенных заполнителей Уральского региона и рациональной технологии изготовления несущих конструкций и изделий из данного вида легкого бетона;

2. Исследование закономерностей изменения прочностных, деформационных и эксплуатационных свойств конструкционно-теплоизоляционного и конструкционного полистиролбетона в диапазоне плотностей от 800 кг/м3 до 1500 кг/м3, не рассматриваемых действующим ГОСТ Р 51263-99;

3. Разработка уточняющих коэффициентов к существующей методике расчета конструкций из ячеистого бетона применительно к расчету и проектированию новых эффективных полистиролбетонных изделий.

Достоверность результатов исследования обеспечена корректной постановкой задач, широкой статистической проверкой и наблюдениями за состоянием материала выполненных строительных изделий в процессе изготовления и испытания. При проведении экспериментальных исследований в аккредитованной лаборатории Испытательного центра ОАО институт «УралНИИАС» использованы современные средства измерений, прошедшие метрологическую поверку. В основу теоретических решений положены общепринятые модели, принятые для расчета свойств материала конструкций из легких бетонов. Выводы и рекомендации работы подтверждены положительным опытом испытания разработанных составов и предложенной технологии для изготовления изделий.

Научную новизну представляют следующие элементы работы:

1. Конструкционный полистиролбетон на основе техногенных заполнителей Уральского региона и рациональная технология изготовления несущих конструкций и изделий из данного вида легкого бетона;

2. Закономерности изменения прочностных, деформационных и эксплуатационных свойств конструкционно-теплоизоляционного и конструкционного полистиролбетона в диапазоне плотностей от 800 кг/м3 до 1500 кг/м3, не рассматриваемых действующим ГОСТ Р 51263-99;

3. Уточняющие коэффициенты к существующей методике расчета конструкций из ячеистого бетона применительно к расчету и проектированию новых эффективных полистиролбетонных изделий.

Практическое значение и внедрение результатов работы

Практическая реализация работы обеспечена разработкой первой редакции Территориальных градостроительных норм Свердловской области «Бетонные и железобетонные конструкции из полистиролбетона», в которые вошли основные результаты диссертационной работы, ТУ 5828-003-25057366-06 «Перемычки из полистиролбетона», новых редакций ТУ 5745-001-20875427-02 «Смеси полистиролбетонные», ТУ 5767-002-20875427-02 «Блоки полистиролбетонные» и «Рекомендаций по применению полистиролбетона в строительстве» для ООО «Корпорация Маяк».

Результаты подбора составов были использованы при разработке трехслойной стеновой панели на ОАО «завод ЖБИ Бетфор», для строительства жилых зданий в г. Пелым Свердловской области.

Несущие стеновые блоки и перемычки из полистиролбетона были применены на объектах гражданского строительства в г. Екатеринбурге (двухсекционный жилой дом с подземным паркингом в пер. Базовый).

Апробация работы. Отдельные разделы диссертации докладывались на следующих научных конференциях: II Международной научно-практической конференции «Экология: образование, наука, промышленность и здоровье», Международной научно-практической конференции «Проблемы и достижения строительного материаловедения» (БГТУ им. В.Г. Шухова, Белгород 2004, 2005); VI Международной конференции «Научно-технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности конструкций и методы их решения» (СПбГПУ, Санкт-Петербург 2005 г.); Всероссийской конференции «Химия твердого тела и функциональные материалы» (СО РАН-УрО РАН Екатеринбург 2004); Всероссийских конференциях молодых ученых, аспирантов и студентов «Наука. Технологии. Инновации» (НГТУ, Новосибирск 2003-2004 г.); на VII и VIII отчетных научных конференциях молодых ученых ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина» (УГТУ-УПИ, Екатеринбург 2004-2005), Международной научно-практической конференции «Проблемы и возможности современной науки» (ТСТУ, Тамбов 2009).

Технические разработки автора отмечены дипломом II степени Всероссийской конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Наука. Технологии. Инновации» - НТИ-2003 в секции «Актуальные проблемы современного материаловедения».

На защиту выносятся:

- Результаты проектирования составов полистиролбетона на местных сырьевых материалов, технологические приемы для улучшения реологических свойств полистиролбетонной смеси и выбор рациональной технологии изготовления изделий из конструкционного полистиролбетона;

- Результаты исследований прочностных, деформационных и эксплуатационных характеристик полистиролбетона в диапазоне плотностей от 800 кг/м3 до 1500 кг/м3 и установленные закономерности его свойств в зависимости от состава сырьевых материалов;

- Предложения к совершенствованию методики расчета и проектирования воспринимающих нагрузку изделий из полистиролбетона;

- Результаты опытно-промышленного внедрения составов и изделий из конструкционного полистиролбетона.

Публикации. Основные результаты исследований и основные положения (главы) диссертационной работы опубликованы в 8 печатных работах, в том числе и в ведущем рецензируемом научном издании, входящем в перечень ВАК: журнал «Жилищное строительство» (Москва, 2008) и рукописных работах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа (196 с., 29 рис., 47 табл.) состоит из введения, семи глав, заключения (общих выводов), списка использованных источников (115 наименований) и 3 приложений на 22 страницах.

Содержание работы

Во введении дано обоснование актуальности темы диссертационного исследования, приведены основные положения, выносимые на защиту, научная и практическая ценность работы.

Данная диссертационная работа является составной частью научного направления, развиваемого в Уральском научно-исследовательском институте архитектуры и строительства, при участии Строительного факультета УГТУ-УПИ, и посвящена изучению работы полистиролбетона при различных случаях загружения, выявлению картины деформирования и разрушения материала и, на базе этого, описания его свойств, определяющих возможность прогнозирования его поведения под действием нагрузки.

В настоящее время, на основе экспериментальных данных по подбору оптимальных составов и исследованию прочностных и деформационных характеристик конструкционного полистиролбетона, полученных в данной диссертационной работе, проведены следующие исследования:

В рамках научно-исследовательской работы, по разработанным автором чертежам, изготовлена опытная серия перемычек из конструкционного полистиролбетона, армированных сварными каркасами. Проведены исследования работы данных изделий под действием нагрузки в условиях изгиба.

В первой главе проведен анализ имеющихся данных о физико-механических и теплофизических свойствах полистиролбетона.

Исследования различных свойств полистиролбетона в более или менее широких объемах ведутся более 40 лет.

Результаты исследований советских и российских ученых приведены в научных работах и публикациях В.В. Бабкова, А.М. Вайсбурда, И.У. Гейданса, В.Г. Довжика, А.А. Евдокимова и О.С. Дайнеко, Ю.В. Чиненкова и Е.А. Король, В.А. Никишкина, Т. И. Милых, В.Г. Парфенова, Н.Ф. Почапского и Г.Г. Зуйкова, Р.В. Сакаева и В.В. Щербаченко, В.Р. Клема, И.Л. Тонкова, Н.Е. Яхонтовой и Г.К. Авдеева и др.

Исследованиями полистиролбетона зарубежом занимались европейские и японские ученые: W. Batge, W. Niemeyer, H. Eick, M. Gvuzd, К. Коhling, D Hohweller, V. Sussman, G.H. Baumann, R. Trautvetter, M. Muravljov, J.Dragica, I. Litzka К., Оcada, Y. Оhama.

Полистиролбетоном называется бетон, заполнителем которого являются гранулы вспененного полистирола. По своим свойствам полистиролбетон относится к легким бетонам, однако имеет ряд существенных отличий. К его достоинствам относят возможность варьирования в широких пределах его плотности, в результате чего полистиролбетон может быть как теплоизоляционным, так и конструкционным материалом.

Анализ состояния вопроса и задач исследования показывает, что большая часть ранее проведенных исследований посвящена теплоизоляционным характеристикам полистиролбетона в диапазоне плотностей от 200 до 600 кг/м3 с целью применения данного материала в качестве утеплителя. Исследования полистиролбетона в диапазоне плотностей от 800 до 1500 кг/м3 в качестве материала для несущих строительных конструкций почти не проводились.

Несмотря на достаточно большой период времени, в течение которого ведутся исследования полистиролбетона, какой-либо расчетной методики, учитывающей фактические свойства данного материала, отличной от методик расчета и проектирования конструкций из легких бетонов на пористых заполнителях и ячеистых бетонов, обобщающей полученные различными исследователями результаты, для него не было создано.

Отмечено, что сложность и многофакторность данной проблемы, недостаток экспериментальных данных и отсутствие обоснованных рекомендаций по расчету и проектированию изделий из конструкционного полистиролбетона, имеющих хорошие теплотехнические характеристики, при растущей в них потребности, обуславливают необходимость проведения дальнейших исследований.

Во второй главе проведен подбор рациональных составов полистиролбетона и выбор технологии изготовления несущих железобетонных изделий из данного материала.

На основании ранее выполненных исследований проведено изучение и аргументирован выбор необходимых сырьевых материалов: вяжущего, фракции основного заполнителя, заполнителя из местных техногенных отходов предприятий Уральского региона, воды, химической добавки.

Сравнение химических добавок по критерию наивысшей прочности показано на рисунке 1.

Рис. 1 - Зависимость прочности на сжатие образцов полистиролбетона, плотностью 1000 кг/м3 с применением различных химических добавок от времени твердения

Выбрана оптимальная химическая добавка - пластификатор «Реламикс-2» в количестве 06-1,0 % от массы цемента для проектирования составов полистиролбетона, позволяющая на 30% улучшить технологические свойства бетонной смеси.

Опробованы несколько вариантов технологий термической обработки строительных изделий из теплоизоляционного полистиролбетона, предложенные НИИЖб, ВЗИСИ, МГСУ и УралпромстройНИИпроектом. Для конструкционного полистиролбетона выбран наиболее рациональный вариант НИИЖб с учетом достижения наилучшей прочности изделия при необходимой теплопроводности и наименьших экономических затратах. Автором установлено, что для достижения наиболее высокой прочности конструкционного полистиролбетона необходимо использовать высокоактивные цементы или технологические приемы, повышающие активность вяжущего, в частности методы механо-химии.

Предлагается использование следующих технологических приемов:

1 Использование фракции основного заполнителя гранул пенополистирола размером 2,5-5,0 мм. Увеличению прочности полистиролбетона заданной плотности способствует повышение насыпной плотности пенополистирольного заполнителя, связанное с уменьшением его межзерновой пустотности, размеров зерен, а также с увеличением плотности (деформативности) самих полистирольных зерен.

2 Активация вяжущих способностей заполнителя из доменного гранулированного шлака и повышение гидрофильности поверхности гранул пенополистирола при предварительной обработке их известковым молоком перед введением в состав бетонной смеси;

3 Термическая обработка образцов полистиролбетона форсированным электропрогревом током переменной частоты при напряжении 36-42 В в жестких формах со следующим режимом:

- предварительная выдержка – 0,5-1,5 ч;

- подъем температуры до +750С – 3-3,5 ч;

- термосное остывание – 19-20 ч.

Помимо этого, при производстве изделий рекомендуется использование бетономешалки с горизонтально расположенным валом.

В процессе исследования были подобраны рациональные составы полистиролбетона для основного эксперимента на инертном заполнителе из кварцевого песка ЗАО «Карьер Гора Хрустальная» и заполнителе из доменного гранулированного шлака ОАО «Металлургический завод им. А.К.Серова», на основе которых изготавливались несущие конструкции из полистиролбетона. Далее по ходу работы исследовались образцы полистиролбетона данных составов как естественного, так и тепловлажностного режимов твердения.

В третьей главе приведена методика испытаний и результаты определения основных прочностных характеристик полистиролбетона в диапазоне плотностей от 800 до 1500 кг/м3, необходимых для производства строительных изделий: кубиковая, осевая (призменная) и местная прочности на сжатие, прочности на растяжение, осевое и при изгибе.

В процессе основного эксперимента было испытано более 40 серий призм и кубов, изготовленных одновременно с несущими надоконными перемычками из полистиролбетона. Обработку экспериментальных данных и получение уравнения регрессии выполняли методами математической статистики.

Установлены зависимости прочностных характеристик от технологических факторов и сырьевых материалов полистиролбетонной смеси. Систематизированы результаты измерений и проведено их сравнение с результатами, полученными в ходе других исследований и их анализ.

Уровни и интервалы варьирования исходных компонентов в кодированных значениях показаны в таблице 1:

Таблица 1 – Уровни и интервалы варьирования

Исходные компоненты Уровни Интервалы варьирования
Верхний +1 Основной 0 Нижний -1
х1, кг 820 700 450 10
х2, кг 450 370 280 10
х3, л 0,72 0,8 0,9 0,1


Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.