Вы здесь

Опыт применения центрифугированных линейных элементов с поперечными сечениями различного профиля при строительстве многоэтажных зданий

Версия для печати

УДК 624. 27.012 + 666.97

Способ центрифугирования для производства элементов кольцевого сечения показал высокую эффективность приприменении в качестве конструкций самого различного назначения. В настоящее время в Республике Беларусь накоплен достаточно большой опыт изготовления центрифугированных железобетонных труб, опор линий элек­тропередач, осветительных мачт и опор контактной сети, колонн одноэтажных и многоэтажных зданий. Для инженерных сооружений вполне обоснована экономическая целесообразность расширения области эффективного применения центрифугированных линейных элементов, имеющих другие формы сечения, отличные от кольцевых. Проекты, ряда уникальных зданий и сооружений с применением центрифугированных элементов были разработа­ны при научном сопровождении БНТУ.

The way of centrifugation for manufacture of elements of ring sectional view has shown high efficiency at application as the designs most of different function. Now in Belarus enough wide experience manufacturing centrifugal concrete pipes, bearers of electric mains, lighting masts and bearers of an overhead contact system, columns of one-storeyed and many­storeyed buildings is saved up. For engineering constructions economic feasibility of expansion of area of effective application the linear centrifugal elements having other forms of sectional view, the distinct from ring is quite proved.Projects of some unique buildings and constructions with application centrifugal elements have been developed at scientific support BNTU.


Введение

Сущность изготовления линейных элементов методом центрифугирования заключается в том, что при вращении формы с бетонной смесью вокруг неподвижной оси воз­никает прессующее центробежное давление, под влияни­ем которого из цементного геля отжимается жидкость со взвешенными вней высокодисперсными фракциями и од­новременно сближаются более крупные частицы твердой фазы. Центробежный бетон при однослойном формовании без пластифицирующих добавок отличается от изготов­ленного с виброуплотнением неоднородным распределени­ем зерен заполнителя по толщине стенки изделия, так как более крупные зерна отжимаются к наружной поверхности, а более мелкие - к внутренней. В связи с этим, к недостат­кам центрифугированного бетона при однослойном фор­мовании следует отнести его анизотропность по сечению и изменение прочностных характеристик по толщине стенки.

При изготовлении образцов на ременной центрифуге при однослойном формовании И.Н. Ахвердовым [1] установлена такая структурная анизотропия бетона:

  • на наружной поверхности происходит наиболее плот­ное отжатие воды и уплотнение цементного теста;
  • в средней части сечения значительная неоднород­ность цементного камня обусловлена наличием в нем радиальных фильтрационных каналов, размеры сечения и количество которых возрастают от наруж­ной к внутренней поверхности изделия;
  • по мере приближения к внутренней поверхности изделия микрокапилляры соединяются и образуют макрокапилляры, которые затем составляют систе­му дисперсных протоков, исчезающих вследствие разжижения цементного геля водой, вытесненной из вышерасположенных зон.

Все это привело к утверждению, что прочность центри­фугированного бетона по толщине изделий меняется.

Поэтому задача в совершенствовании технологии цен­трифугирования состояла в том, чтобы получить бетоны с более равномерной структурой и уменьшить расхождение в показателях прочности бетона по толщине стенки изделий.

При послойном центрифугировании при уплотнении от­дельных слоев малой толщины заполнитель распределяется более равномерно, при укладке последующих слоев зерна за­полнителя внедряются во внутреннюю часть предыдущих с избыточным содержанием цементного геля, уменьшается количество и сечение фильтрационных каналов.

Для снижения анизотропии при центрифугировании эффективным является применение комплексных доба­вок, понижающих водопотребность и сохраняющих ее вязко-пластические свойства. При этом способ модифи­кации полимерами открывает широкие возможности для получения центрифугированных бетонов с заданными свойствами.

Основные элементы технологического оборудования - центробежный станок и опалубочная форма.

Известны три типа центробежных станков: осевой (шпиндельный), свободно-роликовый и ременной.

Наибольшее распространение в мировой практике для изготовления центрифугированных элементов получили свободно-роликовые станки. К достоинствам роликовых центрифуг следует отнести возможность изготовления элементов большого диаметра и длины. Например, на за­водах некоторых фирм (ФРГ, Англия, США и Швейцария) эксплуатируются центрифуги, на которых могут изготав­ливаться элементы диаметром до 3,6 м и длиной до 60 м.

В Республике Беларусь на роликовых центрифугах можно изготавливать элементы диаметров до 800 мм и дли­ной до 26 м. Максимальное число оборотов опалубочной формы достигает 450 об/мин.

Ременные центрифуги позволяют формовать изделия на более высоких скоростях вращения опалубочных форм (1200- 1300 об/мин), чем роликовые. Опалубочная форма на ремнях самобалансируется. Ременной технологии фор­мования присуще плавное вращение формы в гироскопи­ческом режиме при полном отсутствии вибрации. А если применить конструктивные предложения по генерации высокочастотных колебаний формы, действующих в на­правлении перпендикулярном центробежным силам, это позволит получить практически однородную структуру бетона с высокими механическисвойствами.

Изготовление арматурных каркасов, укладка бетон­ной смеси и сборка опалубочных форм осуществляется на специальных стендах. На стендах осуществляется автома­тизированная навивка и сварка арматуры каркасов.

При использовании ременных центрифуг и изготов­лении изделий в опалубочных формах диаметром 500 мм и выше подача бетонной смеси может производиться лен­точными питателями в форму, уложенную на ремни цен­трифуги. В остальных случаях укладка бетонной смеси в полуформу производиться с помощью бетоноукладчика. При использовании ленточного питателя возможна подача бетона отдельными порциями и создание многослойного изделия, в том числес отдельными фактурами или защит­ными слоями из полимербетона, сталефибробетона и т.д.

Длительность всего процесса центрифугирования, включая время набора и снижения скорости, подачи и уплотнения бетонной смеси зависит от длины, диаметра и толщины стенки изделия, но, как правило, не превышает 20...25 мин.

Анализ существующих технологий показывает, что центробежный способ формования линейных изделий из высокопрочного бетона прост, не требует сложного обо­рудования, обладает высокой производительностью.

Основная часть

В 1976 г. ЦНИИпромзданий, ПИ-1, Белпромпроектом и Белорусским политехническим институтом была предпри­нята попытка применить центрифугированные элементы кольцевого сеченияв качестве колонн многоэтажных зда­ний. Проведенные первые испытания опытных образцов узловых сопряжений выявили отличительные особенности этого класса конструкций. Необходимо было преодолеть не только технологические трудности при изготовлении изде­лий, но и обеспечить очень высокую несущую способность тонкостенных колонн, достигающую 5000 кН и более при строго ограниченных размерах сечения.

Применение таких способов центрифугирования как послойное формование, центробежный прокат, циклическое центрифугирование, совмещение центрифугирования бетон­ной смеси с вибрированиеми прокаткой, реверсивное центри­фугирование, модификация центрифугированного бетона при помощи комплексных химических добавок и т.п. позво­ляет решать задачу получения бетонов высокой прочности для сильнонагруженных колонн многоэтажных зданий.

Для реализации поставленной цели потребовалось ре­шить следующие задачи:

  • разработать единую систему унифицированных изде­лий, на основе которой может осуществляться строи­тельство зданий и сооружений с различными объем­но-планировочными и конструктивными решениями;
  • выявить принципиальные особенности технологии изготовления центрифугированных изделий с различ­ными формами поперечного сечения( кольцевое, ква­дратное, прямоугольное. тавровое(рис.1...3);
  • исследовать физико-механические свойства центри­фугированного бетона с многослойным формованием и его совместную работу с арматурой (рис.4);
  • провести экспериментальные и теоретические иссле­дования напряженно-деформированного и предельно­го состояний предлагаемых изделий и узлов их сопря­жений;
  • оценить действительную работу несущих элементов в составе пространственных систем зданий.

Рис.1 Принципиальная схема изготовления изделия по спо­собу «центрифугирование + вибрирование + прокатка»

Рис.2 Переналаживание цилиндрической формы Цилиндрическая форма; 2- вкладыши

Рис. 3 Схема действия жидкой и твердой фаз бетонной смеси на стенки формы ригеля таврового сечения

Рис. 4 Физико-механические свойства бетона при одностороннем и реверсивном режиме центрифугирования [4]

В условиях проводимого в Республике Беларусь экспе­римента по сокращению материальных, трудовых затрат и снижению сметной стоимости строительства осуществле­но экспериментальное проектирование и строительство многоэтажных зданий с гибкой планировочной схемой, в том числе железобетонных гаражей-стоянок [5].

На основе вариантного проектирования схем расста­новки автомобилей доказано, что наибольшая функцио­нальная эффективность и более простая конструктивная схема достигается в центрическом решении, когда значи­тельная часть функций развивается не по прямой линии, а вокруг одной точки-центра. Экспериментальное здание многоэтажной стоянки в объемно-планировочном решении представляет собой цилиндрический объем стоянок авто­транспорта с ремонтными службами под ними диаметром 56м, с высотой первого этажа - 4,2м, рядового этажа - 3,3м.

Для гаража - стоянки принято шесть витков наклон­ных междуэтажных перекрытий. Каркас круглого в пла­не здания решен с использованием следующих несущих элементов:многоэтажных центрифугированных колонн кольцевого сечения;треугольных плит перекрытия раз­мером на ячейку здания;стеновых панелей высотой на этаж;диафрагм жесткости.Каркас здания решен по свя- зевой схеме: общая устойчивость его обеспечивается по­становкой вертикальных диафрагм жесткости по двум кольцевым осям, являющимися также противопожарными перегородками, которые объединены дисками горизон­тальных и наклонных перекрытий.

Белорусским национальным техническим универси­тетом (БПИ) совместно с проектными и производствен­ными организациями России (Оргэнергострой, Тепло­электропроект, Горьковский Промстройпроект) проведен комплекс исследований, проектных и научных работ по внедрению колонн квадратного полого сечения для много­этажных зданий энергетического строительства.

Разработан сортамент предварительно напряженных колонн для 2.9-этажных зданий энергетического строи­тельства.

В качестве объекта внедрения был принят семиэтаж­ный инженерно-лабораторный корпус (г. Воронеж, РФ). Каркас здания решен по связевой системе.

Санкт-Петербургским филиалом института «Оргэ- нергострой» осуществлено перепроектирование цилин­дрической формы с возможностью изготовления пред­варительно напряженных центрифугированных колонн квадратного сечения с наружными размерами 400х400 мм и длиной до 22,1 м.

Это позволило применить все другие конструктивные элементы каркаса здания по типовой серии 1.020-1/83 без изменений.

В цилиндрическую форму был введен желоб из листо­вой стали толщиной 4 мм, имеющий квадратное сечение с закругленными углами и разрез в месте разъема формы. Технология изготовления предварительно напряженных колонн отработана на действующей технологической ли­нии Волжского комбината производственных предпри­ятий (г. Рыбинск). Изготовление колонн производилось на всю высоту здания на роликовой центрифуге, однако по предложению монтажников была предусмотрена раз­резка семиэтажной колонны на два монтажных элемента высотой на три и четыре этажа. Пространственные арма­турные каркасы колонн собирались в специальном кон­дукторе в арматурном цехе и на пост подготовки и сборки форм поступали в готовом собранном виде. На специаль­ном стенде осуществлялось протаскивание напрягаемых стержней, их предварительное напряжение и фиксация. Под собранный каркас производилась заводка нижней полуформы, затем бетонирование,установка верхней по­луформы и сбалчиваниеполуформ между собой. Укладка бетонной смеси в полуформу производилась при помощи бетоноукладчика эстакадного типа, движущегося по рель­совой колее.

Так как изготавливаемые изделия имели толщину стенки 80-100 мм, укладка бетона в полуформу произво­дилась с непродолжительным вибрированием.

После установки верхней полуформы и затяжки бол­тов заполненную форму переносили мостовым краном на роликовую центрифугу.

Был принят следующий режим центрифугирования:

  • Частота вращения 50-90 об/мин - 2 мин;
  • Частота вращения 200-300 об/мин - 1 мин;
  • Частота вращения 300-380 об/мин - 2 мин;
  • Частота вращения 380-450 об/мин - 15 мин;

Затем форму с изделием переносили в пропарочную камеру и после тепловой обработки - на пост распалубки.

Центрифугированные колонны формовались бескон­сольными. Это позволило в одной опалубочной форме из­готовить все предусмотренные проектом марки колонн. В зависимости от местоположения колонн в каркасе здания при примыкании диафрагм жесткости, лестничных кле­ток, стеновых панелей и т.д. применялись колонны двух­консольные, одноконсольные и бесконсольные. Устрой­ство консоли осуществлялось после изготовления ствола путем приварки опорного металлического столика к за­кладной детали в стволе колонны.

Стык колонн решен контактным со сваркой по конту­ру торцовых металлических листов,к которым привари­вались четыре анкерных стержня.и передачей усилий че­рез тонкий цементно-песчаный раствор.

Было проведены серии испытаний опытных образцов стыков центрифугированных колонн квадратного сечения с круглой полостью.Разрушение опытных образцов про­изошло при сжимающей нагрузке по стволу колонны, т.е. стыки оказались более прочными.

Наиболее простым для изготовления консолей ко­лонн является способ создания консоли путем приварки опорного столика к закладной детали колонны. Закладная деталь колонны представляет собой прямоугольную пла­стину толщиной 16 мм с шестью анкерами диаметром 22 мм из стали класса S400,приваренные в раззенкованные отверстия.

Испытания опытных образцов проводились в верти­кальном положении ствола колонны. При проведении ис­пытаний измерялись относительные деформации волокон элементов столика и закладной детали, продольные и по­перечные деформации бетона по длине зоны анкеровки арматурных стержней,вертикальные и горизонтальные смещения закладной детали, прогибы опорного столика.

Применение центрифугированных колонн квадратно­го полого сечения вместо колонн сплошного сечения по типовой серии 1.020-1/83 для конкретного объекта позво­лило снизить расход бетона на 31 %, сократить количество марок колонн в 2.5 раза, а количество стыков колонн в 4 раза [5].

Заключение
  1. Анализ существующих технологий показывает, что центробежный способ формования линейных изделий из высокопрочного бетона прост, не требует сложного оборудования, обладает высокой производительно­стью. На современном этапе развития технологии цен­трифугирования происходит ее постоянное совершен­ствование.
  2. В Республике Беларусь накоплен достаточно большой опыт изготовления центрифугированных железобетон­ных элементов кольцевого сечения: труб, опор линий электропередач, осветительных мачт и опор контактной сети,колонн одноэтажных и многоэтажных зданий
  3. Белорусским национальным техническим универси­тетом (БПИ) совместно с проектными и производ­ственными организациями России (Оргэнергострой, Теплоэлектропроект, Горьковский Промстройпроект, Волжский комбинат промышленных предприятий) проведен комплекс исследований, проектных и науч­ных работ по внедрению колонн квадратного полого сечения для многоэтажных зданий энергетического строительства.Принципиальным объектом внедрения был принят семиэтажный инженерно -лабораторный корпус (г.Воронеж).Применение центрифугированных колонн квадратного полого сечения вместо колонн сплошного сечения по типовой серии 1.020-1/83 для конкретного объекта позволило снизить расход бетона на колонны на 31 %, сократить количество марок ко­лонн в 2.5 раза, а количество стыков колонн в 4 раза.

Список литературы

  1. Ахвердов, И.Н. Железобетонные напорные центрифу­гированные трубы/ И.Н.Ахвердов-Мн.: Госстройиз- дат, 1967 - 164 с.
  2. Пецольд ТМ. Центрифугированные колонны квадрат­ного сечения/Т.М. Пецольд// Бетон и железобетон. - 1983. - № 6 - С.6-7.
  3. Морштейн, О.Б. Уплотнение бетонной смеси в консо­лях центрифугированных колонн/ О.Б.Морштейн, А.Н. Попов //Транспортное строительство. -1978.- №12-С.41-43.
  4. Пастушков, Г.П. Многоэтажные здания с гибкой планировочной схемой/ Г.П. Пастушков, В.Г. Пастушков, В.А. Белый //Проблемы современного бетона и железобетона: сб. трудов Междунар. симпозиума, Минск, 16-19 октября 2007г.- Минск:Стринко, 2007 - ч.1- С.280-294.

Поступила в редакцию 24 июля 2014 г.


comments powered by HyperComments
Читайте также
27.12.2004 / просмотров: 13 440
Заказчик всегда задается вопросом: покупать готовый дом или строить его с нуля? Где и как правильно выбрать участок? Какие факторы учесть, чтобы не...
24.07.2005 / просмотров: 4 468
Уважаемые друзья! От всей души поздравляю вас с юбилеем — 70-летием Белорусского союза архитекторов! Архитектор — одна из самых древних...
27.12.2005 / просмотров: 6 065
В уходящем году отметил свой 50-летний юбилей Анатолий Иванович Ничкасов, заместитель министра архитектуры и строительства, лауреат Государственной...