Автореферат (Огнестойкость конструкций из фибробетона для автодорожных тоннелей и метрополитена), страница 2

Н.П.Огарева, 2017).Публикации. По результатам диссертации опубликовано 14 печатныхработ, из них 2 – в журналах, входящих в перечень ВАК, 1 – в международныереферативные базы данных и цитирования.Структура и объём работы. Работа состоит из введения, четырех глав,заключения, списка литературы и приложений. Материалы изложены на167 страницах машинописного текста, включающего 13 таблиц, 99 рисункови списка литературы из 156 источников.7ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы исследования и степень ееразработанности, сформулированы цель, задачи, объект и предметисследования, показана научная новизна работы, ее практическая итеоретическая значимость, представлены методология и методы исследования,приведены положения, выносимые на защиту, а также степень достоверности иапробация результатов.В первой главе приведен анализ состояния вопроса по тематике работы,рассмотрены основные результаты экспериментальных исследованийогнестойкости конструкций из железобетона и основных факторов, влияющихна взрывообразное разрушение (далее – ВР) бетонов, механических итеплофизических свойств бетонов и фибробетонов.

Рассмотрены расчетныеметодики оценки огнестойкости конструкций, для реализации которыхтребуется информация по их физико-механическим и теплофизическимсвойствам.Выполнен анализ работ по ВР бетонов и способы защиты от этого явления,рассмотрены крупномасштабные огневые испытания железобетонныхконструкций (Яковлев А.И., Ройтман В.М., Мешалкин Е.А., Голованов В.И.,Joгo Paulo C. Rodrigues, Luнs Laнm, Antуnio Moura и др.) из различныхфибробетонов, где выявлено увеличение несущей способности и пределаогнестойкости, а в случае испытаний железобетонных конструкций с добавкойППР выявлена ее эффективность по защите от ВР.В научных работах (В.П. Некрасов, И.В. Волков, Л.Г Курбатов и т.д.) поисследованиюфизико-механическихпоказателейфибробетоновпринормальных температурах выявлен факт увеличения как прочности на осевоесжатие, так и прочности на растяжение по сравнению с бетоном без добавкифибры.

Хотя остается неисследованным вопрос изменения прочности на осевоесжатие фибробетонов при прогреве, в том числе и бетона с добавкой ППФ.Исследования изменения механических свойств на осевое сжатие итеплофизических свойств фибробетона при прогреве, в том числе с добавкойППФ, выполнены в недостаточном количестве и требуется дальнейшееизучение данного вопроса.При рассмотрении работ, связанных с расчётными методиками оценкиогнестойкости железобетонных конструкций, выявлено, что расчетнаяметодика для оценки огнестойкости железобетонной обделки тоннелей внастоящее время требует доработки. Показано, что для этого необходимосовершенствование имеющихся методик (статическая задача) и привлечениепрограммных комплексов для решения теплотехнической задачи.Исходя из изложенных предпосылок, были определены цель и основныенаправления исследования в работе и сформулированы основные задачи.Во второй главе представлены результаты исследования прочности наосевое сжатие в зависимости от температуры в диапазоне 20–800 ℃ бетонов8без добавки и с добавкой отечественной (ProZASK IGS 12 мм) и импортной(ProZASK IGS 6 мм) ППФ.Исследования проводились по стандартным методикам с учетомдействующих норм и на поверенном оборудовании в аккредитованнойлаборатории.Для проведения эксперимента прочности на осевое сжатие бетона сдобавкой и без добавки полипропиленовой фибры на заводе ОАО«Моспромжелезобетон» были изготовлены бетонные кубы размером100×100×100 мм.

Образцы изготавливались из бетона, состоящего из вяжущегоПЦ I-500-Н, мелкого заполнителя – кварцевого песка, крупного заполнителя –гранитного щебня фракции 5–15 мм и пластификатора – Glenium 51.После проведения исследования экспериментальные данные подверглисьстатистической обработке, а именно регрессионному анализу с помощьюпрограммного обеспечения Microsoft Office Excel.

При этом в анализеэкспериментальных данных не учитывалось повышение прочности бетона.По проведенному регрессионному анализу получены зависимости пределапрочности на осевое сжатие от температуры:− для бетона без добавки фибры:Rb = −0, 00013t 2 + 0, 0478t + 56, 742 , (R2 = 0.78);(1)− для бетона с добавкой ProZASK IGS 12 мм:Rb = −0, 00011t 2 + 0, 0352t + 55,336 , (R2 = 0.97);(2)− для бетона с добавкой ProZASK IGS 6 мм:Rb = −0, 00012t 2 + 0, 0486t + 52, 470 ,(R2 = 0.89).(3)По результатам исследований строились зависимости предела прочностибетона (Rbn,tem) с добавкой и без добавки ППФ в зависимости от температуры,которые представлены на рисунке 1.Предел прочности насжатие, МПа70160504023302010020200400600800Температура, ℃экспериментальные кривые;расчетные кривыеРисунок 1 – Температурные зависимости кубиковой прочности на сжатие бетонабез добавки и с добавкой ППФ: 1 – бетон без добавки фибры; 2 – бетон с добавкойProZASK IGS 12 мм; 3 – бетон с добавкой ProZASK IGS 6 мм9Исходя из полученных зависимостей прочности на осевое сжатие Rbn,tem,определены коэффициенты условий работы бетона γb,tem в зависимости оттемпературы, которые рекомендованы для оценки огнестойкости расчетнымиметодами (таблица 1).Таблица 1 – Коэффициенты условий работы бетона исследуемых составовв зависимости от температурыВид бетонаС добавкой ProZASK IGS 12 ммС добавкой ProZASK IGS 6 мм2011Значение коэффициента γb,tem при температуре, ℃100 200 300 400 500 600 700 800110,98 0,91 0,81 0,66 0,47 0,18110,99 0,96 0,82 0,72 0,5 0,21Результаты проведенных экспериментов приводят к выводу о том, чтоППФ снижает прочность бетона на сжатие примерно на 16 %,.

Это явлениеможно объяснить тем, что при добавке ППФ изменяется структура бетона(повышается его пористость), изменяется плотность и, в свою очередь,уменьшается прочность. Для повышения прочности бетона, в качестверекомендации, необходимо комбинировать ППФ с другими видами фибр,которые в одном случае будут защищать бетон от ВР, в другом – повышать егопрочность на сжатие и растяжение.При сравнении прочностных свойств бетона с добавками из двух видовфибры можно сделать вывод, что на участке 20–300 ºС прочность на осевоесжатие ProZASK IGS 12 мм выше ProZASK IGS 6 мм на 12 %.

На участке 300–800 ºС ProZASK IGS 12 мм уступает ProZASK IGS 6 мм примерно на 14 %.Объясняется это явление разностью длин фибр, то есть при прогревепористость бетона с отечественной ППФ (длина 12 мм) выше, чем у бетона симпортной ППФ (длина 6 мм). Добавка в бетон отечественной ППФ с меньшейдлиной волокон, позволит заменить использование импортной, более дорогой,ППФ. Выявлена особенность разрушения образцов бетонов без добавки и сдобавкой ППФ.

В диапазоне температур 20–200 ºС для бетона без добавки ППФхарактерно разрушение образцов с хлопком, откалыванием кусков цементногокамня и крупного заполнителя, разлетом этих частей на расстояния 2–3 м.Разрушение бетонных образцов с добавкой ППФ было пластичным, и образецпрактически не изменил свою форму (рисунок 2).Рисунок 2 – Образец из бетона с добавкой ППФ после проведения эксперимента10Известно, что для расчетов огнестойкости железобетонных конструкцийиспользуется призменная (нормативная) прочность. После перерасчета, поэмпирической формуле были получены значения нормативной прочности,которые незначительно отличаются от нормативного показателя 32 МПа,поэтому в расчетах использовался показатель бетона класса В45.В третьей главе представлено описание методов исследования,обоснование выбранного метода и результаты исследований теплофизическиххарактеристик для бетона с добавкой отечественной и импортной ППФ.Для исследования теплофизических характеристик использовались какэкспериментальные методы (метод проведения испытаний по исследованиютеплофизических характеристик, метод определения влажности бетона), так ипрограммные комплексы KOKON и ANSYS, основанные на методе конечныхэлементов.

Теплофизические характеристики определяются путем решенияобратной задачи нестационарной теплопроводности, цель которой заключаетсяв подборе коэффициента теплопроводности и теплоемкости до максимальногосовпадения расчетных и экспериментальных зависимостей прогрева.Эксперимент проводился на оборудовании ВНИИПО МЧС России наогневой печи для определения теплофизических характеристик. Испытуемыеобразцы для проведения эксперимента изготавливались на заводе ОАО«Моспромжелезобетон» в виде плит размерами 1,1×1,1×0,15 м (рисунок 3), сустановленными в них рамками держателей с термопреобразователями длярегистрации температур (рисунок 4).

Состав бетона и характеристики фибрыбрались как при исследовании прочности на осевое сжатие.Рисунок 3 – Общий вид плитдля исследования теплофизическиххарактеристикРисунок 4 – Держатель с установленнымитермопреобразователямиВ процессе исследования также была проведена проверка достоверностирасчетов в предложенных комплексах и даны рекомендации по дальнейшемуиспользованию одного из программных комплексов расчета теплотехническойзадачи. По проведенным расчетам были построены зависимости температуры11Температура, ℃от времени. Расчетные и экспериментальные кривые представлены на рисунках5–7.600500400300200100012301530456075Время прогрева, мин90105120Температура, ℃экспериментальная;расчетная ANSYS;расчетная KOKONРисунок 5 – Экспериментальные и расчетные кривые для плиты без добавки ППФ:1 – измерение температуры прогрева в точке ТП1; 2 – измерение температуры в точке ТП2;3 – измерение температуры в точке ТП3600500400300200100012301530456075Время прогрева, мин90105120Температура, ℃экспериментальная;расчетная ANSYS;расчетная KOKONРисунок 6 – Расчетные и экспериментальные кривые прогрева бетонных плит с добавкойProZASK IGS 6 мм: 1 – измерение температуры прогрева в точке ТП1;2 – измерение температуры в точке ТП2; 3 – измерение температуры в точке ТП3600500400300200100012301530456075Время прогрева, мин90105120экспериментальная;расчетная ANSYS;расчетная KOKONРисунок 7 – Расчетные и экспериментальные кривые прогрева бетонных плит с добавкойProZASK IGS 12 мм: 1 – измерение температуры прогрева в точке ТП1;2 – измерение температуры в точке ТП2; 3 – измерение температуры в точке ТП312В результате расчета и сравнения кривых прогрева бетонов без добавки ис добавкой ППФ получены зависимости коэффициента теплопроводности итеплоёмкости в зависимости от температуры прогрева, которые имеют вид:− для бетонной плиты без добавки ППФ:t = 1,3 − 0,0005 t ; ct = 481 + 0,9t ;(4)− для бетонной плиты с добавкой ProZASK IGS 12 мм и ProZASK IGS 6 мм:t = 1,3 − 0,0006 t ; ct = 481 + 0,92t .(5)При сравнении полученных расчетных кривых с экспериментальнымирасхождение между двумя расчетными комплексами составило: KOKON – 18 %;ANSYS – 12 %, поэтому для расчетов теплотехнической задачи использовалсяпрограммный комплекс ANSYS.Также стоит отметить, что коэффициент теплопроводности для бетона сдобавкой ППФ ниже, чем для бетона без добавки ППФ, следовательно, бетон сдобавкой фибры будет прогреваться медленней.В четвертой главе представлена методика, результаты исследований иоборудование для проведения крупномасштабных огневых испытанийжелезобетонных тюбингов с добавкой ProZASK IGS 6 мм.