2298

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

а)

б)

Рис. 1. Микрофотографии структуры частиц гематита,подвергнутого воздействию давлений прессования 10000 МПа и 20000 МПа:

а – 100х100 мкм; б – 10х10 мкм

Из общего анализа представленных выше микрофотографий можно сделать вывод, что в случае получения композиционного материала при давлениях прессования до 20000 МПа геометрия и структура частиц гематитового наполнителя в нем будет изменяться. В связи с этим представляется большой научный интерес изучение возможного изменения фазового состава гематита после воздействия на него такого давления прессования.

2. Изменение фазового состава гематита, подвергнутого воздействию высоких давлений прессования

Изучение изменения фазового состава гематита при воздействии на него высоких давлений прессования было выполнено с помощью рентгеновского фазового анализа с проведением исследований в диапазоне углов 2 с углами 4–125 градусов. На рис. 2 представлена дифрактограмма РФА исходного гематита.

На дифрактограмме РФА исходного гематита (см. рис. 2) были зафиксированы рефлексы при 3,690; 2,705; 2,520; 2,296; 2,209; 1,843; 1,697; 1,601; 1,488; 1,456; 1,313; 1,165; 1,057 Å, которые согласно картотеке [SearchMatch] соответствуют фазе гематита (α-Fe2O3), и рефлексы при 2,885; 2,750; 2,105 Å, соответствующие фазе магнетита (Fe3O4), входящего в состав гематита.

На рис. 3 и 4 представлены дифрактограммы РФА гематита, подвергнутого воздействию давления прессования в 10000 МПа и 20000 МПа.

Из представленных на рис. 3–4 дифрактограмм РФА гематита, подвергнутого воздействию давления прессования до 20000 МПа, видно, что значительных изменений его фазового состава (по сравнению с исходным образцом) не наблюдается. Небольшие изменения рефлексов во многих областях на 1–2 тысячных единицы, соответст-

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

вующие фазам гематита и магнетита, относятся к погрешности проводимых измерений.

Рис. 2. Дифрактограмма РФА исходного гематита

Рис. 3. Дифрактограмма РФА гематита, подвергнутого воздействию давления прессования в 10000 МПа

Рис. 4. Дифрактограмма РФА гематита, подвергнутого воздействию давления прессования в 20000 МПа

Таким образом, можно утверждать, что при получении нового вида строительного композиционного материала при давлениях прессования до 20000 МПа изменения фазового состава гематитового наполнителя при этом происходить не будут, что положительно скажется на целостности общей системы.

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

Так как новые виды строительных радиационно-защитных композиционных материалов планируется получать при высоких давлениях и температурах (в зависимости от используемой матрицы), то, возможно, внутри материала будут возникать высокие температуры, и, соответственно, в дальнейших исследованиях будет представлять большой научный интерес изучение поведения гематита, подвергнутого воздействию высоких давлений прессования при высоких температурах.

3. Дифференциальный термический анализ гематита, подвергнутого воздействию высоких давлений прессования

Ниже приведены результаты дифференциального термического анализа гематита, подвергнутого воздействию высоких давлений прессования до 20000 МПа. На рис. 5–7 представлены термограммы исходного гематита, подвергнутого давлению прессования 10000 МПа и подвергнутого давлению прессования 20000 МПа соответственно.

Из рис. 5–7 видно, что по мере увеличения температуры до 1000ºС явных эффектов не наблюдается: в исходном материале наблюдается снижение массы, равное 1,13 %, а в материалах, подвергнутых высоким давлениям прессования в 10000 МПа и 20000 МПа, – 1,49 % и 1,58 % соответственно.

Рис. 5. Термограмма исходного гематита

Рис. 6. Термограмма гематита, подвергнутого давлению прессования 10000 МПа

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

Рис. 7. Термограмма гематита, подвергнутого давлению прессования 20000 МПа

Из кривых ДТА видны незначительные экзотермические эффекты, а именно: магнетит, содержащийся в гематитовом концентрате, при нагревании дает экзотермический эффект в интервале температур 200–320 С, что соответствует частичному окислению магнетита до маггемита, и экзотермический эффект при температуре 550– 700 С, что характеризуется окислением остаточного магнетита и переходом маггемита в гематит [24–25]. Наблюдаемые изменения незначительны в связи с тем, что магнетита в гематитовом концентрате находится 2,5–3 мас. %, а гематит (α-Fe2O3) является самой устойчивой модификацией оксида железа и при дифференциальном термическоманализе эффектов не дает.

Заключение

Проведенные исследования позволяют сделать вывод, что гематит может быть успешно применен в качестве наполнителя при разработке и получении новых видов строительных композиционных материалов, которые планируют получать при высоких давлениях прессования и высоких температурах (в случае, к примеру, если матрицей композиционного материала будет являться металлизированная система). Данный наполнитель при таких давлениях ведет себя термически стабильно и не меняет свой фазовый состав, что положительно будет сказываться на свойствах всей композиционной системы в целом.

Список литературы

1. Данилов, A.M. Cтроительные материалы как системы / A.M. Данилов, Е.В. Королев, И.А. Гарькина // Строительные материалы. – 2006. – № 7. – С. 55–57.

2.Гарькина, И.А. Синтез композиционных материалов как сложных систем / И.А. Гарькина, А.М., Данилов Э.Р. Домке, Е.В. Королев // Вестник Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). – 2009. – № 4. – С. 48–55.

3.Авраамов, Ю.С. Применение механизмов твердо-жидкофазного взаимодействия с целью получения новых радиационно-защитных материалов / Ю.С. Авраамов, А.Д. Шляпин, А.Н. Кравченков, П.Н. Трубицын // Итоги и перспективы интегрированной системы образования в высшей школе России: образование – наука – инновационная деятельность: труды конференции. – МГИУ – ИТИП РАО – МИИР – ИМБ – МАН ИПТ, 2011. – С. 386–388.

4.Потапов, Ю.Б. Эффективные строительные композиты и конструкции на их основе с комплексом заданных свойств / Ю.Б. Потапов // Промышленное и гражданское строительство. – 2010. – №9. – С. 9–11.

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

5.Данилов, А.М. Материалы специального назначения: выбор элементного состава / А.М. Данилов, Е.В. Королев, А.П. Самошин, В.А. Смирнов // Региональная архитектура и строительство. – 2009. – № 2. – С. 37–40.

6.Болдырев, А.М. Ресурсосберегающие технологии получения металлобетонных строительных композитов / А.М. Болдырев, А.С. Орлов, Е.Г. Рубцова // Изв. вузов.

Строительство. – 2002. – №4. – С. 38–43.

7.Гульбин, В.Н. Строительные материалы для защиты объектов от воздействия электромагнитных излучений / В.Н. Гульбин, В.Ф. Коровяков, Н.С. Колпаков, В.В. Горкавенко // Промышленное и гражданское строительство. – 2014. – № 5. – С. 7–13.

8.Matyukhin P.V. Theoretical preconditions of new kinds of nuclear protective metal composite materials development based on ferric and bismuth oxides capsulated into metallic aluminum matrix / P.V. Matyukhin // International Journal of Applied and Fundamental Research. – 2011. – № 2. – С. 42.

9.Чердынцев, В.В. Металломатричные радиационно-защитные композиционные материалы на основе алюминия / В.В. Чердынцев, М.В. Горшенков, В.Д. Данилов, С.Д. Калошкин, В.Н. Гульбин // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2013. – № 1 (691). – С. 14–18.

10.Королев, Е.В. Серные композиционные материалы специального назначения / Е.В. Королев // Строительные материалы. – 2008. – № 3. – С. 99–106.

11.Матюхин, П.В. Радиационно-защитный конструкционный композиционный материал / П.В. Матюхин // Международный научно-исследовательский журнал. – 2014. – № 9 (28). – С. 40–41.

12.Шейченко, М.С. Современные композиционные радиационно-защитные материалы строительного назначения / М.С. Шейченко, Н.И. Алфимова, Я.Ю. Вишневская // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шу-

хова. – 2017. – № 5. – С. 15–19.

13.Матюхин, П.В. Композиционный материал, стойкий к воздействию высокоэнергетических излучений / П.В. Матюхин, В.И. Павленко, Р.Н. Ястребинский // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шу-

хова. – 2012. – № 2. – С. 25–27.

14.Потапов, Ю.Б. Концептуальный подход к проектированию эффективных композиций на основе модифицированных олигодиенов / Ю.Б. Потапов, Ю.М. Борисов, Д.Е. Барабаш // Научный вестник Воронежского государственного архитектурностроительного университета. Серия: Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения. – 2008. – № 1. – С. 69–74.

15.Баженов, Ю.М. Выбор заполнителя для радиационно-защитных бетонов ва- риатропно-каркасной структуры / Ю.М. Баженов, Е.В. Королев, А.П. Самошин, О.В. Королева // Региональная архитектура и строительство. – 2009. – № 1. – С. 9–13.

16.Гульбин, В.Н. Радио- и радиационно-защитные композиционные материалы с наноструктурными наполнителями / В.Н. Гульбин, Н.С. Колпаков, В.В. Поливкин // Известия Волгоградского государственного технического университета. – 2014. –

Т. 10, № 23 (150). – С. 43–51.

17.Королев, Е.В. Структура и свойства крупнопористых каркасов для радиаци- онно-защитных материалов / Е.В. Королев, О.В. Королева, А.П. Самошин, В.А. Смирнов // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного универ-

ситета. – 2010. – № 1 (13). – С. 308–314.

18.Гуревич, Л.М. Моделирование деформаций при горячей прокатке магниевоалюминиевого композита / Л.М. Гуревич, Ю.П. Трыков, В.Н. Арисова, И.А. Пономарева, Д.В. Щербин // Известия Волгоградского государственного технического университета. – 2015. – № 8 (168). – С. 120–124.

19.Лаптев, Г.А. Разработка технологии изготовления металлобетонов / Г.А. Лаптев, Ю.Б. Потапов, В.Т. Ерофеев // Строительство и реконструкция. – 2015. – № 1 (57). –

С. 123–129.

20.Алфимова, Н.И. Современные тенденции развития радиационно-защитного материаловедения / Н.И. Алфимова, С.Ю. Пириева, А.В. Федоренко, М.С. Шейченко,

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

Я.Ю. Вишневская // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2017. – № 4. – С. 20–25.

21.Баженов, Ю.М. Выбор заполнителя для радиационно-защитных бетонов вариатропно-каркасной структуры / Ю.М. Баженов, Е.В. Королев, А.П. Самошин, О.В. Королева // Региональная архитектура и строительство. – 2009. – № 1. – С. 9–13.

22.Гульбин, В.Н. Исследование структуры и свойств радио- и радиационнозащитных полимерных нанокомпозитов / В.Н. Гульбин, Н.С. Колпаков, В.В. Горкавенко, А.А. Бойков // Электромагнитные волны и электронные системы. – 2018. –

Т. 23, № 1. – С. 4–11.

23.Матюхин, П.В. Неорганический радиационно-защитный металлокомпозиционный материал строительного назначения / П.В. Матюхин // Известия высших учебных заведений. Строительство. – 2007. – № 9. – С. 35–39.

24.Минералы. Простые окислы: справочник: в 5 т. / под ред. Ф.В.Чухрова. – М.:

Наука, 1965. – Т.2, вып.2. – 343 с.

25.Минералы. Сложные окислы, титанаты, ниобаты, танталаты, антимонаты, гидроокислы: справочник: в 5 т. / под ред. Ф.В.Чухрова. – М.: Наука, 1967. – Т.3,

вып.2. – 676 с.

References

1.Danilov, A.M. Building materials as systems / A.M. Danilov, E.V. Korolev, I.A. Garkina // Building materials. – 2006. – № 7. – P. 55–57.

2.Garkina, I.A. Synthesis of composite materials as complex systems / I.A. Garkina, A.M. Danilov, E.R. Domke, E.V. Korolev // Bulletin of the Moscow Automobile and Highway State Technical University (MADI). – 2009. – № 4. – P. 48–55.

3.Avraamov, Y.S. Application of mechanisms of solid-liquid-phase interaction with the aim of obtaining new radiation-protective materials / Y.S. Avraamov, A.D. Shlyapin, A.N. Kravchenkov, P.N. Trubitsyn // Results and prospects of the integrated education system in the higher school of Russia: education – science – innovative activity Proceedings of the conference. – MGIU – ITIP RAO – MIIR – IMB – MAN IPT. – 2011. – P. 386–388.

4.Potapov, Y.B. Effective building composites and structures on their basis with a set of specified properties / Y.B. Potapov // Industrial and civil construction. – 2010. – № 9. – P. 9–11.

5.Danilov, A.M. Materials of a special purpose: the choice of elemental composition / A.M. Danilov, E.V. Korolev, A.P. Samoshin, V.A. Smirnov // Regional architecture and engineering. – 2009. – № 2. – P. 37–40.

6.Boldyrev, A.M. Resursosberegajushchie technologies of reception of metal-concrete building composites / A.M. Boldyrev, A.S. Orlov, E.G. Rubtsova // Izv. universities. Building. – 2002. – № 4. – P. 38–43.

7.Gulbin, V.N. Building materials for the protection of objects from the effects of electromagnetic radiation / V.N. Gulbin, V.F. Korovyakov, N.S. Kolpakov, V.V. Gorkavenko // Industrial and civil construction. – 2014. – № 5. – P. 7–13.

8.Matyukhin, P.V. Theoretical preconditions of new types of nuclear protective metal composite materials based on ferric and bismuth oxides capsulated into metallic aluminum matrix / P.V. Matyukhin // International Journal of Applied and Fundamental Research. – 2011. – № 2. – P. 42.

9.Cherdintsev, V.V. Metallometric radiation-protective composites based on aluminum / V.V. Cherdintsev, M.V. Gorshenkov, V.D. Danilov, S.D. Kaloshkin, V.N. Gulbin // Metallurgy and heat treatment of metals. – 2013. – No. 1 (691). – P. 14–18.

10.Korolev, E.V. Sulfur composite materials of special purpose / E.V. Korolev // Building materials. – 2008. – № 3. – P. 99–106.

11.Matyukhin, P.V. Radiation-protective structural composite material / P.V. Matyukhin // International Scientific and Research Journal. – 2014. – No. 9 (28). – P. 40–41.

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

12.Sheychenko, M.S. Modern composite radiation-protective materials for construction purposes / M.S. Sheychenko, N.I. Alfimova, Y.Y. Vishnevskaya // Vestnik Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov. – 2017. – № 5. – P. 15–19.

13.Matyukhin, P.V. Composite material resistant to high-energy radiation / P.V. Matyukhin, V.I. Pavlenko, R.N. Yastrebinsky // Bulletin of the Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov. – 2012. – № 2. – P. 25–27.

14.Potapov, Y.B. A conceptual approach to the design of effective compositions based on modified oligodenes / Y.B. Potapov, Y.M. Borisov, D.E. Barabash // The Scientific Herald of the Voronezh State Architectural and Construction University. Series: Physicochemical problems and high technologies of building materials science. – 2008. – № 1. – P. 69–74.

15.Bazhenov, Y.M. A choice of a filler for radiation-protective concretes of a variational-frame structure/ Y.M. Bazhenov, E.V. Korolev, A.P. Samoshin, O.V. Koroleva // Regional architecture and engineering. – 2009. – № 1. – P. 9–13.

16.Gulbin, V.N. Radioand radiation-protective composites with nanostructured fillers / V.N. Gulbin, N.S. Kolpakov, V.V. Polivkin // Izvestiya Volgograd State Technical University. – 2014. – T. 10, No. 23 (150). – P. 43–51.

17.Korolev, E.V. Structure and properties of large-pored frames for radiation-protective materials / E.V. Korolev, O.V. Koroleva, A.P. Samoshin, V.A. Smirnov // Izvestiya Kazan State University of Architecture and Civil Engineering. – 2010. – № 1 (13). – P. 308–314.

18.Gurevich, L.M. Modeling of deformations during hot rolling of a magnesiumaluminum composite / L.M. Gurevich, Y.P. Trykov, V.N. Arisova, I.A. Ponomareva, D.V. Shcherbin // Izvestiya Volgograd State Technical University. – 2015. – No. 8 (168). – P. 120–124.

19.Laptev, G.A. Development of the technology of manufacturing of concrete / G.A. Laptev, Y.B. Potapov, V.T. Erofeev // Construction and reconstruction. – 2015. – No. 1 (57). – P. 123–129.

20.Alfimova, N.I. Modern tendencies of the development of radiation-protective material science / N.I. Alfimova, S.Y. Pirieva, A.V. Fedorenko, M.S. Sheychenko, Y.Y. Vishnevskaya // Bulletin of the Belgorod State Technological University named after. V.G. Shukhov. – 2017. – № 4. – P. 20–25.

21.Bazhenov, Y.M. A choice of a filler for radiation-protective concretes of a variational-frame structure / Y.M. Bazhenov, E.V. Korolev, A.P. Samoshin, O.V. Koroleva // Regional architecture and engineering. – 2009. – № 1. – P. 9–13.

22.Gulbin, V.N. Investigation of the structure and properties of radioand radiationprotective polymeric nanocomposites / V.N. Gulbin, N.S. Kolpakov, V.V. Gorkavenko, A.A. Boykov // Electromagnetic waves and electronic systems. – 2018. – Vol.23, No. 1. – P. 4–11.

23.Matyukhin, P.V. Inorganic radiation-protective metal-composite materials for construction purposes / P.V. Matyukhin // News of higher educational institutions. Building. – 2007. – № 9. – P. 35–39.

24.Minerals. Simple oxides: Handbook: In 5 tons / Ed. F.V. Chukhrova. – M.: Nauka, 1965. – Vol. 2, Issue 2. – 343 p.

25.Minerals. Complex oxides, titanates, niobates, tantalates, antimonates, hydroxides: Handbook: In 5 tons / Ed. F.V. Chukhrova . – M.: Science, 1967. – Vol. 3, Issue 2. – 676 p.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

BUILDING STRUCTURES,

BUILDINGS AND CONSTRUCTIONS

УДК 692.522.3

КОНСТРУКЦИЯ, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И РАСЧЕТ МНОГОПУСТОТНОЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ ПЛИТЫ ПЕРЕКРЫТИЯ С ПРО¨МОМ

И.С. Гучкин, Н.Н. Ласьков, Ю.П. Скачков

Приводятся конструкция и способ изготовления пустотной железобетонной плиты перекрытия с технологическим проемом. Рассматриваются особенности проектирования плиты, обусловленные наличием проема и переменной по длине жесткостью поперечного сечения. Анализируется работа шпоночного сопряжения участков плиты на стыке сплошного и пустотного тел. Приводятся выводы и даются рекомендации по изготовлению плит с традиционным армированием и предварительно напряженным.

Ключевые слова: пустотная плита, технологический проем, конструкция, способ изготовления, прочность, трещиностойкость, жесткость, расчет

BUILDING STRUCTURES, BUILDINGS AND CONSTRUCTIONS

STRUCTURE, MANUFACTURING METHOD

AND CALCULATION OF MULTI HOLLOW REINFORCED

CONCRETE SLAB WITH AN OPENING

I.S. Guchkin, N.N. Laskov, Y.P. Skachkov

The design and method of manufacturing a hollow reinforced concrete slab with a technological opening are given. The design features of the slab, due to the presence of opening and variable crosssection stiffness along the length are considered. The work of keys integration of the slab sections at the joint of solid and hollow bodies is analyzed. Conclusions and recommendations are given on the production of slabs with conventional and prestressed reinforcement.

Keywords: hollow slab, technological opening, construction, manufacturing method, strength, crack resistance, rigidity, calculation

В типовых многопустотных плитах перекрытий отсутствует технологический проем, поэтому, когда при строительстве зданий он требуется, плиты приходится заменять на ребристые или сплошные с проемом, что усложняет монтаж перекрытия, увеличивает номенклатуру изделий и ведет к удорожанию объекта. В разработанной, с участием сотрудников кафедры строительных конструкций ПГУАС, пустотной плите [1] технологический проем предусмотрен и предназначен для пропуска воздуховодов в междуэтажных перекрытиях, устройства эвакуационных люков в лоджиях и балконах, люков в перекрытии погребов и спецсооружений.

Плита состоит из двух монолитных тел, пустотного и сплошного сечений, объединенных в единый блок бетонными шпонками, размещенными в предварительно отформованном пустотном теле, и продольными стержнями, расположенными в его нижней части. Сплошное тело плиты содержит технологический проем диаметром 600…700 мм, размещенный на расстоянии 250…350 мм от торца. Монолитное тело по контуру проема армируется отдельными стержнями диаметром не менее 12 мм, размещенными в верхней части сечения, а в продольном направлении по осям крайних пустот – каркасами длиной 400…600 мм из холоднотянутой арматурной проволоки диаметром 4–5 мм с шагом поперечных стержней 50…100 мм. Конструкция, опалубка и армирование плиты показаны на рис.1.

Плиту изготавливают следующим способом. В опалубке размещают каркасы (1, 2), а затем на расстоянии 1,1 м от торца располагают и фиксируют диафрагму (4), разделяя зону бетонирования на два участка – первый и второй. Размещают пуансоны (5), после чего на первом участке укладывают и виброуплотняют бетонную смесь. Затем удаляют пуансоны и диафрагму. В пустоты отформованного бетонного тела устанавливают бетонные заглушки (6). На втором участке размещают вкладыш проема (7), защитный экран (8), стержни (9) и каркасы (10). Укладывают и виброуплотняют бетонную смесь, которая, проникая в пустоты, образует шпонки (11). После набора бетоном распалубочной прочности вкладыш проема и защитный экран извлекают.

Плита рассчитывается на прочность, трещиностойкость и жесткость как обычная типовая, однако имеются некоторые особенности, а именно: в расчетной схеме учитываются переменная жесткость сечения по длине плиты и различная форма поперечного сечения на участках с проемом (1) и без такового (2). При этом прочность и трещиностойкость нормального сечения на изгибающий момент проверяются расчетом на участках 1 и 2, а прочность на действие поперечной силы – на участке 1. Прогиб плиты определяется на участке 2. Все расчеты выполняются в соответствии с требованиями актуализированной редакции СНиП 52-01–2003. Нагрузка на плиту, включая первый и второй участки (см. рис.1), принимается равномерно распределенной.

Особое внимание при проектировании плиты [4] следует уделять прочности шпоночного сопряжения первого и второго участков. При этом размеры бетонных шпонок должны обеспечивать оптимальную работу соединения. Поскольку диаметр шпонки определяется технологическими требованиями, то речь может идти только о ее длине, которая не должна превышать оптимального значения из условий обеспечения плавности сопряжения и нецелесообразности работы шпонки на изгиб в составе сборного элемента. Расчетная схема шпонки показана на рис. 2.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

а

б

Рис. 1. Конструкция плиты:

а – опалубка, армирование; б – основные размеры и сечения

Рис. 2. К расчету бетонной шпонки:

а – схема деформирования плиты; б – расчетная схема бетонной шпонки