ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ АРМИРУЮЩЕЙ СИНТЕТИЧЕСКОЙ ФИБРЫ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СЕГМЕНТОВ СТВОЛОВ ШАХТ /Бетон и Железобетон 2012-1/

Благодаря своим положительным качествам — высокая прочность при растяжении и на срез, ударная и усталостная прочность, трещиностойкость и вязкость разрушения, сопротивление кавитации, жаропрочность и пожаростойкость — фибробетон все чаще находит широкое применение в различных областях строительства.

 

Участвуя в программе строительства комплекса водоотведения и канализации СПб, ЗАО «Метробетон» производит железобетонные сегменты для вертикальных шахтных стволов, сооружаемых при помощи механизированного стволопроходческого комплекса фирмы Херренкнехт.

Вертикальный ствол состоит из колец, которых может быть от 60 до 90 шт. по высоте, наружный диаметр ствола — 8,4 м, внутренний диаметр ствола — 7,7 м, количество сегментов в кольце — 4 шт.

Отдельный сегмент (фото 1) имеет следующие характеристики:

•ширина — 1 м

•длина по наружной дуге — около 6,6 м

•толщина сегмента — 350 мм

•объем сегмента — 2,213 м³

•средняя масса — 5,7 т

Арматурный каркас в стандартном исполнении состоит из де­сяти плоских каркасов и около 100 отдельных гнутых элементов (фото 2). Средняя масса каркаса — 330 кг. Сборка объемного ар­матурного каркаса осуществляется на кондукторе, время сборки около 4 часов.

Перед началом производства колец шахтного ствола № 423А заказчиком фирмой СТИС для ЗАО «Метробетон» была поставлена задача изготовить сегменты без стальной арматуры, которые будут установлены в зоне пересечения коллекторного тоннеля с вертикальным шахтным стволом, с целью облегчения входа щита в ствол и снижения нагрузки на режущий элемент тоннелепроходческого комплекса.

С целью решения поставленной задачи специалистами ЗАО «Метробетон» было принято решение об изготовлении сегментов шахтного ствола из бетона, армированного синтетическим волокном марки BarChip. Технические характеристики волокна приведены в табл. 1

В лаборатории завода были проведены работы по подбору состава фибробетонной смеси (табл. 2)

Приготовление фибробетонной смеси производилось в смесителе принудительного пере­мешивания с подачей основных компонентов в автоматическом режиме, а армирующего волокна вручную (фото 3). При этом были достигнуты высокая однородность распределения фибры по объему, без образования «ежей», а также необходимая удобоукладываемость бетонной смеси.

В результате экспериментальных работ и исследований в лаборатории получен высокопрочный фибробетон со следующими характеристиками:

•прочность на осевое сжатие — 77,6 МПа (В60)

•прочность на растяжение при раскалывании — 3,0 МПа

•прочность на осевое растяжение — 3,95 МПа

•прочность на растяжение при изгибе — 6,6 МПа

Формование сегментов обделки производилось по ви­брационной технологии в ста­ционарных формах (фото 3). Однородная фибобетонная смесь с подвижностью 16 см равномерно распределялась по всему объему формы без признаков расслоения и водоотделения.

В соответствии с технологией производства твердение бетона изделий осуществляется в естественных условиях (t=22 ⁰C, w=53 %) в течение 24 часов без подачи тепла извне.

Распалубка и складирование изделий (фото 4) производились через 24 часа, после достижения бетоном прочности от 23 до 37 МПа.

Необходимая расчетная площадь поперечного сечения ар­матуры растянутой зоны — 

Фактически получен сегмент, в котором роль арматурного каркаса выполнила синтетическая армирующая фибра в количестве 18 кг на 1 сегмент.

Преимущества и недостатки:

•отсутствие трудозатрат на изготовление арматурного кар­каса;

•отсутствие затрат на закупку и содержание оборудования для арматурного цеха;

•стоимость армирующего волокна ниже стоимости арматурного каркаса;

•увеличение трудозатрат на изготовление бетонной смеси;

•увеличение времени перемешивания бетонной смеси;

•необходимость закупки дозирующего оборудования для фи­бры.

Вследствие наличия карманов под стяжные болты на спинке сегмента, затруднен уход за бетоном в процессе твердения, что приводит иногда к об­разованию усадочных трещин на спинке изделия (фото 5). При применении для изготовления сегментов фибробетона наблюдалось полное отсутствие усадочных трещин в проблемных зонах (фото 6).

Высокие характеристики, которыми обладает фибробетон, подтверждают, что данный материал является в большей мере универсальным материалом.

Основной проблемой широкого применения данного материала в России является отсутствие норм уровня СНиПа и стандартов для фибробетонов.

На сегодняшний день благодаря проведенной работе НИИЖБ совместно с ЛенЗНИИЭП, МНИИТЭП, ЦНИИпромзданий, ООО «Фибробетон», Центральным банком РФ и другими организациями в нашей стране разработан ряд рекомендательных документов. Это ВСН 56 97, РТМ-17 01 2002, РТМ-17 02 2003, РТМ-17 03 2005, ВНП-001 01 Банка России. Данная нормативная база позволяет проектировать и применять строительные конструкции из сталефибробетона и стеклофибробетона.

В НИЦ ЦНИИС «Тоннели и метрополитены» ведутся работы по программе создания сборной водонепроницаемой обделки из фибробетона, армированного синтетическим волокном Barchip. В ОАО НИПИИ «Ленметрогипротранс» разработана «Комплексная программа по разработке новых конструкций и технологий сооружения Петербургского метрополитена на основе фибробетона». По итогам данных работ строители надеются получить ТУ на фибробетон, а так же отраслевой стандарт на расчет и проектирование обделок из фибробетона.