THE USE OF COMPOSITE MATERIALS IN THE DEVICE TECHNOLOGY OF BORED PILES IN THE CASING

Abstract


The article describes one of the main problems of pile foundation on the basis of precast concrete piles - they cannot be defect-free dive-related, primarily, with complex ground conditions. This problem leads to the need to produce felling heads piles with non-project immersion ("aspiring pile") or a pile hammer understudy. An alternative to the use of driven piles are bored piles. The article presents a detailed classification of bored piles, the analysis and comparison of the characteristics of steel and fiberglass, which suggests the expansion of the scope of the latter in the field of construction and, in particular, when the pile foundation. The uniqueness of fiberglass in comparison with any other material used as a casing, is the possible combination of properties which will create bored piles with increased strength characteristics. Technology device bored piles in the casing made of fiberglass, proposed by the authors, corrosion resistance and frost resistance are not inferior designs, which are made entirely of polymer materials, and strength, rigidity and stability are superior to polymeric materials and are not inferior to steel. The main physical meaning of the method of creation of bored piles in the casing made of fiberglass is as follows: sealed fiberglass shell (fiberglass pipes) protects concrete pile from the external environment that determines its durability, acts as a reinforcement, perceiving mechanical loads and simultaneously performs the function formwork, which keeps the heat inside the concrete mix design, thanks to the low thermal conductivity, which improves the quality of work performed in accordance with the schemes of operational quality control.

Full Text

Свайные фундаменты в сравнении с другими известными и применяемыми на сегодняшний день типами фундаментов признаны эффективными. Эффективность свайного фундамента достигается за счет высокой эксплуатационной надежности, жесткости, относительно низкой материалоемкости, высокой индустриальности производства, возможности круглогодичного ведения работ. Однако, используя свайные фундаменты на основе забивных железобетонных свай, не всегда возможно обеспечить их бездефектное погружение. Наиболее распространенный дефект, возникающий при забивке свай, связан чаще всего со сложными грунтовыми условиями и приводит к разрушению оголовка. Данный вид дефектов обусловливает необходимость производить срубку голов свай с непроектным погружением («недобитые сваи») или забивать сваю-дублер. При строительстве отдельных объектов объем срубки голов «недобитых свай» и забитых свай-дублеров составляет 12-18 % всего объема погружаемых свай [1]. Альтернативой использования забивных свай являются буронабивные сваи. Как и при работе с другими типами фундаментов, устройство фундаментов на буронабивных сваях должно соответствовать основным задачам фундаментостроения зданий и сооружений. Фундаменты зданий и сооружений должны отвечать следующим требованиям: 1) техническая выполнимость в данных конкретных условиях; 2) целесообразность для данного объекта; 3) эксплуатационность; 4) оптимальность с экономической точки зрения для проектируемого объекта; 5) надежность и экологическая безопасность. При устройстве фундаментов должны учитываться естественные и технологические процессы, связанные со строительством и эксплуатацией здания или сооружения в пределах нормативных сроков. Анализ периодической, нормативной литературы, а также патентов в области исследования позволил авторам статьи прийти к следующему заключению: на территории Российской Федерации композитные материалы, а именно - стеклопластики, не применяются в качестве обсадных труб при устройстве буронабивных свай (рисунок). Поэтому дальнейшей задачей исследования было рассмотрение и возможность применения стеклопластика в качестве обсадной трубы. Стеклопластик - стеклонаполненный композиционный материал, состоящий из наполнителя (стекловолокна - стеклянных нитеобразных волокон, ткани или мата) и связующего - полиэфирной смолы определенного вида [2-6]. Наполнитель выполняет армирующую функцию и обеспечивает требуемую прочность. Полиэфирная смола придает материалу монолитность, способствует эффективному использованию прочности стекловолокна и распределению усилий между волокнами, защищает стекловолокно от агрессивных сред [7-14]. Уникальность стеклопластика в сравнении с любым другим материалом, применяемым в качестве обсадных труб, заключается в возможном сочетании свойств, которое позволит создавать буронабивные сваи с повышенными прочностными характеристиками. Сравнительная характеристика свойств стали, как наиболее распространенного материала, используемого в качестве обсадных труб, и стеклопластика приведена в табл. 1. Анализ и сопоставление характеристик стали и стеклопластика позволяют предположить расширение области применения последнего в сфере строительства, в частности при устройстве свайного фундамента [15, 16]. Стеклопластик обладает следующими необходимыми свойствами, позволяющими рассмотреть возможность его применения в качестве обсадных труб для выполнения буронабивных свай [4, 7, 17-20]: - малый удельный вес, что делает его удобным для транспортировки (уменьшение транспортных затрат, а также затрат, связанных с погрузочно-разгрузочными работами и монтажом); - диэлектрические свойства (стеклопластик - электроизоляционный материал при использовании как переменного, так и постоянного тока); - высокие механические свойства (определяются характеристиками наполнителя и прочностью его связи со связующим материалом); - теплоизоляционные свойства (стеклопластик является материалом с низкой теплопроводностью, что позитивно отражается на условиях выдерживания бетонной смеси в период набора прочности бетоном); - высокая коррозионная стойкость (стеклопластик не подвергается электрохимической коррозии, стоек к воздействию концентрированных кислот и щелочей). Характеристика химической стойкости стеклопластика к агрессивным средам приведена в табл. 2. Технология устройства буронабивных свай в обсадных трубах из стеклопластика, предлагаемая авторами, по коррозионной стойкости и морозостойкости не уступает конструкциям, которые выполнены полностью из полимерных материалов, а по прочности, жесткости и устойчивости превосходит полимерные материалы и не уступает стали. Рис. Классификация буронабивных свай Fig. Classification of bored piles Таблица 1 Сравнительная характеристика свойств стали и стеклопластика Table 1 Comparative characteristics of the properties of steel and fiberglass Характеристики Материал Сталь Стеклопластик Плотность, кг/м3 7800 1800-1900 Модуль упругости, ГПа 210 55 Удельный модуль упругости, км 2692 2895-3056 Предел прочности (для металлов предел текучести) при растяжении, МПа 240 1700 Удельный предел прочности (для металлов предел текучести), км 3,1 89-94 Отношение усталостной прочности к статической (число циклов 107) 0,26 0,29 Теплопроводность при 20 ºC, 64 0,75 Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом·м проводник 1,0·1010 Коэффициент линейного расширения, ·106 град-1 11,9-14,2 0,45-8,3 Гигроскопичность, % - 0,5 Стойкость к воздействию химически агрессивных сред, солевых растворов не стоек; требуются мероприятия по защите от коррозии стоек Эксплуатационные затраты требуются регламентные работы не реже 1-2 раза в год восстановление цветовой окраски по мере снижения ее интенсивности Возможность реализации архитектурно-дизайнерских решений требуется дорогостоящая реконструкция оборудования требуется изготовление недорогой технологической оснастки Таблица 2 Характеристика химической стойкости стеклопластика к агрессивным средам Table 2 Characteristics of the chemical resistance of fiberglass to hostile environments № п/п Наименование Максимальная концентрация, % Максимальная температура эксплуатации, °C 1 Соляная кислота без ограничения концентрации 40…110 в зависимости от концентрации 2 Серная кислота 75 40…105 в зависимости от концентрации 3 Азотная кислота 35 25…65 в зависимости от концентрации 4 Смесь кислот: соляная/плавиковая 25/6 или 36/1 40 и выше в зависимости от концентрации 5 Фосфорная кислота без ограничения концентрации 180 6 Гипохлорит натрия 18 % активного хлора 80 7 Едкий натр без ограничения концентрации 80 8 Едкий калий 45 65 9 Хлорное железо без ограничения концентрации 180 10 Полиоксихлорид алюминия без ограничения концентрации 180 Основной физический смысл метода создания буронабивных свай в обсадных трубах из стеклопластика заключается в следующем: герметичная стеклопластиковая оболочка (стеклопластиковая труба) надежно защищает бетонную сваю от воздействия внешней среды, что определяет ее долговечность, выполняет функции арматуры, воспринимая механические нагрузки и одновременно выполняет функцию опалубки, которая удерживает тепло бетонной смеси внутри конструкции благодаря низкой теплопроводности, что позволяет повысить качество выполняемых работ в соответствии со схемами операционного контроля качества.

About the authors

A. S Vshivkov

Perm National Research Polytechnic University

T. M Bochkareva

Perm National Research Polytechnic University

References

  1. Пономарев А.Б., Соловьев А.В., Богомолова О.А. К вопросу определения расчетной нагрузки на сваю // Актуальные проблемы геотехники: сб. ст., посвященный 60-летию профессора А.Н. Богомолова. - Волгоград, 2014. - С. 159-165.
  2. Михайлин Ю.А. Термоустойчивые полимеры и полимерные материалы. - СПб.: Профессия, 2006. - С. 267-272.
  3. Петрова Г.Н., Бейдер Э.Я. Конструкционные материалы на основе армированных термопластов // Российский химический журнал. - 2010. - Т. LІV, № 1. - С. 30-40.
  4. Давыдова И.Ф., Кавун Н.С. Стеклопластики - многофункциональные композиционные материалы // Авиационные материалы и технологии. - 2012. - № 5. - С. 253-260.
  5. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология / М.Л. Кербер, В.М. Виноградов, Г.С. Головкин [и др.]. - СПб.: Профессия, 2011. - С. 32-33.
  6. Петрова Н.А. Стеклопластики и их сырьевое обеспечение в России // Полимерные материалы. - 2008. - № 11. - С. 33-36.
  7. Гращенков Д.В., Чурсова Л.В. Стратегия развития композиционных и функциональных материалов // Авиационные материалы и технологии. - 2012. - № 5. - С. 231-242.
  8. Михайлин Ю.А. Термореактивные связующие ПКМ // Полимерные материалы. - 2008. - № 10. - С. 14-19.
  9. Володин К.Е., Изотова Т.Ф., Малышенок С.В. Термопластичные заполнители для многослойных конструкций // Авиационные материалы и технологии. - М.: ВИАМ, 2004. - С. 19-21.
  10. Барботько С.Л., Вольный О.С., Изотова Т.Ф. Математическое моделирование тепловыделения при горении для полимерных композиционных материалов различной толщины // Пожаровзрывобезопасность. - 2007. - Т. 16, № 4. - С. 16-20.
  11. Marsh G. 50 years of reinforced plastic boats // Reinforced plastics. - 2006, 8 October.
  12. Car of the future in plastics // The Mercury. - Hobart, Tasmania, 1946.
  13. Bank L.C. Composites for construction: structural design with FRP materials. - John Wiley & Sons, 2006.
  14. Residual strength testing in pultruded FRP material under a variety of temperature cycles and values / S. Russo, B. Ghadimi, K. Lawania, M. Rosano // Composite Structures. - 2015. - Vol. 133. - P. 458-475.
  15. Nawy E.G. Fundamentals of high-performance concrete. - John Wiley and Sons, 2001.
  16. Gordon J.E. The New Science of Strong Materials: Or Why You Don't Fall Through the Floor. - Penguin Books Limited, 1991.
  17. Преображенский А.И. Стеклопластики - свойства, применения, технологии // Главный механик. - 2010. - № 5. - С. 27-36.
  18. Lamm M. The Fiberglass Story // Invention & Technology Spring. - 2007. - Vol. 22, iss. 4.
  19. Mayer R.M. Design with reinforced plastics. - Springer, 1993.
  20. Кноп А., Шейб В. Фенольные смолы и материалы на их основе. - М.: Химия, 1983. - 280 с.

Statistics

Views

Abstract - 23

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2016 Vshivkov A.S., Bochkareva T.M.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies