Файл: Михайлов В.В. Расширяющийся и напрягающий цементы и самонапряженные железобетонные конструкции.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 221
Скачиваний: 2
расте 1, 3, 7, 14, 28 и 100 суток. Для этого готовили вод ную вытяжку из измельченного цементного камня: образ
цы в указанном возрасте высушивали при |
температуре |
|||
105° С, после чего измельчали и растирали |
в порошок |
|||
в |
фарфоровой ступке; |
порошок тщательно |
взбалтыва |
|
ли |
в дистиллированной |
воде |
и из отстоявшейся затем |
|
жидкости брали пробу |
для |
определения рН. Значения |
рН в указанные сроки твердения для образцов из НЦН
изменялись от |
11,3 до 11,8, и для образцов из НЦ — о т |
11,6 до 12,25. |
При таких значениях рН должна насту |
пать полная пассивация поверхности стальной арматуры. Благоприятные условия для сохранности арматуры в сре де напрягающего бетона будут во всех случаях, если пра вильно запроектирован состав бетона. Это получается автоматически для НЦН и НЦТ, в которых соотношение окислов находится в пределах (1—2) : 1 : (1—2).
Несколько иное положение наблюдается для амери канского К-цемента с соотношением окислов 1,6:1:4 и для алунитового НЦ с соотношением 0,75: 1 :2,5. Амери канские ученые утверждают, что в плотных бетонах на К-цементе, снабженных как продольным, так и попереч ным армированием, не возникают условия, могущие вы звать нежелательную коррозию арматуры.
Японский исследователь И. Оно [142] изучал явле ние коррозии стальных плит, погруженных частично в растворы из портландцемента, извести и (CAS) (10 и 15%), а также в чистый (CAS). В течение одного месяца фиксировали значение водородного фактора — рН рас твора и развитие коррозии стальных плит (взвешивани ем). Значение рН в чистом (CAS) за 1 месяц изменилось с 12 до 9, в то время как для растворов, содержащих 10—
15% (CAS) и известь, |
никаких изменений обнаружено |
не было. Визуальные |
наблюдения показали, что в рас |
творах, содержащих известь, коррозии нет, но она зна
чительна на границе раствор — воздух. |
Интенсивность |
|
ржавления в этой зоне для всех составов |
расширяющих |
|
ся цементов и портландцемента |
совершенно идентична. |
|
Н. Г. Нергадзе [152] исследовала коррозию армату |
||
ры в растворах 1 :3 и бетонах 1 : 1,65 :2,7 |
на АНЦ с со |
|
ставом расширяющего компонента |
(по окислам) 0 : 1 :2,5 |
|
и 0,75: 1 :2,5. В образцы из теста, раствора и бетона ук |
ладывали по два отшлифованных металлических стерж ня из арматурной стали Ст.5 диаметром 13, 30 и 60 мм.
171
|
|
|
Т а б л и ц а |
3.11. |
Сцепление |
бетона с |
арматурой |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Прочность |
в |
кгс/см* в возрасте |
(сутки) |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
№ |
|
28 |
|
|
|
|
180 |
|
|
|
|
|
360 |
|
|
Цемент |
Условия |
твердения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
=г |
|
|||
соста- |
та |
п а ; |
|
|
га |
|
с о ; |
|
|
|
|
та |
|
||||||
|
|
|
|
ва |
|
|
|
к |
- |
R c u - |
' |
о |
|
||||||
|
|
|
|
|
и й> |
и г |
Ксц |
= R |
о CJ |
я- а |
So; |
с о ; |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
о - |
« с |
ц |
— |
|
и я |
|
* = ц — |
|||||||
|
|
|
|
|
та = |
га OJ |
|
|
та =: |
та 3 |
|
|
|
|
та я |
та S |
|
||
|
|
|
|
|
- н |
|
|
S Е- |
|
я ч |
|
|
|
|
я н |
я Ч |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
я ч |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
РЦ |
Нормально-влажное |
|
II |
684 |
37 |
0,054 |
783 |
|
38 |
0,049 |
|
859 |
40 |
|
0,046 |
||||
|
|
|
|
I I I |
605 |
34 |
0,056 |
674 |
|
33 |
0,049 |
|
718 |
36 |
|
0,05 |
|||
|
|
|
|
I V |
487 |
32 |
0,066 |
572 |
|
35 |
0,061 |
|
644 |
36 |
|
0,056 |
|||
|
Нормально-влажное |
до 28 |
I V |
487 |
32 |
0,066 |
514 |
|
32 |
0,062 |
|
571 |
30 |
|
0,052 |
||||
|
суток, затем в агрессивной |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
среде |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пропариваиие |
+ 2 8 |
суток |
I V |
523 |
33 |
0,063 |
539 |
|
29 |
0,054 |
|
560 |
32 |
|
0,057 |
|||
|
с переменной |
влажпо- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
стыо+агрессивная |
среда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
НЦ-600 |
Нормально-влажное |
|
II |
826 |
35 |
0,042 |
820 |
|
32 |
0,039 |
|
762 |
32 |
|
0,042 |
||||
|
|
|
|
I I I |
772 |
32 |
0,042 |
|
|
|
|
|
|
|
710 |
25 |
|
0,034 |
|
|
|
|
|
I V |
526 |
27 |
0,051 |
560 |
|
28 |
0,05 |
|
|
618 |
28 |
|
0,045 |
Во всех образцах стержни |
находились под |
защитным |
||
слоем напрягающего бетона толщиной |
10—20 |
(торцовая |
||
поверхность) и 45—55 мм (остальная |
поверхность). Ре |
|||
жим хранения был водный и влажный |
с ср = 80% |
в тече |
||
ние года в свободном расширении. Исследования |
пока |
|||
зали, что для образцов без |
извести |
во всех случаях |
хранения в воде наблюдалось развитие коррозии и уве личение веса, а дальше процесс замедлялся. В возрасте
6 месяцев и 1 года скорость коррозии составляла |
соот |
ветственно: для раствора 0,114 и 0,056, для бетона |
0,118 |
и 0,061 г/м2сутки. |
|
Для образцов, содержащих известь, в возрасте 6 ме сяцев и 1 года, скорость коррозии составила соответст венно: для раствора 0,08 и 0,073, для бетона 0,07 и 0,02 г/м2 сутки. На образцах стержней, заложенных в бе тон с известью, ржавчина визуально не наблюдалась. Автор приходит к выводу, что путем правильного подбо ра состава АНЦ с добавкой расчетного количества изве сти и обязательного ограничения деформаций при само напряжении можно достигнуть полной сохранности арма туры в бетонах на АНЦ.
Исследования сцепления арматуры с- бетонами на НЦН и НЦТ показали наличие надежного ее сцепле ния с бетоном. Б. 3. Драгунский [154] исследовал сцеп ление бетона (расход НЦ от 500 до 670 кг/м3) с арма турными стержнями при выдерживании в возрасте 28,180 и 360 суток как во влажных условиях, так и в агрессив ной среде; параллельно исследовался бетон на портланд цементе марки 600. Наличие коррозии устанавливали ви зуально. Результаты исследований приведены в табл. 3.11. Как видно, прочность на сцепление во времени для всех образцов остается постоянной. Следов коррозии на арма туре не обнаружено.
Таким образом, сохранность арматуры для различных образцов в среде напрягающего бетона обеспечивается правильным выбором сорта напрягающего цемента и со ставом его расширяющего компонента.
Г л а в а 4
С А М О Н А П Р Я Ж Е Н Н Ы Е Ж Е Л Е З О Б Е Т О Н Н Ы Е К О Н С Т Р У К Ц И И
Разнообразные монолитные и сборные железобетон ные конструкции становятся преднапряженными при применении бетона на напрягающем цементе. Разрабо танные в настоящее время НЦ с энергией самонапряже ния 20, 40 и 60 кгс/см2 делают возможным применение самонапряженного железобетона в различных областях строительства. По условиям эксплуатации самонапря женные железобетонные конструкции и сооружения мо гут быть разделены на три характерные группы.
1.Постоянно эксплуатируемые во влагонасыщенных средах (напорные трубы, резервуары, плавательные бас сейны, подводные сооружения, большинство подземных сооружений и т. д.).
2.Эксплуатируемые в условиях переменной влажно сти (покрытия дорог и аэродромов, полы цехов с перио дическим увлажнением, гидротехнические сооружения, речные и морские причалы и т. д.).
3.Здания и сооружения, эксплуатируемые в естест венных сухих условиях (все остальные конструкции).
Такое разделение необходимо для выбора той или иной энергетической марки напрягающего бетона, а так же той или иной технологии изготовления самонапряжеиной конструкции, поскольку потери самонапряжения от высушивания бетона при пониженной влажности могут достигать 25—30% и более.
Напрягающий цемент является неоценимым материа лом во всех случаях, когда конструкция или сооружение будут эксплуатироваться в условиях жаркого или искус ственно горячего климата и когда возникает опасность их растрескивания от усадки и температурных деформаций.
4.1. СВОБОДНОЕ И СВЯЗАННОЕ РАСШИРЕНИЕ БЕТОНОВ НА НЦ
Для каждого напрягающего бетона имеется свой предел одноосного армирования, выше которого с ростом
174
упругого сопротивления (от арматуры) поперечные де формации начинают резко увеличиваться, сопротивле ние и самонапряжение бетона падать (см. рис. 2.30), а образец (призма) постепенно приобретает бочкообраз
ную форму |
и разрушается. |
|
||
То же можно сказать и и двухосном ограничении рас |
||||
ширения. В |
этом случае |
пределы армирования могут |
||
быть выше |
и, следовательно, возможно |
использование |
||
более активных НЦ. |
|
|
||
Наибольший |
эффект |
самонапряжения |
достигается |
|
при трехосном |
объемном |
сопротивлении |
расширению. |
Для него можно использовать НЦ с очень большой энер гией и достигнуть высоких значений самонапряжения. Упругое ограничение самонапряжения может быть посто янным и временным. Постоянным ограничением является арматура железобетонной конструкции, временным — различные противодействующие расширению элементы: упругоподатливые борта и щиты опалубки или времен ные арматурные стержни, снимаемые после окончания самонапряжения.
В обычном железобетоне стало естественным армиро вание пространственными арматурными каркасами и сет ками; для большинства самонапряженных конструкций такое армирование является обязательным.
Поскольку деформации напрягающего бетона всегда упругоогранпчены, хотя бы в одном направлении, судить о его прочности в конструкции или сооружении можно только по образцам, твердевшим в связанном состоянии, как это описано в приложениях 1 и 2. Однако упругое ограничение деформаций только одной напрягаемой ар матурой, хотя бы и расположенной в трех направлениях, не является достаточной для НЦ большой энергии самонапряження. Действительно, в каждой железобетонной конструкции имеются защитные слои бетона над арма турой, свободные концы и кромки которых находятся в полусвободном состоянии, так как в них лишь косвенно ограничиваются деформации, что создает неминуемое возникновение ослабления структуры и отколы.
В связи с этим при активном НЦ на период ТВО сле дует применять упругоподатливые борта и щиты, защи щающие торцы и кромки бетона от отколов и разруше ния. В США такой бетон, твердеющий при ограничении деформаций, назван «бетоном со связанной деформа цией».
175
|
N |
|
|
Nr |
5 |
|
A |
|
- ^ S t l _ |
Он 0 |
0T |
• •—
~~ ~"~ ~~—• — .
Рис. 4.1. Обобщенный график зависимости сила — деформация самоиапряженного железобетона при растяжении
В результате упругого сопротивления железобетон на напрягающем цементе расширяется в той степени, в ка кой увеличению его объема сопротивляется то или иное количество арматуры. Иными словами, энергия расшире ния НЦ, которая при свободном расширении расходова лась бы на разрушение внутренних связей цементного камня бетона, теперь в значительной степени идет на ра боту деформаций арматуры на растяжение и бетона на сжатие:
Л н ц = 0,5 (РКб + РК) = 0,5 (<гб F6 Хб + ан Fн К) =
=0 , 5 c r e F 6 ( ^ + A ) .
Здесь |
А — работа деформации; |
Р — усилие, |
возникающее в бе |
||||||
тоне и арматуре в результате самонапряження; |
Ха |
и |
"Кц—деформа |
||||||
ции арматуры и |
бетона; |
Fe — площадь |
железобетонной конструк |
||||||
ции; F„ — площадь арматуры в ней. |
|
|
|
|
|
||||
Учитывая, что |
величина малая |
по |
сравнению с |
||||||
Яа и примерно равна |
^ |
=10-10~5 , |
в то |
время как |
|||||
Ха — (200-=-500) Ю - 5 , ею можно |
пренебречь |
и |
считать |
||||||
|
|
|
А = |
0 , 5 П а . |
|
|
|
|
|
Работа эта представляется |
площадью |
треугольника |
|||||||
0 0 Л н О н |
на графике распределения усилий сопротивления |
||||||||
осевому |
растяжению |
обычного |
предварительно-напря |
||||||
женного |
железобетонного |
элемента (рис. 4.1). Пока |
|||||||
внешних сил нет, растяжение арматуры ОиАи |
равно сжа |
||||||||
тию бетона ОвА0, |
созданного самонапряжением. При.при- |
176