Вплив деяких факторів та умов експлуатації на міцність бетону, арматури і залізобетону

Залежність міцності бетону від активності цементу, цементно-водного відношення (Ц/В), якості заповнювачів, яка характеризується коефіцієнтами А і Б, наближено описує формула Боломея

Міцність, мінералогічний і зерновий склад дрібного заповнювача практично не впливають на марку бетону, але дрібні і забруднені піски при незмінній витраті цементу примушують збільшувати водо-цементне відношення в бетоні, що знижує марку. Зменшення (у певних межах) кількості піску дає змогу підвищити марку бетону.

Міцність бетону зростає, якщо замінити гравій щебенем, і також якщо використати щебінь високої міцності, яка для важких заповнювачів повинна перевищувати марку бетону не менш як в 1,5 раза. Ця вимога не поширюється на такі заповнювачі, як керамзит, вапняки і деякі інші.

Введенням у бетон добавок поліпшують його легкоукладальність, прискорюють наростання міцності, регулюють строки тужавіння і збільшують міцність готових елементів, а також поліпшують зчеплення бетону з арматурою і нового бетону із старим, зменшують тепловиділення під час тверднення і водопроникність бетону. Добавками можна забарвлювати бетон, по­ліпшувати його стійкість в особливих умовах експлуатації тощо.

Для поліпшення рухомості і легкоукладальності бетонної суміші при тому самому вмісті води або для зниження потреби у воді при заданій рухомості вводять у дуже малих дозах так звані пластифікуючі добавки – сульфітно-спиртову барду, милонафт, омилені жирні кислоти тваринного або рослинного походження тощо. Однак ці добавки, що більшою чи меншою мірою вбирають повітря, небажані, коли треба дістати щільний, високоміцний бетон для роботи в агресивному середовищі. Вони, як і всякі органічні домішки до бетону, не підвищують його міцності, але компенсують це зниженням водо-цементного відношення, позитивним впливом на формування структури цементного каменю, сприяють підвищенню морозостійкості і водонепроникності бетону.

Цементний розчин, що застосовується для заповнення каналів, де розміщено попередньо напружену арматуру, повинен бути пластичним і давати малу усадку під час тверднення. Вода не повинна в ньому відшаровуватися. Цим вимогам відповідає добавка тонкомеленої золи (до 30 %) з високим вмістом SіО₂ і близько 1 % алюмінієвого порошку для деякого спучування розчину під час його тужавіння.

Добавки – прискорювачі тверднення значно підвищують міцність бетону в ранньому віці, що надто важливо при заводському виготовленні виробів. Такою добавкою найчастіше буває хлористий кальцій СаС ₁₂, який підвищує одно-, дводобову міцність бетону на 50–100 % і не робить помітного кородуючого впливу на звичайну арматуру.

Однак у попередньо напружених конструкціях, армованих дротом тоншим від 4–5 мм, чи таких, що експлуатуються при підвищеній вологості, перебувають під впливом блукаючих струмів або мають оцинковані закладні деталі, застосування СаСl2 небажане. Крім того, збільшення кількості СаС12 понад 1,5–2% від ваги цементу підвищує усадку бетону.

Агресивну дію хлористих добавок на арматуру можна зменшити, вводячи їх не з водою замішування, а обробляючи ними заповнювачі. Для підвищення поверхневої міцності бетону рекомендуєтьсяобробляти його кремнефтористоводневою кислотою та її солями (флюатування, акратування та ін.).

До технологічних факторів,що підвищують марку бетону,належать:

­ підвищення інтенсивності перемішування бетонної суміші в бетономішалках вільного падіння або, краще, в бетономішалках примусової дії, а ще краще – при віброперемішуванні;

­ повторне вібрування і видалення повітря як з суміші, так ї розчиненого у воді замішування;

­ збільшення частоти, амплітуди і тривалості віброущільнення, дію величини привантаження під час формування виробів, тривалості вистоювання суміші до її ущільнення, а також тверднення бетону під захисними плівками або – ще краще – в герметичних формах-обоймах;

­ правильний вибіррежиму витримування і волого-термічної обробки виробів і т. п.

Несприятливо впливають на міцність бетону:

­ забруднення (особливо органічними речовинами) цементу і заповнювачів;

­ заморожування бетону в ранньому віці. Воно дуже знижує здатність бетону до нарощування міцності після відтавання, але якщо перед заморожуванням бетон встиг набрати близько 70%проектноїміцності,то післявідтаваннявоназростаєт нормально;

­ сухе зберігання виробів у ранньому віці;

­ вилуговування бетону (вимивання гідрату окису кальцію) під дією фільтрівної, особливо м'якої води;

­ насичення бетону водою (у водонасиченому стані його міц­ність на 10–12% нижча, ніж у повітряносухому);

­ просочування бетону мінеральними маслами;

­ перегрівання бетону, особливо жирного.

Заслуговує на особливу увагу явище седиментації (осідання) заповнювача в бетонній суміші і витискування води вгору. Це призводить до внутрішнього розшарування бетону, утворення мікро-, а потім і макротріщин.

Наслідком розшарування є неоднорідність міцнісних і деформаційних властивостей по висоті бетонованого шару, початкові ексцентриситети в гнучких стояках, відмінність властивостей бетону у напрямах, перпендикулярних і паралельних бетонуванню.

Тому, зокрема, розраховуючи міцність залізобетонних центральних і позацентрово стиснутих елементів, що бетонуються у вертикальному положенні (монолітних колон і стін, панелей, що виготовляються касетним способом), значення опорів бетону стискові(R_пр; R₃) зменшують множенням на коефіцієнт умов роботи m_б = 0,85.

Зауважимо, що через малу об'ємну вагу керамзиту в керамзитобетонній суміші не буває явища седиментації і тому немає капілярів розміром до 50–100 (і, що утворюються над важкими заповнювачами, які осідають).

Отже, факторами, що збільшують міцність бетону, є підвищення активності в'яжучого і щільності бетону та усунення причин утворення або розвитку початкових мікротріщин.

Арматура. її найчастіше зміцнюють витягуванням, волочінням і термічною обробкою.

Витягування здійснюють на спеціальних установках, у затискачах, в яких арматурні стержні спершу закріплюють, а потім розтягують до заданих напруг, що перевищують границю текучості і заданих відносних видовжень. Гірше, коли витяжку контролюють лише за напругами або тільки за видовженнями. Гірше, коли витяжку контролюють лише за напругами або тільки за видовженнями. Ефект витягування добре ілюструє порівняння рядків 2 і 6а, б, 3 і 7а, б, в таблиці 1.2.

Зміцнення сталі під час холодної обробки зв'язане із змінами в її кристалічній структурі за границею текучості і називається наклепом, або нагартуванням.

Волочінням обробляють арматурну сталь класу А-І, протягуючи стержні крізь серію фільєрів – пластин з каліброваними отворами, кожний з яких має послідовно менший діаметр. В результаті дістають холоднотягнутий дріт діаметром від 3 до 8 мм, міцність якого (в кгс/см) тим вища, чим менший діаметр, тобто чим більше протяжок крізь фільєри було зроблено.

Термічне зміцнення полягає в нагріванні стержнів до 900– 1000 °С, після чого їх швидко охолоджують у воді, а потім, після нового нагрівання до 350–400 °С поступово охолоджують на повітрі.

У результаті такого зміцнення, сталь класу А-ІІ або А-ІІІ за міцністю переходить у класи Ат-ІV, Ат-V, Ат-VІ, розрахункові опори яких при розтягуваннів 2–2,5 раза більші, ніж до термічної обробки.

До факторів, що знижують міцність арматурних сталей, насамперед належить корозія поверхнева і так звана міжкристалічна. Обидва ці види корозії особливо небезпечні для високоміцних тонких дротів. Так, площа шару корозії товщиною 0,1 мм, що становить лише 1,5 % від площі поперечного пере­різу стержня діаметром 26 мм, зростає до 13 % для дроту діа­метром 3 мм.

Оскільки міжкристалічна корозія сталі виникає під час відносно високих розтягальних напруг, високоміцний дріт не можна згортати в бухти діаметром менш як 2–2,5 м. Після натягу дроту на бетон, канали в бетоні, всередині яких знаходиться напружений дріт, негайно заповнюють (ін'єктують) цементним розчином. Дротову обмотку вкривають антикорозійними лаками, торкрет-бетоном і т. п.

Нагрівання високоміцних дротів до 300 ^оС не знижує їх міцності, іде при 600 °С вона падає до 10 % від тимчасового опору.

Залізобетон. Розгляд факторів, що збільшують або знижують несучу здатність залізобетонних елементів, можна було б обмежити вказівкою на те, що всі фактори, які поліпшують бетон і арматуру, мають таке саме значення і для залізобетону. Однак не слід забувати, що залізобетон – це не проста сума складових його матеріалів.

Про важливість зчеплення бетону з арматурою вже було сказано. Слід ще звернути увагу на залежність зчеплення під розташування арматурних стержнів відносно напряму бетонування і від місця їх знаходження в нижній чи верхній частці бетонованого зверху елемента. Така залежність є наслідком седиментації важких заповнювачів (хоч періодичність профілю арматурних стержнів згладжує її несприятливий вплив.

При горизонтальному розташуванні стержнів, особливо спарених, у структурі бетону під ними виникають дефекти, які не тільки погіршують його зчеплення з арматурою, а й знижують водонепроникність через утворення каналів-свищів.

Підвищення марок бетону і сталі збільшує несучу здатність залізобетонних елементів, але по-різному і неоднаковою мірою. Так, в елементах, що зазнають згину, чим нижча марка сталі і менший процент армування, тим вплив підвищення марки бетону менший (дивись формулу 2.3). Тому при будь-яких марках сталі і процентах армування для ненапружуваних елементів, що зазнають згину, застосовувати бетон марки вищої під «300» не слід.

При підвищенні марки бетону до «500» і «600» треба мати на увазі, що його пластичність зменшується, форма епюри напруг у стиснутій зоні бетону стає ближчою до трикутної, ніж до прямокутної, межі переармування стають меншими (дивись табл. 6). Тому приріст несучої здатності балки з бетону марки «500» порівняно збалкою з бетону марки «400» становить лише 3 %, а з бетону марки «600» порівняно з маркою «500»– 4 % (арматура в усіх шшадклх однакова – із сталі класу А-Ш), тобто ефективність балок па високомарочних бетонах відносно невелика.

Правда, додаткові дослідження, можливо, виявлять нові д­ні про роботу таких балок – будуть уточнені положення нейтрального шару, роль розтягнутого бетону, жорсткість і тріщиностійкість, що зробить застосування високомарочних бетонів і економічно, і інженерно виправданим.

Зате несуча здатність елементів, що зазнають згину, майже прямо залежить від марки сталі, від її розрахункового опору, що видно з формули (2.10).

У центрально стиснутих елементах, навпаки, вирішальну роль відіграє марка бетону, матеріалу дешевшого, ніж сталь, а збільшення процента армування і марки сталі впливає менше. У центрально розтягнутих елементах бетон взагалі не бере участі в роботі, а вплив зміни марок бетону і сталі на несучу здатність позацентрово стиснутих елементів залежить від величини ексцентриситета і способу (симетрично або несиметрично) армування. І

При однакових площах поперечного перерізу двох балок вища несуча здатність тієї з них, висота перерізу якої більша, а ширина менша. Але це не означає, що завжди кращебрати високівузькібалки. Навпаки, вних важко розміститиарматуру,якапотрібна; за розрахунками, тайбетонуватибалку вположеннінаребро важко. Якщо робочу арматуру розміщують вкількарядів; по висоті, то стержні, найбільш віддалені від розтягнутої грані, працюють неповноцінно, а умови бетонування таких балок ще гірші. Збільшення висоти перерізу (тобто потовщення) плит значно збільшує їх вагу і, отже, знижує корисну несучу здатність. Такі товсті плити більшою мірою несуть власну вагу,ніж корисне навантаження. Значно легші ребристі і особливо часторебристі плити.

Вийняток становлять відносно товсті плити монолітних безбалочних перекриттів, які мають ряд цінних переваг перед монолітними ребристими (простота опалубки та армування, гладка стеля, архітектурна виразність, більша несуча здатність за ра­хунок просторовості роботи тощо).

Фундаменти під колони, що стоять окремо, робити з бетону марки вище «200» нераціонально, бо вони будуть невиправдано низькими і доведеться збільшити витрату арматури.

Дата добавления: 2014-01-07