книги из ГПНТБ / Кудрявцев, А. А. Предварительно-напряженный керамзитобетон

в которых наблюдалось проскальзывание прядей перед разрушением, были получены величины условных напря­ жений сцепления на участке заделки арматуры. Эти величины являются средними значениями напряжений сцепления по длине участка анкеровки. В действитель­ ности распределение напряжений сцепления имеет более сложный характер. Максимальное напряжение может существенно превышать указанные величины Ron- Вели­ чины Ясц были получены делением усилия в арматуре в месте прохождения крайней трещины на площадь поверх­ ности арматуры на опорном участке длиной I (рис. 5):

крайней трещины.

Значение о / вычисляли исходя из опытных величин М °п в средней части балки между точками приложения усилий1

Значения высоты сжатой зоны х определяли из опыт­ ных значений разрушающих моментов, принимая при­ ближенно прямоугольную эпюру напряжений в сжатой зоне:

Форма эпюры напряжений на значениях напряжений аа сказывается не существенно.

Полученные таким способом величины условных на­ пряжений сцепления Rcц для прядей диаметром 9, 12 и 15 мм показаны на рис. 5 в виде функции от кубиковой прочности бетона R. Из расположения кривых видно, что с увеличением диаметра прядей прочность сцепления их с керамзитобетоном снижается. Прочность сцепления прядей диаметром 12 и 15 мм резко возрастает с увели­

1 Все буквенные обозначения в формулах приняты в соответ­ ствии с главой СНиП по проектированию бетонных и железобетон­ ных конструкций.

2 0

чением прочности керамзитобетона в пределах 320— 450 кгс/см2. При изменении прочности керамзитобетона в диапазоне 200—300 кгс/см2 прочность сцепления Ясц изменяется незначительно.

На графике (см. рис. 5) приведено сопоставление прочности сцепления прядей с керамзитобетоном и таких же прядей с тяжелым бетоном, определенной Михайло­ вым К. В. и Городницким Ф. М. [14].

Из представленных данных можно заключить, что при одинаковой прочности на сжатие прочность сцепле­ ния прядей с керамзитобетоном и тяжелым бетоном поч­ ти одинакова.

Однако следует отметить, что прочность сцепления прядей ЯСц с керамзитобетоном (а также и с тяжелым бетоном) в 5—8 раз ниже прочности сцепления стержне­ вой арматуры периодического профиля с бетоном такой же прочности. При проектировании конструкций с прядевой арматурой это обстоятельство следует учитывать. Во-первых, в предварительно-напряженных керамзитобетонных элементах, армированных прядями, не следует допускать образования наклонных трещин вблизи опор. Во-вторых, для элементов из конструктивного керамзи­ тобетона при действии на них сосредоточенных сил вблизи опор должна быть обеспечена трещиностойкость приопорных участков по нормальным сечениям, в том числе на участке длины зоны анкеровки.

Г Л А В А Т Р Е Т Ь Я 1

ПОТЕРИ

ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В АРМАТУРЕ

1.Потери напряжения при обжатии бетона

Впроцессе передачи предварительных напряжений на бетон в арматуре происходят потери напряжений благодаря проявлению бетоном так называемых пласти­ ческих деформаций. Кроме того, в элементах с внецентренно расположенной напрягаемой арматурой при передаче напряжений на бетон наблюдается их пере­ распределение по высоте сечения,

21

Потери напряжений от пластических деформаций при отпуске напряжений в арматуре были эксперимен­ тально определены на керамзитобетонных элементах, армированных стержневой арматурой класса А-V. Керамзитобетон применяли на кварцевом песке. Одна

Рис. 6. Влияние относительно­ го обжатия бетона на потери напряжения при отпуске на­ тяжения

группа элементов имела верхнюю и нижнюю напрягае­ мую арматуру, другая группа — только нижнюю напря­ гаемую арматуру.

Отпуск напряжения в арматуре осуществлялся плавно в течение 3—5 мин. Модуль упругости керамзитобетона определяли на призмах, изготовленных одновременно с элементами. Деформации бетона измеряли на уровне верхней и нижней арматуры до отпуска и сразу после отпуска напряжений.

Потери напряжения в арматуре при отпуске напря­ жения вычисляли по зависимости

в процессе отпуска напряжения арматуры; 8уп— упругие деформации бетона, найденные из вы­

ражения

Ев ’

где Об— напряжения обжатия бетона аб = Мш/.Рб; Еб — начальный модуль упругости бетона, получен­

ный экспериментально при испытании призм. Определенные таким способом потери напряжений от

22

пластических деформаций керамзитобетона приведены на рис. 6 в зависимости от относительного обжатия бе­ тона на уровне центра тяжести напрягаемой арматуры. Как видно из расположения точек на рис. 6, в предвари­ тельно-напряженных элементах при передаче усилий на бетон заметные потери напряжений проявляются лишь

вслучае, если относительное обжатие более 0,3 Rq. При относительном обжатии конструктивного керамзитобето­ на, равном Об/^о=0,5, потери напряжений благодаря пластическим деформациям не превышают 150 кгс/см2.

На основании экспериментальных данных получена аналитическая формула определения потери напряжения

вконструктивном керамзитобетоне при передаче усилий на бетон

формула (6) удовлетворительно согласуется с опытными данными.

2. Усадка керамзитобетона

Особенность структуры керамзитобетона состоит в том, что крупный заполнитель в нем имеет пониженный модуль упругости по сравнению с гранитным щебнем в тяжелом бетоне. Так, модуль упругости керамзитового гравия крупностью 20 мм равен 30 000—70 000 кгс/см2, что в 7—10 раз ниже модуля упругости гранита.

Происходящие усадочные явления в цементном ра­ створе, входящем в состав бетона, вызывают по указан­ ной причине повышенные усадочные деформации легкого бетона.

На величину усадки керамзитобетона заметно влия­ ют многие технологические факторы, в частности состав бетона, вид мелкого и- крупного заполнителя, условия твердения бетона и, кроме того, температурно-влажно­ стные условия. При проведении исследований ставилась задача найти предельные деформации усадки керамзи­ тобетона различных составов и прочности и выявить влияние на усадку указанных факторов.

Усадку керамзитобетона определяли на образцах-

23

Рис. 7. Усадка керамзитобетона (марки 200)

Во время испытаний призмы хранили в производст­ венном помещении при средней температуре 17+7° и влажности 70±10°/о-

На усадку керамзитобетона влияют условия тверде­ ния (пропарка или естественное твердение). На рис. 7 изображены кривые нарастания усадки конструктивного керамзитобетона в образцах пяти серий, приготовленных с применением кварцевого и пористого песка. Из них можно заключить, что в начальный период более интен­ сивную усадку проявляет пропаренный керамзитобетон. После 200—300 суток усадка пропаренного керамзито­ бетона затухает. В то же время керамзитобетон, твер-

24

девший в естественных условиях, в начальный период (до 50—60 суток) набухает, после чего его усадка раз­ вивается медленно. Однако к возрасту 300 суток и более усадка непропаренного керамзитобетона превышает усадку пропаренного. Для большинства образцов это превышение составляет 15—20%. Отдельные серии об­ разцов показали превышение до 25%. Аналогичные данные о влиянии пропаривания на усадку керамзитобе­ тона получены Я- Д. Понасюженковым [39].

При рассмотрении процесса усадки следует прини­ мать во внимание самопроизвольные деформации расши­ рения бетона при его пропаривании. Эти деформации необходимо учитывать, устанавливая величины потерь напряжения в арматуре от усадки бетона.

Отмечено, что во время пропаривания керамзитобетон и обычный тяжелый бетон расширяются [22]. Оста­ точная величина расширения керамзитобетона на квар­ цевом песке марки 300 составляет ер = 9-10~5, а тяжелого бетона — еРт = 5-10-5. Установлено, что после окончания термообработки расширение легкого и тяжелого бетонов еще некоторое время (5—10 суток) продолжается.

Расширение бетона при пропаривании отмечено так­ же в опытах Л. А. Малининой и В. А. Федорова [28]. Ими были определены величины остаточного расшире­ ния легкого и тяжелого бетонов в зависимости от их со­ ставов и режима термообработки.

Природу приобретения остаточного расширения бето­ ном в результате пропаривания можно объяснить, повидимому, тем, что при нагревании свежеотформованного бетона в его массе происходит расширение свободной воды и воздуха. Повышенное остаточное расширение керамзитобетона вызвано тем, что последний содержит больше воды, чем тяжелый бетон. Вода, расширяясь при нагревании, увеличивает размеры образца и вызывает деструктивные процессы в бетоне [28].

В случае учета остаточных деформаций расширения бетона при пропарке (например, для предварительно­ напряженных конструкций) конечная относительная ве­ личина усадки керамзитобетона может быть определена

25

На усадку керамзитобетона влияет вид мелкого за­ полнителя, входящего в состав цементного камня. Это подтверждают опыты, проведенные на керамзитобетоне, приготовленном на кварцевом, дробленом керамзитовом и вспученном перлитовом песках. Для этих образцов применялся керамзитовый гравий с насыпной объемной массой 410—550 кг/м3. Расход цемента для образцов этих серий был одинаков и составлял 400 кг/м3. Водоце­ ментное отношение для керамзитобетона на керамзито­ вом песке было несколько больше, так как для придания бетону одинаковой удобоукладываемости расход воды у керамзитобетона на керамзитовом песке несколько больше.

Из графика (см. рис. 7) ясно, что керамзитобетон на дробленом керамзитовом песке имеет большую усадку по сравнению с керамзитобетоном на кварцевом песке на 15—20%, а керамзитобетон на вспученном перлито­ вом песке— на 30—40%.

Следует отметить, что при проведении опытов с ке­ рамзитобетоном, приготовленным на оплавленном ке­ рамзитовом песке, была отмечена пониженная усадка по сравнению с керамзитобетоном на дробленом пористом песке. Это явление можно объяснить меньшей водопотребностью керамзитобетона на керамзитовом песке с плотной оболочкой зерен.

Влияние на усадку вида крупного заполнителя изу­ чали на бетонах, приготовленных на керамзите, зольном гравии, зольном аглопоритовом гравии и трепельном гравии. Для бетонов на этих разновидностях керамзита применяли кварцевый и пористый пески. Данные, полу­ ченные об усадке этих разновидностей легких бетонов, приведены на рис. 8. Из него видно, что легкие бетоны в зависимости от вида крупного пористого заполнителя имеют различную усадку. Наименьшая усадка у бетона на керамзите и зольном гравии, а наибольшая — у бето­ на на трепельном гравии. Как и для керамзитобетона, на усадку этих разновидностей легких бетонов большое влияние оказывает вид мелкого заполнителя. Легкие бетоны, приготовленные на пористых песках, имеют повышенную усадку (на графике рис. 8 эта область от­ носится к диапазону марок 200 и ниже). У конструктив­ ных и высокопрочных легких бетонов на кварцевом песке конечная усадка в нормальных условиях в преде­ лах 0,25—0,4 мм/пог. м.

26

Обобщенные данные по усадке конструктивного керамзитобетона приведены в табл. 1.

Т а б л и ц а 1

Усадка керамзитобетона

На основании анализа проведенных исследований усадки керамзитобетона с учетом влияния на нее неко­ торых факторов автором предложена зависимость отно­ сительной деформации усадки от времени выдержки образцов в сутках

27

где у — коэффициент, учитывающий условия твердения

полнителя; со = 1 при использовании кварцевого песка, со = 1,15 — при использовании дробленого пористого песка.

Влажность среды, при которой эксплуатируются же­ лезобетонные конструкции, существенно влияет на де­ формации усадки. Рассмотрим, как влияют на усадку керамзитобетона сухая среда и условия высокой влаж­ ности.

Усадку керамзитобетона при полном высушивании до постоянного веса определяли на образцах размером 4X4X16 см. После изготовления образцы пропаривали, а затем два месяца хранили в обычных комнатных усло­ виях при влажности воздуха 60—75%. После этого об­ разцы помещали в сушильный, шкаф при температуре 120°С. Периодически во время сушки образцы взвеши­ вали и измеряли их линейные размеры по длине. Уста­ новлено, что керамзитобетон на кварцевом песке проч­ ностью ^? = 242 кгс/см2 до сушки имел влажность 5% по весу. Полное высушивание образцов вызвало дополни­ тельную усадку порядка 63-10-5. В аналогичных усло­ виях до сушки образцы из тяжелого бетона имели влаж­ ность 2,9—3,3%, а их дополнительная усадка после вы­ сушивания была равна 17-10-5.

Таким образом, керамзитобетон на кварцевом песке при удалении влаги на 1% веса давал усадку 13-10-5, а тяжелый бетон при тех же условиях — 6-1(Н*.

Аналогичные опыты по определению усадки керамзигобетона при полном высушивании образцов проводи­ лись Я- Д. Понасюженковым [39]. Согласно его данным, дополнительный прирост усадки керамзитобетона в ре­ зультате сушки образцов до постоянного веса увели­ чился для пропаренных образцов на 27—36%' и для образцов естественного твердения на 8—14%. Полная деформация усадки после сушки образцов составляла от 0,78 до 0,96 мм/пог. м. Из приведенных данных следует, что потери напряжения в арматуре от усадки керамзи­ тобетона для конструкций, эксплуатирующихся в сухой

28

среде, примерно в 2 раза больше по сравнению с экс­ плуатацией при нормальном влажностном режиме.

Высокая влажность среды заметно снижает усадку керамзитобетона. По данным Б. П. Радкевича [40], уве­ личение влажности среды с 60 до 80% снижает усадку керамзитобетона примерно в 2 раза. Проведенные авто­ ром опыты по определению деформации керамзитобетона при хранении образцов в воде показали, что керамзитобетон в таких условиях не только не имеет усадки, но и увеличивается в объеме. Конечная относительная деформация разбухания керамзитобетона составила че­ рез 80 суток 14-10-5. Исходя из этого можно заключить, что в предварительно-напряженных конструкциях, эксплуатирующихся в воде (например, сваи, гидротех­ нические конструкции и др.), потери напряжения в ар­ матуре от усадки можно не учитывать.

3.Ползучесть керамзитобетона

Вбетоне при длительном приложении нагрузок одно­ временно происходят деформации усадки и ползучести, а также дополнительные упругие деформации, вызван­ ные изменением модуля упругости материала с течением времени.

Известно, что модуль упругости тяжелого бетона возрастает во времени, особенно в образцах, нагружен­ ных сжимающей нагрузкой [30]. Нами установлено, что

модуль упругости конструктивного керамзитобетона Ец с течением времени снижается. В нагруженных постоян­ ной сжимающей нагрузкой образцах снижение Eq соста­ вило 20—25% первоначального его значения в 28-суточ­ ном возрасте. Заметное снижение модуля упругости наблюдалось также в легких бетонах, приготовленных на пористых заполнителях типа зольного и трепельного гравия.

В керамзитобетоне невысоких марок (75—100) сни­ жение Еб не отмечается, а в некоторых разновидностях легких бетонов наблюдается возрастание Еб. Для про­ верки этого явления были поставлены дополнительные опыты на образцах трех серий из керамзитобетона на кварцевом песке марок 250 и 300, причем у части образ­ цов после их пропарки поверхности тщательно изолиро­ вали парафином и воздухонепроницаемой пленкой. Экс­ перименты, продолжавшиеся в течение двух лет, показа­

29