книги из ГПНТБ / Митрофанов, Е. Н. Армоцемент

Г л а в а с е д ь м а я

АРМОЦЕМЕНТ В МНОГОСЛОЙНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЯХ

§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

В практике проектирования строительных конструкций значи­ тельное место занимают многослойные конструкции, в которых до­ статочно эффективно сочетается работа различных по свойствам материалов. К конструкциям подобного типа относится большин­ ство слоистых ограждений жилых и промышленных зданий; от­ дельные их слои формируются, как правило, последовательно или раздельно в процессе изготовления.

Известны разработки конструкций из поризованного бетона, в которых он имеет различную плотность по высоте сечения. При этом превышение плотности нижних слоев бетона против верхних может достигать 30%, например, для поризованного бетона объем­ ным весом у=1600 кг/м3 (по данным М. С. Сатина, В. Р. Клема — ЛенЗНИИЭП).

Такой принцип может быть эффективно использован при кон­ струировании изгибаемого элемента.

Имеются примеры применения армоцемента дисперсного арми­

в комбинации с железобетоном в изгибаемых и внецентренносжатых элементах. Изготовление подобных конструкций осуще­ ствляется в два этапа:

тальном положении на армоцементном поддоне в виде армирую­ щей пластины, уложенной в опалубку.

Связь армоцементной полосы с монолитным бетоном элемента может осуществляться с помощью спиральных выпусков на верх­ нем слое сетки полосы.

Что касается подготовки армоцементных полос, то подбор со­ става бетона, варианты армирования остаются такими же, что и для армоцементных конструкций с дисперсным армированием, описанных в первой и второй главах.

Важным этапом конструирования является выбор оптимального соотношения между высотой элемента и толщиной армоцементной полосы, а также между прочностью бетона элемента и полосы.

172

между прочностью на растяжение бетона полосы и монолитного бетона.

Последнее очевидно, если мы сравниваем работу элементов на стадии образования трещин. На стадии же раскрытия трещин кар­

ткаными сетками. Степень армирования в одном направлении оп­ ределяется коэффициентом армирования д.=0,02 и коэффициентом удельной поверхности £П р = 2,4 1/см.

Указанные выше параметры армирования оказались лучшими при сравнительной оценке работы элементов по стадии образова­ ния и раскрытия трещин.

2. При двустороннем армировании балок а-рмоцементными по­ лосами сопротивляемость их раскрытию трещин сравнительно с од­ носторонне армированными практически не увеличивается.

3. Относительную высоту армоцементной полосы следует при­ нимать равной 0,1.

Таковы основные предложения по конструированию армобетон­ ных элементов. Рекомендации по армированию основываются на опытных данных [42]. Представляет определенный интерес раздел исследований, затрагивающий вопросы деформативности таких систем.

Деформативность армобетонных балок. Комбинированные армобетониые балки при работе на изгиб претерпевают те же ста­ дии, что и обычный армоцементный элемент. До появления види­ мых трещин прогибы в комбинированных балках практически

173

Ширина раскрытия трещин в комбинированных балках при на­ грузке, равной 0,5—0,6 от разрушающей, в 1,5—2,5 раза меньше, чем в железобетонных. Максимальная ширина раскрытия трещин при такой нагрузке не превышает 0,05 мм.

Следует заметить, что вплоть до разрушения никакого наруше­ ния сцепления между армоцементом и монолитным бетоном не на­ блюдалось. Нарушение «сплошности» бетона балки в зоне кон­ такта с армоцементной полосой происходит при относительных де­ формациях е = (20-т-ЗО) • Ю - 5 , что в два раза больше растяжимости бетона. Это свидетельствует о том, что при наличии упругой среды растяжимость бетона существенно увеличивается. В данном случае функцию упругого материала выполняет армоцемент.

При определенных соотношениях прочности бетона балки и ар­ моцементной полосы можно получить достаточно близкие или резко отличающиеся значения упругих характеристик для сжатых и растянутых волокон. Очевидно, оптимальными относительными величинами будут такие, которые обеспечат более высокую сопро­

дуль упругости сжатых и растянутых волокон при относительных деформациях е,=30-10~5 составляет £ = 200 000 кГ/см2.

§ 3. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАСЧЕТА АРМОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Расчетные положения армобетоииых конструкций определяются двумя группами предельных состояний, так же как и армоцемент­ ных конструкций. При этом нормативные и расчетные характе­ ристики армоцементных полос с дисперсным армированием могут приниматься по рекомендациям, изложенным во второй главе, как для композитного материала. Определяющим расчетным предель­ ным состоянием является расчет по образованию и раскрытию трещин. Отличительная особенность такого расчета заключается в своеобразии построения расчетных формул, свойственных комби­ нированным конструкциям.

В основу расчета деформаций армобетонных изгибаемых эле­ ментов положены следующие предпосылки:

а) справедливость гипотезы плоских сечений; б) монолитный бетон в условиях стесненных деформаций обла­

дает повышенной растяжимостью и повышенным пределом проч­ ности при растяжении;

в) в предельном состоянии, т. е. в момент трещинообразования, для растянутой зоны принимается прямоугольная эпюра напряже­ ний, а для сжатой зоны — треугольная.

На основании расчетной эпюры напряжений изгибаемого эле­ мента, принятых предпосылок представляется возможным опреде­ лить искомые величины для расчета изгибаемых элементов (рис. 52).

Для практических методов расчета прочность бетона на растя­ жение в условиях стесненных деформаций может, по данным [42], приниматься на 25% выше обычного предела.

174

Что касается расчетных характеристик армоцемента на растя­ жение при изгибе, то они могут быть определены по номограммам в зависимости от марки бетона, процента армирования и норми­ руемой ширины раскрытия трещин. И далее, учитывая, что гра­ диент напряжений для армоцементной полосы мал, то, естественно, взамен расчетных сопротивлений армоцемента растяжению при изгибе могут приниматься расчетные сопротивления растяжению.

Рис. 52. Расчетная схема изгибаемого элемента

Очевидно также, что армирование монолитного бетона арма­ турными стержнями недостаточно эффективно и следует ограни­ читься лишь конструктивным армированием.

Рис. 53. Расчетная схема внецентренно-сжатого элемента

Не касаясь вопроса целесообразности применения армобетонных изгибаемых элементов (об этом сказано ниже), следует отме­ тить, что армоцемент дисперсного армирования и в этой комбина­ ции многослойных конструкций проявил свои положительные, ка­ чества.

Представляет интерес работа центрально-сжатых трехслойных колонн. При изготовлении две армоцементные -пластины приформовываются к соответствующим граням колонн. Трехслойные ко­ лонны при воздействии вертикальной нагрузки сохраняют, как по­ казали опыты, хорошую стабильность работы при однородном на­ пряженном состоянии до 0,7—0,8 от разрушающей нагрузки.

Анализируя опытные данные А. В. Лоладзе [42], следует отме­ тить, что эффективность применения трехслойных колонн стано-

175

вится ощутимой в гибких армобетоиных колоннах, т. е. в таких системах, в которых несущая способность определяется устойчи­ востью.

Как показали эксперименты, несущая способность гибких армо­ бетоиных колонн выше на 25—30% железобетонных, прежде всего, за счет меньшей их деформативности. Установлено, что при на­ грузках 05—0,6 от разрушающей прогибы в трехслойных колоннах в два-три раза меньше прогибов, соответствующих железобетон­ ным колоннам.

Армирование армоцементными полосами внецеитренно-сжатых элементов достаточно эффективно, причем сравнительная сопро­ тивляемость трещинообразованию и раскрытию трещин повы­ шается с увеличением эксцентриситета, например при е0 = 0,225 h в 1,8 раза, а при е0 = 1г — в 2,4 раза [42].

В момент трещинообразования деформации бетона в контакт­ ной зоне бетон — армоцемент достигают E6 = (23-f-28) • Ю - 5 , а в армоцементной полосе е а = (30^-40) • Ю - 5 . Прогибы комбинированных внецентренно-сжатых колонн при нагрузке, равной 0,5—0,6 от раз­ рушающей, в 1,5—2 раза меньше прогибов железобетонных колонн.

Разрушение колонн при малых эксцентриситетах напоминает картину разрушения призм при центральном сжатии, а при боль­

тренно-сжатого элемента приведена на рис. 53. Из рис. 53 видно, что расчетные предпосылки, принятые для изгибаемого элемента, распространяются и на рассматриваемый случай; эпюры напряже­ ний растянутой зоны армоцементной полосы и бетона колонны при­

Оперспективах применения армоцемента

вмногослойных конструкциях

Исследования, проведенные в ТНИИЭ и Г, выявили практиче­ скую возможность изготовления и, .при определенных ограниче­ ниях, эффективность применения армоцементных элементов дис­ персного армирования в комбинированных армобетоиных конструк­ циях. Не отрицая положительные стороны работы многослойных железобетонных конструкций, следует при этом обратить внимание на важность вопроса, касающегося выбора типа конструкций, где эффект использования дисперсно-армированных элементов будет достигнут полностью.

Нам представляется, что наибольшей эффективности можно до­ стигнуть, используя армоцементные полосы для армирования изги­ баемых элементов из легких бетонов, например поризованных, ячеистых и т. д. Этим способом мы повысим не только прочность изгибаемых элементов, но значительно повысим их жесткость, что имеет немаловажное значение для конструкций из легких бетонов.

176

Двухслойные стеновые панели в сочетании армоцемент — газобе­ тон или армоцемент — поризованный бетон являются вполне воз­ можным вариантом ограждающих конструкций. Тем более, что

Вопрос о применении комбинированных армобетонных колонн должен рассматриваться с учетом конкретных предполагаемых условий их эксплуатации и технико-экономической эффективности.

Очевидно, армобетонные колонны, находящиеся в нормальных эксплуатационных условиях, могут найти применение при экспери­ ментальном строительстве.

В заключение следует отметить, что если к многослойным кон­ струкциям одновременно предъявляются требования по обеспече­ нию несущей способности, звукоизоляции и теплоизоляции, то при­ менение армоцемента в таких системах надо считать оправданным.

7 Заказ № 1703

Г л а в а в о с ь м а я

ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА АРМОЦЕМЕНТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Опыт эксплуатации, изготовления и проектирования армоце­ ментных конструкций показал, что более полное использование технических и экономических преимуществ армоцемента возможно лишь при создании типовых армоцементных конструкций, рассчи­ танных на машинную технологию изготовления.

Имеющиеся примеры армоцементных конструкций машинного производства [66] свидетельствуют о больших возможностях вы­ пуска изделий гарантированного качества. Кроме того, значительно проще обеспечиваются нормируемые допуски, прочностные пара­ метры бетона, а также качество поверхностного слоя.

Наряду с этим следует отметить, что темпы развития машинной технологии изготовления армоцементных конструкций еще недо­ статочны. Из многих, проверенных в полупроизводственных усло­ виях, методов их изготовления реализуются лишь те, которые по­ зволяют механизировать арматурные работы при гарантированной укладке стержневой и сетчатой арматуры, а также обеспечить вы­ сокую однородность бетона.

Машинные способы изготовления конструкций целесообразно рассматривать с позиций промышленной и конструктивной диффе­ ренциации. Очевидно, универсального способа изготовления кон­ струкций быть не может хотя бы из-за большого разнообразия кон­ структивных форм изделий. Поэтому создавать машинный комбайн универсального типа вряд ли экономически оправданно. Развитие машинной технологии изготовления целесообразно сориентировать на разработку таких способов, которые обеспечат для соответ­ ствующей группы или класса конструкций лучшие качественные и экономические показатели.

В Советском Союзе за последние пятнадцать лет прошли про­ изводственную проверку следующие способы изготовления кон­ струкций:

а) изготовление вручную, применявшееся для индивидуальных конструкций;

б) вибролитье; в) гнутье свежеотформованных изделий;

г) виброформование с применением вибропрофилеров и сколь­ зящих виброштампов;

д) торкретирование и пневмобетонирование;

178

е) стационарное виброштампование; ж) послойное формование;

з) специальные способы изготовления конструкций.

При любом способе изготовления конструкций, как правило, необходима опалубка — форма для изделий, которая должна обес­ печить их точность и возможность легкого съема при распалубке. Опалубка может быть деревянной, обитой кровельным железом или покрытой специальными лакокрасочными составами, металли­ ческой, бетонной или железобетонной.

Иногда конструкции изготовляются методом «слоистого теста»,

ния [35].

При изготовлении конструкций сложной конфигурации приме­ нялся также безопалубочный способ, основанный на использовании вместо опалубки тканых сеток с мелкими ячейками, закрепленных на арматурном каркасе. Бетонная смесь наносилась вручную с обеих сторон мастерками или виброкельмами. Опыт изготовле­ ния резервуаров гиперболической формы [24, 61], а также строи­ тельство корпусов небольших судов [11, 14] показали, что этот спо­ соб весьма трудоемок и требует рабочих высокой квалификации. Достаточно трудоемким этапом изготовления является подготовка и укладка арматуры в опалубку. По трудоемкости эта стадия из­ готовления конструкций составляет свыше 30% от общей трудо­ емкости.

Предварительная подготовка арматуры, тканых или сварных сеток заключается в проведении ряда операций по очистке их от антикоррозийной смазки, ржавчины, окалины и грязи с помощью пескоструйного аппарата, перегретого пара под давлением 2— 4 ати, либо путем промывки в 10%-ном растворе каустической соды с последующей промывкой водой.

Обеспечение проектных размеров положения сеток по сечению элемента ранее осуществлялось различными способами, путем укладки между сетками спиралей из тонкой проволоки [90] или скруток [2], специальных прокладок: «нашлепок» из бетонной

в матрицы. В этом отношении наиболее перспективен способ по­ слойного формования, разработанный в ЛенЗНИИЭП С. Н. Панариным, О. А. Фершуковым, М. В. Гнедовским.

Технология изготовления конструкций заслуживает специаль­ ного рассмотрения, поэтому в настоящей книге представляется це­ лесообразным рассмотреть лишь общие вопросы, имеющие отно­ шение к данной области, и обратить большее внимание на методы контроля качества изделий и конструкций.

§ 1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ С П О С О Б О В ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ И З А Д А Ч И КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА МАТЕРИАЛА

Ручной способ. Данный способ изготовления конструкций яв­ ляется, по сути дела, универсальным со всеми вытекающими из этого недостатками. При изготовлении конструкций таким спосо­ бом, даже при самой тщательной укладке каркаса и сеток, не удается полностью обеспечить их проектное положение. Кроме того, при обработке бетонной смеси различных участков конструк­ ции вибраторами не достигается требуемая однородность бетона. Не удается также обеспечить установленные допуски по толщине элемента. Как правило, вес изделия получается больше предусмот­ ренного на 15—20%, что фактически превышает величину коэффи­ циента перегрузки по собственному весу на 5—10%.

Вибролитье. Способ изготовления армоцементиых конструкций вибролитьем был предложен НИС Гидропроекта в Москве [46]. Технологический процесс изготовления конструкций основан на литье изделия в двойной опалубке с одновременной обработкой бетонной смеси вибраторами.

Преимущество вибролитья заключается в том, что этим спосо­ бом можно изготавливать конструкции сложной геометрической формы. Недостатками способа являются: высокая металлоемкость форм; повышенный, в сравнении с другими, расход цемента; труд­ ность контроля за положением арматурного каркаса в форме на стадиях заполнения ее смесью и обработки. Качество бетона в кон­ струкциях в отношении однородности несколько выше, чем при ручном способе изготовления, однако применение пластичных сме­ сей увеличивает усадку и ползучесть бетона. Кроме того, при изго­ товлении конструкций с большой высотой сечения (свыше 1 м) наблюдается изменчивость прочностных и деформативных характе­ ристик бетона по высоте изделия. Все это свидетельствует о необ­ ходимости одновременного контроля качества бетона в образцах и конструкции.

Оценить неоднородность бетона конструкции по объемной массе можно с помощью гамма-плотномера или же путем выпиливания или высверливания образцов из конструкции сверлами с алмаз­

При оценке прочности бетона конструкции вариационный коэф­ фициент по объемной массе не должен превышать 5%- Если же он превышает 5%. то следует установить новую корреляционную связь «скорость ультразвука — призменная прочность бетона». При до­ верительной вероятности 0,95, ошибке опыта ± 1 5 % партия должна состоять не менее чем из 48 образцов.

Образцы в партии необходимо изготавливать из бетона одного состава и в то же время обеспечить достаточно широкий диапазон прочностей при механических испытаниях. Это условие может быть достигнуто, например, за счет уплотнения бетонной смеси в различ­

но

ных образцах до различных значений коэффициента уплотнения, или путем вариации режимов термообработки для отдельных групп образцов, или, наконец, благодаря испытаниям образцов одной партии в разном возрасте.

Таким образом, для контроля качества бетона конструкции, изготовленной способом вибролитья, необходимо располагать дан­ ными о свойствах самого бетона, полученными в результате испы­ таний стандартных образцов на сжатие, растяжение, изгиб, ползу­ честь и усадку, а в отдельных случаях — о его водонепроницае­ мости и морозостойкости. Контрольные образцы, выпиленные из конструкции, должны быть испытаны на растяжение и сжатие в направлении укладки бетона и в перпендикулярном направлении. Наряду с этим параметры бетона конструкции по объемной массе определяются радиотехническими методами.

наматывают на металлическую форму криволинейного очертания. С физической точки зрения эта операция возможна', пока силы тре­ ния между поддоном и свежеотформованным слоем армоцемент­ ной плиты не окажутся превзойденными [90].

Изучением деформации в свежеотформованном элементе на стадии формования занимались Г. А. Цинцадзе и Н. Н. Гудушаури

НИИ строительства и архитектуры (Минск) и других органи­ зациях.

Технологические приемы изготовления П-образных панелей раз­ работаны в ТНИИЭ и Г совместно с трестом «Закавказметаллургстрой» [80]. Заводская технология изготовления армоцементных складчатых конструкций на листогибочных поддонах детально раз­ работана в Н И И Ж Б [5].

Изготовление армоцементных складчатых элементов для крыш и навесов было организовано на заводе железобетонных изделий комбината ««Углеметаллургстрой» (Тула), а также на Щелков­ ском заводе железобетонных конструкций Министерства транс­ портного строительства СССР еще в 1960 г.

Н И И Ж Б предложил способом гнутья изготавливать лотки для оросительных каналов [5]. Г. А. Белов [12] применил этот способ для изготовления армоцементных труб, а ТНИИЭ и Г в содруже­ стве с трестом «Закавказметаллургстрой» разработал установку для изготовления армоцементных труб способом послойной на­ вивки свежеотформованного тонкого слоя армоцемента на жесткий съемный сердечник [10].

Двухстадийный цикл изготовления конструкций, а также нару­ шение уплотнения бетонной смеси при. малых радиусах кривизны

181