книги из ГПНТБ / Митрофанов, Е. Н. Армоцемент

изгибаемых элементов ткаными сетками. Для этого были прове­ дены испытания нескольких серий образцов на изгиб. Параметры изготовления образцов представлены в табл. 8.

по полному сечению образцов 80X20 мм. Однако в образцах, ар­ мированных неравномерно (схема 2), три тканые сетки располо­ жены в растянутой зоне с охватом сечения по высоте, равным по­ ловине толщины элемента. Таким образом, степень насыщения ар­

в крайних волокнах растянутой зоны на стадии раскрытия тре­ щины ЙТ = 0,05 мм свидетельствуют о потенциальных возможностях

31

неравномерного армирования. Действительно, при дисперсном ар­ мировании растянутой зоны элемента можно, практически не сни­ жая сопротивляемости армоцемента раскрытию трещин, сократить количество сеток почти в два раза за счет недоармирования сжа­ той зоны изгибаемого элемента.

Во всех случаях сжатую зону элемента необходимо армировать

зультаты испытаний образцов серии Be. При меньшем армировании образцов серии В6 , чем образцов серии Бв, сопротивляемость по­ следних раскрытию трещин ниже, чем первых, на 10%, а при рав­ ных параметрах армирования — на 15—20%-

Повышение прочности бетона, так же как и при растяжении образцов, оказывает сравнительно незначительное влияние на ра­ боту армоцемента при изгибе, особенно на стадии раскрытия трещин.

Чем выше прочность бетона, тем выше его упругие характери­ стики, а это обусловливает начальное раскрытие трещин на более значительную величину в сравнении с образцами из бетона мень­ шей прочности. Таким образом, применение бетона повышенной прочности марок «500», «600» и «700» эффективно для сжатых элементов и не всегда оказывается желательным для растя­ нутых.

Влияние прочности бетона на прочностные и деформативные свойства армоцемента

Определяющими факторами повышения прочности и деформативности армоцемента при растяжении и изгибе являются коли­ чество и характер распределения армирующего материала. Проч­ ность бетона, как показали испытания образцов, незначительно влияет на напряженное состояние армоцемента при растяжении. В большей степени прочностные свойства бетона проявляются при деформировании армоцемента. Действительно, повышая прочность

время деформативность сравниваемых образцов при растяжении снижается на 20—25%, в основном за счет уменьшения количества и увеличения ширины раскрытия трещин.

Расход цемента является одним из основных факторов, регули­ рующих прочность бетона. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что с увеличением расхода цемента на 1 м3 бетона сопро­ тивляемость армоцемента трещинообразованию практически не ме­

32

В образцах с расходом цемента 1000 кг/м3 образуется большое количество усадочных трещин, которые отрицательно сказываются на работе армоцементных образцов при растяжении.

Таким образом, оптимальным расходом цемента на 1 м3 бетона следует считать 600 кг. Надо также обратить внимание на зако­ номерности изменения трещиностойкости растянутых образцов с уменьшением их толщины при равных показателях степени арми­ рования и скорости загружения, но с различным составом бетона.

Из табл. 10 видно, что сопротивляемость трещинообразоваиию повышается с увеличением толщины элемента. Закономерность ро­ ста сохраняется для образцов с различным составом бетона, отли­ чительной особенностью является лишь количественное соотноше­ ние показателей трещиноватости. Увеличение степени насыщениябетона ткаными сетками способствует выравниванию показателей трещинообразования образцов различной толщины.

ности образцов, а также неоднородность напряжений в различной степени сказываются на их работе при растяжении. При этом именно состояние поверхности армоцементных образцов предопре­ деляет их сопротивляемость трещинообразоваиию, особенно на на­ чальной стадии.

Что касается стадии раскрытия трещин, определяющим факто­ ром трещиноватости будет являться эксцентриситет внутренних усилий, величина которого характеризуется степенью неоднородно­ сти напряженного состояния.

Для образцов малой толщины относительное влияние дефектов поверхности и эксцентриситета внутренних усилий проявляется в большой степени, что подтверждается также при испытаниях.

Повышение степени армирования образцов; особенно ткаными сетками с небольшими ячейками, компенсирует и локализует влия­ ние дефектов поверхности, выравнивая показатели сопротивляемо­ сти раскрытию трещин. Толщина защитного слоя бетона в армо­ цементных конструкциях, исходя из условия сохранения постоянной

33

степени дисперсности армирования по всему сечению, должна со­ ставлять 2—3 мм. С увеличением толщины защитного слоя сопро­ тивляемость армоцемента трещинообразованию понижается, при­ ближаясь, например, при толщине защитного слоя 6—8 мм к ха­ рактеру трещинообразования железобетона. Это обстоятельство следует учитывать при проектировании, не допуская отклонения от нормируемых величин.

Номинальные размеры толщины защитного слоя определяются допусками технологического оборудования и требованиями долго­ вечности. Все это предопределяет оптимальные варианты армиро­ вания, обеспечивающие стабильность прочностных и деформативных свойств армоцемента при растяжении и изгибе.

Можно придерживаться следующих рекомендаций по армиро­ ванию растянутых зон элементов:

п р и а р м и р о в а н и и т о л ь к о т к а н ы м и с е т к а м и —

11 — в комплекте две-три на 1 см высоты дисперсно армирован­ ных крайних волокон.

§ 5. ПРОЧНОСТЬ И ДЕФОРМАТИВНОСТЬ АРМОЦЕМЕНТА

Растяжение армоцемента

Экспериментальные исследования армоцементных образцов при растяжении показали, что прочность их зависит от количества ар­ мирующего материала и практически не зависит от типа тканых сеток. Таким образом, прочность армоцемента при растяжении оп­ ределяется прочностью арматуры.

При разрушении армоцементных элементов тканые сетки, как правило, разрываются не сразу и не одновременно, что объясняется неравномерностью укладки сеток при бетонировании элемента, а также нестабильностью их деформативных свойств. Коэффициент неравномерности работы тканых сеток армоцементного элемента не превышает 10—15%.

Когда в качестве армирующего материала используются тканые стальные сетки с предварительным наклепом их (путем 20-кратной вытяжки с разгрузкой при напряжениях а=0-^-0,7 сг8р, где а в р — временное сопротивление стали сеток), разрушение образцов носит иной характер.

При достижении осредненных значений относительных дефор­ маций, равных е=2-7-3%, наступает предельное состояние по проч­ ности, определяемое началом расслоения армоцементного элемента

34

Работа армоцемента дисперсного армирования при растяжении может характеризоваться диаграммой, представленной на рис. 2. Она построена в координатах 0 , е, где о — условные напряжения при растяжении; е — осредненные относительные деформации армо­ цемента. Из диаграммы видно, что качественная картина деформа-

Оа, где нарастание деформаций пропорционально увеличению на­ грузки.

впределах е=(80ч-160) • 10~s;

вторая зона (участок вг) —

В начальной зоне упругопластической стадии армоцемента по­ являются трещины с раскрытием 5—10 мк, а в железобетоне — 20—30 мк.

Таким образом, упругопластическая стадия работы намного от­ личается от подобной в железобетоне прежде всего значительным развитием ее.

лишь 15%. Максимальная ширина раскрытия трещин перед разру­ шением достигает 0,8—1,5 мм.

Следует отметить, что нарушение сцепления проволоки' сеток с бетоном происходит с ростом нагрузки постепенно, однако пол­ ного проскальзывания проволоки не наблюдается даже при разру­ шении образца.

В зоне трещины, например с а т = 0,1 мм, участки проволоки с нарушенным сцеплением обычно составляют 1,5—2 мм и распо­ лагаются симметрично относительно нее.

35

Шаг трещин в дисперсно-армированных образцах зависит от армирования, прочности и возраста бетона, наличия внутреннихэксцентриситетов, возникающих в результате неравномерного рас­ пределения сеток, а также нестабильности их свойств. В армоце-

цах с большей интенсивностью армирования, например при /гп р >2 1/см и |i>2—, при средней прочности бетона и раннем возрасте загруження.

Определяющим фактором выбора расчетных характеристик ар­ моцемента при растяжении является его деформативность. При этом надо иметь в виду, что, помимо учета деформаций элемента при загружении, необходимо нормировать также и остаточные де­ формации, которые не в меньшей мере оказывают отрицательное влияние на долговечность конструкций.

Изгиб армоцемента

Изгиб по виду напряженного состояния относится к «мягким» видам загруження, что обусловливает определенные количествен­ ные и качественные изменения работы армоцемента на стадии об­ разования и раскрытия трещин. Поэтому представляет интерес рас­ смотреть картину трещинообразования и раскрытия трещин армо­ цемента при изгибе двух типов образцов, резко отличающихся друг от друга по форме.

мером 100X100x10 мм. Армирование элементов принято одинако­ вое, но степень насыщения бетона армирующим материалом опре­

Ц : П = 1 : 2. В момент испытания прочность бетона образцов соста­ вила в среднем 500 кГ/см2-. Выдержка образцов с момента изготов­ ления до испытания производилась в течение трех лет, причем хра­ нение в первые два года было естественно-влажное, а затем — ес­ тественно-воздушное. Перед испытанием на поверхности опытных элементов трещин обнаружено не было.

Таким образом, исследованию подвергались образцы, в которых физико-химические процессы, сопутствующие созреванию бетона, практически закончились. Это обстоятельство имеет немаловажное значение, так как экспериментальные данные показали, что проч­ ность бетона и условия его созревания оказывают существенное влияние на трещинообразование армоцемента.

Испытание плоских образцов, а также элементов коробчатого сечения производилось на специальных стендах по схеме чистого изгиба. Мы рассмотрим лишь работу армоцементных элементов на стадии трещинообразования и исключим стадию разрушения, ко­ торая мало чем отличается от подобных в железобетоне.

36

вании полученных результатов построены графики (рис. 3) и таб­ лицы, характеризующие зависимость ширины раскрытия трещин от нагрузки.

Приведенные данные свидетельствуют об определенном разли­ чии динамики раскрытия трещин в плоских образцах и элементах

<5,кГ/смг 200г -

коробчатого сечения. Действительно, в плоских изгибаемых образ­

Установлено, что раскрытие трещин в элементах при возраста­ нии нагрузки происходит не по линейному закону; это относится как к элементам коробчатого сечения, так и к плоским образцам.

Первые трещины, возникшие в образцах, как правило, раскры­ ваются на большую величину, чем трещины, образовавшиеся в про­ цессе деформирования на промежуточных стадиях загружения.

В табл. 11 и 12 представлены данные о динамике трещинообразования в плоских образцах и элементах коробчатого сечения. Из таблиц видно, что практически все трещины на определенных стадиях загружения имеют тенденцию к стабилизации. При этом

37

38

стабилизация трещины охватывает зону приращения напряжений, определяемых в среднем величиной Аа= 18-7-27 кГ/см2, после чего она продолжает раскрываться, причем с большей интенсивностью.

Шаг трещин определяется величиной h=2a, где а — размер ячейки сеток. Таким образом, в зоне действия постоянного изги­ бающего момента возникают трещины с шагом 12—14 мм. Анало­ гичная картина наблюдается и в балках коробчатого сечения.

Как показывает график (рис. 3), трещины с шириной раскры­ тия йт = 0,05 мм характеризуют работу армоцемента в конечной зоне упругогсластической стадии. Именно в этой точке наблюдается перелом графика при испытании на изгиб элементов двух типов.

ным. Между ними имеется определенное отличие как в количест­ венном, так и в качественном отношении.

Рассмотрим данный вопрос более подробно. Как видно из табл. 11 и 12 и графиков рис. 3, раскрытие трещин в армоцементе происходит в определенной последовательности. Можно констати­ ровать, что лавинного образования трещин не происходит даже при переходе от упругопластической в пластическую стадию ра­ боты армоцемента.

На пластической стадии работы армоцемента имеет место ста­ билизация трещин на определенных ступенях загружения, но при меньших значениях приращений напряжений, чем на упругопла­ стической стадии. Это свидетельствует о том, что бетон в растяну­ той зоне выполняет далеко не пассивную функцию, как ранее пред­ полагалось. Очевидно, на характер трещинообразования армоце­ мента и особенно на динамику раскрытия трещин оказывают существенное влияние деформативные свойства тканых стальных сеток. Действительно, при использовании арматурных стержней в качестве армирующего материала такая картина не наблю­ дается.

Можно легко подсчитать, что разрывность функциональной за­ висимости ширины раскрытия трещин от напряжений характери­ зуется в среднем величиной приращения относительных деформа­ ций крайних волокон, равной ei= (20-7-25) - Ю - 5 для плоских образ­

39

позволяют оценивать стадию трещинообразования по осреднепным показателям деформаций.

Как показали опытные данные, определение осредненных де­ формаций следует производить по осреднепным показателям кри­ визны отдельных участков изгибаемого элемента в соответствии со СНиП. Использование для этих целей показаний тензометров или датчиков омического сопротивления исключает стадию сравнения результатов.

Действительно, значения абсолютных удлинений армоцементного элемента с трещинами могут быть получены по формуле

Относительные деформации будут зависеть от базы измерения. При этом решающее влияние на их величину будут оказывать мест­ ные деформации (раскрытие трещин), количество которых в преде­ лах базы измерений может быть различным. Например, если в пре­ делах датчика с базой 25 мм, /?i=120 ом проходит одна трещина, а в пределах датчика с базой 50 мм, /?2 = 400 ом проходят две тре­ щины с раскрытием до 0,05 мм, то относительные деформации бу­

Как видим, одно и то же состояние армоцементного элемента мо­ жет быть охарактеризовано по-разному.

Можно определять осредненные характеристики относительных деформаций при изгибе по кривизне элементов. Однако этот способ дает хорошие результаты при определении перемещений и углов поворота.

Что касается расчета напряжений, то использование осреднен­ ных значений относительных деформаций, определенных по кри­ визне, не дает хорошего совпадения теории и эксперимента.

Обычно фактические величины относительных деформаций из­

противления, тензометров, соответственно равны: е к = 160• 10- 5 ; ед = = 197- Ю - 5 ; ет = 170-10- 5 . При этом осредненная ширина раскрытия трещин а т = 0,07 мм.

На деформативные свойства армоцемента существенное влия­ ние оказывают прочность и возраст бетона, в чем нетрудно убе­ диться, рассматривая зависимость раскрытия трещин от напряже­ ний (см. рис. 3). Участок кривой Оа характеризует динамику рас­ крытия трещин у аналогичных образцов и элементов в раннем возрасте бетона.

Как видно, при одних и тех же напряжениях трещины раскры­ ваются на меньшую величину и с меньшим шагом. На пластиче­ ской стадии работы армоцемента влияние прочности и возраста

40