книги из ГПНТБ / Баулин Д.К. Междуэтажные перекрытия из легких бетонов

следует определять только по результатам испытаний об­ разцов на изгиб.

Применение иного момента сопротивления, например

Wp= — (что больше отвечает действительному соотно­ шению между величиной изгибающего момента и макси­ мальным напряжением в растянутой зоне), повлекло бы за собой необходимость изменения математического ап­

парата, используемого при расчетах конструкций. Вместе с тем надо отметить, что нормативный момент

сопротивления, не отражающий реальный характер на­ пряженно-деформированного состояния изгибаемого эле­ мента, не может быть использован для определения его прогиба. В данном случае проявляется общая особен­ ность методики расчета по предельным состояниям: несу­ щая способность конструкций практически не увязывает­ ся с их деформативностью. В ряде случаев это приводит к необходимости учитывать ограниченные возможности перераспределения усилий.

Иногда предел прочности при растяжении легкого бе­ тона, определенный испытаниями образцов на осевое рас­ тяжение Rpi, оказывается выше значения, полученного по результатам испытаний на изгиб RP2'-

сопротивления, а с другой, может указывать на относи­ тельно малую растяжимость бетона', вследствие чего в нем не успевают достаточно развиться пластические де­ формации.

Однако в расчетах по формулам СНиП нельзя вос­ пользоваться более высоким значением прочности Rvl, так как для этого потребовалась бы иная форма учета пластического перераспределения напряжений.

Анализируя и сопоставляя имеющиеся данные о пре­ деле прочности легких бетонов при растяжении и изги­ бе, необходимо четко представлять себе, каким образом получены те или иные показатели. Так, прочность на рас­ тяжение при изгибе в одних случаях (особенно в зару-

40

бежных источниках) оценивают исходя из упругого мо­ мента сопротивления:

в других случаях из нормативного момента сопротив­ ления:

3 , 5 Л 4 Р

В настоящее время для определения предела прочно­ сти бетона при растяжении принято испытание укорочен­ ных балок ( / = 3 h) двум'я сосредоточенными грузами, расположенными на расстоянии h от опор. В этом случае

характеристика прочности бетона при изгибе, которая не имеет прямого отношения ни к максимальному напряже­ нию растяжения в сечении, ни тем более к пределу проч­ ности при осевом растяжении. Между тем легко заклю­ чить, что эти характеристики для одного и того же бето­ на могут отличаться по величине в 2 раза.

Особенно важно различать так называемый предел прочности на растяжение при изгибе, полученный в пред­ положении упругой работы R y , и предел прочности на растяжение Rp также при изгибе, который м-еныпе пер­ вого в 1,75 раза. Последний иногда называют прочностью при осевом растяжении, что неверно.

Данные по прочности легкого бетона при растяжении чрезвычайно многообразны. Поэтому некоторые авторы, сравнивая свои результаты с нормативами, а иногда и с данными собственных испытаний тяжелого бетона, при­ ходят к диаметрально противоположным выводам отно­ сительно прочности легких бетонов при растяжении.

Подавляющее большинство имеющихся результатов получено при испытании образцов на изгиб.

Разнообразие свойств пористых заполнителей не поз­ воляет сгруппировать полученные данные ни по видам бетона в зависимости от его наименования, ни по плот­ ности заполнителей. Не имеет смысла приводить частные результаты отдельных исследований; достаточно остано-

41

виться на наиболее общих закономерностях, которые все же улавливаются при рассмотрении опытных данных.

Заметное превышение нормативных значений наблю­ дается, как правило, только у легких бетонов с кубиковон прочностью при сжатии от 100 до 200 кгс/см2. При­ чем повышенные значения прочности при растяжении получены у легких бетонов на прочных пористых запол­ нителях, для которых указанная прочность при сжатии далека от предельной. Прочность таких заполнителей вы­ ше прочности бетона, и расход цемента при этом несколь­ ко выше, чем у равнопрочных тяжелых бетонов. Во всех остальных случаях прочность легких бетонов при растя­ жении примерно равна прочности тяжелых бетонов той же марки пли ниже.

Приближение к прочности бетона при сжатии, пре­ дельной для данного заполнителя, приводит к уменьше­ нию его прочности на растяжение по сравнению с норма­ тивной. Эта тенденция характерна главным образом для высокопрочных легких бетонов. Однако при использова­ нии заполнителей с низкой прочностью это явление на­ блюдается и у конструктивных бетонов марки 200, а иног­ да даже 150. В СНпП П-В. 1-62* для легких бетонов на естественных пористых заполнителях указанное отклоне­ ние учитывается введением понижающих коэффициентов. Пониженная прочность на растяжение нередко наблюда­ ется также у керамзитобетоиа и аглопоритобетона проч­ ностью при сжатии более 300 кгс/см2.

Пониженные нормативные сопротивления растяжению установлены также для легких бетонов, приготовленных с применением перлитового песка. Между тем, если пер­ литовый песок получен дроблением пористого щебня, на

при осевом растяжении и изгибе сравнительно мало, но большинство из них показывает, что с увеличением проч­ ности расхождение между этими показателями убывает.

42

Возможно, что это происходит в результате более благо­ приятных условий при центрировании образцов повы­ шенной прочности.

В последнее время широко практикуется определение предела прочности при растяжении методом раскалыва­ ния кубов, сжимаемых между двумя цилиндрическими стержнями. Учитывая условность показателя прочности при растяжении, пока трудно сказать, в какой форме мо­ гут быть использованы результаты, получаемые указан­ ным методом. В настоящее время применение этого ме­ тода можно рекомендовать лишь параллельно с другими для накопления сопоставительных данных.

На основании изложенного могут быть сделаны сле­ дующие выводы:

1) действительный характер работы при изгибе раз­ личных видов легкого бетона в настоящее время изучен недостаточно. Поэтому наряду со стандартными испыта­

нию трещин, позволит более правильно учитывать свой­ ства и особенности различных видов бетона. Применение метода приведенных сечений для решения подобных за­ дач не вызывает значительных трудностей п позволяет сблизить расчетные положения, используемые для опре­ деления деформативности, трещиностойкости и несущей способности конструкций;

2) применение в конструкциях междуэтажных пере­ крытий легких бетонов оптимальной прочности для дан­ ного вида пористого заполнителя, как правило, обеспечи­ вает трещиностойкость, равную аналогичным конструк­ циям из равнопрочного тяжелого бетона или более вы­ сокую;

3)высокопрочные легкие бетоны с относительно по­ ниженной прочностью при растяжении нецелесообразно использовать в изгибаемых конструкциях, изготовляемых без предварительного напряжения арматуры;

4)прочность легких бетонов на растяжение при изги­ бе— важнейший показатель при их применении в конст­ рукциях перекрытий. Этот показатель определяет все ос­ новные свойства указанных конструкций: жесткость, тре­ щиностойкость, сцепление арматуры с бетоном, прочность

43

при скалывании. Поэтому при производстве панелей пе­ рекрытий важнее контролировать их прочность при изги­ бе, чем при сжатии.

4. С О П Р О Т И В Л Е Н И Е С Р Е З У

Прочность бетона на сдвиг или на срез непосредствен­ но не используется в инженерных расчетах; однако ее значение может оказывать влияние при таких воздейст­ виях, как местное смятие и скалывание у границы прило­ жения нагрузок, вызывающих большие контактные на­ пряжения.

По данным А. А. Евдокимова, прочность на срез бе­ тона, приготовленного иа легком керамзитовом гравии и кварцевом песке, составила 10% его прочности при сжатии. Для бетона на каширском шлаке этот показа­ тель составил 15%, а для тяжелого бетона—18%.

Проф. Н. А. Попов установил, что сопротивление керамзитобетона срезу зависит не только от его прочности при сжатии, но и от вида песка, использованного для его приготовления. Так, керамзитобетон на керамзитовом пе­ ске показал лучшее сопротивление срезу, чем керамзито­ бетон на кварцевом или шлаковом песке.

Приведенные данные указывают на то, что прочные и плотные заполнители при сдвиге играют роль шпонок, повышая сопротивление бетона.

Если прочность заполнителя примерно равна или ни­ же прочности растворной части, сопротивление бетона срезу определяется условиями совместной работы его компонентов. Если растворная часть приготовлена на кварцевом песке, прочность керамзитового гравия к мо­ менту разрушения используется в меньшей степени, чем в том случае, если растворная часть приготовлена иа по­ ристом керамзитовом песке.

5. В Л И Я Н И Е СТРУКТУРЫ БЕТОНА НА ЕГО С В О Й С Т В А

Исследуя различные гранулометрические составы теп­ лоизоляционно-конструктивных легких бетонов, Н. Я. Спивак пришел к убеждению, что свойства бетонной смеси, а также структура и свойства отвердевшего бетона в наи­ большей степени зависят от относительного содержания в заполнителе мелких фракций (до 5 мм). Было установ­ лено, что, изменяя относительное содержание мелких

44

фракции, можно в широких пределах варьировать все ос­ новные свойства легких бетонов — прочность, объемную массу, модуль упругости, теплопроводность и т. д. Раз­ личное содержание мелких фракций в заполнителях, ис­ пользуемых многими исследователями, обусловливает большую изменчивость получаемых результатов.

Таким образом, к расхождению основных показате­ лей бетона, связанному с многообразием свойств пори­ стых заполнителей и с их естественной неоднородностью, прибавляется расхождение, обусловленное различием структур бетонов равной прочности при сжатии.

По мере накопления экспериментальных данных воз­ растает количество противоречивых сведений, что затруд­ няет нормирование расчетных параметров.

Между тем для надежного использования положи­ тельных свойств легких бетонов необходимо обеспечить достаточную повторяемость получаемых результатов.

В целях направленного регулирования и обеспечения повторяемости результатов необходимо было создать четкую основу для типизации и классификации структур бетонов. Н. Я- Спивак предложил в качестве такой осно­

обозначать т) в известной степени предопределяет отно­ сительное объемное содержание в бетоне крупного за­ полнителя со.

На формирование свойств легкого бетона существен­ но влияют условия виброуплотнения, в зависимости от которых устанавливают Жесткость или виброукладываемость бетонной смеси. Виброукладываемость. принято измерять временем {сек), по истечении которого при виб­ рировании с заданным пригрузом или без него уменьше­ ние объема уплотняемой смеси практически прекращает­ ся. Поэтому для оценки виброукладываемости, кроме времени, необходимо указывать и величину пригруза в г/см2. Виброукладываемость смеси назначается в соот­ ветствии с условиями ее уплотнения при производстве изделий.

Принято различать пластичные смеси с виброукладываемостыо 15 сек без пригруза и виброуплотняемые —

45

прочности содержание цемента в пластичной смеси долж­ но быть на 20—40% выше, чем в виброуплотняемой.

Пластичные п виброуплотняемые смеси, могут отли­ чаться также оптимальным гранулометрическим соста­ вом, который в свою очередь зависит от вида крупного заполнителя (щебень или гравий) [54].

Гранулометрический состав пористых заполнителей определяется процентным соотношением по объему зерен различной крупности, просеянных через стандартный на­

двух) должно обеспечивать минимальную межзерновую пустотность их смеси. Как правило, оптимальное соотно­ шение этих двух фракций различных пористых заполни­ телей изменяется в небольших пределах. Например, со­

ких значениях структурного фактора т изменение соот­ ношения фракций крупного заполнителя в указанных пределах не имеет большого значения и это соотношение во всех случаях может приниматься 2 : 3.

Гораздо большее влияние на прочность легкого бето­ на оказывает предельная крупность заполнителя. Пори­ стый заполнитель предельной крупности (40 мм) в кон­ структивных легких бетонах и даже в конструктивно-теп­ лоизоляционных обычно не применяется, так как его при­ менение резко ухудшает удобоукладываемость бетонной смеси. Как правило, для этих бетонов используется за­

4G

При необходимости получения бетона высоких марок на малопрочном пористом заполнителе предельная круп­ ность последнего должна быть 10 мм. Однако этот прием приводит к повышению объемной массы бетона и может быть использован только в исключительных случаях.

На все основные свойства легкого бетона очень боль­ шое влияние оказывают вид и качество применяемого песка.

Как указывалось, большое значение имеет содержа­ ние в пористом песке пылевидных, гидравлически актив­ ных частиц крупностью до 0,15 мм. Однако в конструк­ тивных бетонах с повышенным содержанием цемента влияние этих частиц на прочность при сжатии снижается. В пористом песке целесообразно ограничивать содержа­ ние крупных частиц.

Содержание в пористом песке частиц крупностью от 1,2 до 5 мм не должно превышать 50% по объему, причем желательно, чтобы оно составляло около 30%.

Оптимальное количество воды затворения определя­ ется опытным путем по наименьшему выходу бетона при

1)видом пористого заполнителя и его насыпной мас­

сой;

2)структурным фактором т;

3)виброукладываемостью (пластичный пли виброуплотняемый);

4)предельной крупностью заполнителя;

5)видом мелкозернистого составляющего (пористый

песок, кварцевый или смесь этих песков в определен­ ном соотношении);

6) расходом цемента и его маркой.

Количество задаваемых параметров можно сокра­ тить, только приняв единую предельную крупность за­ полнителя —20 мм.

Для повышения конструктивных качеств легкого бе­ тона, из которых важнейшим является его объемная масса при заданной прочности, важно оптимизировать все приведенные параметры, начиная с величины струк­ турного фактора.

Объемная масса легкого бетона в сухом состоянии складывается из расходов заполнителя и цемента (суче-

47

том химически связанной воды), отнесенных к единице его объема. Эти расходы прежде всего являются функ­ циями структурного фактора.

Так, в результате опыта по исследованию свойств различных модификаций виброуплотняемого керамзито­ бетоиа марки 50 с предельной крупностью заполнителя 20 мм была получена идеально четкая зависимость сум­ мы пофракционных объемов керамзита от величины

щимися в точке максимального значения суммы пофра­ кционных объемов.

Анализ полученной зависимости показал, что расход крупного заполнителя практически постоянен до тех пор, пока его межзерновое пространство не заполнится растворной частью. При дальнейшем увеличении объе­ ма растворной части гранулы крупного заполнителя раздвигались, что приводило к уменьшению расхода это­ го заполнителя. Расход песка в растворной части при том малом количестве цемента, которое необходимо для получения прочности 50 кгс/см2, также был практически постоянным.

Были составлены уравнения как для левой, так и для правой части графика, выражающего исследуемую за­

части, превышающем межзерновую пустотность запол-

48

Мп

Отклонение расчетных значений от фактических не превышало 2% и, следовательно, находилось в пределах точности эксперимента. Однако приведенные результа­ ты были получены при использовании в качестве мелко­ зернистой составляющей дробленого керамзитового пес­ ка с предельной крупностью зерен 1,2 мм и при низком расходе цемента.

Прерывистая гранулометрия заполнителя в этих опы­ тах была принята в соответствии с рекомендациями

зависимости расхода заполнителей от структурного фак­ тора может существенно измениться. Эти исследования проводились с целью изучения влияния структурного фактора на свойства легкого бетона при изменении рас­ хода цемента от 135—150 до 485—505 кг/м3.

Опытные образцы формовались из виброуплотняемой

керамзит Лианозовского завода с насыпной массой двух фракций (5—10 и 10—20 мм) 380—420 кг/м3. Среднее значение насыпной массы составило 404 кг/м3. Фракции 5—10 и 10—20 мм дозировались по объему в соотно­ шении 2 : 3. Мелкозернистая составляющая заполнителя принималась в трех вариантах: пористый песок, полу­ ченный дроблением крупного заполнителя; кварцевый