07 марта 2016г.
Одна из актуальных задач развития строительства связана с разработкой и внедрением новых эффективных строительных конструкций, использование которых обеспечивает повышение прочности, трещиностойксости, снижение расхода строительных материалов, уменьшение трудоемкости, энергоемкости и стоимости. Особенно это актуально в отраслях, где строительные конструкции подвержены действию агрессивных сред и где особо ощущается потребность в новых эффективных коррозионностойких материалах и конструкциях, способных резко увеличить надежность и сроки службы сооружений. Обеспечение эффективной работы конструкций при эксплуатации их в агрессивных средах связано не только с задачей разработки и получения материалов более высокой прочности и коррозионной стойкости, но и композитов повышенной прочности и трещиностойкости, поскольку сопротивление конструкционных материалов разрушению в большей степени определяется способно- стью их структуры препятствовать образованию и росту трещин. Для конструкций, эксплуатирующихся в условиях химического воздействия, вопрос трещиностойкости является первостепенным, так как при раскрытии трещин агрессивная среда, проникая в глубь сечения, вызывая коррозию арматуры и будет значительно ухудшать несущую способность элемента в целом. Значительное место в решении этих вопросов принадлежат конструкциям, созданным на основе коррозионностойких материалов, в частности полимербетонов, дисперсно- армированных композитов. Создание на основе полибутадиенового олигомера, принадлежащих к классу жидких каучуков, композиционных материалов нового поколения, усиленных дисперсным армированием и продольной стержневой арматурой – армофиброкаутонов, обладающих высокой химической стойкостью, трещиностойкостью, прочностью и другими благоприятными эксплуатационными свойствами, является перспективным направлением при решении указанного вопроса. В практике строительства широкое применение получили полимербетоны на основе фурановых, эпоксидных, полиэфирных, карбамидных и других смол. Однако промышленное производство этих смол в России за последние годы резко сократилось, или оказалось полностью за пределами государства (фурановые смолы), в результате чего стоимость их резко возросла и приблизилась к мировым ценам. В этой ситуации решение вопросов, связанных с защитой строительных конструкций от агрессивного воздействия среды, возможно при применении альтернативных видов промышленно выпускаемых полимеров, например, диеновых олигомеров, принадлежащих к классу жидких каучуков. Полученный на основе жидких каучуков, выпускаемых Воронежским заводом синтетического каучука (СК-2), материал – каучуковый бетон (или сокращенно каутон), обладает помимо благоприятных физико-механических характеристик и высокой химической стойкостью и может наряду с эффективными видами полимербетонов занять свое место при решении проблемы защиты от коррозии различных изделий и конструкций, работающих в условиях воздействия агрессивных сред. Кроме того, введение в смесь каутона крупнотоннажных техногенных отходов позволяет решить и экологическую проблему, связанную с их утилизацией. Создание надежных и эффективно работающих изгибаемых элементов невозможно без изучения напряженно-деформированного состояния, возникающего при воздействии усилий различного рода.
В процессе исследований свойств каутона и строительных конструкций на его основе, которыми занимались: Потапов Ю.Б. [9,10], Борисов Ю.М. [1,2,3,4], Нгуен Фан Зуй [5], Пинаев С.А. [7], Поликутин А.Э. [8], Чмыхов В.А. [11], Панфилов Д.В. [6] и др., была доказана эффективность применения данного материала и конструкций на его основе. Состав каутона и его свойства представлены в Табл.1,2 и 3.
Таблица 1
Компонентный состав фиброкаутона
Наименование компонентов
|
Содержание компонентов, мас. %
|
Низкомолекулярный каучук ПБН
|
8,54
|
Сера техническая
|
4,27
|
Тиурам-Д
|
0,43
|
Оксид цинка
|
1,54
|
Оксид кальция
|
0,43
|
Зола-унос ТЭЦ
|
7,59
|
Кварцевый песок
|
22,77
|
Щебень
|
49,81
|
Волокна из отхода метталокорда (фибра)
|
4,62
|
Таблица 2
Коэффициенты химической стойкости каутона
Вид агрессивной среды
|
Коэффициент химической стойкости
|
через 1 год экспонирования
|
прогнозируемый через 10 лет
|
20 %-ный раствор серной кислоты
|
0,95
|
0,95
|
3 %-ный раствор азотной кислоты
|
0,8
|
0,7
|
10 %-ный раствор лимонной кислоты
|
0,9
|
0,8
|
20 %-ный раствор едкого натрия
|
0,95
|
0,95
|
10 %-ный раствор едкого калия
|
0,8
|
0,65
|
Насыщенный раствор хлористого натрия
|
0,9
|
0,8
|
Дизельное топливо
|
0,95
|
0,95
|
Вода
|
1
|
0,99
|
Таблица 3
Физико-механические свойства каутона
Свойства
|
Показатели для каутона
|
Прочность при сжатии, МПа
|
76,9…100,3
|
Прочность при растяжении, МПа
|
13…18
|
Модуль упругости, МПа
|
(1,5…1,8)´104
|
Коэффициент длительности при сжатии
|
0,72…0,76
|
Коэффициент Пуассона
|
0,2…0,3
|
о
Теплостойкость, С
|
100…110
|
Морозостойкость, число циклов замораживания – оттаивания, не менее
|
500
|
Истираемость, г/см2
|
0,25…0,79
|
Водопоглощение, мас. %
|
0,05
|
Усадка, мм/м
|
–
|
Недостатком тяжелого цементного бетона (при применении его в изгибаемом элементе) является малый момент трещинообразования, что является неблагоприятным фактором в конструкциях, где необходима защита арматуры от внешней агрессивной среды. Однако применение полимербетонных конструкций, в частности каутоновых позволит увеличить, как момент трещинообразования, так и прочность изгибаемого элемента при тех же размерах сечения. Поскольку каутон также остается подвержен образованию трещин, в его состав добавляют волокна, например, из отхода метталокорда автомобильных шин (фибру), что в свою очередь значительно увеличивает прочность и трещиностойкость изгибаемых элементов. Стоит отметить, что необходимость в армировании растянутой зоны остается.
Исследованием такого материала, как фиброкаутон занимался автор работы [6], который экспериментально показал, что фиброкаутон имеет более высокую прочность и трещиностойкость чем каутон, что делает целесообразным использование данного материала в изгибаемой конструкции.
Настоящая работа посвящена изучению прочности, трещиностойкости нормальных сечений армофиброкаутоновых изгибаемых элементов строительных конструкций прямоугольного поперечного сечения, а также их деформативности подверженных воздействию поперечного изгиба при различных процентах продольного армирования.
Для достижения поставленной цели нами предполагается изготовление и испытание армофиброкаутоновых балок с таким варьируемым параметром, как процент продольного армирования; получение данных о напряженно-деформированном состоянии, несущей способности, и разработка рекомендации по проектированию данных конструкций. С целью сравнения работы исследуемых конструкций с традиционными (железобетонными) будут изготовлены железобетонные балки аналогичные по геометрическим параметрам и проценту армирования армофиброкаутоновым.
При исследовании нормальных сечений изгибаемых армофиброкаутоновых элементов прямоугольного поперечного сечения необходимо решить следующие задачи:
– оценить влияние процента продольного армирования на прочность, трещиностойкость, деформативность;
– провести анализ напряженно-деформированного состояния нормальных сечений армофиброкаутоновых балок при изгибе;
– разработать рекомендации по расчету нормальных сечений армофиброкаутоновых изгибаемых элементов.
Для решения поставленных задач предполагается изготовить 6 серий образцов-балок прямоугольного поперечного сечения из фиброкаутона с различным процентом продольного армирования. Все балки подлежат испытанию на поперечный изгиб двумя симметрично приложенными силами. Схема загружения представлена на Рисунке 1. В качестве продольного армирования используем стержневую арматуру класса А500С диаметрами 8мм, 10мм. 12мм., 14мм., 16 мм. и 18 мм. (с процентом продольного армирования 0,7%; 1,09%; 1,57%; 2,21%; 2,79%; 3,53% соответственно). Диаметр и количество стержней продольной стержневой арматуры назначался исходя из условия разрушения балки по нормальному сечению.
Для контроля прочности на сжатие и растяжение одновременно необходимо изготовление образцов-призм размером 4x4x16 см и образцов-восьмерок, представлены соответственно на Рисунке
2a и Рисунке 2b.
С целью выявления
особенности НДС нормальных сечений проводим измерение продольных
деформаций по высоте элемента при помощи тензодатчиков, а для определения прогибов устанавливаем индикатор часового типа (схема
установки индикатора показана на рис. 3а, схема
наклейки тензодатчиков показана на Рисунке 3б).
В Табл.4
представлена схема
экспериментальных исследований, изгибаемых армофиброкаутоновых элементов прямоугольного поперечного сечения, направленная на определение влияния процента
продольного армирования на прочность
нормальных сечений.
Таблица 4 Параметры экспериментальных балок
Исследование влияния процента продольного армирования на прочность нормальных сечений
|
Длина балки, мм
|
1400
|
Ширина балки, мм
|
60
|
Высота балки, мм
|
120
|
Количество и диаметр стержней продольной арматуры, мм
|
1∅8; 1∅10; 1∅12; 1∅14; 1∅16; 1∅18
|
Процент продольного армирования, %
|
0,7; 1,09; 1,57;
2,21; 2,79; 3,53
|
Разработка и исследование нового строительного композиционного материала на основе полибутадиенового олигомера, дисперсно-армированного волокнами
из отходов металлокорда и продольной срержневой арматурой, позволяет создавать строительные конструкции высокой прочности, трещиностойкости и коррозионной стойкости, а также увеличить
эффективность, долговечность и надежность строительных сооружений
в целом.
Список литературы
1. Борисов Ю.М. Исследование несущей способности нормальных
сечений двухслойных каутоно-бетонных изгибаемых элементов [Текст] / Ю. М. Борисов, А. Э. Поликутин, Нгуен Фан Зуй // Вестник Центрального регионального отделения РААСН: сборник научных статьей.
– Воронеж: ВГАСУ, 2010. – Выпуск 9. – С. 133 – 137.
2. Борисов Ю.М. Напряженно-деформированное состояние нормальных сечений двухслойных каутоно- бетонных изгибаемых элементов
строительных конструкций [Текст]
/ Ю. М. Борисов, А. Э. Поликутин, Нгуен Фан Зуй // Научный вестник ВГАС «Архитектура и строительство». – Воронеж: ВГАСУ, 2010. – № 2. – С. 18-24.
3.
Борисов Ю.М. Дисперсно армированные строительные композиты
[Текст] / Ю.М. Борисов,
Д.В. Панфилов, С.В. Каштанов, Е.М. Юдин // Строительная механика и конструкции, 2010. – № 2 (5). – С. 32-37.
4.
Борисов Ю.М. Задачи
и методика экспериментальных исследований нормальных сечений изгибаемых элементов таврового профиля из армокаутона [Текст]
/ Ю.М. Борисов, А.Э. Поликутин, А.С. Чудинов, А.Ю. Атанов // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Высокие технологии. Экология,
2011. – № 1. – С. 52-57.
5. Нгуен Фан Зуй. Двухслойные каутоно-бетонные изгибаемые элементы строительных конструкций [Текст]: дисс. … канд. техн. наук: 05.23.01
/ Нгуен Фан Зуй. – Воронеж,
2010. - 185 с.
6. Панфилов Д.В. Дисперсно
армированные строительные композиты на основе
полибутадиенового
олигомера [Текст]: дисс. ...
канд. техн. наук: 05.23.05 / Панфилов
Дмитрий Вячеславович. - Воронеж, 2004.– 188 c.
7.
Пинаев С.А. Влияние полимерцементной защиты на трещиностойкость железобетонных изгибаемых элементов. [Текст] / Пинаев С.А., Франсиско Савити
Матиас да Фонеска
// Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Высокие
технологии. Экология. – Воронеж: ВГАСУ, 2011. – Выпуск 1. – С85–88.
8. Поликутин А.Э. Прочность и трещиностойкость наклонных
сечений изгибаемых элементов
строительных конструкций из армокаутона [Текст]: дис. ... канд. техн. наук: 05.23.01
/ Поликутин Алексей Эдуардович. - Воронеж, 2002. –235с.
9. Потапов Ю.Б. Высокоэффективные композиты на основе
жидких каучуков
[Текст] // Материалы международной научно-технической конференции (IV Академические чтения
РААСН) "Актуальные проблемы строительного материаловедения": сб. науч. статьей. – Пенза, 1998. – С. 16-17.
10. Потапов Ю.Б. Каутоны –
новый класс коррозионностойких строительных материалов [Текст]
// Строительные материалы XXI века. – 2000.– № 9. – С. 9-10.
11. Чмыхов В. А. Сопротивление каучукового бетона действию агрессивных сред [Текст]: дисс. … канд. техн. наук: 05.23.05
/ Чмыхов Виталий Александрович.
– Воронеж, 2002. – 224 с.