К ВОПРОСУ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЧНОСТИ И ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ НАКЛОННЫХ СЕЧЕНИЙ ИЗГИБАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ АРМОКАУТОНА ТАВРОВОГО ПРОФИЛЯ

Современное строительство испытывает потребность в коррозионностойких конструкциях, которые способны резко увеличить надежность и сроки службы зданий и сооружений. В настоящее время в строительстве нашли применение 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 (например, фурановые смолы), в результате чего стоимость их резко возросла. Защита строительных конструкций от агрессивного воздействия среды в этой ситуации возможна при использовании альтернативных видов полимеров, например диеновых олигомеров, принадлежащих к классу жидких каучуков.

Полученный на основе жидких каучуков, выпускаемых Воронежским заводом синтетического каучука (СК-2), материал каутон, обладает благоприятными физико-механическими свойствами, а также высокой химической стойкостью. На его основе созданы коррозионностойкие конструкции. Однако для эффективного использования таких конструкций необходимы исследования, которые бы способствовали разработке методов расчета, в частности, наклонных сечений изгибаемых элементов из каутонов.

Существующие методы связаны с расчетом железобетонов и известных полимербетонов, которые без специальных исследований нельзя распространять на конструкции из каутона. К тому же даже в отношении изученных материалов до сих пор нет единого мнения по вопросам степени влияния пролета среза, продольного армирования, вида бетона и других факторов на прочность, трещиностойкость и деформативность наклонных сечений изгибаемых элементов. Создание надежных строительных конструкций невозможно без изучения напряженно-деформированного состояния (НДС), возникающего при воздействии усилий различного рода, что правомерно и актуально для конструкций из каутона, поскольку данный композит принадлежит к недавно созданным материалам и поэтому еще мало изучен.

В процессе изучения свойств каутона и частично строительных конструкций на его основе, которые были описаны Потоповым Ю.Б. [9, 10], Борисовым Ю.М. [1, 2, 3, 4], Нгуеном Ф. З. [5] , Пинаевым С.В. [7], Поликутиным А.Э. [8], Чмыховым В.А. [11], Панфиловым Д.В. [6] и др., доказана эффективность использования этого материала и структур на его основе. Состав каутона и его свойства представлены в таблицах 1, 2, 3.

Таблица 1 Компонентный состав каутона

Таблица 2 Коэффициенты химической стойкости каутона

Таблица 3 Физико-механические свойства каутона

Как известно, недостатком тяжелого цементного бетона (в изгибаемом элементе) является раннее трещинообразование, которое представляет собой неблагоприятный фактор в конструкциях (работающих в агрессивных средах), связанный с защитой арматуры от внешней агрессивной среды. Решить проблему повышения трещиностойкости, а одновременно и прочности изгибаемого элемента и позволяют полимербетонные конструкции, в частности каутоновые.

С использованием полибутадиенового олигомера, относящегося к классу жидких каучуков, созданы композиционные материалы нового поколения, армированные продольной арматурой, – армокаутоны, обладающие высокой химической стойкостью, трещиностойкостью, прочностью и другими благоприятными эксплуатационными свойствами.

Настоящая работа посвящена изучению прочности, трещиностойкости наклонных сечений армокаутоновых изгибаемых элементов строительных конструкций таврового поперечного сечения, а также их деформативности при воздействии поперечного изгиба. Предлагается провести испытание армокаутоновых балок с такими варьируемыми параметрами, как процент поперечной арматуры и пролет среза (a), с целью получения данных об напряженно-деформированном состоянии наклонных сечений, их несущей способности и для разработки рекомендаций по проектированию таких конструкций.

Для проведения сравнительного анализа изготавливаются в лабораторных условиях железобетонные балки, схожие по геометрическим параметрам и армированию с армокаутоновыми.

При исследовании наклонных сечений армокаутоновых изгибающих элементов таврового поперечного сечения необходимо решить следующие задачи:

- оценить влияние процента поперечной арматуры и пролета среза на прочность, трещиностойкость, деформативность;

-   провести анализ напряженно-деформированного состояния наклонных сечений армокаутоновых балок при изгибе;

- разработать рекомендации по расчету наклонных сечений армокаутоновых изгибаемых элементов. Для решения поставленных задач следует изготовить пять серий образцов каутоновых балок таврового поперечного сечения с различным процентом поперечной арматуры и пролетами среза. Все балки подвергаются испытанию на поперечный изгиб двумя равными симметрично приложенными силами. Схема  загружения показана на рис. 1.

В качестве продольной арматуры используется стержневая арматура класса A500C диаметром 12 мм (с процентом продольной арматуры 1,57%).

В качестве поперечной арматуры используется стержневая арматура класса Вр-I диаметром 5 мм с шагом (s) 3cм, 5cм и 7cм и без поперечной арматуры.

Пролеты среза (а) принимаются 100мм, 120мм,180мм, 240мм, 300мм и 360мм.

Для измерения прогибов балок применяется электронный прогибомер (рис. 2).

Для контроля прочности каутона на сжатие и прочности на растяжение изготавливаются параллельно с балками образцы призмы размером 4х4х16 см и образцы восьмерки (рис. 3а и 3b).

Для измерения деформации на поверхность балок в зоне действия поперечных сил наклеиваются две группы тензодатчиков. Первая группа тензодатчиков наклеивается вдоль и поперек предпологаемой линии наклонной трещины, чтобы измерить деформации вдоль предполагаемых линий главных сжимающих и растягивающих напряжений (рис. 4а). Вторая группа устанавливается таким образом, чтобы производить измерение продольных деформаций в нормальном сечении, проходящем вблизи вершины наклонной трещины (рис 4б).

В процессе испытания фиксируются нагрузки при образовании наклонных трещин, а также нагрузки при разрушении.

В таблице 4 представлена схема экспериментальных исследований изгибающих армокаутоновых элементов таврового поперечного сечения, направленных на определение влияния процента поперечной арматуры и пролета среза на прочность и трещиностойкость наклонных сечений.

Таблица 4 Параметры экспериментальных балок

Таким образом, благодаря разработке и исследованию нового строительного композита на основе полибутадиенового строительного композита - каучукового бетона станет возможным изготовление строительных конструкций с повышенной прочностью, трещиностойкостью и коррозионной стойкостью.

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.