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.