Большинство конструкций и изделий, используемых в отрасли ―Строительство‖ изготавливаются на основе традиционных материалов, таких как бетон, сталь, древесина, керамика и др. Однако при определенных условиях эксплуатации (агрессивная среда, повышенные нагрузки и т.д.) данные материалы не всегда могут соответствовать требованиям, предъявляемым к ним. Одним из путей обеспечения требуемых эксплуатационных показателей является применения в качестве материала для строительных конструкций полимербетонов различных видов.

В настоящее время в строительстве нашли применение полимербетоны на основе фурановых, эпоксидных, полиэфирных, карбамидных и других смол. Стоит отметить, что 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. В виду этого повышение стойкости конструкции к различным агрессивным средам возможно с использованием альтернативных полимеров, например, диеновых олигомеров, принадлежащих к классу жидких каучуков.

Материал, полученный на основе жидких каучуков, выпускаемых несколькими заводами в РФ, в том числе Воронежским заводом синтетического каучука (СК-2)-каучуковый бетон (каутон), состав которого приведен в Табл.1, обладает высокой, практически универсальной химической стойкостью (Табл.2) и благоприятными физико-механическими свойствами (Табл.3).

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.

   Таблица 1

Компонентный состав армокаутона

Наименование компонентов	Содержание компонентов, мас. %
Цис-полибутадиеновый   низкомолекулярный каучук СКДН-Н	8,0
Сера техническая	4,0
Тиурам-Д	0,4
Оксид цинка	1,6
Оксид кальция	0,5
Зола-унос	7,0
Кварцевый песок	24,0
Щебень	54,5

 

   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
Теплостойкость, о 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	–

Главным недостатком тяжелого цементного бетона (при применении его в изгибаемом элементе) является значительная разница между прочностью на сжатие и на растяжение (в 10-15 раз), что вызывает ранее трещинообразование и, как следствие, неучѐт работы растянутой зоны при эксплуатационных нагрузках в расчетах по прочности. То есть в железобетонном изгибаемом элементе работает не все сечение, а только сжатая зона, при этом растянутая зона лишь добавляет вес конструкции и обеспечивает проектное положение арматуры. Устранить или свести к минимуму этот недостаток можно путем использования в растянутой зоне материала с более высокой прочностью на растяжение, чем у бетона, приравняв (или приблизив) тем самым прочностные показатели сжатой и растянутой зон в изгибаемом элементе. В результате получаем изгибаемый элемент с одинаковыми или близкими по значению прочностями сжатой и растянутой зон, что позволяет более полно и эффективно использовать каждый из материалов. Кроме того, использование каутона в растянутой зоне благоприятно сказывается на защите стальной арматуры от внешнего воздействия среды. Однако, поскольку каутон подвержен образованию трещин (как и бетон, но при больших напряжениях), остается необходимость в армировании растянутой зоны, чтобы не происходило разрушение элемента с образованием первой трещины.

Оптимальная работа конструкций в условиях агрессивных сред обуславливается не только применением новых эффективных строительных материалов высокой коррозионной и химической стойкости, но и использованием таких форм поперечного сечения, которые позволяют максимально полно использовать конструкционные свойства материалов. Одной из таких форм поперечного сечения изгибаемых каутоно- бетонных элементов является тавровая с полкой, расположенной в сжатой зоне. Использование конструкции таврового поперечного сечения позволяет снизить расход материала, за счет удаления части растянутой зоны. Нами предлагается в сжатой полке таврового сечения использовать тяжелый цементный бетон, в растянутом ребре-каутон.

Исследованием подобных конструкций, но прямоугольного поперечного сечения занимался автор работы [5], который экспериментально показал, что каутон имеет высокую адгезию к бетону (в процессе испытания балок отслоение материалов не наблюдается), что делает использование такого сочетания материалов в двухслойной конструкции возможным и целесообразным.

Настоящая работа посвящена изучению прочности каутоно-бетонных элементов строительных конструкций таврового профиля, подверженных воздействию поперечного изгиба при различных процентах продольного армирования, с бетонной полкой в сжатой зоне и каутоновым ребром в растянутой.

Для достижения поставленной цели нами предполагается изготовление и испытание каутоно-бетонных балок с таким изменяемым параметром, как процент продольного армирования; получение данных о напряженно- деформированном состоянии, несущей способности, и разработка рекомендаций по проектированию данных конструкций. С целью сравнения работы исследуемых конструкций с традиционными (железобетонными) будут изготовлены железобетонные балки аналогичные по геометрическим параметрам и армированию каутоно- бетонным.

При исследовании нормальных сечений изгибаемых двухслойных каутоно-бетонных элементов таврового поперечного профиля необходимо решить следующие задачи:

–   провести анализ напряженно-деформированного состояния нормальных сечений двухслойных каутоно- бетонных изгибаемых элементов при изгибе;

– оценить влияние процента продольного армирования на прочность;

– разработать рекомендации по расчету нормальных сечений каутоно-бетонных изгибаемых элементов.

Для решения поставленных задач предполагается изготовить 5 серий образцов-балок таврового поперечного сечения из каутон-бетона с различным процентом продольного армирования. Все балки испытываются 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. и 16 мм. (с процентом продольного армирования 0,84%; 1,31%; 1,89%; 2,57%; 3,35% соответственно). Диаметр и количество стержней продольной стержневой арматуры назначен исходя из условия разрушения балки по нормальному сечению по растянутой зоне.

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 нормальных сечений по высоте элемента при помощи тензодатчиков (схема наклейки тензодатчиков показана на Рисунке 3).

В Табл.4 представлены параметры экспериментальных изгибаемых каутоно-бетонных элементов таврового поперечного сечения.

 Таблица 4

Параметры экспериментальных балок

Исследование влияния процента продольного армирования на прочность нормальных сечений
Толщина полки, мм	25
Ширина полки, мм	180
Высота балки, мм	120
Количество и диаметр стержней продольной арматуры, мм	1∅8; 1∅10; 1∅12; 1∅14; 1∅16
Процент продольного армирования, %	0,84; 1,31; 1,89; 2,57; 3,35

Данные исследования при таком сочетании материалов и такой форме поперечного сечения проводятся впервые. В дальнейшем, на следующих этапах исследования планируется дополнительно варьировать толщиной и вылетом полки тавра.

 

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.