Строительство и архитектура

К.т.н. Новиков М.В.

Воронежский государственный архитектурно-строительный университет, Россия

Несущая способность сжатых элементов строительных

конструкций из поризованного бетона

Перспективным направлением в жилищно-гражданском строительстве в нашей стране стало широкое применение технологий монолитного возведения зданий. При этом актуальным представляется использование макропористого бетона - поризованного бетона, получаемого воздухововлечением при перемешивании в присутствии высокоэффективных поверхностно-активных добавок [1]. Эффективность его применения, особенно в малоэтажном строительстве, определяется возможностью получения поризованного бетона в широком диапазоне средней плотности на одном и том же сырье и оборудовании, возведением с его использованием конструкций различного функционального назначения.

В ряду проблем, связанных с научно-инженерным сопровождением широкого использования поризованного бетона нового поколения в монолитном строительстве, оказывается углубленное изучение его прочностных свойств, чем, собственно, и предопределялись цели и содержание представленных в статье результатов исследований.

Объектом исследования являлись центрально сжатые элементы монолитных конструкций из цементного поризованного бетона средней плотностью 1200-1600 кг/м³ двух структурных модификаций: мелкозернистого, изготовленного с применением кварцевого песка естественной гранулометрии, и микрозернистого бетона, при получении которого применялась зола-уноса ТЭЦ.

Комплекс работ по исследованию механических свойств сжатых элементов из поризованного бетона включал в себя кратковременные и длительные испытания. Испытания производились общепринятыми методами с учетом [2], при квазистационарном температурно-влажностном режиме, на бетонных элементах размером 100´100´400 мм и 150´150´600 мм, твердевших до 28-суточного возраста в нормальных условиях.

По результатам кратковременных испытаний определялись исходные физико-механические характеристики поризованного бетона в возрасте 28 суток, а также оценивалось влияние на них фактора времени и длительного загружения. По результатам длительных испытаний определялись деформации усадки, ползучести и длительное сопротивление сжатых элементов из поризованного бетона. Длительная прочность изучалась при высоких уровнях напряжений, превышающих 0,75 R_bm, с интервалом на каждом уровне 0,05 R_b. Продолжительность длительных испытаний составляла 200 суток.

Обобщая результаты экспериментов, можно отметить.

По прочностным показателям исследованные поризованные бетоны отвечают требованиям СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции» и занимают промежуточное место между равнопрочными ячеистыми и легкими бетонами на пористых заполнителях. Интенсивность изменения указанных характеристик поризованного бетона можно проследить по преставленным экспериментально-статистическим зависимостям (рис. 1).

Разрушение бетонных элементов сопровождалось характерным для макропористых бетонов глухим звуком. Образцы чаще всего раскалывались на четыре части по вертикальным трещинам, что свидетельствует о разрушении сжатых элементов из-за исчерпывания сопротивления растяжению в поперечном направлении. Кроме того, у верхнего торца выкалывалась пирамида довольно правильной формы, основанием которой служила опорная грань призмы. В отдельных случаях, трещины имели наклонное направление.

Появление первых трещин в бетонных элементах соответствовало, как правило, разрушающей нагрузке, или нагрузке, близкой к разрушающей. Верхняя параметрическая точка R_crc^ν, находилась в широких пределах (0,68-1,0) R_b. Оценка нижней границы образования микротрещин R_crc⁰ в сжатых элементах из поризованного бетона при помощи тензодатчиков и ультразвуковым методом не дала однозначных результатов. Поэтому она определялась косвенно по результатам обработки длительных испытаний.

В сжатых элементах нарастание прочности поризованного бетона во времени характерно для всех его модификаций. Коэффициенты прироста данного показателя во времени для микрозернистых бетонов больше, чем для мелкозернистых, и тем больше, чем ниже средняя плотность бетона. Изменение прочности поризованного бетона во времени подчиняется зависимости вида:

,

где τ – возраст бетона, сут.; R₂₈ – призменная прочность поризованного бетона в возрасте 28 суток; k – опытный параметр, МПа.

За время твердения в нагруженном состоянии, также отмечался прирост прочности на сжатие. При этом упрочнение в основном происходило при длительных напряжениях соответствующих области линейной ползучести [3]. При больших напряжениях начиналось снижение R_b, что связано, видимо, с развитие микротрещин в структуре бетона.

По результатам исследования прочности сжатых элементов из поризованного бетона при кратковременном действии сжимающей нагрузки определены его нормативные и расчетные сопротивления (таблица). Достоверность этих характеристик обеспечена методами статистической обработки экспериментальных данных и подчиненностью их закону нормального распределения Гаусса-Лапласа.

Таблица

Рекомендуемые расчетные характеристики поризованных бетонов при сжатии

Характеристика	Вид структуры и марка по средней плотности
	Мелкозернистая			Микрозернистая
	D1200	D1400	D1600	D1200	D1400	D1600
Класс бетона по прочности на сжатие	В4,8	В9,4	В13,9	В5,2	В10,9	В17,1
Коэффициент призменной прочности k	0,91	0,86	0,85	0,96	0,90	0,87
Нормативное сопротивление Rbn, МПа	4,4	9,0	13,3	5,2	9,9	16,4
Расчетное сопротивление Rb, МПа	3,7	7,9	11,9	4,3	8,1	14,7
Коэффициен надежности материала по прочности γbc	1,20	1,15	1,12	1,20	1,23	1,11
Коэффициент длительной прочности ητ	0,66			0,69
Коэффициент условия работы gb2	0,90	0,85		0,90		0,85
Нижняя граница микротрещинообразования R^0crc/Rb	0,60			0,45
Верхняя граница микротрещинообразования R^νcrc/Rb	0,76 - 1,0			0,68 - 1,0

Относительный предел длительной прочности сжатых элементов из поризованного бетона определялся экстраполяцией опытных точек по логарифмической зависимости до момента времени, соответствующему сроку службы сооружений (рис.2). В нормативных документах таким сроком является 100 и более лет. В результате коэффициент длительной прочности для сжатых элементов из поризованного бетона находился в пределах 0,69-0,74. Уточнение относительного предела длительной прочности поризованного бетона производилось с позиций механики разрушения по формуле 94 [4]. Поэтому на первых порах и в запас прочности его можно принять равными 0,66 и 0,69 соответственно для мелко- и микрозернистых поризованных бетонов.

На основании данных длительного сопротивления поризованного бетона и изменения его прочности во времени, для расчета и проектирования конструкций, установлены коэффициенты условия работы поризованного бетона (таблица).

Таким образом, полученные характеристики важны для расчета бетонных конструкций по предельным состояниям, а сравнительный анализ свойств бетона, позволяет охарактеризовать поризованный бетон как достаточно надежный материал для несущих стеновых конструкций зданий.

Литература:

1. Чернышов Е.М. Поризованные бетоны для конструкций малоэтажных зданий [Текст] / Е.М. Чернышов, Г.С. Славчева, Н.Д. Потамошнева, А.И. Макеев // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. – 2006.- №5. - С. 16-19.

2. Методические рекомендации по определению основных механических характеристик бетонов при кратковременных и длительных нагрузках. – М.: НИИЖБ, 1984. – 40с.

3. Новиков М.В. Деформативность сжатых элементов строительных конструкций из поризованного бетона в условиях длительного действия нагрузки /М.В. Новиков // Матер. 7-й междунар. науч.-практ. конф. "Научная индустрия европейского континента - 2011". Ч. 26. Строительство и архитектура. - Чехия, Прага, 2011. - С. 89 - 93.

4. Зайцев Ю.В. Моделирование деформаций и прочности бетонов методами механики разрушения. – М.: Стройиздат, 1982. – 196c.