Предварительно напряженное армирование изделий из автоклавных ячеистых бетонов

ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННОЕ АРМИРОВАНИЕ ИЗДЕЛИЙ ИЗ АВТОКЛАВНЫХ ЯЧЕИСТЫХ БЕТОНОВ
Рассмотрим возможность использования предварительно напряженного армирования для повышения трешиностойкости изделий из ячеистых бетонов. Этот прием является основным при увеличении жесткости трешиностойкости конструкций и тяжелого бетона. Казалось бы, для ячеистых бетонов, имеющих пониженную трешнностойкость, предварительное напряжение арматуры должно получить самое широкое применение. Однако необходимость развития производства ячеистобетонных изделий с предварительным напряжением арматуры подвергается сомнению из за технических трудностей заанкерирования арматуры в относительно малопрочном ячеистом бетоье, даже арматуры класса A и A V. Кроме того, считают, что повышенная усадка ячеистого бетона вызывает высокие потери предварительного напряжения, и поэтому при арматуре класса A и A V предварительное ее напряжение оказывает малое влияние на жесткость конструкций из ячеистого бетона по сравнению с этим влиянием в конструкциях из обычного тяжелого бетона.
В основе этих соображений лежит недооценка значения, которое может иметь предварительное напряжение арматуры для повышения трешиностойкости изделий из ячеистого бетона при самопроизвольных его деформациях и, следовательно, для повышения их долговечности. До сих пор трещиностойкость изделий из ячеистых бетонов при самопроизвольных деформациях рассматривается как фактор второстепенный, не являющийся основным показателем долговечности этих изделий. Поэтому и представляются необязательными мероприятия, обеспечивающие трещиностойкость изделий при самопроизвольных деформациях бетона. Следовательно, и предварительное напряжение арматуры рассматривается как прием малоэффективный.
Однако исследования, проведенные в НИИЖБс, ЦНИИСКе им. В.А. Кучеренко, Уральском Промстройниипроекте, Киевском НИИСКе и УПИ им. СМ. Кирова, показали, что предварительное напряжение арматуры ячеистобегонных конструкций не только эффективно повышает их трещиностойкость, но и уменьшает трудоемкость и себестоимость производства изделий.
На рис. 3, п данным 56 . показано определенное расчетом влияние усадки бетона на момент трещинообразования М для балок сечением 20x20 см из ячеистого бетона плотностью 700 кг м3 класса В. Принято армирование двумя стержнями диаметром 8 мм из стали класса A, расположенными в растянутой зоне, уровень прелварнтельного напряжения арматуры 300 МПа. В предварительно напряженных элементах момент образования трещин при нулевой усадке в, 5 раза больше, чем в балках с армированием без предварительного напряжения. При увеличении усадки влияние предварительного напряжения на жесткость консгрукций уменьшается и при значении усадки около, 5 мм м полное ью снимается. В этом состоянии потенциальный момент тре шипообразования изделия с напряженной арматурой достигает ровня, имеющегося у ненапряженного элемента с нулевой усадкой. Потери напряжения в арматуре от усадки бетона не превышают 80 00 МПа.По данным автора, эксплуатационная усадка автоклавных ячеис П. Х бетонов на цементе и песке составляет, 2, 5, а для бетонов из извести и золе 2 2,2 мм м. Исходя из этого, можно предположить, что при использовании арматуры класса A и A V предвари юльное ее напряжение будет полностью предупреждать раскрытие трещин в конструкциях при самопроизвольных цефопмашшх бетона. При этом уровень потерь предварительного напряжения арматуры может достигнуть 003 контролируемого напряжения. В приведенных соображениях не учитывались потери предварительного напряжения арматуры вследствие ползучести бетона. Шляние ползучести ячеистых бетонов на напряженное состояние арматуры исследовано недостаточно.
В большинстве проводившихся опытов ползучесть ячеистых П. токов исследовали в лаборатории при температуре около 20°С и относительной влажности воздуха 40—603 В этих условиях разложение новообразований цементного камня ячеистого бетона углекислотой воздуха не происходит ввиду малой влажности образцов и ограниченности воздухообмена в порах бетона из за низких градиентов температуры и давления е нем. Следовательно, последствия изменения микроструктуры, наблюдающиеся в ячеистом бе гоне в эксплуатационных условиях, при этой методике не учитывались. Влияние карбонизации обычных бетонов на их нолз честь отмечалось Й. Александре. 28 и Л. Парротом 29. Л. Паррот, ь частности, констатировал, что деформация ползучести карбонизировавшихся образцов превышает ползучесть образцов, не подвергавшихся карбонизации, на 60. А.Д. Гумуляускас и К.А. Пу оцжюкинас нашли, что карбонизация образцов ячеистого бетона под нагрузкой увеличивает eDv ползучести бетона ппи растяжении в 0 5 раз 24.
В Уральском ПромстройНИИпроекте инженеры П.А. Федоеин и М.А. Газиев под руководством автора исследовали ползучесть ячеистых бетонов с учетом их старения вследствие действия атмосферной углекислоты 92. Они показали, что ползучесть ячеистых бетонов с учетом изменения макроструктуры вследствие действия атмосферной С02 в, 9—2 раза превышает ползучесть ячеистых бетонов, определенную без учета этого явления (рис. 32).
Особое значение имеет надежность анкеровки арматуры в ячеистом бетоне. В конструкциях из тяжелого бетона анкеровка пред напряженной арматуры обеспечивается в основном силами сцепления се с бетоном. Б ячеистых бетонах эти силы недостаточны и анкеровка предварительно напряженной арматуры должна обеспечиваться специальными мероприятиями.В НИИЖБе для повышения надежности анкеровки преднапря женной арматуры в ячеистых бетонах исследовали спирали и утолщенную цементно полистирольную обмазку проволок. Н.И. Левин и В.П. Хлебцов использовали для создания предвартельного напряжения в ячеистобетонной панели одиночные стержни из стали класса А Ш и A B.. располагаемые симметрично в два ряда по толщине панели с янкеровкой их с помощью шайб 00. Однако использование спиралей, шайб или утолщенной обмазки усложняет технологию.В Уральском ПромстройНИИпроекте В.Х. Куршпель, И.Е. Голуб и В.И. Мамин применили предварительно напряженную арматуру в виде отдельных плоских каркасов. В этом случае поперечные стержни каркасов служат анкерами для растянутой арматуры 67. Исследование потерь предварительного напряжения в арматуре в зависимости от вида анкеровки производилось непосредственно при изготовлении опытных конструкций. Для анкеровки использовались спирали из проволоки диаметром 4 мм с внутренним диаметром 20 мм и длиной 35 см и поперечные стержни из арматуоы диаметром 8— 0 мм класса А Ш. Плотность бетона панелей в естественно влажном состоянии колебалась от 680 до 760 кг м3. а прочность выпиленных образцов от 3,4 до 4,8 МПа. Контролирче мое напряжение во всех напрягаемых стержнях при натяжении — о0 = 300 МПа.Основная часть потерь напряжения в напрягаемой арматуре наблюдалась на концевых участках панелей на длине 40—80 см. Фактическая длина зоны передачи напряжений для спирального анкера находилась в пределах 55 80 см, а для анкеров в виде поперечных стержней диаметром 20 мм — 38—45 см. Потери напряжении в арматуре в средней части панели при спиральном анкере составили 3.5—30 МПа. а при поперечных стержнях — 5,2 0 МПа.Приведенные данные показывают высокую эффективность поперечных анкерных стержней и целесообразность использования плоских арматурных каркасов для предварительного напряженного армирования ячеистобетонных конструкций (рис. 33, 34).Для предварительного натяжения плоских арматурных каркасов в Уральском ПромстройНИИпроекте предложено устройство (рис. 35), представляющее собой домкрат, крепящийся на форуе стационарно с помощью сварки или временно с помощью упорной.В панелях без предварительного напряжения арматуры ширина раскрытия трещин была в, 5 раза больше. Испытания панелей кратковременной нагрузкой до разрушения показали, что ширина трещин у панелей с преднапряженным армированием при нормативной нагрузке в 2,5—3 раза меньше, чем у панелей с обычным армированием. Отношение фактического прогиба к контрольному при нормативной нагрузке у панелей с напряженным армировзни м составило 0,6—0,82, а у обычных панелей 0,96, 02. Трещины шириной раскрытия 0,2 мм на преднапряженных панелях появлялись при нагрузках, превышающих расчетные. У контрольных панелей с обычным армированием такие же трещины появлялись при нагрузках, составлявших 0,3—0,5 расчетных.Таким образом, использование предварительно напряженных арматурных каркасов позволяет существенно повысить трещино стойкость ячеистобетонных изделий, а следовательно, и их долговечность. Нужно заметить, что расход арматуры для преднапряжен ных конструкций при использовании стали класса А ШВ для панелей жилых зданий размером на две комнаты в среднем на 5е* ниже, чем для эталонных по типовым проектам. Для панелей стен промышленных зданий экономия стали составляет около 5%. При преднапряженном армировании в, 5—2 раза сокращается трудоемкость арматурных работ за счет исключения операций по сборке и сварке пространственных армокаркасов. Поэтому стоимость м3 преднапряженной панели на —, 5 руб. меньше, чем панели с обычным армированием. Использование предварительно напряженного армирования делает реальным увеличение размеров цель ноформованных изделий из ячеистого бетона. В Уральском Пром стройНИИпроекте, в частности, были запроектированы 3—4 модуль ные панели из ячеистого бетона плотностью 500 и 700 кг м3 (см. рис. 34 и 36). Масса таких панелей около 6 т. Это позволяет применять для монтажа таких панелей существующее крановое оборудование.
УПИ им. СМ. Кирова совместно с заводом ЖБИ им. Ленинского комсомола предложено армировать крупноразмерные изделия электротермически напрягаемыми стержнями из арматуры периодического профиля диаметром 0 мм класса A 32. Стержни располагаются по середине толщины панели в двух направлениях. Использование такой предварительно напряженной арматуры уменьшает расход стали по сравнению с типовым решением на 25». а трудоемкость арматурных работ более чем в 2,5 раза.Приведенные данные показывают, что применение предварительно напряженной арматуры повышает качество и долговечность ячеистобетонных изделий, уменьшает себестоимость их изготовления и открывает возможности производства цельноформованных изделий с увеличенными размерами. Однако предварительное напряжение арматуры в ячеистобетонных конструкциях в массовом производстве не используется. Одна из главных причин этого недоработки в технологии отдельных рабочих операций при пред напряжении арматуры на заводах ячеистобетонных конструкций, отсутствие на этих заводах оборудования, недостаточная изученность вопроса о защитных покрытиях арматуры, напрягаемой электротермически, и о дифференциации требований к защите арматуры в зависимости от толщины защитного слоя бетона и др. Решение этих вопросов может существенно повысить эффективность производства крупноразмерных ячеистобетонных конструкций и их хрещиностойкость.