О длительной несущей способности изгибаемых элементов
Известно, что напряжения в бетоне сжатой зоны изгибаемых элементов уменьшаются во времени вследствие перераспределения внутренних усилий. Одновременно изменяется прочность бетона естественного твердения в условиях действия убывающих напряжений сжатия, которые могут вызвать в зависимости от уровня нагрузки изменение предела прочности по сравнению с прочностью, определенной при кратковременных испытаниях.
Анализ исследований показал, что в связи с особенностями деформирования железобетонных балок при оценке их длительной несущей способности следует различать два случая предельного состояния: разрушение по арматуре и разрушение по бетону (переармированные элементы).
Необходимость такого учета подтверждается результатами исследований железобетонных балок, загруженных длительной высокой нагрузкой. Исследовали балки прямоугольного поперечного сечения 10X16 см из бетона естественного твердения, армированные сталью периодического профиля класса A-III.
Валки типа БИ в момент времени Г = 28 сут загружали длительно действующей нагрузкой Мцп, после чего в момент времени т2 их догружали до разрушения (без предварительной разгрузки). При этом определяли разрушающие моменты Мп. соответствующие лавинообразному нарастанию прогибов и деформаций (табл. 1).
На образцах-близнецах типа БР и БР в моменты времени Ti и т2 определяли разрушающие моменты при кратковременном действии нагрузки Л4Р и М р (табл. 2).
Длительное действие нагрузки Мял 0,87 в балках всех типов с ц= = 0,012 привело к -возникновению пластических деформаций в арматуре. При этом оказалось, что время до начала развития пластических деформаций зависит от относительного уровня нагрузки Т1.
При догружении балок БИ (р=0,012) после длительной выдержки под нагрузкой %2 выяснилось, что разрушающие моменты Ми незначительно отличаются от длительно действующих моментов МдЛ. Это свидетельствует о том, что балки находились в состоянии, близком к предельному равновесию.
Следовательно, деформации ползучести бетона могут увеличить -напряжения з растянутой арматуре до предела текучести и способствовать переходу к первому предельному состоянию. Для балок с умеренными коэффициентами армирования предельная нагрузка при длительном действии меньше, чем при кратковременном.
Балки с р = 0,039, загруженные в течение 620 сут нагрузкой Мдл = 0,9Мр, не проявили признаков потери несущей способности, так ка-к развитие деформаций бетона и арматуры, а также прогибов имело затухающий характер, а высота сжатой зоны увеличивалась во времени. Выполненное с помощью ультразвука исследование состояния структуры бетона сжатой зоны показало наличие незначительного разуплотнения. Эти явления связаны с уменьшением напряжений в сжатой зоне бетона вследствие перераспределения внутренних усилий. При отсутствия разуплотнения бетона сжатой зоны несущая способность переармиоованных балок после длительного действия нагрузки увеличивается более существенно (табл. 3) .
Несущая способность переармирован-ных балок, твердевших в нормальных температурно-влажностных условиях (15—2ГС, W=65—82%), не уменьшается при длительном действии высоких нагрузок по сравнению с несущей способностью в момент загружения. Для исчерпания несущей способности длительно загруженных балок необходимо увеличить нагрузки по сравнению с предельной кратковременной.
Последнее утверждение противоречит результатам опытов, описанных в работе, автор которой считает, что в изученных им случаях при нарастании нагрузки разрушение опытных балок происходило по бетону. Анализ имеющихся в [5] данных опровергает этот вывод.
Во-первых, лавинообразное нарастание прогибов при -нагрузках, близких к разрушающим, в условиях более медленного увеличения деформаций бетона сжатой зоны связано с появлением и развитием пластических деформаций арматуры. Во-вторых, напряжения в арматуре балок всех серий, вычисленные с учетом опытных данных, больше предела текучести, рекомендованного СНиП для стали класса A-III, от=4000 кгс/см2 и незначительно отличаются от От, определенного опытным путем.
Известно, что виброуплотнение легкобетонных смесей необходимо осуществлять при повышенных частотах и с более жестким, чем для тяжелых смесей, ограничением длительности вибрации [1, 2, 3]. В связи с этим производство легкобетонных конструкций в нашей стране в дальнейшем должно развиваться параллельно с созданием более мощных вибрационных машин и бетоноукладчиков с требуемыми режимами уплотнения. Однако повышение мощности вибрационной техники осложнит борьбу с шумом и вибрацией на производстве, усилит износ вибромашин и форм, iКроме того, применение вибрационных методов уплотнения легкого бетона при изготовлении крупногабаритных тонкостенных изделий сложного профиля с развитыми поверхностями не всегда гарантирует требуемое качество изделий. Это прежде всего касается объемных блок-комнат, санитарно-технических кабин и укрупненных легкобетонных объемных блоков для элеваторостроения, разработанных ЦНИИпромзернопроект.
В данном случае рационально использовать один из безвибрационных методов формования изделий, основанных на применении нагнетания. По сравнению с традиционными эти методы исключают вредное воздействие вибрации, повышают качество изделий, уровень механизации и автоматизации технологического процесса, а также эффективность использования капитальных вложений.
Однако большинство работ в области нагнетания основано на применении тяжелых бетонных смесей, что не позволяет использовать их для нагнетания легкобетонных смесей. Это зависит от структурно-механических свойств легкобетонных смесей, определяемых наличием в пористом заполнителе защемленного воздуха и проявлением эффекта самовакуумирования, установленного М. 3. Симоновым. Даже при выдержке в атмосферных условиях в течение 30 мин после приготовления керамзитобетонная смесь может в 1,5 раза и более увеличить показатель виброуплотняемости.
В большей степени изменяются структурно-механические свойства керамзитобетонных смесей под воздействием динамических и статических нагрузок в виде вибрации или давления, развиваемых при виброуплотнении, прессовании и др. При вибрировании керамзитового гравия в воде его водопоглоще- ние увеличивается вдвое, а в бетонной смеси — в 1,6 раза. Под давлением прессования малоподвижные и подвижные лепкобетонные смеси превращаются в свежеуплотненный бетон с высокой структурной прочностью, в котором напряжения сдвига по металлу достигают при выпрессовке 8,5 кгс/см2. Это свидетельствует о том, что легкобетонные смеси уплотняются не только за счет компактной укладки зерен, но и за счет изменения объема газовой фазы в бетоне и миграции воды в заполнитель [1, 4].
Последнее обстоятельство является основной причиной повышенной чувствительности легкобетонной смеси ко времени выдержки и воздействию давления по сравнению с обычными тяжелыми бетонными смесями. iC одной стороны оно ухудшает формозочные свойства смеси, а с другой — улучшает физико-механические свойства бетона. Поэтому эксперименты по перекачиванию легкобетонных смесей в производственных условиях дали отрицательный результат. Лишь при строительстве гидростанций в АрмССР широко использовали бетононасосы для транспортирования легкобетонных смесей, приготовленных на заполнителях из мелкопористой литоидной пемзы, водопоглощение которой в 2—3 раза меньше, чем у зерен дробленого керамзита.
Это потребовало иной технологии формования с применением нагнетания изделий из керамзитобетона, составляющего боле, 50% объема производства в нашей стране всех видов легких бетонов на пористых заполнителях. Южгипронисельстрой при участии ИСиА, НИИЖБ, ВНИИжелезобетона и треста Элеватороргстрой в течение нескольких лет выполнял комплекс научно-исследовательских, проектных и экспериментальных работ по созданию новой вибрационной технологии формования несущих керамзитобетонных конструкций, в основу которой .положен метод и установка под названием «вакуум-пресс-бетон».
Метод представляет собой сочетание трех известных технологических приемов, выполняемых как единый технологический процесс в несколько необычной для технологии бетона последовательности: предварительная вакуумообработка в нагнетателе движущегося потока смеси, заполнение формы и под- прессовка смеси в конце процесса нагнетания. Опытами установлено, что нагнетание керамзитобетснных смесей, приготовленных без предварительного замачивания керамзита с помощью серийно выпускаемых и известных машин, невозможно, а подвижность керамзитобетонных смесей, предназначенных для нагнетания, должна быть значительно большей, чем для обычных тяжелых смесей. Поэтому используют высокопластичную смесь с начальной подвижностью 22—25 см по осадке стандартного конуса. Последовательное воздействие на керамзитобетонную смесь вакуума и давления в процессе нагнетания уменьшает начальную подвижность до 8—40 см я переводит ее в иное качественное состояние. Это увеличивает прочность керамзитобетона на 25- 30% по сравнению с обычным, полученным виброуплотнением из смеси подвижностью 18 см. Одновременно установлено, что при приложении кратковременной нагрузки в 0,5 кгс/см2 быстро изменяется объем смеси: после снятия нагрузки он стремится к восстановлению я стабилизируется в течение 3—5 мии. При этом уменьшается подвижность смеси и возрастает напряжение сдвига. Высокие нагрузки приводят к более значительным потерям подвижности и необратимым изменениям объема смеси. Такая реакция на внешние нагрузки определила необходимость применения минимальных по величине и времени воздействия на смесь давлений, а также необходимость разработки новой конструкции нагнетателя.
Наиболее приемлема в .данном случае конструктивная схема комбинированного нагнетателя с консольно-удлнненным шнеком (рис. 1). На первом этапе нагнетания смесь транспортируется в полость формы, исключая воздействие на нее давления воздуха, на втором этапе заполнение формы смесью продолжается, но с помощью шнека и возрастающего давления воздуха и на третьем—смесь подпрессовывается в форме с помощью шнека и предельного рабочего давления воздуха. Нагнетатель с консольно-удлиненным шнеком является основным агрегатом установки «вакуум-пресс-бетон» и имеет несколько видов перемещения в зависимости от способа организации производства.
При исследовании технологии формования керамзитобетонных конструкций методом «вакуум-пресс-бетон» с помощью опытного нагнетателя емкостью 0,5 м3 формовали ребристые плиты покрытия размером в плане 1,5Х Х6 м и фрагменты стеновых панелей размером 3X3 м с толщиной основных конструктивных элементов 40—50 мм.
С помощью установки, предназначенной для конвейерной технологии производства, формовали объемные блоки элеваторов типа СОГ размером 1,2X ХЗХЗ м и 2,4X3X3 м (рис. 2), объем бетона в которых составляет соответственно 1,52 и 3,08 м3. В процессе формования изучали давление смеси на стечки форм, скорость и условия заполнения отдельных участков форм смесью, влияние давления смеси в форме на миграцию воды и конечную