Влияние стальной арматуры на усадку и ползучесть армоцемента
Стальная арматура в бетоне выступает как внутренняя связь, препятствующая свободе деформаций усадки и ползучести. Кроме того, она сообщает сечению статическую неопределимость. Усадка вызывает растягивающие напряжения в бетоне, что особенно нежелательно для растянутой зоны изгибаемых элементов, так как в этом случае поля напряжений, вызванные усадкой и силовым воздействием, суммируются. Усадка также снижает предварительное напряжение арматуры.
Ползучесть приводит к перераспределению усилий в сечении между бетоном и арматурой, снижает устойчивость конструкции и вызывает потери предварительного напряжения арматуры. Усадка железобетона по данным опытов примерно вдвое меньше, чем усадка обычного бетона. В отношении армоцемента автором установлено, что, начиная с семидневного возраста, в образцах с 4-мя слоями тканой сетки № 10 (р = 0,0284) усадка оказалась меньше, чем в аналогичных, армированных 3-мя слоями той же сетки (р = 0,0213) (рис. 6), т. е. на деформацию усадки армоцемента влияет сетчатое армирование.
Напряженное состояние в сечении армоцементного элемента, вызванное усадкой мелкозернистого бетона, можно определить, пользуясь аналитическими зависимостями, предложенными И. И. Улицким. Как пример рассмотрим случай центрального растяжения от усадки армоцементного элемента, симметрично армированного ткаными сетками (по данным исследований автора).
Проделанные расчеты свидетельствуют, что усадка может вызвать в сечениях армоцементных конструкций значительные растягивающие напряжения, близкие к пределу прочности мелкозернистого бетона на растяжение. Нужно отметить, что в приведенном примере учтены только продольные проволоки тканых сеток. Наличие в сварных и тканых сетках поперечных проволок может вызвать в армоцементе дополнительное растяжение от усадки бетона. Так же надо учитывать, что большинство армоцементных конструкций армируют комбинировано, а величина модуля упругости стержневой арматуры выше, чем тканых сеток, и сварные сетки менее податливы, чем тканые. Таким образом, в сечениях армоцементных конструкций, армированных стержневой арматурой и сварными сетками, от усадки бетона могут возникнуть напряжения более высокие, чем получены в расчетах.
Автором при испытаниях наблюдалось значительное разбухание мелкозернистого бетона. При этом относительная деформация разбухания была близка к величине усадки. Учитывая проделанные расчеты, становится очевидным, что попеременные высушивания и увлажнения могут вызвать в сечениях армоцементных конструкций существенное знакопеременное напряженное состояние, что весьма важно для процессов трещинообразования в армоцементе.
Армоцементные конструкции, как правило, проектируют больших пролетов. Поэтому умение оценить жесткость тонкостенного армоцементного сечения на различных стадиях работы конструкции очень существенно. Эксперименты показывают, что в железобетонных конструкциях полные прогибы изгибаемых элементов в 2—4 раза превосходят упругие (мгновенные).
Автором исследовалась ползучесть армоцемента при осевом сжатии, растяжении и сжатии при изгибе. Образцы загружались в возрасте 28 и 55 суток с момента их изготовления. К концу испытаний (200 суток) полные относительные деформации сжатых элементов увеличились в 1,3 — 2 раза по сравнению с первоначальными деформациями. На рис. 10 приведены кривые относительных деформаций ползучести армоцемента при сжатии и растяжении, из которых видно, что деформации ползучести быстро растут в течение первых 28 суток. Дальнейшее замедление роста деформаций ползучести объясняется тем, что процесс старения мелкозернистого бетона длится недолго. Приведенные кривые относительных деформаций ползучести армоцемента при сжатии и растяжении образцов нельзя сравнивать в количествен ном отношении, так как сжатые и растянутые образцы находились в различных по направлению и величине напряженных состояниях. Из представленного на рис. 10 сопоставления видно, что в армоцементе линейная ползучесть при сжатии и растяжении протекает примерно одинаково. Величина коэффициента упругости армоцемента зависит от коэффициента сетчатого армирования. При растяжении величина коэффициента упругости колеблется от 0,41 до 0,48. В изгибаемых элементах, по результатам исследований автора и В. С. Басова, ползучесть армоцемента протекает аналогично сжатым сечениям.
Исследования показывают, что для армоцемента справедлива линейная зависимость между напряжениями и деформациями ползучести. С повышением напряжений ползучесть армоцемента увеличивается Тканые сетки препятствуют свободной деформации ползучести мелкозернистого бетона в армоцементе, но, в силу их значительной податливости, сопротивление тканых сеток деформации ползучести меньше, чем сварных сеток и стержневой арматуры.
У армоцемента после снятия напряжений упругие деформации восстанавливаются до 90%, а деформация ползучести — всего на 5—10%. Существенно влияет на восстановление упругих и пластических деформаций способ армирования. При сетчатом армировании и, особенно, сварными сетками деформации восстанавливаются значительнее, чем при комбинированном армировании. Преобладание стержневой арматуры и наличие трещин препятствует восстановлению деформаций.