Двухслойные балки из железобетона и сталеоолимербетона
Составные конструкции с полимербетоном в растянутой зоне привлекают внимание наших и зарубежных специалистов. Проделанные нами ранее эксперименты с двухслойными балками, имеющими в растянутой зоне полимерцементный бетон на ПВА эмульсии, показали, что эффект повышения трещиностойкости составил 40—60%, при этом двухслойные балки в своей -работе проходят те же стадии, что и железобетонные.
Существенным образом может повлиять на работу конструкции такой материал растянутой зоны, который имел бы предельную растяжимость, близкую по величине к растяжимости арматуры к моменту начала текучести. Такими материалами являются полимербетоны на различных синтетических связующих, но наиболее полно выявить особенности работы комбинированных конструкций двухслойного типа позволяет применение полимербетонов на эпоксидном связующем, характеризующихся высокой -прочностью и надежной совместимостью с цементным бетоном (затвердевшим и свежеуложенным).
Исследованиями, проведеннымив МИИТе, выявлены оптимальная толщина полимербетонного слоя в растянутой зоне и основные закономерности поведения комбинированных балок -под изгибающей нагрузкой. Испытано 5 серий балок (по 3 в серии) сечением 10x20 см, длиной 120 см, толщиной полимербетонного слоя от 0 до 95 мм.
Балки армированы двумя каркасами, выполненными из гладких стальных стержней класса А-1 (расчетная арматура диаметром 8 мм, диаметр хо- мугон 5 мм). Хомуты ставились только в крайних третях балки. По результатам испытаний контрольных образцов предел текучести рабочей арматуры составил 2140 кг/см2.
Для изготовления балок использован бетон состава 1:1,45:1,62 с В1Ц = 0,48, заполнителем служил гранитный щебень крупностью до 20 мм и речной песок. Бетонная смесь показала осадку конуса 2—3 см. Через 1 сутки балки освобождались от опалубки, -после чего хранились 5 сут. во влажной среде, а затем в воздушно-сухих условиях. Прочность бетонных кубов со стороной 10 см к моменту испытания балок (в возрасте 4—4,5 мес.) составила в среднем 250 кг/см2.
В растянутую зону двухслойных балок укладывали мелкозернистый полимербетон на эпоксидном связующем следующего состава (-в вес. ч): эпоксидная смола ЭД-6—1, дибутилфталат — 0,25, полиэтилен-полиамин — 0,1, речной песок —5.
Для -изготовления двухслойных балок в формы укладывалась бетонная смесь и после виброуплотнения на влажный бетон уложен слой полимербетонной смеси с последующим повторным уплотнением.
Выбор мелкозернистого полимербетона для растянутой зоны был сделан из тех соображений, что толщина слоя в балках серий 2 и 3 составляла 6 и 20 мм и применение крупного наполнителя не представлялось возможным. Предел прочности бетона при растяжении равнялся 13 кг/см2, полимербетона— 70 кг/см2, предельная растяжимость соответственно 1 10~ и 10 10~4.
На рис. 1 приведены диаграммы s , полученные при испытании образцов, — восьмерок из бетона и полимербетона на растяжение.
Первые трещины в железобетонных балках появились при нагрузках 1100—1200 кг, начало текучести арматуры — при нагрузке 2600 кг. В дальнейшем, под влиянием значительных прогибов происходило разрушение балок, т. е. характер разрушения соответствовал случаю 1.
Комбинированные балки под нагрузкой ведут себя по-ииому. При толщине слоя полимербетона, не превышающей толщину защитного слоя, ’выявлено повышение момента трещинообразования ба- ток почти в 2 раза.
Балки серии 1, 2 и 3 начинали разрушаться с растянутой арматуры, а балки серий 4 и 5 работали как переармированные и разрушение их носило хрупкий характер (разрушение по случаю 2). Эта особенность, а также значительное повышение несущей способности балок серий 4 и 5 указывает на то, что полимербетон принимает участие в работе и должен учитываться при расчете на кратковременное действие нагрузки (рис. 3). Определение длительной прочности полимербетона на растяжение позволит сделать вывод для случая длительного действия нагрузки.
В растянутой полимербетонной части сечения балок серий 4 и 5 трещин не было вплоть до разрушения. В бетонной части растянутой зоны сечения трещин обнаружено не было, однако последующий анализ показаний датчиков, наклеенных с двух сторон по высоте сечения балок, выявил трещины в бетоне над полимербетонной частью сечения при нагрузках 2700 кг (для балок серии 4) и 5250 кг (для балок серии 5).
В балках последних двух серий деформации в арматуре, регистрируемые тензометрами, значительно превысили деформации, соответствующие гекучосги арматуры. При этом с увеличением толщины полимербетопного слоя величина деформаций арматуры возрастала, а состояния текучести в арматуре не наступало. Это явление, вероятно, объясняется тем, что к моменту наступления текучести в арматуре прочность растянутого полимербетона еще не была исчерпана, а высокое сцепление (склеивание) арматуры н эпоксидного полимербетона препятствовало резкому проявлению пластических деформаций в арматуре. Можно полагать, что внутреннее растягивающее усилие целиком воспринимается полимербетонной частью сечения. В результате прочного сцепления арматуры с полимербетоном совместность относительных деформаций полимербетона и арматуры не нарушается вплоть до разрушения балок.
Следует отметить также, что в двухслойных балках, как и сталеполимербетонных, арматура включается в работу на ранних стадиях нагружения [3].
Выводы
Двухслойные (комбинированные) балки из железобетона и сталеполимербетона обладают высокой трещиностойкостью и прочностью. Применение таких конструкций позволит отказаться в ряде случаев от предварительного напряжения арматуры. Расчет п конструирование двухслойных балок следует производить с учетом полимербетона в растянутой зоне.
Толщина полимербетонного слоя должна назначаться нз конструктивных и экономических соображений. Целесообразно толщину полимербетонного слоя ограничить величиной о=а-)-dep4 + 1 см, где а — толщина защитного слоя, которую в подобных конструкциях можно принимать не более 1 см.
Исследование работы двухслойных балок под действием длительных нагрузок позволит дать окончательные рекомендации по их расчету.