Конструкции из бетона марок 600—800
На заводах ЖБК изготовляют сборные элементы из бетона марок 600—800 по традиционной технологии на существующем оборудовании, используя высокопрочный цемент марки 600.
Технико-экономический анализ выявил высокую эффективность применения бетона такой прочности для ряда конструкций благодаря снижению их массы, уменьшению материалоемкости, стоимости и трудоемкости выполнения.
Повышение марки бетона до 600—800 позволяет в среднем снизить массу и объем конструкций на 25%, а стоимость на 10—15%.
Используя существующие формы и повышая марку бетона, можно значительно повысить несущую способность элементов и, таким образом, расширить область применения унифицированных конструкций.
Для разработки рекомендаций по проектированию и изготовлению сборных железобетонных конструкций, выявлению рациональных конструктивных форм и их экономической эффективности проводили специальные исследования. Были изучены физико-механические свойства бетонов высоких марок, особенности работы конструкций из них, разработана рабочие чертежи элементов зданий из бетона марок 600—800 (колонн, ферм, балок), освоено изготовление опытных партий таких конструкций в заводских условиях и проведены соответствующие технико-экономические исследования. Большое внимание было уделено выявлению соотношений прочностей, -получаемых при испытании призм и кубов. На рис.. 1 приведены результаты исследований по определению
Исследования масштабного фактора по испытаниям кубов из высокопрочного бетона с размерами сторон 20 и 10 см не показали снижения масштабного коэффициента с ростом прочности бетона.
В результате этих исследований рекомендуется принять коэффициент приведения к марочной прочности бетона при испытании кубов с размерами сторон 10 см постоянным и равным 0,85.
Испытания высокопрочного бетона на растяжение показывают, что с изменением марки бетона в пределах 600— 800 прирост прочности незначителен. Замедляется также рост модуля упругости при сжатии. На рис. 3 приведены результаты опытов :по изучению модуля упругости бетонов марок 600—1000. Разброс точек объясняется различиями в составах и технологии изготовления бетона. При более жестких бетонных смесях с меньшим содержанием воды и цементного теста модуль упругости бетона при равной прочности оказывается выше. Доля пластических деформаций в суммарных продольных деформациях высокопрочного бетона невелика, суммарные деформации на последних стадиях загружения превышают упругие на 20—25%.
С ростом марки бетона наблюдается некоторое повышение границы образования микротрещин. Для бетонов марок 600—800 были получены значения R® в пределах (0,65—0,75) Rup, что приводит к повышению упругих свойств этих бетонов.
В табл. 1 приведены основные расчетные характеристики для высокопрочного бетона. Наиболее эффективно применение бетона высоких марок в железобетонных элементах, работающих на сжатие, близкое к центральному. В этом случае несущая способность бетонной части сечения увеличивается практически пропорционально повышению прочности бетона, соответственно может быть сокращена площадь поперечного сечения элементов. Значительный экономический эффект получается также при повышении марок бетона во внецентренно сжатых элементах. При этом особенно рационально использовать двутавровые, тавровые и пустотелые и другие эффективные сечения.
Использование высокопрочного бетона (менее эффективно в изгибаемых элементах. Однако в ряде случаев высокопрочный бетон может с успехом применяться, например, в преднапряженных балках, работающих на внецентренное сжатие при передаче усилия натяжения арматуры на бетон. Рационально применять бетон высоких марок и в случаях, когда по условиям унификации требуется сохранить размеры изгибаемых элементов при использовании их под высокие нагрузки.
Таким образом, область наиболее рационального применения высокопрочного бетона в строительстве включает в себя сжатые и некоторые изгибаемые, преимущественно преднашряженные железобетонные конструкции.
В жилых и общественных зданиях высокопрочный бетон рекомендуется использовать -прежде всего в колоннах многоэтажных каркасов связевой системы, работающих на сжатие, близкое к центральному, с очень малыми случайными эксцентрицитетами продольной силы.
Увеличение марок бетона с 400 до 600 в таких колоннах под расчетную нагрузку 400 тис 500 до 700 под нагрузку 600 т при сохранении унифицированного сечения 400X400 мм позволяет снизить расход стали на 1 м3 бетона примерно на 140 кг.
Высокопрочный бетон в таких каркасах с эффектом можно использовать и в колоннах под меньшие нагрузки, при замене сплошного сечения пустотелым в тех же габаритах, например, путем закладки в колонну при изготовлении вкладышей с сохранением сплошного сечения в зонах консолей и стыков. Это снизит объем (бетона к массу колонн от 20 до 40%.
Увеличение прочности бетона в колоннах до 800 кгс/см2 без изменения армирования позволяет повысить этажность унифицированных каркасов (с 16 до 20 этажей).
В каркасах многоэтажных зданий с укрупненной сеткой колонн (6X9, 9X9 и 6X12 м) рационально использовать высокопрочный бетон не только в колоннах, но и в ригелях и ребристых плитах перекрытий.
В промышленных многоэтажных зданиях часто используют каркасы серии ИИ-20, в которых колонны и ригели образуют поперечные ра,мы с жесткими узлами. При горизонтальных воздействиях и несимметричных нагрузках в колоннах таких каркасов возникают изгибающие моменты. Это несколько ограничивает возможность снижения расхода арматурной стали при повышении прочности бетона в колоннах, и реализация экономического эффекта при этом осуществляется главным образом путем уменьшения размеров сечения. Так, в нижних этажах некоторых зданий применяют в каркасе один типоразмер колонн сечением 40X40 см.
Колонны одноэтажных производственных зданий работают на внецентренное сжатие, причем в ряде случаев со значительными экценрицитетами, и имеют большую (гибкость. Поэтому при сохранении традиционного прямоугольного сечения возможность облегчения таких колонн при повышении прочности бетона ограничена. Технико-экономические расчеты, показывают, что в этом случае при переходе с марше бетона 200—300 на 600 объем колонн уменьшается на 15—20%.
Объем бетона можно снизить на 35— 60% при повышении его прочности в указанных выше пределах, заменив прямоугольное сечение колонн двутавровым, пустотным, коробчатым или другим, более эффективным.
Изготовление таких колонн несколько сложнее обычных, однако эти трудности могут быть преодолены. Так, например, в НИИЖБ проверена технология изготовления колоны двутаврового сечения для бескрановых промзданий на виброплощадке в стальной форме при вертикальном положении ребра.
Отработана также технология изготовления пустотелых колонн с образованием пустот путем извлечения трубчатых канаяообразователей сразу после бетонирования. Такие колонны широко внедряются ЦНИИЭПсельстроем в сельскохозяйственном строительстве.
Бетон высоких марок эффективен в стропильных и подстропильных фермах, поскольку пояса их работают на сжатие с очень малыми эксцентрицитетами: нижний пояс — в процессе преднапряжения, а верхний — под нагрузкой.
В фермах пролетом 18 м увеличение марок бетона с 300—400 до 600—700 позволяет уменьшить объем бетона при шаге 6 м на 15—20%, а при шаге 12 м — на 20—25%. В фермах пролетом 24 м повышение марок бетона в указанных выше пределах при шаге 6 м приведет к снижению объема бетона на 20—25%, а при шаге 12 м — на 25— 30%.
В настоящее время разработаны чертежи стропильных ферм по серии ПК- 01 -(129 из высокопрочного бетона под некоторые типы нагрузок.
В стропильных балках пролетом 18 м увеличение прочности бетона с 500 до 600—700 кгс/см2 позволит уменьшить объем бетона на 10—15%. Кроме того, сохраняя размеры балок и несколько увеличивая количество напряженной арматуры за счет повышения марки бетона, удается использовать типовые балки с шагом 12 м, отказываясь от подстропильных конструкций.
В ряде случаев целесообразно использовать бетон марок 600—700 в ребристых плитах размером 3X12 м. Это позволяет при больших нагрузках на покрытие,. например в зоне снеговых мешков, отказаться от плит 11,5X12 м или унифицировать толщину полки.
Приведенный выше перечень показывает, что уже в настоящее время имеется достаточно большая номенклатура конструкций, в которых использование высокопрочного бетона позволит существенно снизить их материалоемкость.
В дальнейшем область применения конструкций из бетона марок 600— 800 может быть значительно расширена благодаря совершенствованию конструктивных форм элементов, например в колоннах под малые нагрузки, в плитах перекрытий, в преднапряжепных элементах малых пролетов и др., а также в колоннах нижних этажей высотных зданий, в большепролетных конструкциях и т. д. Прогноз развития сборного железобетона предполагает увеличение объема конструкций из бетона марок свыше 600.
Однако для увеличения объема выпуска таких конструкций требуется осуществление ряда мероприятий: во-первых, разработки типовых проектов конструкций из высокопрочного бетона. Поскольку имеющиеся в настоящее время чертежи железобетонных конструкций из бетона марок 600—800, выполненные по планам экспериментального проектирования, охватывают сравнительно небольшую номенклатуру изделий, это не позволяет организовать их массовое производство на заводах ЖБИ. В основном это типовые конструкции, в которых повышение прочности бетона позволяет увеличить их несущую способность и использовать под более высокие типы нагрузок. Однако при этом не всегда удается полностью использовать преимущества высокопрочного бетона, поэтому необходимо разработать новые конструктивные формы железобетонных элементов, учитывающих специфику работы такого бетона в конструкциях.
Во-вторых, требуется увеличение выпуска цемента марки 600, который в настоящее время производится нерегулярно и в недостаточном количестве.
Необходимо отметить, что бетон марок 600—800 может быть получен разными путями. Например, за счет снижения В/Ц и использования для уплотнения жестких смесей виброштампования и прессования. Для получения высокопрочного бетона можно использовать также автоклавную обработку с добавкой в цемент тонкомолотого кварцевого песка, виброактивизацию цементного теста, пропитку бетона полимерами и другие приемы. Однако эти методы находятся в стадии разработки и исследований, поэтому в настоящее время применяется технология, основанная на использовании цемента марки 600. При этом используют обычные приемы приготовления и уплотнения бетонной смеси. Заполнители должны удовлетворять требованиям ГОСТ 10268—70.
На заводе ЖБИ № 11 Главмоспромстройматериалов при участии НИИЖБ были выпущены опытные партии колонн многоэтажных зданий из бетона марок 600 и 700 на цементе марки 600 заводов «Большевик» и Белгородского.. При этом сохранились состав и вязкость бетонной смеси, принятые заводом для бетона марки 500 на воскресенском цементе марки 500.
Марки бетона 600 и 700 были получены в основном только за счет повышения качества цемента, хотя активность его при марке 600 не превышала 550 кгс/см2.
Опыт показал, что при активности цемента, близкой к 600 кгс/см2, в производственных условиях может быть получен бетон марки 800 или существенно снижен расход цемента при производстве бетона марки 600. Колонны из высокопрочного бетона, изготовленные на заводе ЖБИ № 11, были испытаны на сжатие, близкое к центральному. В результате испытаний была определена фактическая прочность бетона колонн равная отношению
опытной разрушающей нагрузки за вычетом фактического усилия в арматуре к площади бетонной части сечения. При наличии эксцентрицитетов вводили соответствующую поправку.
Фактическую прочность бетона колонн сопоставляли с опытной призменной прочностью 7, полученной при испытании на центральное сжатие бетонных образцов размером 15Х15Х Х60 см, а также с призменной прочностью i?nP, полученной умножением