21 января 2018г.
Современное строительство испытывает потребность в коррозионностойких конструкциях, которые способны резко увеличить надежность и сроки службы зданий и сооружений. В настоящее время в строительстве нашли применение полимербетоны на основе фурановых, эпоксидных, полиэфирных, карбамидных и других смол. Однако промышленное производство этих смол в России за последние годы резко сократилось или оказалось полностью за пределами государства (например, фурановые смолы), в результате чего стоимость их резко возросла. Защита строительных конструкций от агрессивного воздействия среды в этой ситуации возможна при использовании альтернативных видов полимеров, например диеновых олигомеров, принадлежащих к классу жидких каучуков.
Полученный на основе жидких каучуков, выпускаемых Воронежским заводом синтетического каучука (СК-2), материал каутон, обладает благоприятными физико-механическими свойствами, а также высокой химической стойкостью. На его основе созданы коррозионностойкие конструкции. Однако для эффективного использования таких конструкций необходимы исследования, которые бы способствовали разработке методов расчета, в частности, наклонных сечений изгибаемых элементов из каутонов.
Существующие методы связаны с расчетом железобетонов и известных полимербетонов, которые без специальных исследований нельзя распространять на конструкции из каутона. К тому же даже в отношении изученных материалов до сих пор нет единого мнения по вопросам степени влияния пролета среза, продольного армирования, вида бетона и других факторов на прочность, трещиностойкость и деформативность наклонных сечений изгибаемых элементов. Создание надежных строительных конструкций невозможно без изучения напряженно-деформированного состояния (НДС), возникающего при воздействии усилий различного рода, что правомерно и актуально для конструкций из каутона, поскольку данный композит принадлежит к недавно созданным материалам и поэтому еще мало изучен.
В процессе изучения свойств каутона и частично строительных конструкций на его основе, которые были описаны Потоповым Ю.Б. [9, 10], Борисовым Ю.М. [1, 2, 3, 4], Нгуеном Ф. З. [5] , Пинаевым С.В. [7], Поликутиным А.Э. [8], Чмыховым В.А. [11], Панфиловым Д.В. [6] и др., доказана эффективность использования этого материала и структур на его основе. Состав каутона и его свойства представлены в таблицах 1, 2, 3.
Таблица 1 Компонентный состав каутона
Наименование компонентов
|
Содержание компонентов, мас. %
|
Низкомолекулярный каучук ПБН
|
8,54
|
Сера техническая
|
4,27
|
Тиурам-Д
|
0,43
|
Оксид цинка
|
1,54
|
Оксид кальция
|
0,43
|
Зола-унос ТЭЦ
|
7,59
|
Кварцевый песок
|
22,77
|
Щебень
|
49,81
|
Таблица 2 Коэффициенты химической стойкости каутона
Вид агрессивной среды
|
Коэффициентхимическойстойкости
|
через 1 год экспонирования
|
прогнозируемый через 10 лет
|
20 %-ый раствор серной кислоты
|
0,95
|
0,95
|
3 %-ый раствор азотной кислоты
|
0,8
|
0,7
|
10 %-ый раствор лимонной кислоты
|
0,9
|
0,8
|
20 %-ый раствор едкого натрия
|
0,95
|
0,95
|
10 %-ый раствор едкого калия
|
0,8
|
0,65
|
Насыщенный раствор хлористого натрия
|
0,9
|
0,8
|
Дизельное топливо
|
0,95
|
0,95
|
Вода
|
1
|
0,99
|
Таблица 3 Физико-механические свойства каутона
Свойства
|
Показатели для каутона
|
Прочность при сжатии, МПа
|
50…100
|
Прочность при растяжении, МПа
|
10…20
|
Модуль упругости, МПа
|
(1,5…3,0)´104
|
Коэффициент длительности при сжатии
|
0,72…0,76
|
Коэффициент Пуассона
|
0,2…0,3
|
Теплостойкость, о С
|
100…110
|
Морозостойкость, число циклов замораживания –
оттаивания, не менее
|
500
|
Истираемость, г/см2
|
0,25…0,79
|
Водопоглощение, мас. %
|
0,05
|
Усадка, мм/м
|
–
|
Как известно, недостатком тяжелого цементного бетона (в изгибаемом элементе) является раннее трещинообразование, которое представляет собой неблагоприятный фактор в конструкциях (работающих в агрессивных средах), связанный с защитой арматуры от внешней агрессивной среды. Решить проблему повышения трещиностойкости, а одновременно и прочности изгибаемого элемента и позволяют полимербетонные конструкции, в частности каутоновые.
С использованием полибутадиенового олигомера, относящегося к классу жидких каучуков, созданы композиционные материалы нового поколения, армированные продольной арматурой, – армокаутоны, обладающие высокой химической стойкостью, трещиностойкостью, прочностью и другими благоприятными эксплуатационными свойствами.
Настоящая работа посвящена изучению прочности, трещиностойкости наклонных сечений армокаутоновых изгибаемых элементов строительных конструкций таврового поперечного сечения, а также их деформативности при воздействии поперечного изгиба. Предлагается провести испытание армокаутоновых балок с такими варьируемыми параметрами, как процент поперечной арматуры и пролет среза (a), с целью получения данных об напряженно-деформированном состоянии наклонных сечений, их несущей способности и для разработки рекомендаций по проектированию таких конструкций.
Для проведения сравнительного анализа изготавливаются в лабораторных условиях железобетонные балки, схожие по геометрическим параметрам и армированию с армокаутоновыми.
При исследовании наклонных сечений армокаутоновых изгибающих элементов таврового поперечного сечения необходимо решить следующие задачи:
- оценить влияние процента поперечной арматуры и пролета среза на прочность, трещиностойкость, деформативность;
- провести анализ напряженно-деформированного состояния наклонных сечений армокаутоновых балок при изгибе;
- разработать рекомендации по расчету наклонных сечений армокаутоновых изгибаемых элементов. Для решения поставленных задач следует изготовить пять серий образцов каутоновых балок таврового поперечного сечения с различным процентом поперечной арматуры и пролетами среза. Все балки подвергаются испытанию на поперечный изгиб двумя равными симметрично приложенными силами. Схема загружения показана на рис. 1.
В качестве продольной арматуры используется стержневая арматура класса A500C диаметром 12 мм (с процентом продольной арматуры 1,57%).
В качестве поперечной арматуры используется стержневая арматура класса Вр-I диаметром 5 мм с шагом (s) 3cм, 5cм и 7cм и без поперечной арматуры.
Пролеты среза (а) принимаются 100мм, 120мм,180мм, 240мм, 300мм и 360мм.
Для измерения прогибов балок применяется электронный прогибомер (рис. 2).
Для контроля прочности каутона на сжатие
и прочности на растяжение изготавливаются параллельно с балками образцы призмы размером 4х4х16 см и образцы восьмерки
(рис. 3а и 3b).
Для измерения деформации на поверхность балок в зоне действия поперечных сил наклеиваются две
группы тензодатчиков. Первая группа тензодатчиков наклеивается вдоль и поперек предпологаемой линии
наклонной трещины, чтобы измерить деформации вдоль предполагаемых линий главных сжимающих и
растягивающих напряжений (рис. 4а). Вторая группа устанавливается таким образом, чтобы производить измерение продольных деформаций в нормальном сечении, проходящем вблизи вершины наклонной трещины (рис 4б).
В процессе испытания фиксируются нагрузки при образовании наклонных трещин, а также
нагрузки при
разрушении.
В таблице 4 представлена схема экспериментальных исследований изгибающих армокаутоновых элементов таврового поперечного сечения, направленных на определение влияния процента поперечной
арматуры и
пролета среза на прочность и трещиностойкость наклонных сечений.
Таблица 4 Параметры экспериментальных балок
Исследование влияния процента продольного армирования
на прочность наклонных сечений
|
Длина балки, мм
|
1400
|
Ширина ребра балки, мм
|
60
|
Высота балки, мм
|
120
|
Количество и
диаметр стержней продольной
арматуры, мм
|
1∅12
|
Процент продольного армирования, %
|
1,57
|
Шаг и диаметр стержней поперечной арматуры,
мм
|
0,
3, 5, и 7 см., ∅5
|
Пролеты среза, мм
|
100,120,180, 240,
300, 360
|
Таким образом, благодаря разработке и исследованию нового строительного композита на основе
полибутадиенового строительного композита - каучукового бетона станет возможным изготовление
строительных конструкций с повышенной прочностью, трещиностойкостью
и коррозионной
стойкостью.
Список литературы
1.
Борисов Ю.М.
Исследование несущей способности нормальных сечений двухслойных
каутоно-бетонных изгибаемых элементов [Текст] / Ю. М. Борисов, А. Э. Поликутин, Нгуен
Фан
Зуй
// Вестник Центрального
регионального
отделения
РААСН: сборник
научных
статьей. – Воронеж:
ВГАСУ, 2010. – Выпуск
9. –
С. 133 – 137.
2. Борисов Ю.М.
Напряженно-деформированное состояние нормальных сечений
двухслойных
каутоно-бетонных изгибаемых элементов строительных конструкций [Текст] / Ю. М. Борисов, А. Э.
Поликутин, Нгуен Фан Зуй // Научный вестник ВГАС «Архитектура и строительство». – Воронеж: ВГАСУ, 2010. – № 2. – С.
18-24.
3. Борисов Ю.М. Дисперсно армированные строительные композиты [Текст] / Ю.М. Борисов,Д.В. Панфилов, С.В. Каштанов, Е.М. Юдин // Строительная механика и конструкции, 2010.
– № 2 (5). – С. 32-37.
4.
Борисов Ю.М.
Задачи
и методика экспериментальных исследований
нормальных сечений изгибаемых элементов таврового профиля из армокаутона [Текст] / Ю.М. Борисов, А.Э. Поликутин, А.С. Чудинов, А.Ю. Атанов // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Серия:
Высокие технологии. Экология, 2011. – № 1.
– С. 52-57.
5.
Нгуен Фан Зуй. Двухслойные каутоно-бетонные изгибаемые элементы строительных
конструкций
[Текст]: дисс. … канд. техн. наук: 05.23.01 / Нгуен
Фан
Зуй. – Воронеж, 2010. - 185 с.
6.
Панфилов Д.В.
Дисперсно армированные строительные композиты на основе полибутадиенового
олигомера
[Текст]: дисс.
... канд. техн.
наук:
05.23.05
/
Панфилов
Дмитрий
Вячеславович. - Воронеж, 2004. – 188 c.
7.
Пинаев С.А. Влияние полимерцементной защиты на трещиностойкость железобетонных
изгибаемых элементов. [Текст] / Пинаев С.А., Франсиско Савити Матиас да Фонеска // Научный
вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Высокие технологии. Экология. – Воронеж: ВГАСУ,
2011. – Выпуск 1. – С85–88.
8.
Поликутин
А.Э. Прочность и трещиностойкость наклонных сечений изгибаемых элементов строительных конструкций из армокаутона [Текст]: дис. ... канд. техн. наук: 05.23.01 / Поликутин Алексей
Эдуардович.- Воронеж, 2002. –235с.
9.
Потапов Ю.Б. Высокоэффективные композиты на основе жидких каучуков [Текст] // Материалы международной научно-технической конференции (IV Академические чтения РААСН) "Актуальные проблемы строительного материаловедения": сб. науч. статьей. – Пенза, 1998.– С. 16-17.
10.
Потапов Ю.Б. Каутоны – новый класс коррозионностойких строительных материалов [Текст] // Строительные материалы XXI века. – 2000.– № 9. – С.
9-10.
11.
Чмыхов В. А.
Сопротивление каучукового бетона действию
агрессивных сред [Текст]: дисс. … канд.
техн. наук : 05.23.05 / Чмыхов Виталий
Александрович. – Воронеж, 2002. – 224 с.