И. А. ИВАНОВ, д-р техн. наук, И. С. ГУЧКИН, В. С. ДЕМЬЯНОВА, В. А. ТЯПКИН, кандидаты техн. наук (Пензенский инженерно-строительный ин т); Н. А. КОРНЕВ, канд. техн. наук (НИИЖБ); А. И. КОРОБОВ, инж. (Омский комбинат строительных конструкций), Керамзитобетонные рамы сельскохозяйственных зданий
Расчеты ЦНИИпромзданий показывают, что применение вместо обычного тяжелого бетона конструкционного керамзитобетона классов В22.5...В40 при отсутствии естественного заполнителя может снизить стоимость строительства.
В сельскохозяйственном строительстве легкие керамзитобетонные конструкции применяют еще мало. Заслуживает внимание опыт Омского комбината строительных конструкций -(КСК). Пензенский инженерно-строительный институт в творческом содружестве с Омским КСК и НИИЖБом осваивает производство керамзитобетонных трехшарнирных рам пролетом 21 м с опалубочными размерами по серии 1.822—2, запроектированными под полезную нагрузку 4 кН/м2, Проектный класс керамзитобетона и армирование рамы оставлены такими же, как и рамы из тяжелого бетона типа ПР-21—3 серии 1.822—2. Только в зоне сопряжения ригеля со стойкой изменено армирование: поперечные стержни заменены П-образными хомутами. Успешно заменить тяжелый бетон легким и получить конструкции, отвечающие нормативным требованиям, можно лишь при решении следующих задач.
Необходимо иметь исходные материалы, отвечающие заданным свойствам бетона: цемент марки 500, керамзит прочностью в цилиндре не менее 4,5 МПа. В Омске применяли керамзит, изготовленый из местного суглинка чукреевского месторождения с присадкой 20% золы пылевидного сжигания экибастузского угля. Прочность керамзита с присадкой в цилиндре 5,0 МПа, а без золы она не превышала 3,5 МПа.
Следует запроектировать бетон оптимального состава, при котором гарантируется не только требуемая прочность, но и минимальные плотность и расход цемента. В результате математического планирования эксперимента установлено, что для бетона класса В22,5, при изготовлении его с минимальным расходом цемента, керамзит должен быть прочностью 5,0 МПа, а расход цемента не превышать 450 кг/м3. Поскольку формование полурам проводили в кассетных установках, для которых керамзитобетонная смесь должна иметь О. К.= 14...16 см, расход цемента пришлось увеличить до 550 кг/м3 при расходе керамзита 0,82 м3/ м3.
Снижение концентрации напряжений в материал может быть достигнуто при сближении модулей упругости пористого заполнителя и цементно-песчаного раствора. В данном случае отношение ?рас/?зап составляло около 2,5, что, по нашим данным, можно считать достаточным. В результате достигается более высокий уровень начала образования микротрещин.
Элементы рам (рис.1)—полурамы ПРЛ 21-3 изготавливали на заводе ЖБК. № 2 Омского К.СК. Расход материалов на 1 м3 бетонной смеси: 550 кг цемента, 560 кг песка, 820 л керамзита, 300 л воды. Подвижность керамзитобетонной смеси составляла 12... 14 см. Смесь уплотняли навесными и глубинными вибраторами. Тепловлажностную обработку бетона при температуре изотермической выдержки 80±85°С проводили по режиму (3+16+2) ч+естественное остывание. Прочность керамзитобетона после термообработки составляла 21,9 МПа, в возрасте 2,5 мес — 31,6 МПа.
При испытании нагрузку прикладывали к ригелю рамы ступенями, равными 0,1 контрольной по прочности. Деформации сжатия бетона и растяжения арматуры замеряли с помощью индикаторов часового типа. Прогибы определяли приборами системы Аистова в коньке рамы и на расстоянии от 2 м от конька.
Момент появления трещин в растянутых зонах бетона фиксировали визуально, ширину раскрытия трещин оценивали с помощью лупы с точностью до 0,05 мм.
При испытании рам получены следующие данные. Нормативная нагрузка (условная)—20 кН/м; контрольная нагрузка при С—1,4 (условная) — 34,7 кН/м; контрольная нагрузка при С=1,6 (условная)—39,3 кН/м; ширина раскрытия трещин при Р=20 кН/м — 0,2 мм; перемещение конька рамы при Р = 20 кН/м составило 104 мм.
Деформации бетона сжатых зон ригеля приведены на рис. 2. Максимальные деформации зафиксированы в зоне сопряжения ригелей со стойками, что теоретически соответствует характеру распределения напряжений в раме.
Деформации растяжения арматуры увеличивались практически пропорционально росту нагрузки на раму. Однако при анализе графиков (рис. 3) можно заметить, что интенсивность нарастания деформаций увеличивается на определенных ; этапах нагружения, что свидетельствует о моменте возникновения в исследуемых зонах еще не обнаруженных визуально трещин.
Первая трещина зафиксирована визуально в ригеле правой полурамы после третьей ступени, нагрузки, в месте сопряжения стойкой. На четверто и пятой ступенях трещинообразование развивалось, перемещаясь от угла, к коньку рамы. При условной нормативной нагрузке 20 кН/м максимальная ширина раскрытия отдельных трещин правой полурамы достигла 0,2, левой полурамы — 0,15 мм;
Из графиков (рис. 4) видно, что прогибы рамы увеличиваются равномерно с ростом нагрузки, в левой и правой полурамах они отличаются незначительно. При условной нормативной нагрузке вертикальное перемещение конька рамы составило 92, при разрушающей нагрузке — 260 мм.
Разрушение рамы произошло по нормальной трещине в правом ригеле на расстоянии 7,9 м от конька при нагрузке 39,3 кН/м. Разрушению предшествовала текучесть продольной растянутой арматуры с последующим раздроблением и срезом бетона сжатой зоны. Бетон в зоне разрушения имел плотную структуру с равномерным распределением керамзита в сечении. Плоскость разрыва прошла по когезии, о чем свидетельствует отсутствие цельных, не разрушившихся зерен керамзита.
Выводы
Работа трехшарнирной керамзитобетонной рамы удовлетворительна. Опытное разрушающее усилие в ригеле превысило соответствующее расчетное на 11,6%. Величина максимального раскрытия нормальных трещин при контрольной нагрузке, полученная опытным путем, и теоретическая совпали в правом ригеле; в левом ригеле теоретическая величина превысила опытную на 33%.
Изгибающий момент в сечении ригеля, при котором зафиксировано появление первой трещины, превышает теоретический момент трещинообразования на 24,3%.
Отношение фактической (экспериментальной) разрушающей нагрузки на раму к теоретической составило 1,11.
Бетон и железобетон, 1988 №02