CC BY
26Эффективные материалы для армированных элементов из автоклавного ячеистого бетона
Аль-Хашими Омар Исмаел,
аспирант кафедры строительства и городского хозяйства, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, oommaarr2011@yahoo.com
Аль-Хаснави Яссер Сами ,
аспирант кафедры строительства и городского хозяйства, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, yasser86_iraq86@yahoo.com
Коррозия арматуры является одним из наиболее важных факторов, которые приводят к снижению долговечности и сокращению срока службы железобетонных конструкций. Арматурная сталь в железобетонных элементах может снижать свою прочность при воздействии различных отрицательных атмосферных условий. Коррозия в арматурной стали обычно увеличивается с увеличением пористости бетона, и это существенно проявляется в легком бетоне. Поэтому необходимо найти соответствующие обработки для стали или подходящие замены, на которые атмосферные условия влиять не будут. Помимо изучения прочности сцепления этих материалов с легким бетоном и необходимо учитывать экономическую целесообразность.
Ключевые слова: сталь с эпоксидным покрытием, оцинкованная сталь, нержавеющая сталь, бамбук, стекловолокно (GFRP), армированный базальтовым волокном полимер (BFRP), арамидный армированный волокном полимер (AFRP), углеродистый армированный полимер (CFRP).
Традиционно для армирования ячеистобетонных панелей, плит и перемычек используется конструктивная и рабочая металлическая арматура (проволочная класса Вр-! или стержневая классов A240 и А400). Но металлическая арматура, применяемая для армирования ячеистобетонных конструкций, должна быть защищена от коррозии с помощью специальных покрытий [1,2]. Если стальные стержни изолированы от окружающей среды в бетоне на треть материала, то не имеет значения, если бетон на уровне стали получит газировку или слишком высокую концентрацию хлорида. Используются три основных покрытия: эпоксидные, цинковые и нержавеющие стали. Они оцениваются ниже:
Эпоксидное покрытие является способом пассивной защиты поверхности стали от потенциально вредной окружающей среды. Эпоксидная смола наносится на горячекатаные арматурные стержни посредством слияние или электростатического распыление. Типичная толщина колеблется от 150 до 300 мкм [3]. Стоимость эпоксидного покрытия и горячего цинкования примерно одинакова, можно сказать, что стоимость в 1,5 раза выше, чем у обычной арматурной стали.
Оцинкованная сталь гальванизация арматурных стержней обычно выполняется путем погружения всего стального элемента в ванну с расплавленным цинком. Цинк плавится при температуре около 420 0С и, следовательно, относительно экономичен. Эта температура также значительно ниже уровня, что может повредить сталь. Толщина слоя цинка на структурных элементах обычно >180 мкм, и он металлически соединяется с подкладочной сталью, образуя чрезвычайно сильную связь. Это в сочетании с твердостью цинка отличная износостойкость, когда оцинкованные арматуры можно обрабатывать как обычные арматурные стержни. Это также включает возможность изгибания арматур на месте [4]. При литье в бетон поверхность цинка реагирует с хроматами, присутствующими в цементе. В этом процессе поглощается около 10 мкм покрытия. Продукты реакции образуют защитный пассивирующий слой [5,6]. Механические свойства обычной арматурной стали могут использоваться для гальванизированной арматуры. В этом случае, они используются для ребристых арматурных
х
X
о
го А с.
X
го т
о
ю 6
м о
а>
о
es
Ol
О Ш
m х
<
m о х
X
стальных стержней. В нескольких исследованиях показано, что гальванизация стальных арматурных стержней откладывает инициирование коррозии стали в бетоне. Выносливость защиты зависит от бетонного покрытие, плотности бетона, условий окружающей среды и толщины оцинкованного слоя. Поэтому гальванизация не может рассматриваться как постоянный ингибитор коррозии. В исследовании, проведенным M. Kouril [6], для того, чтобы узнать прочность сцепления между оцинкованным железом и легким бетоном. Результаты показывают, что сцепления между оцинкованным железом и легким бетоном на 25% меньше, чем у обычной арматуры. В то время как во втором исследовании, проведенным Marisa Pecce [7] для трех различных типов легкого бетона. Результаты были неравномерными и существенно не отличались между обычной армирующей сталью и оцинкованным железом.
Нержавеющая сталь имеет много различных сплавов. Их группу определяет то, что они являются сплавом железа не только с углеродом, но и с несколькими другими металлами, обеспечивающими коррозионную стойкость. Нержавеющий стальной сплав должен содержать более 12% хрома. Другими распространенными дополнениями являются: никель, молибден, титан и азот. Нержавеющие стали подразделяются на подкатегории. Поскольку все соединения сплавов дорогостоящие, поэтому, чем нержавеющая сталь больше легирована, тем дороже она стоит. Как правило, более дорогие типы также более долговечны. Долговечность и механические свойства не обязательно влияют параллельно, но есть способы достижения очень прочных и жестких марок стали, которые также очень долговечны и продукт, вероятно, больше подходит как альтернатива усилению оцинкованным или эпоксидным покрытиям. Еще одна возможная область применение там, где требуются более высокие механические свойства. Наиболее распространенный коррозионный режим из нержавеющей стали в бетоне - точечная и щелевая коррозия. Механические свойства С до 30% больше других материалов, чем железо из нержавеющей стали. Однако благодаря исследованию и разработки прочности, пластичности и другие важные свойств, которые, были разработаны наряду с долговечностью. Из-за этого большинство нержавеющих сталей обладают свойствами, которые лучше, чем у обычной углеродистой стали. Существуют вариации сортов, которые значительно лучше, чем углеродистая сталь. Углеродистая сталь действует также как и нержавеющая сталь [8]. Это предположение находится на безопасной стороне, за исключением теплового расширения, которое в высоколегированных нержавеющих сталях выше, чем для углеродистой стали, тем самым создавая большую нагрузку на окружаю-
щий бетон при колебаниях температуры. Феррит-ные, аустенитные и дуплексные марки стали демонстрируют раннюю пластическую деформацию при испытаниях на растяжение и продолжают выдерживать возрастающую нагрузку с увеличением нагрузки. На Рис. 2. приведены зависимости напряжений и деформаций для различных типов нержавеющих сталей. Цена нержавеющей стали в зависимости от материалов в его составе, например цена для ферритных в два раза больше обычной арматурной стали. Цена для аустенит-ной в три раза больше, а для ферритно-аустенитной стали в 4 раза больше.
Рис. 1. Диаграма(а - е ) деформации и прочность на растяжения различных марок нержавеющей стали [9]
В настоящее время считается усиление армирование волокном полимера (FRP) одним из наиболее важных альтернатив арматурной ста-ли[2]. Армированные волокном полимеры (FRP) представляют собой композиционные материалы, состоящие из однонаправленных волокон, окруженные полимерной матрицей. Материалы в значительной степени зависят от группы различных комбинации волокон и матриц. В целом, FRP представляет собой группу очень отличающимися свойствами. В отличие от большинства других материалов, он может быть спроектирован в соответствии с требованиями. Он состоит из четырех основных типов: Армированный базальтовым волокном полимер (BFRP), Полимер армированный стекловолокном (GFRP) , Арамидный армированный волокном полимер (AFRP), Углеродистый армированный полимер (CFRP). В таблица 1 показано их механические свойства [10,11].
Стекловолокно является наиболее широко используемым на внутреннем рынке по приемлемой цене в сравнении с остальной частью полимера. Существует два основных типа армирования стекловолокном по типу наполнителя: углерод-композит и стекло-композит. В исследовании
Хаджилоо и Марк Грин [12]. были приведены образцы диаметром 16 мм трех разных заводов. Чтобы узнать, как влияет температура на сопротивление растяжению полимера, были получены следующие результаты, полимер теряет 20% сопротивления растяжению при воздействии температуры, превышающей 100 Со. Он подвергается воздействию 40 растяжимых резисторов при воздействии температуры 200 единиц. И достигает критической точки, которая уменьшает сопротивление растяжению на 50%, когда температура превышает 300 Со и не достигает 400 градусов Цельсия, и ожоги при температуре выше 400 Со. На рис. 2. показана результаты испытаний для образцов из трех разных источников, а на рисунке 3 показано, как влияет температура на полимерные стержни. В исследовании, проведенным У. Ungkoon [13] для получения информации о прочности сцепления между различными типами полимера со автоклавным ячеистым бетоном были продемонстрированы следующие результаты: (1) Прочность сцепления полимерных прутков из углеродного волокна имеет самую высокую прочность сцепления при сравнении с другими РРР-стержнями.(2) Прочность сцепления РРР повышалась, когда глубина защиты увеличивалась.(3) С идентичным материалом шлифованные поверхностные стержни дали более высокую прочность сцепления, чем гладкие поверхности в исследовании Carmo и др. [14] не наблюдалось существенных различий в прочности сцепления ячеистого бетона при усилении деформированного стекла РРР и стальных арматурных стержней.
Таблица 1
Механические свойства различных вида полимера
Материал
Модуль упругости МПа
(GFRP)
(BFRP)
(AFRP)
(CFRP)
45000
60000
80000
145000
Предел прочности при растяжении МПа
700
800
2000
2000
Предел прочности при сжатии МПа
Конечная деформация
сжатия
%
500
2
2.5 %
3 %
1,2 %
Плотность
3
кг / м
1 600
2000
1300
1600
Рис.2. Влияние полимера
температуры на прочность растяжения
(а) (Ь) (с) {(1)
Рис.3. Режимы отказов стержней ЭБ при температурах печи: (а) 200 ° С; (Ь) 350 ° С; (с) 400 ° С; (сС) 420 ° С.
Существует множество факторов, влияющих на прочность соединения между легким бетоном и армирующей сталью, где прочность играет важную роль в прочности сцепления , где прочности сцепления увеличивается за счет увеличения сопротивления сжатия в соответствии со следующим уравнением [15].
т = 0,63/сои714 (1)
Где т - прочности сцепления Мпа, /си прочность на сжатии Мпа
Соотношение вода-цемент также является фактором, влияющим на прочность сцепления, где прочность связи снижается за счет увеличения отношения воды к цементу, сцепления также увеличивается за счет увеличения плотности бетона в соответствии со следующим уравнени-ем[16].
т = к [44,5 - 60^/с) ][Р/2200] (2)
Где w/c Соотношение вода-цемент , Р - Плотность кг/м3
В своем исследовании Юнг [17]. доказал, что прочность сцепления была увеличена за счет увеличения бетонного покрытия и уменьшения путем увеличения диаметра армирующей стали в соответствии со следующим уравнением КоэффицМ! + 0.65(с/^)/] (3) те-де>вег<У ^ - отношение бетонного покрытия к
дшеррт
Из литературных исследований были разде-я относительно
диаметра арматурного стержня на очно-сть^сцепления автоклавного ячеистого бе-.Висследовании, проведенном К.СИегап , М. Ри^га shanthi [18] , было доказано, что прочность сцепления снижается на 20-30% при увеличении диаметра армирующей стали от 8 мм до 16 мм. объясняет снижение прочности связи до снижения в ограничивающем давлении на арматурный стержень из окружающего бетона.
Выводы.
1- Армирование конструкций из ячеистого бетона автоклавного твердения в настоящее время изучено недостаточно. В большинстве случаев ячеистые бетоны автоклавного твердения производятся при температуре среды 186-200 °С, при этом температура ячеистобетонного массива превышает 100°С. В соответствии со строительными нормами температура применения стекло-
ленные-шенн и
11/221 е-6ние
х
X
о
го А
с.
X
го т
о
ю 6
м о
а>
о
es
to
OI
О Ш
m
X
3
<
m о x
X
волокна ограничена 100°С, т. к. при более высоких температурах возможно разрушение полимерного покрытия арматурных стержней и потеря их жесткости [1,12] .
2- Традиционно для армирования ячеистобе-тонных панелей и плит используется конструктивная и рабочая металлическая арматура (проволочная класса Вр-I или стержневая классов A-I и A-III), но металлическая арматура, применяемая для армирования ячеистобетонных конструкций, должна быть защищена от коррозии с помощью специальных покрытий [1] .
3- После сопоставления трех видов (эпоксидных, цинковых и нержавеющих сталей) в зависимости от характера производства автоклавного ячеистого бетона удалось выяснить, что сталь с эпоксидным покрытием может образовать эпоксидные газы в процессе автоклава, которые являются вредными для окружающей среды [1]. С экономической точки зрения, нержавеющая сталь на строительном рынке довольно дорогая, приблизительно в 2-5 раза дороже обычной арматурной стали. На мой взгляд, на данный момент оцинкованная сталь является наиболее подходящей для армирования ячеистого автоклавного бетона, так как она имеет высокие температуры, т.е. жаростойкий автоклав во время обработки, что позволяет увеличить его срок службы в два-три раза в отличие от обычной арматуры[4,5,6].
Литература
1. Иванов А., Матиас Клар. Опыт производства армированных изделий из автоклавного газобетона на заводах по технологии ВАРИО БЛОК фирмы Маза. Минск, Могилев. - 2014.
2. Лаповская С.Д., Применение стержневой неметаллической композитной арматуры для армирования ячеистобетонных изделий автоклавного твердения. Минск, Могилев, 2014.
3. Седерхолм, В. Антикоррозионные свойства эпоксидного покрытия на индуцированная арматурная сталь - трехлетнее полевое воздействие, Институт коррозии, отчет 1996: 1, Стокгольм, Швеция, 1996 год.
4. Стивен Росс Йоманс. Оцинкованная стальная арматура в бетоне (Elsevier, 2004) 25 С.
5. Рамезани и др. Выталкивание полосы из оцинкованной стали в пенобетоне . Международный журнал усовершенствованной конструкторской инженерии 2013.12С.
6. М. Курил, П. Покорный и Дж. Стоулил.Механизм коррозии и исследование прочности на оцинкованной стали в бетонной среде. Коррозионная наука и технология, том 16, № 2 (2017), стр.69 ~ 75.
7. Мариса Печче • Франческа Керони •. Поведение бетонных прокладок из легкого бетона с пенополистиролом (EPS). Материалы и конструк-ции.РСН 10.1617 / s11527-013-0173-7
8. Нюрнбергер, У. нержавеющая сталь в бетоне, современный отчет, для Европейская Федерация Коррозии Институтом Материалов, Лондон, Великобритания,1996.
9. Оутокумпу. Механические свойства марок нержавеющей стали по адресу www.outokumpu.com (consultedon 02/06/2012)
10.ISIS (2003): Учебный модуль ISIS 2: введение в состав FRP Composites для Строительство, ISIS Канада корпорация, Виннипег, Манитоба, Канада, 2003 год.
11.ISIS (2006a): Учебный модуль ISIS 7: Введение в цикл жизненного цикла и калькуляция для инновационной инфраструктуры, ISIS Канада корпорация, Виннипег,Манитоба, Канада, 2006 год.
12.Х. Хаджило и др. / Строительство и строительные материалы 162 (2018) 142-154
13.Ю. Унгкоон. Прочность сцепления армированных волокном армированных волокон (FRP) в автоклавированном аэрированном бетоне (AAC). CICE 2010 - 5-я Международная конференция по композитам FRP в области гражданского строительства 27-29 сентября 2010 г. Пекин, Китай.
14. Р . н . ф. Кармо, Х. Коста, Г. Бенто, Экспериментальное исследование напряжения связи и деформаций в соединениях LWAC, усиленных платами GFRP, Strain 50 (2014) 318-333.
15.E. Санчак, Прогнозирование прочности сцепления легких бетонов с использованием искусственных нейронных сетей, Sci. Местожительство Ess. 4 (4) (2009) 256-266.
16.J . A . Богас, М.Г. Гомес, С. Реал . Склеивание стальной арматуры в структурном расширенном глинистом легком заполнителе бетона: влияние механизма разрушения и состава бетона, Constr. Построить. Mater. 65 (2014) 350-359.
17. Дж. Ян, Дж. Ю, У. Ван, Исследование влияния толщины покрытия на поведение связи между деформированным стержнем и бетоном из кера-могранита, Adv. Mater. Местожительство 366 (2012) 281-285.
18.К.Черан, М. Рудхара шанти, М. Критигаа. Анализ эффективности автоклавного газобетона. Международный журнал исследований науки и техники (IJ0SER), том 5 Выпуск 3 Март -2017.3221 5687, (P) 3221 568X .
Effective materials for reinforced elements of autoclave
aerated concrete Al-Hashimi O.I., Al-Hasnavi Ya.S.
Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov
Corrosion of reinforcement is one of the most important factors that lead to a decrease in durability and a reduction in the service life of reinforced concrete structures.Reinforcing steel in reinforced concrete elements can reduce its strength when exposed to various negative atmospheric conditions. Corrosion in reinforcing steel usually increases with increasing porosity of concrete, and this is significantly manifested in lightweight concrete. Therefore, it is necessary to find suitable treatments for steel or suitable replacements that will not be
affected by atmospheric conditions. In addition to studying the adhesion strength of these materials with lightweight concrete, it is necessary to take into account the economic feasibility. Keywords: epoxy-coated steel, galvanized steel, stainless steel, fiberglass (GFRP), basalt-fiber-reinforced polymer (BFRP), aramid-fiber-reinforced polymer (AFRP), carbon-reinforced polymer (CFRP). References
1. Ivanov A., Mathias Klar. Experience in the production of reinforced products from autoclaved aerated concrete at factories according to the VARIO BLOCK technology of Maza Minsk, Mogilyov. - 2014.
2. Lapovskaya SD, The use of rod non-metallic composite reinforcement for the reinforcement of cellular concrete products autoclaved hardening. Minsk, Mogilyov, 2014.
3. Soderholm, V. Anti-corrosion properties of epoxy coating on
induced reinforcing steel - a three-year field effect, Institute of Corrosion, Report 1996: 1, Stockholm, Sweden, 1996.
4. Stephen Ross Yeomans. Galvanized steel reinforcement in concrete (Elsevier, 2004) 25 C.
5. Ramezani et al. Pushing a strip of galvanized steel in foam concrete. International Journal of Advanced Design Engineering 2013.12C.
6. M. Kuril, P. Pokorny and J. Stoulil. Corrosion Mechanism and
Strength Testing on Galvanized Steel in Concrete Medium. CORROSION SCIENCE AND TECHNOLOGY, Vol. 16, No. 2 (2017), pp.69 ~ 75.
7. Marisa Pecce • Francesca Keroni •. The behavior of concrete
pads of lightweight concrete with polystyrene foam (EPS). Materials and construction.DOI 10.1617 / s11527-013-0173-7
8. Nuremberg, W. Stainless steel in concrete, modern report, for
the European Corrosion Federation, Materials Institute, London, United Kingdom, 1996.
9. Outokumpu. Mechanical properties of stainless steel grades at
www.outokumpu.com (consultedon 02/06/2012)
10. ISIS (2003): ISIS 2 Training Module: Introduction to FRP Composites for Construction, ISIS Canada Corporation, Winnipeg, Manitoba, Canada, 2003.
11. ISIS (2006a): ISIS 7 training module: Introduction to the life cycle cycle and calculation for innovation infrastructure, ISIS Canada Corporation, Winnipeg, Manitoba, Canada, 2006.
12. H. Khadzhilo et al. / Construction and building materials 162 (2018) 142-154
13. Yu. Ungkoon. The bonding strength of fiber-reinforced fiber-reinforced (FRP) in autoclaved aerated concrete (AAC). CICE 2010 - 5th International Conference on FRP Composites in the Field of Civil Engineering September 27-29, 2010 Beijing, China.
14. R. n f. Carmo, H. Costa, G. Bento, Experimental study of bond stress and strain in LWAC connections reinforced by GFRP boards, Strain 50 (2014) 318-333.
15. E. Sanchak, Prediction of the adhesion strength of light concretes using artificial neural networks, Sci. Residence Ess. 4 (4) (2009) 256-266.
16. J. A. Bogas, M.G. Gomez, S. Real. Pasting of steel reinforcement in structural expanded clay lightweight aggregate of concrete: influence of the mechanism of destruction and composition of concrete, Constr. Build. Mater. 65 (2014) 350-359.
17. J. Yang, J. Yu., U. Wang, Investigation of the Effect of Coating Thickness on the Behavior of the Connection between a Deformed Rod and Porcelain Tile Concrete, Adv. Mater. Residence 366 (2012) 281-285.
18. K.Cheran, M. Rudhara shanty, M. Kritigaa. Analysis of the effectiveness of autoclaved aerated concrete. International Journal of Science and Technology Research (IJ0SER), Volume 5 Issue 3 March -2017.3221 5687, (P) 3221 568X.
X X
o
00 >
c.
X
00 m
o
io 6
IO
o
to
