CC BY
77
УДК 691.328
НАПРЯГАЮЩИЕ ЦЕМЕНТНО-ЗОЛЬНЫЕ БЕТОНЫ*
А.В. Вебер, Е.Ю. Хижинкова, Г.И. Овчаренко
Представлены составы напрягающих бетонов с расширяющейся добавкой в виде высококальциевой золы и строительного гипса, приведены модели зависимости величин самонапряжения бетона в зависимости от свойств и количества добавок. Рассмотрено влияние величины самонапряжения на прочность спирально армированных образцов.
Ключевые слова: напрягающий бетон, напрягающий цемент, расширяющаяся добавка, высококальциевые золы ТЭЦ.
Из всех строительных конструкций самыми распространенными являются железобетонные конструкции (ЖБК) благодаря их прочности, жесткости, надежности, долговечности, технологичности и т. д.
Напряженные ЖБК обладают более высокими прочностными и жесткостными характеристиками по сравнению с ненапряженными. Напряжение арматуры может осуществляться перед бетонированием (преднапряженные), после бетонирования на бетон (постнапряженные) и во время твердения бетона за счет его расширения (самонапряженные).
Однако наиболее распространенная в России технология предварительного напряжения арматуры имеет ряд недостатков. Главным образом она применима только в заводских условиях и не позволяет в полной мере реализовать прочностные свойства напрягаемой арматуры, за счет появления потерь напряжения, которые обусловлены как технологией натяжения арматуры, так и свойствами бетона, усадкой и ползучестью.
Одним из способов устранения потерь предварительного напряжения, борьбы с усадкой и напряжения арматуры химическим способом может рассматриваться применение для конструкционных бетонов напрягающего цемента, который представляет собой обычный ПЦ с введением расширяющейся добавки (РД).
РД подразделяются на три группы: оксидные, сульфоалюминатные и оксидно-алюминатные, к последней группе в частности относится высококальциевая зола (ВКЗ).
Цель исследования - выявление зависимости самонапряжения бетона от количества и свойств РД в виде ВКЗ и строительного гипса.
Характеристики использованной ВКЗ приведены в табл. 1.
Исследование самонапряжения бетонов проводилось на составах тяжелого бетона с расходом цемента (ЦЕМ 11/А-Ш 32,5Б) 400 и 600 кг на 1 м3.
В качестве расширяющих добавок вводилась высококальциевая зола Барнаульской ТЭЦ-3 (см. табл. 1) в количествах 50, 100, 150 % и строительный гипс (Г-5 А II) в количествах 0 и 10 % от ПЦ.
Самонапряжение бетона вычисляется исходя из связанной деформации кондукторов - Д (разность между конечным и начальным измерением кондуктора) по формуле [1, 2]:
Я-Ьзп Д Н-пр Ест / 1обр , (1)
где Д и /обр - полная деформация образца в процессе самонапряжения бетона и его длина соответственно; нпр - приведенный коэффициент армирования образца, принимаемый равным 0,01; Ест - модуль упругости стали кондуктора, принимаемый равным 200 000 МПа.
Как видно из рисунка, самонапряжение бетона пропорционально количеству вводимой золы. Для бетона с добавкой золы самонапряжение наилучшим образом коррелирует с СаОзакр, что обуславливается расширяющейся способностью пережженной извести. В бетоне с добавкой золы и гипса самонапряжение зависит от СаОсвоб, что объясняется не только поздней гидратацией пережженного оксида, но и большим синтезом эттрин-гита в присутствии гипса, портландита и алюми-натных фаз золы и цемента.
Самонапряжение в системе с добавкой гипса выше на 50-80 % чем в системе без него, и составляет 0,5-2,0 МПа после ТВО.
Для выявления влияния самонапряжения на прочность армированных образцов изготовляли образцы призмы размером 100*100*400 мм со спиральным поперечным армированием в 1 %.
Расход цемента в бетонной смеси составлял 600 кг/м3, ВКЗ/ПЦ = 150 %, Гипс/ПЦ = 10 %.
После определения прочности бетона вычислялась расчетная прочность армированного образца по формуле [3]:
Я’ьп = Яьп + 4'Р0^С / ^ , (2)
где ЯЬп - прочность бетона при сжатии, МПа; р0 -
*Рекомендовано к опубликованию по результатам конкурса докладов молодых ученых на Международной научнотехнической конференции «Перспективы развития строительного материаловедения», проходившей в Южно-Уральском государственном университете 24-26 сентября 2013 г. при участии фирмы «КНАУФ».
Строительные материалы и изделия
Таблица 1
Характеристики ВКЗ
№ пробы Т % Н Остаток на сите № 008, % см2/г Сроки схватывания, мин Содержание свободного СаО*, % АТ, С п.п.п., %
начало конец открытый закрытый суммарный
2 25,0 6,8 3700 13 16 5,8 0,5 6,3 7,5 5,9
4 26,7 7,8 3600 12 19 5,7 1,1 6,8 7,0 6,3
5 30,0 11,8 4350 11 45 6,8 1,5 8,3 8,0 9,2
6 26,7 7,0 3850 13 24 9,3 1,8 11,1 7,0 6,3
7 26,7 5,0 3800 14 35 6,0 0,5 6,5 6,0 5,5
8 30,0 8,5 3350 30 135 4,4 - 4,4 6,0 7,6
9 24,0 10,4 1950 20 50 3,6 0,3 3,9 4,5 4,7
Содержание СаО определялось по спиртово-сахаратной методике.
яЬвп = ом4і*і.8іб»с*о,оіз5*з-ЗА5із<,+о,ооі5*с*з+о,ооог*зі>
- 1,0789.1,8іи*С.0,0108+3-0.1238+Сг*0,0022*С+3.0,0002^
25 і
Самонапряжение бетона: ПЦ = 400 кг/м3; Гипс/ПЦ = 0 % (а); Гипс/ПЦ = 10 % (б)
Вебер А.В., Хижинкова Е.Ю., Овчаренко Г.И.
Напрягающие цементно-зольные
бетоны
Таблица 2
Результаты испытания армированных образцов
Проба золы в составе РД Контроль Зола № 5 Зола № 6 Зола № 7 Зола № 8 Зола № 9 Зола № 9*
Самонапряжение после ТВО, МПа 0 1,91 1,94 1,75 1,77 1,20 2,17
Самонапряжение при испытании, МПа 0 2,50 3,77 2,04 1,73 1,58 2,52
Поперечное спиральное армирование, % 1,0% 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,5
Прочность бетона при сжатии, МПа 36,5 35,0 29,0 31,0 35,0 28,0 43,5
Прочность при сжатии армированного образца, МПа (в скобках расчетное значение, формула (2)) 35,5 (36,5) 41,5 (41,5) 39,0 (38,5) 38,5 (36,0) 40,0 (39,5) 31,0 (32,0) 51,5 (51,0)
Отклонение фактической прочности от расчетной, % -2,7 0,0 1,3 6,9 1,3 -3,1 1,0
Прирост прочности армированного образца к контролю, % -3 19 34 24 14 11 18
напряжение обжатия в сечении, МПа (при армировании в 1 % соответствует самонапряжению - ЯЬт);
и ^ - площадь обжатого ядра и сечения образца
2
соответственно, м .
Из полученных результатов видно (табл. 2), что прочность армированного образца тем выше контрольной прочности, чем больше самонапря-жение бетона. Данный эффект объясняется тем, что напрягающий бетон создаёт обжатие бетонного ядра в стальной обойме, величина напряжения которого пропорционально самонапряжению бетона. Фактическая прочность армированного образца с небольшим отклонением соответствует расчетной прочности образца.
Таким образом, применяя напряженный бетон, например для производства сжатых элементов конструкций: сваи, колонны и т. д., в условиях трехосного армирования можно увеличить несущую способность конструкции, или при той же несущей способности снизить количество рабочей продольной арматуры [4-6].
В случае высоких значений самонапряжения бетона (3,0-5,0 МПа) целесообразно напрягать арматуру конструкции полностью химическим способом как в заводских условиях, так и на строительной площадке при монолитном строительстве.
Выводы
1. Самонапряжение бетона пропорционально количеству РД и содержанию закрытой/свободной извести в ВКЗ.
2. Добавка 10 % гипса увеличивает самона-пряжение на 50-80 %.
3. Применение напрягающего бетона в спи-
рально армированных образцах увеличивает их прочность на 10-35 % по сравнению с неармиро-ванными образцами, прирост прочности пропорционален самонапряжению бетона.
4. Применение высококальциевой золы и строительного гипса в качестве расширяющих добавок позволяет получить бетон с величиной са-монапряжения 0,5-4,0 МПа, а также снизить стоимость этого бетона, по сравнению с бетонами на сульфоалюминатных РД за счет использования доступного и дешевого техногенного сырья в виде ВКЗ ТЭЦ-3.
Литература
1. Пособие по проектированию самонапря-женных железобетонных конструкций к (СНиП 2.03.01-84).
2. Пособие по производству сборных само-напряженных железобетонных конструкций и изделий (к СНиП 2.03.01-84).
3. Михайлов, В.В. Расширяющийся и напрягающий цементы и самонапряженные железобетонные конструкции / В.В. Михайлов. - М.: Строй-издат, 1974. - 312 с.
4. Михайлов, В.В. Предварительно напряженные железобетонные конструкции / В. В. Михайлов. - М. Стройиздат, 1978. - 383 с.
5. Овчаренко, Г.И. Золы углей КАТЭКа в строительных материалах / Г.И. Овчаренко. -Красноярск: Изд-во Краснояр. ун-та, 1992. - 216 с.
6. Овчаренко, Г.И. Оценка свойств углей КАТЭКа и их использование в тяжелых бетонах / Г.И. Овчаренко, Л.Г. Плотникова, В.Б. Францен. -Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 1997. - 149 с.
Строительные материалы и изделия
Вебер Антон Викторович, магистр, аспирант кафедры «Строительные материалы», Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, Барнаул. Тел.: В-913-272-1б-В3; [email protected].
Хижинкова Елена Юрьевна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Строительные материалы», Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, Барнаул. Тел.: В-9В3-173-9В-75; [email protected].
Овчаренко Геннадий Иванович, доктор технических наук, заведующий кафедрой «Строительные материалы», Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, Барнаул. Тел.: 905-92B-11-90; [email protected].
Bulletin of the South Ural State University Series “Construction Engineering and Architecture” ________________________2013, vol. 13, no. 2, pp. 47-50
SELF-STRESSING CONCRETE ON THE BASIS OF CEMENT ASHES
A.V. Veber, I.I. PolzunovAltai State Technical University, Barnaul, Russian Federation, [email protected],
E.Yu. Khizhinkova, I.I. Polzunov Altai State Technical University, Barnaul, Russian Federation, [email protected]
G.I. Ovcharenko, I.I. Polzunov Altai State Technical University, Barnaul, Russian Federation, [email protected]
The composition of self-stressing concrete with expanding additive in the form of high-in calcium ashes and gypsum plaster is given; models of dependence of the level of self-stressing concrete on the property and quantity of additives are introduced. The influence of the level of self-stressing on the strength of spirally reinforced samples is studied.
Keywords: self-stressing concrete, self-stressing cement, expanding additive, high-in calcium ashes of Heat Power Plant.
Поступила в редакцию 1 октября 2013 г.
