Научная статья на тему 'Оценка характеристик бутовой кладки фундамента'

Оценка характеристик бутовой кладки фундамента Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
1475
401
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
БУТОВЫЕ ФУНДАМЕНТЫ / МОДЕЛЬ БУТОВОЙ КЛАДКИ / АГРЕССИВНАЯ ВОДА / ИЗВЕСТКОВЫЙ РАСТВОР / ПЛИТЧАТЫЙ ИЗВЕСТНЯК / ПРОЧНОСТЬ

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Колмогорова С. С., Колмогорова

Исследованы свойства составляющих тело бутового фундамента (известняка и известкового раствора) под воздействием агрессивной воды.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Оценка характеристик бутовой кладки фундамента»

76

Проблематика транспортных систем

УДК 624.131 С. С. Колмогорова

ОЦЕНКА ХАРАКТЕРИСТИК БУТОВОЙ КЛАДКИ ФУНДАМЕНТА

Исследованы свойства составляющих тело бутового фундамента (известняка и известкового раствора) под воздействием агрессивной воды.

бутовые фундаменты, модель бутовой кладки, агрессивная вода, известковый раствор, плитчатый известняк, прочность.

Введение

До середины Х!Х века фундаменты построек выполнялись в основном из местных каменных материалов. В Санкт-Петербурге основным материалом фундаментов старых зданий являлся рваный плитчатый известняк - фундаменты такого типа встречаются примерно в 90% случаев. Кладку плитчатого камня выполняли на известковом, цементно-известковом, цементном, цементно-песчаном растворах.

Вопрос долговечности и интенсивности износа бутовых фундаментов старинных зданий изучен недостаточно. За длительный период эксплуатации при определенных инженерно-геологических условиях под воздействием деструктивных процессов, связанных с фильтрацией подземных вод, выщелачиванием карбонатного материала, сезонными криогенными явлениями и другими процессами, в бутовой кладке фундаментов происходит разрушение кладочного известково-песчаного раствора. Бутовая кладка фундаментов постепенно утрачивает структурную целостность и ухудшает свои физико-механические свойства, что сопровождается ее сжатием и проявлением внутренних напряжений, приводящих к развитию собственных деформаций бутовых фундаментов. В результате фундаменты старинных зданий получают недопустимый износ, что может приводить к обрушению сооружения в целом или его отдельных частей.

Вопрос увеличения долговечности фундаментов старинных построек приобрел в настоящее время значительную актуальность в связи со сложностью их сохранения, т. к. их разрушение обусловлено как старением, так и воздействием природно-техногенных факторов.

Наиболее существенным техногенным элементом геологической среды, воздействующим на бутовые фундаменты старинных построек, являются грунтовые воды, весьма чувствительные к изменениям природнотехнической ситуации. Вода является основным фактором агрессивного воздействия среды на бутовую кладку. Именно при ее активном воздействии протекают разрушающие процессы - при увлажнении и высушивании.

2006/3

Proceedings of Petersburg Transport University

Проблематика транспортных систем

77

Влага, попадая в микротрещины, вызывает расклинивающее давление пленок, которое при цикличном (многолетнем) увлажнении и высушивании ведет к медленному, но неотвратимому снижению прочности материала бутовой кладки.

В кладке бутового фундамента, расположенного выше уровня грунтовых вод, происходит смачивание материала агрессивными поровыми растворами в процессе диффузии и капиллярного влагопереноса. Это приводит к замачиванию фундаментов и последующей их сезонной подсушке. Процесс носит циклический характер. Эта зона подвержена хозяйственной деятельности. Здесь ведутся земляные работы, укладка и ремонт коммуникаций и т. д.

Кладка фундаментов ниже уровня грунтовых вод непосредственно взаимодействует с подземными водами, которые являются наиболее подвижной составляющей геологической среды. Их режим в значительной степени определяет опасные инженерно-геологические процессы, возникающие в грунтах основания: деформации грунтов оснований, суффозия и гидростатическое взвешивание грунтов, гидростатическое давление грунтовых вод.

Указанные процессы ухудшают сохранность бутовой кладки. В кладке вследствие выщелачивания растворов образуются крупные трещины. Потоки подземных вод насыщают фундаменты, отрывают частицы материала, усиливают растворение. Такое воздействие на фундаменты может привести к драматическим последствиям.

1 Экспериментальные исследования

Настоящие исследования посвящены изучению изменений прочностных деформационных свойств составляющих тело бутового фундамента (известняка и известкового раствора) под воздействием переменного УГВ.

Исследования проводились на модели бутовой кладки размером 10x10x22 см, состоящей из пяти образцов известняка размером 10x10x4 см и четырех прослоек известково-песчаного раствора толщиной по 5 мм при периодическом увлажнении агрессивной водой и высушивании.

В модели применялся плитчатый известняк, первоначальная прочность которого на одноосное сжатие составляла в среднем 36 МПа. Состав известково-песчаного раствор 1 : 3 (известь, песок) приближен к раствору использовавшемуся в бутовых фундаментах старинных построек (при разборке зданий по ул. Марата № 73 в Санкт-Петербурге были отобраны образцы раствора и определен его состав).

Для ускорения процесса схватывания раствора добавлялось 5% цемента от общей массы раствора (200 г на 4 кг раствора). При приготовлении раствора использовался однородный песок средней крупности (размер фракции 0,5-0,25 мм), гашеная известь и дистиллированная вода. Бутовая

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2006/3

78 Проблематика транспортных систем

кладка выдерживалась без нагрузки до набора 70% прочности раствора 28 дней (рис. 1).

Рис. 1. Набор прочности известкового раствора

Экспериментальная установка испытания модели бутовой кладки показана на рисунке 2. К модели бутовой кладки была приложена постоянно действующая нагрузка 2 кг/см (200 кг), что соответствует давлению от пятиэтажного дома. Нагрузка передавалась через систему рычагов наверх бутовой кладки через штамп (размер штампа 10x10 см). Емкость, в которую помещена модель бутовой кладки, периодически заполнялась агрессивной водой до высоты 15,5 см, что соответствует погружению кладки на 2/3 ее высоты. В качестве агрессивной воды использовался раствор соляной кислоты 0,027N (рН 5-4). Бутовая кладка выдерживалась в агрессивной воде сутки, затем вода сливалась и кладка высушивалась в течение суток. Далее процесс повторялся. При этом измерялись продольные деформации бутовой кладки двумя индикаторами часового типа с ценой деления 0,01 мм.

С целью анализа изменения характеристик материалов бутовой кладки в процессе переменного увлажнения агрессивной водой и высушивания были дополнительно изготовлены образцы раствора (40x40x40 мм) и известняка (40x40x40 мм). Эти образцы также периодически увлажнялись агрессивной водой и высушивались.

Было проведено 100 циклов увлажнения агрессивной водой и высушивания, при этом выявлено интенсивное изменение прочности раствора (до 30%), в меньшей степени - изменение прочности известняка (до 5%).

Прочность раствора в среднем уменьшалась с 0,40 МПа до 0,28 МПа в результате выщелачивания связующего материала - извести. Это наглядно видно на кубиках раствора (рис. 4); с увеличением циклов увлажнения-высушивания на наружной поверхности кубиков раствора проявлялся песок.

2006/3

Proceedings of Petersburg Transport University

Проблематика транспортных систем

79

Рис. 2. Экспериментальная установка

Прочность известняка в среднем уменьшалась с 36 до 34 МПа. За период 100 циклов в процессе выщелачивания материала кубики известняка потеряли вес и поперечное сечение уменьшилось на 1-2 мм (рис. 5).

Процесс изменения материалов кладочного раствора можно наблюдать на модели бутовой кладки. Швы раствора стали иметь вогнутую поверхность в сторону кладки глубиной до 2-3 мм. Известняк, который находился в зоне увлажнения и высушивания, уменьшился в объеме (рис. 3).

а)

б)

Рис. 3. Модель бутовой кладки

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2006/3

80

а)

Проблематика транспортных систем

б)

Рис. 4. Кубики раствора

а)

б)

Рис. 5. Кубики известняка

На рисунках 3-5:

а - до испытания; б - после 100 циклов замачивания-высушивания в агрессивной воде.

На определенных этапах циклического увлажнения-высушивания экспериментально определялись прочностные характеристики раствора и известняка путем раздавливания образцов. Затем оценивалась прочность всей бутовой кладки расчетным способом (рис. 6) по формуле Л. И. Онищика [1].

Проведенные эксперименты (100 циклов увлажнения агрессивной водой и высушивания) показали, что интенсивность воздействия агрессивной воды на материал бутовой кладки (известковый раствор и известняк) зависит от количества циклов.

На начальном этапе (до 10 циклов) процесс разрушения материалов бутовой кладки (известкового раствора и известняка) незначителен. На последующих этапах (с 10 до 20 циклов) процесс воздействия агрессивной воды на материал кладки резко возрастает, причем раствор разрушается более интенсивно. В пределах от 20 до 50 циклов процесс происходит более равномерно и менее интенсивно. При этом воздействие на раствор более значительно. В последующие циклы (с 50 до 100) интенсивность воз-

2006/3

Proceedings of Petersburg Transport University

Проблематика транспортных систем

81

действия агрессивной воды как на раствор, так и на известняк резко возрастает.

Бутовая кладка —■— Раствор —•— Известняк

Рис. 6. Графики изменения относительной прочности известняка, раствора и бутовой кладки

Заключение

Таким образом, вода (агрессивная) выщелачивает растворимые компоненты кладочного материала бутовой кладки, приводит к вымыванию растворимых компонентов из них. Результаты исследований показали, что известковые растворы и известняки являются недостаточно стойкими к агрессивным средам - растворам солей и кислот. Активизация агрессивных

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2006/3

82 Проблематика транспортных систем

компонентов воды способствует уменьшению прочности фундаментов на 5-7% в течение 2-3 лет.

Библиографический список

1. Караулов Е. В. Каменные конструкции. Их развитие и сохранение. - М., 1966. - 240 с.

2. Дашко Р. Э. Анализ и оценка геоэкологического состояния подземного пространства Санкт-Петербурга // В сб: Сергеевские чтения. - М.: ГЕОС, 2001. - Вып. 3. -С. 72-78.

УДК 539.3

М. Д. Креминская

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ФОРМЫ ЯДРА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО УРАВНЕНИЯ НА РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ МЕХАНИКИ ДЕФОРМИРУЕМЫХ СИСТЕМ МЕТОДОМ ВЫРОЖДЕННЫХ ГРАНИЧНЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ

Рассматриваются дифференциальные уравнения, которые могут быть сведены к уравнению Вольтера второго рода с ядром дифференциального уравнения и вырожденным ядром.

Приводится анализ применения квадратурных методов решения уравнений Вольтера, построенных на совместном применении замкнутых формул и формул операторного типа.

Приводятся аппроксимации невырожденного ядра исходного уравнения.

Приведенные решения совпадают с решениями по прямому методу граничных интегральных уравнений.

уравнение Вольтера, ядро дифференциального уравнения, ядро интегрального уравнения, матрица-функция, аппроксимации.

Введение

Наша цель - представить деформируемые модели в виртуальных окружениях. В современном математическом моделировании это обычно делается с помощью различных дискретных методов.

В динамике сплошных сред существует необходимость моделирования различного рода сингулярностей. Здесь к трудностям задач динамики добавляются трудности учета нерегулярностей. Известно, что метод конечных элементов неэффективен в случае удлинения областей вследствие невозможности описания с необходимой точностью поведения модели при дискретизации как для двумерных, так и для трехмерных линейно-упругих задач и задач теории потенциала.

2006/3

Proceedings of Petersburg Transport University

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.