CC BY
7УДК 69.057.59:693.548.6:693.547.14
Л.М. КОЛЧЕДАНЦЕВ, д-р техн. наук, О.Г. СТУПАКОВА, инженер, Р.Р. МУСТАФИН, инженер (mustafm-roman@mail.ru),
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет
Применение разогретых бетонных смесей для повышения прочности стыка сборно-монолитных зданий
Одним из приоритетных направлений решения жилищной проблемы в России является использование потенциала производственной базы крупнопанельного домостроения. В настоящее время имеются благоприятные предпосылки для массового строительства зданий экономического класса с применением сборных элементов: гибкая технология изготовления панелей устраняет проблему однообразия панельных зданий; технология устройства бесшовных, или мокрых, фасадов исключает проблему соединения наружных стеновых панелей.
По мнению авторов, строительство полносборных зданий, особенно повышенной этажности, не устраняет проблему их надежности. В ранее опубликованных статьях [1, 2] обоснована целесообразность строительства сборно-монолитных зданий, стыки между сборными элементами которых бетонируются предварительно разогретыми смесями.
Монолитность бетонных и железобетонных конструкций является одним из основных факторов, характеризующих прочность и долговечность как отдельной конструкции, так, сооружения в целом. Совместная работа отдельных сопрягаемых между собой деталей и элементов конструкции, которые, как правило, получаются в результате перерывов в бетонировании или изготовлены ранее, играет существенную роль в общей прочности здания или сооружения.
Таким образам, приходится иметь дело с прибето-нированием свежего, «нового» бетона к уже отвердевшему, набравшему определенную прочность «старому» бетону или заделкой стыка свежим бетоном между двух «старых».
В рабочих швах монолитных и стыках сборных или сборно-монолитных конструкций, выполняемых с перепуском арматуры или по стыку Передерия, плохое сцепление старого бетона с новым ведет к образованию трещин в зоне контакта, соответственно к снижению водонепроницаемости и морозостойкости шва, что в конечном итоге неблагоприятно влияет на надежность и долговечность здания или сооружения.
Известно, что основными факторами, влияющими на прочность сцепления, являются: усадка и консистенция свежего бетона, возраст и отсутствие цементной пленки на активной поверхности старого бетона. Трудоемкая обработка активной поверхности сборных элементов целесообразна только в случае работы шва на срез. Малоисследованным оказался такой фактор, как влияние разницы температур между «старым» и вновь уложенным бетоном на качество стыка. В качестве рабочей гипотезы авторами данной статьи выдвинуто предположение, что если температура укладываемого в стык бетона будет существенно больше (на 30оС и более) температуры «старого» бетона, то за счет тепломас-сопереноса от горячего к холодному диффузионные
процессы из растворной составляющей свежеуложен-ного бетона увеличат его сцепление со старым бетоном. Это в сочетании с вышерассмотренными техническими приемами повысит качество стыка.
Проводимые исследования были направлены на выявление влияния разницы температуры старого и све-жеуложенного бетона на прочность стыка, с ускоренными темпами набора прочности, как свежеуложенного бетона, так и стыка бетонирования со значительным уменьшением влажностной усадки и упрочнением сцепления.
В эксперименте возраст старого бетона принят трехсуточным, а подвижность смеси П4. Шов бетонирования вертикальный, вертикально образованная активная поверхность с нанесенными вертикальными и наклонными штробами. В собственных исследованиях авторами изготовлено 10 серий по три образца в каждой серии для 7 и 28-суточного возраста. Образцы имели форму призмы прямоугольного сечения размерами 100x200x600 мм (ШхВхД) со швом бетонирования посередине (рис. 1). В качестве старого бетона послужил образец из бетона класса В25, отформованный на 3 сут ранее подливки нового, на активной поверхности которого устраивались вертикальные и наклонные штробы 4 мм шириной и 6 мм глубиной. Новый бетон непосредственно перед укладкой в форму подвергался интенсивному электроразогреву переменным током промышленной частоты 50 Гц до температур +50оС и +70оС с последующей укладкой в форму и вибрированием на вибростоле.
Полученные образцы испытывались на прессе с приложением нагрузки по обе стороны от шва бетони-
Р/2
-4-
Р/2
200
100 \
100
ж
400
600
Рис. 1. Схема испытания образцов на растяжение при изгибе
М
max
rj научно-технический и производственный журнал
J^J ® апрель 2012 17~
Ясж, МПа
45 40 35 30 25 20
» /
У 5 /■ / 2
7 / 4 /
[• 3 /
1
15 1-------
2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 Р, кН
3,55 4,44 5,33 6,22 7,11 8 8,88 Я, МПа
Рис. 2. Влияние прочности нового бетона Ясж (по вертикали) на величину сцепления нового и старого бетонов (Р) в возрасте 7, 28 и 90 сут при испытании образцов на растяжение при изгибе (Я): 1 - образцы без стыка, 7 сут; 2 - образцы без стыка, 28 сут; 3 - стыкованные образцы, 7 сут; 4 - стыкованные образцы, 28 сут; 5 - стыкованные образцы, 90 сут
рования по ГОСТ 10180—90 «Методы определения прочности по образцам» в возрасте 7 и 28 сут. При сочетании факторов проводились повторные эксперименты, показавших лучшие результаты образцов с испытанием в трехмесячном возрасте. Таблица полученных материалов подверглась математическому анализу на достоверность результатов и установления зависимостей откликов от варьируемых факторов. Выведены уравнения регрессии.
В проведенных исследованиях изучалось три фактора, способных повлиять на прочность сцепления:
— разница температур старого и свежеуложенного бетона ДТ = 30-50оС (Х^;
— скорость остывания свежеуложенного бетона V = 0-2оС/сут (Х2);
— водоцементное отношение при неизменной подвижности за счет изменения концентрации пластифицирующих добавок В/Ц = 0,38—0,5 (Х3).
По результатам испытания образцов, как составных, так и монолитных, был построен совмещенный график (рис. 2), по наклону линий которого можно судить о влиянии прочности бетона в различных возрастах на величину разрушающей нагрузки монолитных и составных образцов. Из приведенного графика можно сделать вывод, что в составных образцах на ранних сроках твердения свежеуложенного бетона (до 7 сут) прочность бетона незначительно влияет на прочность соединения (№ 3), а разрушениея образцов происходило по плоскости контакта, без вырывания старого бетона. Линия результатов испытания монолитных образцов (№ 1) наклонена на меньший угол относительно оси абсцисс, соответственно влияние прочности бетона на величину разрушающей нагрузки выражено более явно. Поверхность разлома — с выраженными отрывами крупного заполнителя; разлом происходил по границе щебень—цементный камень.
В возрасте 28 сут наклон кривой составных образцов резко изменился в сторону увеличения значимости прочностных характеристик бетона. Если провести горизонтальную прямую через значение прочности в 30 МПа, можно заметить, что образцы в возрасте 28 сут имеют на 17% более прочный стык при абсолютно одинаковой прочности бетона, сцепление монолитных образцов (№ 2) на 20% выше, чем у составных образцов в возрасте 28 сут (№ 4), и разрушения уже носят смешанный характер. Стоит отметить, что при разломе состав-
ных образцов в возрасте 28 сут, показавших лучший результат, наблюдалось частичное отрывание старого бетона новым вследствие опережения набора прочности новым. Этот эффект достигнут в результате предварительного электроразогрева бетонной смеси, который позволяет увеличить эффект массопереноса за счет температурного градиента и активации цемента переменным током, вовлечением в химическую связь большего количества вяжущего. Таким образом, новый бетон набирал прочность на 10—30% превосходящую прочность старого в зависимости от температуры разогрева.
Точкой под номером 5 обозначен результат испытания составных образцов в возрасте 90 сут. Данные результаты на 8% уступают по прочности монолитным образцам в проектном возрасте. Следовательно, применение предварительного электроразогрева привело к увеличению значения микродиффузии, уменьшению влаж-ностной усадки за счет интенсификации схватывания бетона и пониженного В/Ц до 0,38, тем самым повысив прочность сцепления и нового бетона без применения сложных технологических процессов, таких как обмазка активной поверхности цементно-песчаным тестом.
По результатам основного эксперимента выведены уравнения регрессии.
Для образцов в возрасте 7 сут:
Y7=2,53+0,165 •Х1 ^2=2,53+0,165 • (В/Ц-0,44)/ /0,12 • ^-1)/2.
Для образцов в возрасте 28 сут:
Y28=3,24+0,399 -Х2+0,284•Х1 -Х2-Х3=3,24+0,399 • (У-1)/2+0,284• (В/Ц-0,44)/0,12 • (У-1)/2 • (ДТ-40)/20.
Откликом данных функций будет являться величина разрушающей нагрузки на образец. В соответствии с ГОСТ 10180-90 пересчет разрушающей нагрузки в кгс/см2 можно произвести по формуле:
В.^ = о-¥/(а• Ь2)• Ы [1],
где а, Ь, I - ширина, высота и расстояние между опорами при испытании образцов на растяжение при изгибе; о - масштабный коэффициент, равный 1; ¥ - разрушающая нагрузка; - поправочный коэффициент, учитывающий влажность (для ячеистых бетонов).
На основании результатов эксперимента по выявлению факторов, влияющих на прочность контакта старый - новый бетон, составлен план дополнительного исследования с целью получения характеристик прочности стыка при испытании на чистый сдвиг составного образца и монолитного в сравнении с образцами, состыкованными без применения предварительного электроразогрева. Для этого была разработана специальная методика испытаний, исключающая появление крутящего момента относительно плоскости контакта (рис. 3).
Полученные результаты дополнительного исследования позволили утверждать, что
1
100
200
Рис. 3. Схема испытания образцов на чистый сдвиг
научно-технический и производственный журнал Ш^ИгИЗ
18 апрель 2012 М *
с применением предварительного электроразогрева бетонной смеси и пониженного В/Ц стало возможным получение равнопрочных с монолитом стыков при работе шва на сдвиг и достижение 92% прочности при работе шва на растяжение.
Таким образом, в ходе проведенных исследований по изучению влияния предварительного электроразогрева бетонной смеси на сцепление старого и нового бетонов были достигнуты результаты, позволяющие считать стыки бетонирования равнопрочными с монолитом при работе конструкции на сдвиг и выдерживании особых условий.
Данные результаты достигнуты за счет увеличения эффекта самовакуумирования, максимальное значение которого достигается при разнице температур старого и свежеуложенного бетонов, близкой к АТ=30оС при температуре свежеуложенной смеси не более Тб=+50оС. Более высокие значения температуры свежеуложенного бетона ведут к значительному ускорению схватывания, что уменьшает время прохождения диффузионных процессов на границе стыка. Меньшие значения Тб приводят к недостаточной мере интенсификации бетонных работ, сопряженных с уменьшением значимости диффузии (при условии снижения АТ) и недобором прочности новым бетоном относительно старого, что не позволяет считать сборно-монолитную конструкцию равнопрочной.
Таким образом, оптимальными параметрами прибе-тонирования нового бетона к старому являются: АТ>30оС при Тб=+50оС; минимальное В/Ц при оптимальной подвижности П4; скорость остывания <2оС в сутки. Стыки бетонирования можно считать монолит-
ными при работе шва на срез и при удалении с активной поверхности цементной пленки и нанесении вертикальных и наклонных под углом 450о штроб шириной 4—6 мм, глубиной 6—8 мм с шагом 15—25 мм. При работе шва конструкции на растяжение прочность стыка достигает более 90% прочности монолита при аналогичной обработке активной поверхности и предварительном электроразогреве бетонной смеси. Такой способ бетонирования сборно-монолитных и монолитных конструкций в несъемной опалубке увеличивает прочность стыка на 17—25% по сравнению с известными способами при отсутствии сложных технологических процессов на строительной площадке.
Ключевые слова: «старый» бетон (бетон сборного элемента), «новый» бетон (бетон замоноличиваемого стыка), разогретая бетонная смесь, прочность сцепления бетонов «старого» и «нового».
Список литературы
1. Колчеданцев Л.М., Зубов Н.А., Рощупкин Н.П., Колче-данцев А.Л. Конструктивно-технологические решения сборно-монолитного здания экономического класса // Строительные материалы. 2011. № 3. С. 37-39.
2. Колчеданцев А.М., Рощупкин Н.П. Жилье экономического класса - сборное, монолитное или сборно-монолитное? // Жилищное строительство. 2011. № 6. С. 24-25.
Активатор
измельчение шгтття синтез
Активатор-231_
100
80
J 60
и
гт:
1 40 *
20 0
5 мин. j* /
* .* / ^ 1 мин.
1 1С юо
диаметр частиц, мкм
Для пробоподготовки материалов
Лабораторные мельницы "Активатор" для заводских и исследовательских лабораторий.
100
80
. SO 8
£ 40
Si
го
Активатор-4М
2 мин. »"С ■ •
■ * -. * 1 мин.
• •
1 ю 100
диаметр частим, мкм
Для наработки небольших партий материалов
Активатор-23
Для помола материалов в ударном, сдвиговом, вихревом режимах
www.activator.ru »
Новосибирск, Софийская 18, оф 107 630056, Новосибирск 56, а/я 141 Факс: 8 (333) 325-18-49 Тел: 8 913 942 94 81 e-mail: belyaev@activator.ru
Реклама
научно-технический и производственный журнал
апрель 2012
19
