CC BY
18УДК 693.554.3:666.982
С.Н. ЛЕОНОВИЧ, д-р техн. наук, иностранный академик РААСН, Н.Л. ПОЛЕЙКО, канд. техн. наук
Белорусский национальный технический университет (220013, Беларусь, г. Минск, пр. Независимости, 65)
Прочность сцепления арматуры с бетоном, содержащим добавку С-3 и ее модификации
Приведены результаты исследований влияния прочности на сжатие и возраста модифицированного бетона с суперпластификатором С-3 и его модификациями на сцепление с арматурой различных профилей и классов. Установлено, что величина Rсц бетона с арматурой существенно зависит от его прочности Rсж. Эта зависимость линейна и одинакова как для обычного, так и для модифицированного бетона, хотя численные параметры ее различны. В частности, с повышением предела прочности бетона на сжатие от 30 до 70 Мпа среднее значение Rсц для гладкой арматуры в модифицированном бетоне увеличивается в 1,5 раза, а в обычном - в 1,36 раза. С увеличением величины Rсж прочность сцепления арматуры с бетоном повышается, а относительное ее значение Rсц/Rсж снижается, так как при этом уменьшается относительная прочность бетона на растяжение Rр/Rсж. Интегральная прочность сцепления существенно зависит от Rр и определяется механическим зацеплением выпусков арматуры с растворной частью бетона. Прочность сцепления с бетоном арматуры периодического профиля значительно выше. Заметно также нарастание прочности сцепления Rсц с уменьшением диаметра стержней, особенно арматуры периодического профиля. При этом рельеф поверхности периодического профиля практически не влияет на прочность сцепления с бетоном.
Ключевые слова: модифицированный бетон, химическая добавка, класс бетона, класс арматуры, диаметр, прочность сцепления, профильность арматуры.
S.N. LEONOVICH, Doctor of Technical Sciences, Foreign Academician of RAACS, N.L. POLEIKO, Doctor of Technical Sciences Belarussian National Technical University (65, Nezavisimosty av., 220013, Minsk, Belarus)
Bonded strength of reinforcement with concrete modified by superplasticizer "S-3"
The results of the effect of the compressive strength and age of modified concrete with superplasticizer C-3 and its modifications to the bond with the reinforcement of various profiles and classes are presented. Established that the adhesive strength Rad of reinforcement and concrete significantly depends on its compressive strength Rc. This dependence is linear and is the same both for normal concrete and for modified concrete, although its numerical parameters are different. Particularly, with increasing of concrete compressive strength limit from 30 to 70 MPa the average value of adhesive strength Rad for smooth reinforcement in modified concrete increases in 1.5 times, and in the normal - 1.36 times. With increasing of compressive strength Rc adhesion strength of reinforcement with concrete increases, and its relative value Rad/Rc reduces, because along with it reduces the relative tensile strength Rt/Rc. Integral adhesion strength essentially depends on the tensile strength Rt and is determined by the mechanical engagement of free length of reinforcing bars with mortar part of concrete. Adhesion strength of periodic profile reinforcement with concrete is much higher. Also it can be seen the increase of adhesive strength Rad with decreasing of rods diameter, especially in periodic profile fittings. Thus, periodic profile surface relief does not affect the adhesive strength with concrete.
Keywords: modified concrete, modificator, class of concrete compressive strength, class of reinforcement, diameter, bonded strength, profile of reinforcement.
В настоящее время в строительном комплексе Республики Беларусь находят применение бетоны, содержащие добавку С-3 и ее модификации, которые характеризуются специфическим составом, различной скоростью нарастания прочности. Эти их особенности оказывают значительное влияние на такой фактор, как сцепление арматуры с бетоном, определяющее несущую способность железобетонных конструкций [1—4]. Цель настоящей работы — оценить влияние прочности и возраста модифицированного бетона на сцепление его с арматурой различных классов.
Для этого изготавливались бетонные образцы-призмы из цемента ОАО «Красносельскстройматериалы» марки ПЦ 500 Д0, гранитного щебня Микашевичского карьера фракции 5—20 мм и кварцевого песка карьера Крапужино с М™=2,4; количество химической добавки С-3 вводили 0,4% от массы цемента.
По геометрической оси образцов устанавливали арматурные стержни, выступающие с обеих торцов на 100—300 мм, для крепления приборов и захвата.
Прочностные и деформативные свойства бетона определяли испытаниями стандартных кубов и призм, а физико-механические характеристики арматурной стали определяли испытаниями на растяжение отрезков арматурных стержней.
Для исследования сцепления арматуры с бетоном изготовлены две серии образцов. В первую серию входили образцы-призмы из бетона с химической добавкой проектного класса С12/15 и С35/45, во вторую — призмы-близнецы из бетона без добавки. Высоту призм на-
значали в зависимости от длины заделки стержней в бетоне (10?, 15? и 20?), а размеры сечения — 100x100 мм и 150x150 мм в зависимости от диаметра арматуры (? =14; ? =16, ?=22 мм), принимая расстояние от поверхности стержня до грани призмы равным 3—5
Испытания на выдергивание арматуры из бетона проводили на прессе типа МУП-100 с помощью специального шарнирного приспособления, позволяющего осуществлять осевое приложение растягивающей нагрузки. К свободному концу арматурного стержня крепили индикатор часового типа для фиксации сдвига, до начала которого скорость нарастания нагрузки составляла 100 Н/с; после этого она прикладывалась ступенями, составляющими 1/20 от нагрузки Каз, соответствующей достижению предела прочности бетона и нулевому сцеплению арматуры с бетоном (рис. 1).
Прочность сцепления арматуры с бетоном определялась как среднее напряжение в пределах длины заделки стержня:
Ясц = ^раДП-а-у.
Результаты испытания образцов представлены в табл. 1 и на рис. 2. Видно, что прочность сцепления арматуры с модифицированным бетоном несколько выше, чем с обычным: для арматуры периодического профиля — в среднем в 1,16 раза, при этом для стержней диаметром а =10 мм — в 1,39; а =14 мм — в 1,1; ? =16 мм — в 1,09; а=22 мм — в 1,04 раза. Для гладкой арматуры это превышение еще значительнее — в отдельных случаях в 1,6 раза.
22
научно-технический и производственный журнал
март 2014
jVJ ®
Рис. 1. Схема испытания образцов на сцепление арматуры с бетоном: 1 - бетонная призма; 2 - арматурный стержень; 3 - индикатор; 4 - штанги пресса; 5 - нижние зажимы пресса
Значение Д.ц существенно зависит от прочности бетона. Эта зависимость линейна и одинакова как для обычного, так и для модифицированного бетона, хотя численные параметры ее различны (рис. 2). В частности, с повышением предела прочности бетона на сжатие Ясж от 30 до 70 МПа среднее значение Д.ц для гладкой арматуры в модифицированном бетоне увеличивается в 1,5, а в обычном — в 1,36 раза.
С увеличением Д.ж прочность сцепления арматуры с бетоном повышается, а относительное ее значение Лщ/Лж снижается, так как при этом уменьшается относительная прочность бетона на растяжение Лр/Лсж. Интегральная прочность сцепления существенно зависит от Лр и определяется механическим зацеплением выступов арматуры с растворной частью бетона, работающего на срез. В проведенных испытаниях при увеличении Лсж от 30 до 70 МПа среднее значение Лсц для арматуры периодического профиля снижалось в 1,5 раза для модифицированного и в 1,8 раза для обычного бетона.
Прочность сцепления с бетоном арматуры периодического профиля значительно выше (с модифицированным бетоном — в среднем в три раза). Заметно также нарастание прочности сцепления Лсц с уменьшением диаметра стержней, особенно арматуры периодического профиля. Так, с уменьшением ее диаметра в 2,2 раза (с 22 до 10 мм) прочность сцепления бетона с арматурой Лсц в модифицированном бетоне возрастает в среднем в 1,6 раза (в обычном бетоне — в 1,4 раза). При этом рельеф поверхности периодического профиля практически не влияет на прочность ее сцепления с бетоном.
Обработка результатов испытаний позволила установить опытные зависимости между прочностью сцепления арматуры с бетоном и прочностью последнего:
— для модифицированного бетона и арматуры периодического профиля:
Rox, МПа
Рис. 2. Прочность сцепления арматуры с бетоном в зависимости от предела прочности бетона: 1, 1' - арматура периодического профиля, с/=10 мм; 2, 2' - то же, d=22 мм; 3, 3'; гладкая арматура, d=10 мм; 4, 4' - то же, С=22 мм (сплошная линия - модифицированный бетон, пунктирная - обычный бетон)
Лсц = 61 + 0,066 Лсж; (1)
—для модифицированного бетона и гладкой арматуры:
Лсц = 24 + 0,015 Лсж; (2)
— для бетона без добавки и арматуры периодического профиля:
Лсц = 47,3 + 0,08 Лсж; (3)
— для бетона без добавки и гладкой арматуры:
Лсц = 9,6 + 0,015 Лсж. (4)
Полученные зависимости справедливы в исследованном диапазоне прочности бетона (Лсж=20—70 МПа). При Лсж<20 МПа, когда прочность сцепления падает до нуля, формулам (1—4) соответствуют зависимости вида:
— для модифицированного бетона и арматуры периодического профиля Лсц=0,32 Лсж, гладкой арматуры —
^сц 0,32 ^сж;
— для бетона без добавки и арматуры периодического профиля Лсц=0,32 Лсж, гладкой арматуры — Лсц=0,063 Лсж.
Опытные значения прочности сцепления бетона с арматурой соответствуют теоретическим, вычисленным по формулам (1—4).
Экспериментальные данные характеризуются определенным разбросом, и поэтому прочность сцепления бетона с арматурой определить по формулам (1—4) нельзя. Необходимо знать нормативное значение.
Формулы для определения в диапазоне изменения предела прочности бетона на сжатие от 20 до 70 МПа имеют вид:
Г; научно-технический и производственный журнал
М ® март 2014 23~
Таблица 1
№ п/п Модифицированный бетон Обычный бетон
Диаметр и класс арматуры Длина заделки стержней в бетоне, см Прочность бетона Ясж, МПа Прочность сцепления Ясц, МПа Диаметр и класс арматуры Длина заделки стержней в бетоне, см Прочность бетона Ясж, МПа Прочность сцепления Ясц, МПа
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 ^240 10 28,7 2,5 ^240 10 26,2 1,4
2 ^400 10 28,7 7 ^400 10 35,5 6,1
3 ^800 10 35,5 10,6 ^800 10 26,2 7,1
4 ^240 15 35,7 2,4 ^240 10 22 5
5 ^500 15 36,7 7,4 ^240 15 35,5 1,5
6 ^1200 15 35,5 11,7 ^500 15 35,5 8,2
7 ^240 20 35,7 2,8 ^1200 15 22 8,5
8 ^1200 20 38,2 12,2 ^240 20 35,5 1,5
9 ^240 9,3 35,7 2,6 ^1200 20 34,6 11,1
10 ^400 9,3 38,6 8,2 ^240 9,3 35,5 1,6
11 ^800 9,3 38,2 7,8 ^400 9,3 38,7 5,4
12 16S240 12,5 28,7 3,1 ^800 9,3 34,6 5,3
13 16S500 12,5 28,7 7,5 ^500 12,5 35,5 8,7
14 14S1200 14,3 35,5 8,9 14S1200 14,3 22,0 7,6
15 22S240 9,1 35,7 3,4 22S240 9,1 35,5 1,9
16 22S400 9,1 38,2 7,4 22S400 9,1 34,6 7
17 22S500 9,1 28,2 4 ,7 22S500 9,1 16,2 6,4
18 16S240 18,7 38,6 2,1 ^240 21,4 34 10,6
19 16S800 18,7 28,2 8,5 14S1200 21,4 26,2 7,9
20 22S240 13,6 28,2 2,4 22S240 13,6 34 1,4
21 22S400 13,6 37,3 6,7 22S400 13,6 34 6,6
22 22S800 13,6 37,3 6,5 22S800 13,6 33 5,8
23 22S240 20,4 37,3 2,8 22S240 20,4 33 1,2
24 22S800 20,4 32,8 5 22S800 20,4 33 4,8
25 10S240 10 75,3 4,5 ^240 10 64,9 2,5
26 ^800 10 75,6 16,3 10S800 10 64,2 12
27 10S1200 15 75,6 15,9 10S240 9,3 61,1 1,7
28 16S240 9,3 68,7 3,7 16S800 9,3 58,5 10,9
29 16S800 9,3 70,4 10,8 14S1200 10,7 64,2 11
30 14S1200 14,3 75,6 11,5 14S1200 14,3 58,5 9,5
31 22S240 9,1 68,7 3,9 22S240 9,1 61,1 1,5
32 22S500 9,1 74,9 10 22S500 9,1 59 7,7
33 22S400 13,6 69,5 6,8 22S400 13,6 59,2 7
— для модифицированного бетона и арматуры периодического профиля:
R нц = 24 + 0,066 Rсж; (5)
— для модифицированного бетона с гладкой армату-
рой:
R нц = 12 + 0,015 Rсж
(6)
— для бетона без химической добавки и арматуры периодического профиля:
R нц = 16 + 0,08 Rс
(7)
— для бетона без химической добавки и гладкой арматуры:
Соответственно при Rсж<20 МПа:
— для модифицированного бетона и арматуры периодического профиля:
R нц = 0,186 Rсж; (9)
— для модифицированного бетона и гладкой арматуры:
R нц = 0,075 Rсж; (10)
— для бетона без химической добавки и арматуры периодического профиля:
R нц = 0,016 Rсж
(11)
— для бетона без химической добавки и арматуры гладкой:
R нц = 3,6 + 0,015 Rс
(8)
R от = 0,033 ^ж.
24
научно-технический и производственный журнал
март 2014
/Л ®
Таблица 2
Прочности бетона при сжатии, МПа Значения R Сц для арматуры
периодического профиля гладкой
10 1,86 0,75
20 3,72 1,5
30 4,38 1,65
40 5,04 1,8
50 5,7 1,95
60 6,36 2,1
70 7,02 2,25
80 7,68 2,4
Значения для модифицированного бетона, вычисленные по формулам (5—10), приведены в табл. 2.
Расчетные значения прочности сцепления арматуры с бетоном определяются делением Я Сц на требуемый коэффициент надежности по бетону.
Заключение
Результаты проведенных исследований позволяют сделать следующие выводы.
Сцепление арматуры с бетоном зависит от его прочности, с повышением которой сцепление возрастает. Закономерность эта качественно одинакова как для обычного, так и для модифицированного бетона, однако количественные значения, характеризующие сцепление, в обоих случаях различны. Для модифицированного бетона и арматуры периодического профиля повышение прочности бетона с 30 до 70 МПа способствует увеличению сцепления в среднем в 1,5 раза, а в обычном бетоне в 1,36 раза.
С увеличением Ясж бетона прочность сцепления арматуры с бетоном повышается, а относительное ее значение (Ясц/Ясж) снижается, так как при этом уменьшается относительная прочность бетона на растяжение (Яр/Ясж).
Сцепление бетона с арматурой зависит также от ее диаметра и класса. Наиболее значительный прирост сцепления для обоих видов бетона соответствует арматуре периодического профиля диаметром 10 мм, а для остальных диаметров сцепление несколько ниже.
Список литературы
References
Мадатян С.А. Свойства арматуры железобетонных конструкций в России на уровне лучших мировых стандартов // Бетон и железобетон. 2013. № 5. С. 2—5. Мадатян С.А. Новая арматурная сталь класса А 600 С // Стройметалл. 2010. № 5. С. 7-10. Мадатян С.А. Холоднодеформированная арматура класса В 500 С // Метизы. 2008. № 2. С. 20-25. Тихонов И.Н. Оценка эффективности арматурного проката с различными видами периодического профиля поверхности // Строительные материалы. 2013. № 3. С. 29-34.
1. Madatyan S.A. The properties of reinforced concrete structures in Russia on the level of the best world's standards. Beton i zhelezobeton. 2013. No. 5, pp. 2—5 (in Russian).
2. Madatyan S.A. New reinforcement steel by class A 600 C. Stroimetall. 2010. No. 5, pp. 7-10.
3. Madatyan S.A. Cold-deformed reinforcement by class B 500 C. Metizi. 2013. No. 2, pp. 20-25 (in Russian).
4. Tikhonov I.N. The estimation of reinforcement with different kinds of periodic profile of surface. Stroitel'nye materially [Construction Materials]. 2013. No. 3, pp. 29-34.
1
4
rj научно-технический и производственный журнал
v.-Jy^Arb:® март 2014 25
