CC BY
15УДК 624.012.36
С.Б. КРЫЛОВ, д-р техн. наук (niizhb_lab8@mail.ru), Л.А. ТИТОВА, канд. техн. наук, А.И. ЗВЕЗДОВ, д-р техн. наук
НИИЖБ им. А. А. Гвоздева АО «НИЦ «Строительство» (109428, г. Москва, 2-я Институтская ул., 6, корп. 5)
Расчет размеров вставок из напрягающего бетона при устройстве бесшовных железобетонных конструкций большой протяженности
При возведении конструкций большой протяженности из бетона на портландцементе выполняются температурно-усадочные швы. Наличие большого количества швов в конструкциях более 100 м является нетехнологичным при эксплуатации фундаментных плит полов перекрытий в таких сооружениях, как склады, торговые центры, гостиничные комплексы. Поэтому разработана технология возведения бесшовных конструкций большой протяженности. Вся поверхность разделяется на захватки и вставки. Захватки представляют собой полосы шириной 30-50 м и вставки из напрягающего бетона. После стабилизации деформаций усадки обычного бетона захваток, заливаются вставки. При расширении вставок, происходит обжатие бетона захваток и тем самым обеспечивается бесшовность и трещиностойкость конструкции в целом. Величина деформаций усадки и расширения зависит от многих технологических и конструктивных факторов. Была создана методика расчета требуемой величины вставок, учитывающая влияние этих параметров.
Ключевые слова: бетон, усадка, армирование, температурно-усадочные швы, деформации, бесшовные железобетонные конструкции, стабилизация деформаций усадок.
Для цитирования: Крылов С.Б., Титова Л.А., Звездов А.И. Расчет размеров вставок из напрягающего бетона при устройстве бесшовных железобетонных конструкций большой протяженности // Строительные материалы. 2017. № 4. С. 65-67.
S.B. KRYLOV, Doctor of Sciences (Engineering) (niizhb_lab8@mail.ru), L.A. TITOVA, Candidate of Sciences (Engineering), A.I. ZVEZDOV, Doctor of Sciences (Engineering)
NIIZHB named after A.A. Gvozdev, JSC Research Center of Construction (6, bldg 5, 2nd Institutskaya Street, 109428, Moscow, Russian Federation)
Calculation of Dimensions of Self-Stressing Concrete Inserts When Constructing Jointless Reinforced Concrete Structures of Great Length
When erecting the structures of great length made of Portland cement concrete, temperature-shrinkage joints are executed. The large number of joints in structures over 100 m is not technological when foundation slabs of ceiling floors are used in such facilities as warehouses, shopping centers, hotel complexes. That's why the technology of erection of jointless structures of large length has been developed. The whole surface is divided into hooks and inserts. Hooks are strips of 30-50 m width and inserts are made of self-stressing concrete. After stabilization of shrinkage deformations of conventional concrete, inserts are concreted. When inserts are enlarging, the elastic compression of hooks concrete takes place that provides the seamlessness and crack resistance of the structure as a whole. The magnitude of shrinkage and enlargement deformations depends on many technological and structural factors. Methods for calculation of the required size of inserts with due regard for these factors impact has been developed.
Keywords: concrete, shrinkage, reinforcing, temperature-shrinkage joints, deformation, jointless reinforced concrete structures, stabilization of shrinkage deformations.
For citation: Krylov S.B., Titova L.A., Zvezdov A.I. Calculation of dimensions of self-stressing concrete inserts when constructing jointless reinforced concrete structures of great length. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2017. No. 3, pp. 65-67. (In Russian).
При возведении конструкций большой протяженности существенную роль играют точность, гладкость и минимальные допуски по длине поверхности конструкции [1—3]. Поэтому разработана технология возведения бесшовных конструкций большой протяженности. Вся поверхность разделяется на захватки и вставки. Захватки представляют собой полосы шириной 30—50 м выполненные, как правило, из обычного бетона. Вставки выполняются из напрягающего бетона; их ширина определяется расчётом согласно предложенной методике. Величину усадки твердеющего бетона регулируют на этапе гидратации бетона. Деформации усадки обычного бетона в возрасте 7—14 сут стабилизируются, и в этот период устраиваются вставки из напрягающего бетона, величина расширения которого превосходит величину его усадки [4—7]. Таким образом, происходит обжатие бетона захваток и тем самым обеспечивается бесшовность и трещиностойкость конструкции в целом [8—10].
Величина деформаций усадки обычного и напрягающего бетона полностью компенсируется деформациями расширения, и разность этих величин зависит от многих технологических и конструктивных факторов.
Внутренние растягивающие напряжения, возникающие в теле обычного бетона, достигнув определенных величин, могут привести к образованию трещин [7—8]. Применение напрягающего бетона с прогнозируемыми
свойствами дает возможность конструктивно и технологично ограничить проявление усадки за счет развития деформаций расширения.
Наименьшие размеры вставок принимаются такими, чтобы деформации расширения напрягающего бетона были не меньше деформаций усадки захваток. До настоящего времени не существовало единой методики расчета требуемых размеров таких вставок, учитывающей усадку бетона армированных захваток, а также усадку и расширение напрягающего бетона вставок при наличии армирования. Имелись научные публикации и методические издания, посвященные отдельным частным вопро-
Таблица 1
Подвижность бетонной смеси Значение esn (<»,7)-106 для бетона класса
Осадка конуса, см Жесткость, с В5-В20 В25-В60
- 80-60 - 270
- 35-30 230 300
1-2 15-10 290 330
5-6 - 350 400
9-10 - 380 430
и. ®
научно-технический и производственный журнал
апрель 2017
65
Ма териалы и конструкции
Таблица 2
Возраст бетона tw, сут, в момент окончания влажного хранения 7 и менее 28 60 90 180 360 и более
11s 1 0,95 0,93 0,92 0,91 0,9
Таблица 3
Модуль открытой поверхности элемента М0, м-1 0 5 10 20 40 60 80 и более
12s 0,22 0,54 0,66 0,92 1,1 1,18 1,22
Таблица 4
Относительная влажность среды W, % 40 и менее 50 60 70 80 90 100
13s 1,14 1,08 1 0,91 0,79 0,63 0
сам. В 2016 г. коллективом специалистов НИИЖБ им. А.А. Гвоздева было разработано «Руководство по проектированию монолитных водонепроницаемых конструкций из напрягающего бетона». Один из разделов этого руководства был посвящен расчету требуемых размеров вставок из напрягающего бетона. В этом документе были сведены воедино методики расчета влияния отдельных факторов, они были существенно переработаны и приведены в соответствие друг другу.
Последовательность расчета размеров вставок из напрягающего бетона является следующей:
— вычисляются предельные относительные деформации усадки в захватках из обычного бетона при твердении во влажной среде до 7 сут;
— выполняется корректировка этой величины для случая твердения во влажной среде до произвольного возраста;
— вычисляются относительные деформации усадки бетона захваток в заданном возрасте при отсутствии ограничения деформаций;
— выполняется корректировка этой величины, учитывающая стеснение деформаций усадки имеющимся армированием;
— вычисляются относительные деформации расширения напрягающего бетона вставки при наличии армирования (связанные деформации);
— вычисляются относительные деформации усадки напрягающего бетона при наличии армирования (деформации потерь);
— вычисляются относительные деформации расширения напрягающего бетона с учетом потерь;
— вычисляются размеры вставок из напрягающего бетона из условия равенства перемещений краев захваток и краёв вставок из напрягающего бетона с учетом потерь.
При выполнении расчетов предельные значения относительных деформаций усадки обычного бетона на крупном заполнителе, высыхающего после твердения во влажных условиях в течение tw < 7 сут. esn(a>,7) в соответствии с Рекомендациями по учету ползучести и усадки бетона при расчете бетонных и железобетонных конструкций НИИЖБ Госстроя СССР (М.: Стройиздат, 1988. 120 с.) принимают по табл. 1.
Для бетонов, подвергнутых тепловлажностной обработке, значения esn(oo,7), принятые по данной таблице, следует умножить на коэффициент 0,9.
Предельные значения относительных деформаций усадки обычного бетона £s^,tw), используемые в расчетах, вычисляют по формуле:
£s(00,tw)=£sn(Q0,7) ^2s^3s.
Коэффициенты 11s12s13s определяются по табл. 2—4.
Модуль открытой поверхности элемента вычисляют
по формуле: м = F/V^
где F — площадь поверхности элемента, открытой для испарения влаги, м; V— объем элемента, м.
Для элементов типовых конструкций, климатический район эксплуатации для которых неизвестен, допускается принимать коэффициент 13s равным 1.
Таблица 5
Модуль открытой поверхности, м-1 10 и менее 20 40 60 80 и более
Значения параметра as, сут 0,004 0,008 0,016 0,025 0,033
Деформации усадки обычного бетона в момент времени X вычисляют по формуле (Рекомендации по учету ползучести и усадки бетона при расчете бетонных и железобетонных конструкций НИИЖБ Госстроя СССР):
(1)
где 0,(00,^) — предельное значение относительной деформации усадки с момента начала высыхания бетонного элемента ^ £„, — параметр, характеризующий скорость нарастания деформаций усадки во времени и принимаемый в зависимости от модуля открытой поверхности элемента по табл. 5.
Для конструкций, эксплуатируемых на открытом воздухе в районах, относящихся к IV климатической зоне, указанные в данной таблице значения параметра е8 относят к началу усадки в осенний и весенний периоды года (октябрь, апрель); значения параметра е8 увеличивают на 30%, если усадка начинается в летнее время года (июль) и уменьшают на 50% при начале усадки в зимнее время года (январь); в промежуточных случаях применяют линейную интерполяцию.
При наличии армирования усадка уменьшается. Уменьшение деформаций усадки обычного бетона в соответствии с результатами исследований (Применение бетонов на напрягающем цементе в монолитном и сборно-монолитном строительстве (обзор). Москва: ЦИНИС Госстроя СССР, 1975. 52 с.) учитывается коэффициентом т, вычисляемым по формуле:
т=10-10» , (2)
где ^ — коэффициент армирования.
Таким образом, при наличии армирования и с учетом выражений (1) и (2) деформации усадки обычного бетона в момент времени X вычисляются по формуле.
еа М = т- е,, - в"®'
Деформации расширения напрягающего бетона при наличии армирования называются связанными. Обычно они вычисляются с использованием номограмм (Применение бетонов на напрягающем цементе в монолитном и сборно-монолитном строительстве (обзор). Москва: ЦИНИС Госстроя СССР, 1975. 52 с.). При разработке Руководства номограммы были оцифрованы и переведены в форму уравнения относительно величин связанных относительных деформаций £Ьои. В результате решения этого уравнения получено выражение
1.4186 „
^bou '
4 к $
где Sp — марка бетона по самонапряжению, МПа.
научно-технический и производственный журнал Г* fprAt r'g j liij]Lj г "Ü апрель 2017 Й- ГЗМЫ^ 9'
Коэффициент армирования ц 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007
Параметр кц 1100 2236 4278 5883 8083 9864 12191
Коэффициент армирования ц 0,008 0,009 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 и более
Параметр кц 14395 16463 20702 41404 55206 82809 110412
Таблица 6 Для произвольного коэффициента армирования ц относительные деформации усадки напрягающего бетона вычисляются по формуле
Таблица 7
Расход вяжущего (ПЦ+РД), кг/м3 Относительная влажность, %
30 50 70 90 95
375 1,2х10-3 9х10-4 6 х10-4 3х10-4 1х10-4
500 1,4 х10-3 1х10-3 7х10-4 3,5х10-4 1,5х10-4
625 1,5 х10-3 1,1 х10-3 8 х10-4 4х10-4 2х10-4
750 1,7х10-3 1,2х10-3 9,5х10-4 7х10-4 2,5х10-4
1000 2х10-3 1,25х10-3 1,05х10-3 8,5х10-3 3х10-4
При этом параметр ^ принимается по табл. 6.
Напрягающий бетон также подвержен усадке. Эти деформации усадки составляют потери расширения и учитываются при вычислении окончательных деформаций вставок из напрягающего бетона. Усадку напрягающего бетона при наличии армирования вычисляют, основываясь на опытных данных для коэффициента армирования 0,01 (1%). Относительные деформации £0 01 усадки напрягающего бетона при коэффициенте армирования ^ = 0,01 принимают по табл. 7.
Список литературы
1
Барабанщиков Ю.Г., Архарова А.А., Терновский М.В. Бетон с пониженной усадкой и ползучестью // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2014. № 7 (22). С. 52-165.
Титова Л.А., Титов М.Ю., Крылов С.Б., Харитонов В.А. Бесшовные конструкции большой протяженности из напрягающего бетона с разработкой математической модели // Промышленное и гражданское строительство. 2017. № 1. С. 45-49.
Михайлов В. В., Литвер С. Л. Расширяющийся и напрягающий цементы и самонапряженные железобетонные конструкции. М.: Стройиздат, 1974. 312 с. Кузнецова Т.В. Алюминатные и сульфоалюминат-ные цементы. М. : Стройиздат, 1986. С. 208 с. Титов М. Ю. Эффективность применения расширяющих добавок для водонепроницаемых конструкций // Бетон и железобетон — взгляд в будущее: Науч. тр. III Всероссийской (II Международной) конференции по бетону и железобетону. Москва, 2014. Т. 6. С. 63-70. Лесовик В.С., Гридчина А.А. Монолитные бетоны на основе расширяющих добавок и химических модификаторов // Строительные материалы. 2015. № 8. С. 81-83. Карпенко Н.И. Общие модели механики железобетона. М.: Стройиздат, 1996. 416 с. Ходжаев С.А. Особенности физико-механических свойств напрягающих бетонов в сборных и монолитных конструкциях // Бетон и железобетон. 2001. № 4. С. 20-23. Якобсон М.Я., Тропин В.В., Зейфер А.Р., Почин-кин И.И. Высокоскоростная технология возведения промышленных зданий из большепролетных предварительно напряженных железобетонных конструкций // Системные технологии. 2016. № 19. С. 132-136. 10. Звездов А.И., Титов М.Ю. Бетоны с компенсированной усадкой для возведения трещиностойких конструкций большой протяженности // Бетон и железобетон. 2001. № 4. С. 17-20.
7.
8.
9.
Р = Р •1П-10^+0,1 Р0,01 10 .
Эта формула записана на основании зависимости (2) при условии, что коэффициент армирования ^ = 0,01 уже учтен.
Относительная деформация расширения вставки pin из напрягающего бетона при наличии армирования после проявления потерь вычисляется по формуле
pin pbou Рц.
Для компенсации усадки участка конструкции из обычного бетона, перемещения границы вставки из напрягающего бетона при расширении с учетом потерь должны быть не меньше перемещений границы участка из обычного бетона с учетом вычисленных величин относительных деформаций и длин соответствующих участков.
Проведённые тестовые расчеты показали, что разработанная методика дает результаты, которые подтверждаются накопленным опытом применения бетонов с компенсированной усадкой при устройстве протяженных бесшовных конструкций. Данная методика рекомендуется к применению при проектировании бесшовных протяженных конструкций [2, 10].
References
1. Barabanshchikov Yu.G., Arkharov A.A., Ternovsky M.V. Beton with the lowered shrinkage and creep. Stroitel'stvo unikal'nykhzdaniiisooruzhenii. 2014. No. 7 (22), рр. 52—165.
2. Titova L.A., Titov M.Yu., Krylov S.B., Haritonov V.A. Seamless designs of big extent from the straining concrete with development of mathematical model. Promyshlennoe igrazhdanskoe stroitel'stvo. 2017. No. 1, рр. 45—49.
3. Mikhaylov V.V., Litver S.L. Rasshiryayushchiisya i napryagayushchii tsementy i samonapryazhennye zhe-lezobetonnye konstruktsii [The extending and straining cements and self-intense reinforced concrete designs]. Moscow: Stroyizdat. 1974. 312 p.
4. Kuznetsova T.V. Ayuminatnye i sul'foalyuminatnye tsementy [Alyuminatnye and sulfoalyuminatny cements]. Moscow: Stroyizdat, 1986. 208 p.
5. Titov M.Yu. Efficiency of use of the expanding additives for waterproof designs. Beton i zhelezobeton — vzglyad v budushchee. Nauch. tr. III Vserossiiskoi (II Mezhduna-rodnoi) konferentsii po betonu i zhelezobetonu. Moscow, 2014. Vol. 6, рр. 63-70. (In Russian).
6. Lesovik V.S., Gridchina A.A Monolithic concrete on the basis of the expanding additives and chemical modifiers. Stroitel'nye materialy [Construction materials]. 2015. No. 8, pp. 81-83.
7. Karpenko N.I. Obshchie modeli mekhaniki zhelezobeto-na [General models of mechanics of reinforced concrete]. Moscow: Stroyizdat. 1996. 416 p.
8. Hodzhayev S.A. Features of physicomechanical properties of the straining concrete in combined and monolithic designs. Beton i zhelezobeton. 2001. No. 4, pp. 20-23.
9. Jacobson M.Ja., Tropin V.V., Zeyfer A.R., Pochinkin I.I. High-speed technology of construction of industrial buildings from the wide-span previously strained reinforced concrete designs. Sistemnye tekhnologii. 2016. No. 19, pp. 132-136.
10. Zvezdov A.I., Titov M.Yu. Concrete with the compensated shrinkage for construction of crack-proof designs of big extent. Beton i zhelezobeton. 2001. No. 4, pp. 17-20.
fj научно-технический и производственный журнал
•j "rJt r=Jbr
M- ßrti;
апрель 2017 67
®
