Строительство и архитектура/4. Современные строительные материалы

 

Верба В.Б.

Національний університет “Львівська політехніка”

Зчеплення гладкої арматури з пінобетоном на місцевих матеріалах

Постановка проблеми. Монолітний пінобетон є ефективним сучасним будівельним матеріалом з дуже широкою областю використання. Його ефективність обумовлена простотою устаткування для виготовлення пінобетонної суміші та його мобільністю, можливістю варіювання властивостями пінобетону від теплоізоляційного з маркою по середній густині D150 до конструкційного з маркою по середній густині D1200, мінімальним енергоспоживанням та низькою матеріаломісткістю, оскільки заповнювачем є повітря. На тлі зростання зацікавленості у використанні пінобетону в якості конструктивного матеріалу та у зв’язку зі слабкою міцністю на розтяг пінобетону виникає потреба досліджень його зчеплення з арматурою.

Мета та задачі досліджень. Враховуючи те, що міцність пінобетону на порядок нижча за міцність важкого бетону, то ефективність використання арматури по міцності зростає зі зменшенням її діаметру. Не є секретом також і те, що за рахунок використання місцевих матеріалів у будівельній індустрії  можливо досягти відчутного економічного ефекту. Саме наведені вище передумови поставили перед нами задачу вивчення та оцінки явища зчеплення арматури малого діаметру (і, як наслідок, гладкого профілю) з пінобетоном, виготовленим на основі місцевих матеріалів.

Матеріали досліджень. Приготування пінобетонної суміші, незалежно від методу спінення, засноване на отриманні гетерогенної системи газ-рідина-тверде тіло і може бути організоване декількома способами. У наших дослідженнях було вирішено зупинитися на поданій нижче технології отримання пінобетону.

Суть методу полягає в змішуванні піни з розчином. Концентрат піноутворювача і частина води дозується по об’єму, потім їх змішують з отриманням робочого розчину піноутворювача. Робочий розчин піноутворювача потрапляє в піногенератор для отримання піни. Другу частину води дозують по об’єму, цемент і пісок – по масі і з них готують розчин. В бетонозмішувач подається піна з піногенератора і розчинова суміш. Пінобетонна суміш, приготована в бетонозмішувачі, транспортується до місця укладання в форми або конструкцію. Окрім піногенератора, всі інші механізми є звичними для будівельних майданчиків, тому вважаємо, що саме таку методику найлегше і економічно доцільно адаптувати  до реальних умов.

У конструкціях раціонально використовувати монолітний пінобетон з маркою по середній густині не менше D400 і класом по міцності на стиск не менше В0,75. Такий пінобетон задовольняє вимоги  ГОСТ 25485-89 «Бетони комірчасті. Технічні умови».

Для приготування 1 м3 пінобетону (було вирішено зупинитися на проектній марці по густині D800) використано наступні матеріали:

ü     портландцемент ПЦ ІІ/А-Ш-400 (портландцемент з добавкою шлаку до 20%) виробництва ВАТ "Миколаївцемент" – 330 кг;

ü     піноутворювач Texapon N70 (концентрована форма лауретсульфат натрію / Sodium Laureth Sulfate), з якого готувалося 546 л піни;

ü     пісок митий, різних фракції з модулем крупності не більше 2,5 мм з Ясниського кар’єру – 373 кг;

ü     вода водопровідна питна – 198 л.

Методи та результати експериментальних досліджень. Для проведення дослідження зчеплення у пінобетонні призми було вкладено арматурні стержні Ø3 В-І з різною дослідною довжиною анкерування. Було сформовано по п’ять однакових зразків з довжиною анкерування від 100 до 400 мм (у двох зразках найменшої довжини втрата зчеплення відбулась ще до початку випробувань). Випробування дослідних зразків виконувалися на спеціально приготованому стенді. Навантаження на арматурний стержень виконувалося гирями та важками різної маси. Про деталі методики випробувань можна дізнатися з попередніх публікацій [1,2]. Результати експериментальних досліджень наведені у табл. 1.

Таблиця 1

Характеристики зразків та усереднені по довжині контактні напруження в масиві пінобетону на межі зчеплення з арматурою

№

з/п

Марка зразка

Діаметр арматури, мм

Відно-шення lan/d

Середня густина піно-бетону,

 кг/м³

Середня кубикова міцність пінобетону,

fcm,cube, МПа

Макси-мальна висми-куюча сила Fu, кН

Максимальні усереднені контактні напруження зчеплення, 

, МПа

1

ПА-3.3.35.1

3

35

0,774

0,673

0,341

0,344

2

ПА-3.3.35.2

35

0,137

0,139

3

ПА-3.3.35.3

35

0,331

0,334

4

ПА-3.3.67.1

3

66,67

0,608

0,323

5

ПА-3.3.67.2

66,67

0,469

0,249

6

ПА-3.3.67.3

66,67

0,566

0,300

7

ПА-3.3.67.4

66,67

0,347

0,184

8

ПА-3.3.67.5

66,67

0,436

0,231

9

ПА-3.3.100.1

3

100

0,675

0,239

10

ПА-3.3.100.2

100

0,655

0,232

11

ПА-3.3.100.3

100

0,471

0,167

12

ПА-3.3.100.4

100

0,572

0,202

13

ПА-3.3.100.5

100

0,712

0,252

14

ПА-3.3.133.1

3

133,33

0,753

0,200

15

ПА-3.3.133.2

133,33

0,841

0,223

16

ПА-3.3.133.3

133,33

0,748

0,198

17

ПА-3.3.133.4

133,33

0,778

0,206

18

ПА-3.3.133.5

133,33

0,848

0,225

 

Оцінювати величину зчеплення пропонується за допомогою двох коефіцієнтів: , що дорівнює відношенню усереднених дотичних напружень, які виникають на поверхні контакту арматури з пінобетоном в момент руйнування зчеплення, до кубикової міцності пінобетону () та , що дорівнює відношенню напружень в арматурі  при максимальному висмикуючому навантаженні  до розрахункового опору арматури  (). Ці коефіцієнти по суті вказують на величину використання міцності пінобетону та арматури у процесі зчеплення між ними і представлені у табл. 2.

Таблиця 2

Силові характеристики  зчеплення дротяної арматури з пінобетоном

Значення коефіцієнтів при довжині анкерування:

Пінобетон класу