Бакиров К.К., к.т.н., доцент Казахский национальный технический университет имени К.И.Сатпаева, академик МАИН

Акебекова Ш.Т, студент КазНТУ им. К.И.Сатпаева, Казахстан

НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ СЖАТЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ КЕРАМЗИТОБЕТОНА НА БЕСКЛИНКЕРНОМ ВЯЖУЩЕМ

Казахстан располагает значительными ресурсами фосфатного сырья, переработка которого дает большое количество отходов в виде фосфорных шлаков. Утилизация этих отходов, способствуя повышению эффективности основного производства и охране окружающей среды, имеет большое народнохозяйственное значение [1]. Перспективным направлением является использование фосфорных шлаков в качестве сырья для производства строительных материалов, способных в значительной степени покрыть потребность республики в традиционных материалах. Комплексные использования показали, что из гранулированного электротермофосфорного шлака можно получить: литой фосфорный щебень для бетонов, шлаковую пемзу для конструктивных легких бетонов, активные минеральные добавки при производстве портландцемента. В НИИстромпроектом разработано новое шлакощелочное вяжущее на основе гранулированного электротермофосфорного шлака, активизированного низкомодульным натриевым жидким стеклом. Данное бесклинкерное вяжущее было названо стеклошлаковым, на основе которого разрабатываются новые виды бетонов. Одним из них является стеклошлаковый керамзитобетон – легкий бетон на пористом заполнителе (керамзите). Эти бетоны являются разновидностью шлакощелочных бетонов [4], обладающих высокими антикоррозионными свойствами.

Проведены работы по изучению прочностных и деформативных свойств стеклошлакового керамзитобетона [5]. В данной статье приводятся результаты исследования внецентренно-сжатых железобетонных элементов из стеклошлакового керамзитобетона.

Опытные образцы прямоугольного поперечного сечения 15х30 см и высотой 70 см различались между собой прочностью бетона и величиной эксцентриситета продольной силы. Одновременно с колоннами для определения прочностных и деформативных характеристик бетона изготавливались кубы с размером ребер по 15 см и призмы размерами 15х15х60 см. Составы бетонов приведены в таблице 1. При изготовлении бетона использовали следующие материалы: гранулированный электротермофосфорный шлак с удельной поверхностью 2800-3200 см²/г, жидкое натриевое стекло с кремнеземистым модулем 1,8, керамзит фракции 5-20 мм, кварцевый песок.

Таблица 1. Состав и характеристика бетонов

Расход материалов в кг на 1 м^3бетона					Объем-ный вес в кг/м^3	Кубиковая прочность бетона R в МПа	Призменная прочность бетона Rb в МПа
керамзит		кварце-вый песок	фосфор-ный шлак	жидкое стекло
фр.5-10 мм	фр.10-20 мм
300	250	190	190	130	1060	4,80	3,06
240	370	290	270	180	1350	10,88	7,84

Следует отметить, что бетон первого замеса выполнялся зимой, а второго – летом. Продольное армирование выполняли из 4-х стержней диаметром 16 мм стали класса А-III, поперечное армирование – из арматурой стали класса А-I, расположенной с шагом 10см. Коэффициент армирования опытных образцов составлял 2%, а гибкость была равна 2,3. Приопорные участки колонн были усилены сварными сетками и торцевыми пластинами.

Испытания колонн при кратковременном нагружении на сжатие проводились в 500 – тонном гидравлическом прессе ПСУ-200. Продольная сжимающая сила прикладывалась с относительными начальными эксцентриситетами, равными е_о / h = 0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4. В процессе испытаний измеряли: деформации бетона и арматуры тензорезисторами, прогибы – в пяти точках по высоте колонн – прогибомерами. Замеры продольных деформаций бетона дублировали индикаторами часового типа с ценой деления 0,01 мм, установленными на базе 30 см.

Разрушение центрально-сжатых колонн характеризовалось раздроблением сжатого бетона по всем четырем граням образца, а внецентренно-сжатых – раздроблением бетона наиболее сжатой грани. Процесс разрушения происходил плавно, постепенно. Как показал анализ деформативности, внецентренно-сжатые колонны разрушались вследствие преодоления предельных сопротивлений бетона и арматуры в части сечения, наиболее сжатого продольной силой.

Арматура центрально-сжатых и наиболее сжатая арматура внецентренно-сжатых колонн достигал в момент разрушения деформаций текучести стали, которые в данном случае составляли 2,12. Бетон опытных колонн при нагрузках, равных , достигал своих предельных деформаций на сжатие. Предельные деформации сжатия и растяжения бетона для колонн I - ой серии составляли соответственно 1,7‰ и 0,4‰, колонн II – ой серии – 2,12‰ и 0,76‰. Следует отметить, что при внецентренном сжатии в стадии, близкой к разрушению, имело место увеличение предельных деформаций крайних сжатых фибр бетона опытных колонн по сравнению с центральным сжатием бетонных призм. Эти деформации в зависимости от величины эксцентриситета продольной силы в момент разрушения находились в пределах от 2,3‰ до 3,75‰. Таким образом, как и цементные бетоны [2,3] стеклошлаковый керамзитобетон обладает способностью к перераспределению напряжений по высоте сжатой зоны.

Таблица 2.

Марка образца	Призменная прочность, МПа	Начальный эксцентриситет ео, см
К 1 - 0	3,06	0	495	464	1,07
К 1 - 3	3,06	3	395	370	1,07
К 1 - 6	3,06	6	315	301	1,04
К 1 - 9	3,06	9	282	256	1,10
К 1 - 12	3,06	12	215	223	0,96
К 2 - 0	7,84	0	748	748	1,00
К 2 - 3	7,84	3	680	595,7	1,40
К 2 - 6	7,84	6	640	492,5	1,30
К 2 - 9	7,84	9	610	421,6	1,45

Как видим, основные предпосылки для расчета железобетонных элементов на сжатие, принятие в СНиП 2.03.01-84*, реализуются в рассмотренных колоннах. Поэтому оценка их несущей способности была выполнена по методике норм с учетом в необходимых случаях напряжений в наименее сжатой или растянутой арматуре. В таблице 2 приведены значения опытной разрушающей нагрузки испытанных колонн по двум образцам-близнецам и сравнение с их нормативными значениям, рассчитанными по СНиП 2.03.01-84*.Результаты расчета и сравнение их с опытной разрушающей нагрузкой показали, что расчетные данные удовлетворительно согласуются с опытными. Опытные значения несущей способности превышали расчетные в среднем на 5%. При этом несущая способность образцов из бетона марки 100 и ниже определялась без снижения расчетного сопротивления продольной сжатой арматуры путем умножения на коэффициент условий ее работы «», рекомендуемого СНиП 2.03.01-84*. Как видим, в данном случае такой необходимости нет, поэтому рекомендуется принимать коэффициент условия работы продольной сжатой арматуры «», равным 1,0 независимо от марки стеклошлакового керамзитобетона.

Таким образом, расчет прочности сжатых элементов из стеклошлакового керамзитобетона прямоугольного сечения по методике СНиП 2.03.01-84* как для легких бетонов на пористых заполнителях, принимая для всех марок бетонов «» = 1,0.

Литература

1. Сулейменов С.Т. Основные результаты и задачи научных исследований по комплексному использованию фосфорных шлаков для производства строительных материалов. – «Комплексное использование минерального сырья», 1975, №5.

2. Чистяков Е.А., Мамедов С.С. Деформации внецентренно-сжатых железобетонных элементов в стадии, близкой к разрушению. В сб. «Теория железобетона». М.: Стройиздат, 1972 (НИИЖБ).

3. Таль К.Э. О деформативности бетона при сжатии. В сб. «Исследование прочности, пластичности и ползучести строительных материалов». М.: Госстройиздат, 1955 (ЦНИПС).

4. Глуховский В.Д. Шлакощелочные бетоны на мелкозернистых заполнителях. Киев: «Вища школа», 1981.

5. Бакиров К.К Керамзитобетон на безцементном вяжущем. MATERIÁLY IX MEZINÁRODNI VĚDEKO - PRAKTICÁ KONFERENCE “AKTUÁLNĺ VYMOŽENOSTI VĚDY – 2013”. Praha: Publishing House “Education and Science” s.r.o, 2013