Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса, цели и задачи исследовании
1.1 Актуальность вопроса
1.2. Аналитический обзор технической и патентной литературы о пенобетонных материалах, применяемых в строящихся и реконструируемых гражданских зданиях 13
1.2.1. Свойства ячеистых бетонов, применяемых для изготовления изделий, предназначенных для зданий гражданского типа 16
1.2.2. Существующий опыт применения изделий из ячеистых бетонов при строительстве новых и реконструкции существующих жилых и общественных зданий 25
1.2.3. Способы улучшения свойств пенобетонов неавтоклавного твердения 36
1.2.4, Дисперсное армирование как эффективное направление совершенствования свойств пенобетонов повышенной плотности 39
1.3. Цели и задачи исследований 43
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1 45
Глава 2. Характеристика сырья и методика исследования свойств нсно — и фиброиснобстонов
2.1. Характеристика сырьевых материалов
2.1.1. Портландцемент 46
2.1.2. Мелкий заполнитель 47
2.1.3. Пенообразователь 48
2.1.4. Дисперсная арматура 49
2.2. Методика определения целесообразного расхода пенообразователя 50
2.3. Методика определения равномерности распределения фибры но объёму пенобетонной смеси 53
2.4. Методика проектирования и подбора состава фибропенобетона 55
2.5. Стандартные методы исследований 59
2.6. Методика экспериментальных исследований прочностных и деформативных свойств фибропенобетонов 60
2.7. Методика экспериментальных исследований физических свойств фибропенобетонов 62
Глава 3. Эффективность дисперсного армировании пенобстонов конструкционного назначении
63
3.1. Теоретическое обоснование целесообразности диснерсного армирования конструкционных пенобстонов полиамидными волокнами
3.2. Влияние дисперсного армирования волокнами на морозостойкость пенобстонов 71
3.3. Исследование влияния длины и расхода армирующих 7^-
волокон на эффективность работы фибры в пенобетоне 3.4. Оценка влияния рецептуры на физико-механические свойства конструкционных фибропенобетонов
3.4.1. План эксперимента or
3.4.2. Оценка влияния дисперсного армирования на предел прочности при сжатии о,
3.4.3. Влияние дисперсного армирования на растяжение ,,,
при изгибе
3.5. Оценка шшяння дисперсного армирования на деформативные свойства фибропенобетонов 122
3.5.1. Влияние дисперсного армирования на растяжение при раскалывании 122
3.5.2. Влияние дисперсного армирования на модуль упругости при сжатии и растяжении 133
3.6. Влияние дисперсного армирования на некоторые физические свойства фибропенобетонов 138
3.7. Характеристики механических свойств фибропенобетонов, полученные на основании результатов экспериментальных исследований 140
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3 146
Глава 4. Оценка возможности применении конструкционных фибропенобетонов в элементах гражданских здании
4.1. Экспериментальные исследования работы опытных фибропеножелезобетонных перемычек с ненапрягаемой арматурой 148
4.1.1. Задачи и программа исследований 149
4.1.2. Определение прочности нормальных сечений фибропеножелезобетонных перемычек 156
4.1.3. Влияние дисперсного армирования на ширину раскрытия трещин, наклонных к продольной оси элемента 161
4.1.4. Жёсткость опытных перемычек при изгибе 162
4.2. Экспериментальные исследования работы перемычек заводского изготовления 164
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4 169
Глава 5. Расчёт эффективности применении фибропенобетонов неавтоклавного твердения в зданиях гражданского типа
5.1. Расчёт эффективности применения изделии и конструктивных элементов из фиброненобетона 170
5.1.1. Теплоэффективные перемычки гражданских зданий 173
5.1.2. Фибропенобстонные теплоизоляционные плиты для зданий мансардного типа 176
(я 5.1.3. Сборные погонажные теилоизоляциионные изделия 182
5.1.4. Теплоэффективные вкладыши для утепления перекрытий каркасно-монолитных зданий 187
5.1.5. Стеновые и перегородочные фибропенобстонные блоки 190
5.2. Расчёт эффективности применения фибропенобетонов в гражданских зданиях с различными конструктивными системами 193
5.2.1. Каркасная система 198
5.2.2. Бескаркасная поперечно-стеновая система в сборном исполнении 205
5.3. Расчёт эффективности примененияизделий из фибропенобетона для повышения уровня теплозащиты зданий 208
5.3.1. Штукатурная схема утепления стен 209
5.3.2. Схема утепления стен с вентилируемым воздушным зазором 213
Выводы по главе 5 220
Общие выводы 221
Библиографический список 223
Приложения
- Аналитический обзор технической и патентной литературы о пенобетонных материалах, применяемых в строящихся и реконструируемых гражданских зданиях
- Портландцемент
- Теоретическое обоснование целесообразности диснерсного армирования конструкционных пенобстонов полиамидными волокнами
- Экспериментальные исследования работы опытных фибропеножелезобетонных перемычек с ненапрягаемой арматурой
Введение к работе
Важнейшей частью нового этапа жилищной политики при реализации «Основных направлений государственной стратегии развития жилищной реформы в 2001 - 2005 г.г. и на долгосрочную перспективу» является не только новое строительство, но и модернизация, и реконструкция существующего жилищного фонда с учетом сохранения и обновления жилья, снижения размеров его выбытия по ветхости, снижение расходов энергопотребления, а также получение дополнительного жилья в пределах существующих территорий. Важнейшим показателем жилищной обеспеченности становится предоставление всему населению доступного жилья, соответствующего критериям и параметрам жилища, сформированным исходя из потребностей различных слоев населения и гарантирующим безопасность и здоровые условия проживания.
Создание новых композиционных материалов, способных обеспечить требуемый уровень теплозащиты в сочетании с хорошими эксплуатационными качествами - экологической чистотой, пониженной плотностью, негорючестью и, в тоже время, высокой прочностью - является одной из важных задач современного материаловедения. Ячеистые бетоны, обладающие высокими теплоизоляционными показателями, широко применяются в строительной практике многих стран - годовой объём мирового производства ячеистых бетонов составляет примерно 50 млн. м3 (без учёта России). Россия значительно отстаёт по выпуску ячеистого бетона от развитых стран Запада, что объясняется отсутствием развитой технологии изготовления ячеистых бетонов повышенной прочности и пониженной теплопроводности.
В последние годы наметился некоторый подъём в развитии производства этого эффективного материала - введены в строй современные заводы с передовой технологией в Липецке, Ленинградской области, Новосибирске и других городах страны. В настоящее время особое внимание
7 специалисты строительного комплекса уделяют пенобетонам неавтоклавного твердения плотностью 600-800 кт/м3, что объясняется стремлением производителей к упрощению технологического процесса и сокращению энергозатрат. Пенобетоны неавтоклавного твердения могут применяться в ограждающих конструкциях в качестве конструкционно - теплоизоляционного слоя в зданиях малой этажности, а также в ненесущих наружных стенах каркасно-монолитных многоэтажных зданий.
Значительные усадочные деформации и низкая прочность на растяжение
пенобетонов неавтоклавного твердения являются наиболее существенными
недостатками этого материала. Эти качества предопределяют недостаточную
долговечность изделий из ячеистых бетонов неавтоклавного твердения и
ухудшение эксплуатационных качеств ограждающей конструкции.
Многочисленные попытки специалистов, направленные на понижение усадочных деформаций пенобетонов неавтоклавного твердения, не дали значительных результатов [151 ,158, 186, 187].
В работах Г.П.Сахарова [156, 158] отмечается, что введение пористых заполнителей приводит к понижению размеров усадочных деформаций ячеистых бетонов. А.М.Крохиным [89], И.Л.Лобановым [94, 95], Л.В.Моргун [106, 107, 128], Ю.В.Пухаренко [148] установлено, что дисперсное армирование пенобетонов позволяет не только понижать размеры усадочных деформаций, но и значительно улучшать эксплуатационные качества пенобетонов неавтоклавного твердения благодаря существенному повышению прочности при растяжении. Закономерности процесса получения устойчивых пенобетонных смесей описаны в работах Л.В. Моргун [119, 123, 134].
Пенобетоны характеризуются повышенной морозостойкостью, пониженными показателями .трещнностойкости, теплопроводности и целым рядом других положительных качеств [98, 99, 100]. Однако, несмотря на все вышеуказанные положительные свойства, пенобетоны неавтоклавного
8 твердения имеют весьма ограниченную область применения в несущих конструктивных элементах зданий гражданского типа.
Рабочая гипотеза: дисперсное армирование пенобетонов обеспечивает получение материалов, у которых величина прочности на растяжение при изгибе сопоставима или превышает этот показатель в бетонах слитной структуры, что позволяет исследовать возможность применения таких фибропеиобетонов в несущих конструктивных элементах, предназначенных для возведения и реконструкции жилых и общественных зданий.
Целью работы явилось теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение возможности применения конструкционных фибропеиобетонов неавтоклавного твердения в элементах гражданских зданий.
Для достижения поставленной цели требовалось решить следующие задачи:
установить оптимальные параметры дисперсного армирования при изготовлении фибропеиобетонов конструкционного назначения;
исследовать влияние дисперсного армирования на параметры прочностных и деформативных свойств конструкционных фибропеиобетонов неавтоклавного твердения;
теоретически обосновать и экспериментально подтвердить эффективность применения конструкционных фибропеиобетонов в элементах гражданских зданий, рассчитанных на восприятие изгибающих нагрузок;
разработать технологическую схему производства
фибропеножелезобетонных перемычек;
оценить эффективность применения изделий и элементов из фнбропенобетона неавтоклавного твердения в строящихся и реконструируемых зданиях гражданского типа.
Научная новизна работы состоит:
в теоретическом обосновании и экспериментальном подтверждении
возможности применения конструктивных элементов из
фибропенобетонов неавтоклавного твердения в практике строительства и реконструкции зданий гражданского типа;
в установлении параметров армирования конструкционных пенобетонов неавтоклавного твердения из условия достижения ими заданных прочности и трещиностойкости;
в определении основных прочностных и деформативных характеристик фибропенобетонов конструкционного назначения;
в разработке технологической схемы производства фибропеножелезобетонных перемычек.
На защиту выносится: ^
результаты экспериментально-теоретических исследований прочностных, деформативных и физических свойств фибропенобетонов конструкционного назначения;
результаты экспериментальных исследований работы
фибропеножелезобетонных перемычек под действием кратковременных нагрузок;
теоретически обоснованные и внедрённые в практику строительства предложения по использованию конструктивных элементов и изделий из фибропенобетона в различных системах строящихся и реконструируемых гражданских зданий.
Практическая значимость результатов работы:
впервые теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность использования неавтоклавных пенобетонов в несущих конструктивных элементах гражданских зданий;
- определены рецептурные параметры дисперсно армированных
конструкционных пенобетонов неавтоклавного твердения,
обеспечивающие высокие качественные и экономические показатели материала;
разработаны ТУ 5828-035-02069119-2004 "Перемычки из фибропеножелезобетона для жилых и общественных зданий";
произведены расчёты вариантов стеновых ограждающих конструкций жилых и общественных зданий с применением изделий из фибропенобетона, некоторые из которых использованы в каркасно-монолитном и малоэтажном строительстве на территории ЮФО; ^
получены патенты на полезные модели: № 23449 "Стеновой блок", № 32514 "Железобетонная перемычка", № 37123 "Теплоизоляционная бетонная плита для зданий мансардного типа", № 42552 "Набор пенобетонных плитных изделий для утепления фасадов гражданских зданий", № 45438 "Погонажные сборные изделия для теплоизоляции мест сопряжения стен и оконных или дверных блоков - галтели и вкладыш- галтели";
при техническом содействии автора ведена в действие технологическая линия по производству фибропеножелезобетонных перемычек, галтелей и вкладыш-галтелей для зданий гражданского типа;
материалы диссертации внедрены в учебный процесс кафедры "Архитектура и градостроительство" при подготовке студентов специальностей "Проектирование зданий" и "Реставрация и реконструкция архитектурного наследия ".
Достоиеріїость результатов диссертационных исследований, выводов и рекомендаций подтверждается:
использованием методов испытаний по действующим государственным стандартам, современных приборов и методов исследований, поверенного оборудования;
обработкой экспериментальных данных методами математической статистики с применением современной вычислительной техники и программного обеспечения;
количеством произведенных измерений контролируемых свойств, обеспечивающих доверительную вероятность 0,95 при погрешности измерений не более 10%;
хорошей сходимостью данных, полученных в лабораторных и промышленных условиях, а так же опытом внедрения в промышленное производство.
Апробация. Основные положения диссертационной работы обсуждались и докладывались на:
международных научно-практических конференциях "Строительство" 2001-05 г. г., РГСУ, г. Ростов-на-Дону;
2-й и 3-й МЫПК "Бетон и железобетон в III тысячелетии", 2002, 2004 г., г. Ростов-на-Дону;
Всероссийских НІЖ "Наука, техника и технология нового века", 2003, 2005 г. г., КБГУ, г. Нальчик;
Научно-техническом совете Министерства строительства, архитектуры и жилищно-коммунального хозяйства Ростовской области, 2003 г., г. Ростов-на-Дону;
на МНПК Российской академии естествознания "Современные
12 наукоёмкие технологии. Технологии -2004 ", Турция, Лнталия, 2004 г.;
на VII и VIII Архитектурно - строительных форумах "Южная столица", 2004, 2005 г.г., г. Ростов-на-Дону;
на Образовательном форуме Южного федерального округа, 2004 г., г. Ростов-на-Дону;
на VIII академических чтениях РААСН "Современное состояние и перспективы развития строительного материаловедения", г. Самара, 2004г.
Образцы изделий и конструкций из фибропенобетона, разработанные при техническом содействии автора, экспонировались на Всероссийской выставке - ярмарке научно-исследовательских работ и инновационной деятельности студентов, аспирантов и молодых учёных ВУЗов РФ (г. Новочеркасск, 2003, 2005 г. г.), многоотраслевых выставках "Промышленность строительных материалов" (г. Ростов-на-Дону, 2003, 2005 г. г.), "Промышленный потенциал Юга России" (г. Ростов-на-Дону, 2004, 2005 г. г.), 7 и 8 архитектурно- строительных форумах "Южная столица" (г. Ростов-на-Дону, 2004, 2005 г. г.), X специализированной выставке "Строим наш дом" (г. Ростов-на-Дону, 2004 г.).
Работа выполнена по специальности 05.23.05 - "Строительные материалы и изделия". Основной объём экспериментально-теоретической работы осуществлён с 2001 по 2005 год на кафедрах строительных материалов, технологии строительного производства и строительных машин, железобетонных конструкций, испытательной лаборатории ДорТрансНИИ Ростовского строительного университета.
Аналитический обзор технической и патентной литературы о пенобетонных материалах, применяемых в строящихся и реконструируемых гражданских зданиях
Одной из основных задач современного строительного материаловедения является создание эффективных композиционных материалов высокого качества при снижении себестоимости, энергозатрат, трудоёмкости изготовления, длительности технологического цикла и расширении перечня используемых компонентов.
Повышение требований к термическому сопротивлению ограждающих конструкций зданий обуславливает необходимость создания новых технологий получения композиционных материалов, способных обеспечить требуемый уровень теплозащиты в сочетании с улучшенными эксплуатационными качествами: высокой прочностью, пониженной плотностью, экологической чистотой, негорючестью. Содержание этих требований объясняется тем, что по показателю сопротивления теплопередаче стеновых ограждающих конструкций гражданских зданий Россия значительно отстаёт от развитых европейских стран [10].
По данным Госстроя России [158], из существующих в стране 2,7 млрд. м2 общей площади жилья 2,2 млрд. м2 не соответствуют требованиям действующих теплотехнических нормативов. В России на отопление 1 м2 жилья в среднем расходуется 80 - 85 кг условного топлива в год, в то время как в развитых западноевропейских странах с аналогичным климатом - не более 25 кг.
Повсеместный переход к применению трёхслойных наружных стеновых ограждений связан с необходимостью обеспечения производства высокоэффективных дефицитных строительных материалов. Весьма актуальной является необходимость повышения долговечности и пожаробезоиасности теплоизоляционных материалов. Ещё одной особенностью эксплуатации зданий с многослойными ограждающими конструкциями является наличие в среднем слое паронепроницаемого утеплителя. Поэтому создание оптимального микроклимата в помещениях немыслимо без организации принудительной вентиляции и кондиционирования воздуха. В противном случае резко увеличивается влажность воздуха и, как следствие, повышается влажность строительных конструкций. Стены же из бетонных материалов являются паропроннцаемыми.
Применение пенобетонов в наружных ограждающих конструкциях значительно экономичнее и технологичнее многослойных ограждающих конструкций с минераловатным или пенополимерным утеплителем [203], поскольку позволяет избежать недостатков, характерных для такого вида конструкций — слеживание, оседание и увлажнение утеплителя и т. д.
Широко используется пенобетон в многоэтажном каркасном строительстве в качестве материала для ограждающих конструкций [141, 161, 196]. В коттеджном строительстве, доля которого имеет устойчивую тенденцию к росту, изделия из ячеистых бетонов применяются не только в ограждающих, но и в несущих элементах зданий [46]. При реконструкции и устройстве надстроек мансардного типа применение изделий и конструктивных элементов из пенобетонов повышает пожаробезопасиость, способствует энергосбережению и защите от шума [204, 208].
Однако, при всём многообразии положительных эксплуатационных качеств, пенобетоны неавтоклавного твердения имеют и существенные недостатки, ограничивающие их применение в изгибаемых конструктивных элементах. Л именно: - значительные усадочные деформации при твердении и высыхании, достигающие 7 мм/м [88]; - малую прочность на растяжение и изгиб, не превышающую 15 % от прочности на сжатие [94, 100, 148].
Одним из способов улучшения эксплуатационных свойств ячеистых бетонов неавтоклавного твердения является их армирование неметаллической фиброй [149]. Дисперсное армирование пенобетонов позволяет [90, 109, 134]: - улучшать связность и удобоукладываемость смесей; - управлять скоростью набора пластической прочности; - улучшать капиллярно-пористую структуру затвердевших бетонов; - снижать их плотность и теплопроводность; - исключать расходы, связанные с появлением брака в результате растрескивания изделий; - изготавливать изделия сложной геометрической формы с точностью геометрических размеров не ниже 2-го класса и добиваться ряда других преимуществ.
Однако до последнего времени фибропенобетоны неавтоклавного твердения не имеют промышленного применения в качестве материалов для элементов строительных конструкций, рассчитанных на действие изгибающих нагрузок. Поэтому исследования, направленные на изучение эксплуатационных свойств фибропсиобетонов конструкционного назначения, следует считать актуальными.
Портландцемент
В качестве исходных материалов для приготовления пено - и фибропенобетонных смесей были выбраны материалы, широко используемые в практике строительства Ростовской области - портландцемент, песок, вода, пенообразователь и дисперсная арматура.
В ходе экспериментальных исследований применялся портландцемент ПЦ 500 ДО ОАО "Осколцемент", характеризующийся высоким качеством и постоянством минералогического состава. Химический состав цемента представлен в табл. 2.1. В табл. 2.2 указан минералогический состав использованного портландцемента, в табл. 2.3. приведены основные свойства.
Истинная плотность - 1,32 кг/л. Насыпная плотность в сухом состоянии - 1,32 кт/л. Пустотность - 47,3 %.
Содержание глинистых и пылевидных частиц-4 %. Содержание органических примесей - не обнаружено. Набухание - не наблюдалось. Влажность песка - 2,0.. .4,0 % но массе.
В ходе проведения экспериментальных исследований применялись 2 вида пенообразователей:
- ПО - ЗНП, выпускаемый ЗЛО "Новочеркасский завод синтетических продуктов" (г. Новочеркасск Ростовской области) как наиболее распространённый и обладающий стабильными качественными характеристиками;
- "Лреком - 4", выпускаемый ООО " Нева Центр " (г. Старая Русса Новгородской области). Для этого типа пенообразователя характерен его низкий расход при стоимости, соизмеримой со стоимостью ПО — ЗНП.
ПО - ЗНП предназначен для получения пены низкой, средней и высокой кратности. Производится в соответствии с ТУ 2481-001-53422540-2001 [54]. Его характеристики представлены в табл. 2.5.
В качестве дисперсной арматуры было применено полиамидное волокно для технических целей, выпускаемое ЗЛО "Сибур - Волжский" (г. Волжский) по ТУ 6-13-0203969-16-90 [56]. Данный тип волокон характеризуется хорошим сопротивлением истиранию в сочетании с низким коэффициентом трения [91]. Кроме того, эти волокна характеризуются высокой устойчивостью по отношению к щелочным средам и обычным растворителям [90, 149]. Использованные в ходе экспериментальных исследований волокна имели следующие показатели: - диаметр- 13...17 мкм; - длина-30...70мм; - отношение длины к диаметру L / D - 300.. .2400; - удельная разрывная нагрузка - не менее 26 МПа; - удлинение при разрыве - 15%; - массовая доля замасливания - до 1%; - упаковывается в мешки по 30 кг.
Теоретической основой методики является зависимость агрегативной устойчивости смесей от скорости замены в них вязких связей между компонентами твердой фазы на упруго-пластические связи. Как установлено в [106, 129], эта скорость, при прочих равных условиях, регулируется расходом пенообразователя, и имеет максимальную величину при целесообразном его количестве.
Для определения величины целесообразного расхода пенообразователя готовят не менее трёх контрольных замесов в лабораторном смесителе, конструкция которого соответствует конструкции производственного агрегата. Рецептура изготовляемых замесов должна отличаться только расходом пенообразователя. Шаг изменения расхода в контрольных замесах зависит от вида пенообразователя и может изменяться в диапазоне 0,01...0,5 % от количества воды. Величина шага зависит от вида применяемого пенообразователя.
Последовательность выполнения операции при определении рационального расхода пенообразователя следующая. В смеситель вводят компоненты бетонной смеси в соответствии с принятой технологией. Одновременно со смесителем включают секундомер. Приготовленную пенобетонную смесь укладывают в сосуд, имеющий форму усечённого конуса, высота которого не менее 300 мм, а верхний диаметр не менее 200 мм. Верхняя кромка сосуда должна иметь контрольные метки по длине окружности через каждые 120. Сосуд наполняется смесью на высоту не менее 270 мм и встряхивается (5...7 раз) или вибрируется до тех пор (но не более 2 секунд), пока поверхность уложенной фибропеносмеси не станет плоской. Сосуд со смесью устанавливают на площадку штатива, в котором с помощью стопорного винта закреплен жесткий конус с углом при вершине 30. Штатив имеет шкалу с ценой деления 1 мм. Высота конуса 250 мм, масса конуса с закреплённым на нём скользящим стержнем может быть переменной от 200 до 300 г (см. рис. 2.1).
Острие конуса подводят к поверхности фибропеносмеси на расстоянии 70+10 мм от метки на кромке сосуда и по шкале штатива фиксируют начальный отсчёт (h„). Затем отпускают стопорный винт, дают возможность конусу погружаться в фибропенобетонную смесь под действием собственного веса и фиксируют равновесную величину глубины погружения конуса (hK). Глубина погружения конуса (И;) определяется разницей показаний II; = (hK - h„). За величину глубины погружения (Н) принимается среднее арифметическое трех испытаний (І-Ij), полученных в результате погружения конуса при последовательном повороте сосуда на 120 вокруг своей оси.
Теоретическое обоснование целесообразности диснерсного армирования конструкционных пенобстонов полиамидными волокнами
В качестве теоретической основы для описания свойств структурно — технологической модели дисперсно армированных бетонов используется правило смесей [94], которое наиболее полно отражает вклад отдельных компонентов и контактов между ними в процесс формирования свойств исследуемого материала.
Для оценки механических свойств композиционннх материалов (для конструкционных фибропенобетонов они являются наиболее значимыми) Л.В.Моргун [107, 128] была использована модель, содержащая следующие допущения: армирующий компонент в композиционном материале состоит из непрерывных волокон, равномерно и в одном направлении расположенных в объёме матрицы. Кроме этого, предполагается, что у волокон достаточное сцепление с матрицей и они обладают одинаковой прочностью. Используя «правило смеси», можно считать, что нагрузка на композиционный материал распределяется между армирующим компонентом и бетонной матрицей:
Pcm = I m + Pf (3-І), где Рст - нагрузка на композиционный материал; Рт - нагрузка на бетонную матрицу; Pf - нагрузка на армирующий компонент. Выражая нагрузку через напряжение в материале, можно получить следующую зависимость:
Ocn Acra = om Am + af Af (3.2), где ост, о щ, с f — соответственно напряжения в материале, матрице и армирующем компоненте; Лст, А т , Л f- площади действия нагрузки. При переходе к объёмным значениям была получена следующая зависимость:
Ocm = Om Vm + OfVf (3.3), где Vm, Vf-объёмные доли армирующего компонента и матршцл.
Допуская, что все элементы композиционного материала деформируются под нагрузкой одинаково (что будет иметь место при соблюдении принятых ранее допущений), уравнение (3.3) может быть представлено в следующем виде: СТст-ЕтЄсп Ут + Ег ЄстУг (3.4) ИЛИ аст = Ет ссга-Ут+ Ef ест-(1-Ут) (3.5), где Е т , Е f- соответственно модули упругости матрицы и армирующего компонента; є ст-деформации в композиционном материале.
Так как Ут + Vf =1, то отношение нагрузки, воспринимаемой армирующим компонентом, к нагрузке на матрицу может быть выражено следующим выражением: [Е f-ccm- (1 -Vm)] I [Е m Gcm-Vm] = [E r" (1 -Vm)l /(E m- Vm) (3.6).
Как следует из уравнения (3.6), для эффективного использования армирующего компонента необходимо, чтобы его модуль упругости был выше модуля упругости бетонной матрицы. Это положение справедливо для всего диапазона плотностей дисперсно армированных композиционных материалов.
По мнению И.А. Лобанова [94, 95], применение синтетических волокон наиболее целесообразно в ячеистых бетонах плотностью менее 900 кт/м3. В этом случае наблюдается качественное изменение поровой структуры матрицы и существенное повышение морозостойкости. Одновременно с этим повышается технологичность изготовления изделий, уменьшается расход металлической арматуры, снижаются потери от брака изделий. Рациональной областью применения таких бетонов является их использование в теплоизоляционных и ограждающих конструкциях.
В работах Л.В.Моргун [106, 108, 121, 123] находит подтверждение сделанный ранее вывод о том, что повышение эффективности дисперсного армирования (Эф), определяемой по формуле 3.7, имеет экстремальный характер и максимальное значение приходится на величину средней плотности 800 кг/м3 (рис.3.2).
Эф = Ифпб/ипб (3.7); где Rn6, R ф„с, - прочность исходного пенобетона и фибропенобетона соответственно.
Эффективность дисперсного армирования полиамидными волокнами при сжатии бетонов средней плотности от 500 до 800 кг/м3 имеет тенденцию к повышению, так как бетонная матрица обладает малыми показателями прочности. По мере роста прочностных характеристик бетонной матрицы и повышения прочности сцепления между компонентами увеличивается и эффективность дисперсного армирования.
Экспериментальные исследования работы опытных фибропеножелезобетонных перемычек с ненапрягаемой арматурой
Одним из важнейших направлений технической политики в области строительства является энерго- и ресурсосбережение. Внедрение новых теплотехнических норм для ограждающих конструкций зданий предусматривает значительное повышение уровня сопротивления теплопередаче как всего стенового ограждения в целом, так и его отдельных конструктивных элементов.
Требуемый уровень теплоизоляции может быть достигнут благодаря применению в ограждающих конструкциях эффективных лёгких материалов - слоистых конструкций с эффективным утеплителем. К самым распространённым для многоэтажного строительства относятся многослойные стены из кирпича, легкобетонных блоков и эффективного утеплителя. На глухих участках стенового ограждения требуемый уровень теплоизоляции достигается за счёт применения многослойных конструкций с эффективным утеплителем. Однако в местах расположения оконных и дверных проёмов зачастую происходит возникновение "мостиков холода", обусловленное особенностями сочетания строительных конструктивных элементов с различными теплотехническими характеристиками. Бетон слитной структуры в железобетонных перемычках, обладая достаточно высоким коэффициентом теплопроводности (A. = 1,92...2,04 Вт/м С), не в состоянии обеспечить заданную теплозащиту.
Повышенная теплоотдача через "мостики холода " приводит к следующим негативным последствиям: - ухудшению теплотехнических характеристики здания; - возрастанию энергопотребления на отопление и кондиционирование; - образованию конденсата на поверхности конструктивных элементов с последующим появлением плесневого грибка.
Всё перечисленное в целом значительно понижает уровень комфортности и долговечности зданий.
По данным [94, 106, 129, 134], фибропенобетоны неавтоклавного твердения плотностью более 700 кг/м3 обладают усадочными деформациями, величина которых соизмерима с усадкой бетонов слитной структуры класса В10...В25. Как показано в работах [127, 130], паропроницаемость дисперсно армированных пенобетонов не превышает этого показателя для кладки из керамического кирпича плотностью 1300 кг/м на цементно-песчаном растворе. Помимо этого, модуль упругости у фибропенобетонов по работам [106, 129] и результатам выполненных в гл.З экспериментальных исследований, на 10...20 % выше, чем у равноплотных пенобетонов, а прочность на растяжение при изгибе соответствует аналогичному показателю для бетонов слитной структуры классов В10...В25.
На основании этих данных нами была предпринята оценка возможности применения фибропенобетона повышенной плотности в конструктивных элементах гражданских зданий.
В качестве элементов для экспериментальных исследований были приняты сборные железобетонные перемычки как наиболее востребованные элементы ограждающих конструкций жилых и общественных зданий.
Для того, чтобы оценить возможность применения конструкционных фибропенобетонов в элементах гражданских зданий и уточнить рекомендации по проектированию перемычек из фибропеножелезобетона, были проведены экспериментальные исследования, целью которых являлось определение несущей способности, момента образования и ширины раскрытия трещин, а также прогибов перемычек с различным процентным содержания дисперсной арматуры.
Для решения поставленной задачи и изучения работы фибропеножелезобетонных элементов под нагрузкой в лабораторных условиях были изготовлены и испытаны перемычки прямоугольного и [- образного сечений пролётом 2,3 м.
В опытах варьировались содержание дисперсной арматуры и вид поперечного сечения (табл.4.1).
Перемычки изготавливались в металлической опалубке. Перед бетонированием на арматуру растянутой и сжатой зоны наклеивались электротензодатчики базой 20 мм с последующей влагоизоляцией и выводом концов на поверхность перемычки.
Перемычки армировались ненапрягаемой арматурой в продольном направлении: в растянутой зоне - арматурными стержнями периодического профиля 012 ЛІН (Л400); в сжатой зоне - стержнями из гладкой арматурной стали 08ЛІ (Л240). Поперечные арматурные стержни из горячекатаной гладкой стали 06ЛІ (Л240) устанавливались с шагом 150 мм в крайних третях пролёта и 250 (300) мм в середине пролёта. Опалубочные и арматурные чертежи перемычек представлены на рис. 4.1 и 4.2.