Коэффициент сцепления бетона с металлом
Сцепление арматуры с бетоном
В железобетонных конструкциях благодаря сцеплению материалов скольжения арматуры в бетоне под нагрузкой не происходит. Прочность сцепления арматуры с бетоном оценивается сопротивлением выдергиванию или вдавливанию арматурных стержней, заанкерованных в бетоне. Согласно опытным данным, прочность сцепления зависит от:
1) зацепления в бетоне выступов на поверхности арматуры периодического профиля;
2) сил трения, развивающихся при контакте арматуры с бетоном под влиянием его усадки;
3) склеивания арматуры с бетоном, возникающего благодаря клеющей способности цементного геля.
Наибольшее влияние на прочность сцепления оказывает первый фактор. Если арматура гладкая и круглая, сопротивление скольжению уменьшается в 2—3 раза. Исследования показали, что распределение напряжений сцепления арматуры с бетоном по длине заделки стержня неравномерно, и наибольшее напряжение сцепления тстах не зависит от длины анкеровки стержня.
Прочность сцепления возрастает с повышением класса бетона, уменьшением водоцементного отношения, а также с увеличением возраста бетона. При недостаточной заделке к концам стержней приваривают коротыши или шайбы (по концам стержней из гладкой стали класса A-I устраивают крюки). При вдавливании арматурного стержня в бетон прочность сцепления больше, чем при его выдергивании, вследствие сопротивления окружающего слоя бетона поперечному расширению сжимаемого стержня. С увеличением диаметра стержня и напряжения в нем Os прочность сцепления при сжатии возрастает, а при растяжении уменьшается. Отсюда следует, что для лучшего сцепления арматуры с бетоном при конструировании железобетонных элементов диаметр растянутых стержней следует ограничивать. Анкеровка арматуры в бетоне В железобетонных конструкциях закрепление концов арматуры в бетоне — анкеровка — достигается запуском арматуры за рассматриваемое сечение на длину зоны передачи усилий с арматуры на бетон (обусловленную сцеплением арматуры с бетоном), а также с помощью анкерных устройств.
Ненапрягаемая арматура из гладких стержней класса A-I снабжена на концах анкерами в виде полукруглых крюков диаметром 2,5 d, а в конструкциях из бетонов на пористых заполнителях — диаметром 5 d. Анкерами гладких стержней в сварных сетках и каркасах служат стержни поперечного направления, поэтому их применяют без крюков на концах. Арматурные стержни периодического профиля обладают значительно лучшим сцеплением с бетоном, их применяют без крюков на концах.
Ненапрягаемую арматуру периодического профиля заводят за нормальное к продольной оси элемента сечение, в котором она учитывается с полным расчетным сопротивлением на длину зоны анкеровки.
На крайних свободных опорах изгибаемых элементов продольные растянутые стержни заводят для анкеровки за внутреннюю грань опоры на длину не менее 10d; если наклонные трещины в растянутой зоне не образуются, то стержни заводят за внутреннюю грань опоры на длину не менее 5d.
Напрягаемая арматура — стержни периодического профиля или арматурные канаты — при натяжении на упоры и достаточной прочности бетона применяется в конструкциях без специальных анкеров; арматура при натяжении на бетон (арматурные пучки) или натяжении на упоры в условиях недостаточного сцепления с бетоном (гладкая высокопрочная проволока) всегда закрепляется в бетоне специальными анкерами. Длина зоны анкеровки напрягаемой арматуры без анкеров принимается равной длине зоны передачи напряжений с арматуры на бетон.
Предварительное напряжение в арматуре считается изменяющимся линейно от нуля у края элемента до полного значения в сечении, расположенном на расстоянии 1Р от края элемента.
Для того чтобы бетон при передаче на него усилий с напрягаемой арматуры не раскалывался, концы элементов усиливают закладными деталями с анкерными стержнями, хомутами и т. п.
Для захвата, натяжения и закрепления на упорах канатов и стержневой арматуры периодического профиля применяют специальные цанговые захваты; кроме того, для стержневой арматуры применяют приваренные коротыши или шайбы, нарезку накатом без ослабления сечения, высаженные головки правильной формы или неправильной формы со втулкой.
Анкеры при натяжении арматуры на бетон должны обеспечивать хорошую передачу усилия с арматуры на бетон. В местах расположения анкеров у конца элементов бетон усиливают дополнительными хомутами, сварными сетками, спиралями, а для равномерной передачи усилий с арматуры на бетон под анкерами размещают стальные плиты.
Заводской гильзовый анкер арматурного пучка состоит из стержня с нарезкой, заведенного внутрь пучка, и гильзы из мягкой стали, надетой поверх пучка. При протяжке через обжимное кольцо металл гильзы течет и запрессовывает проволоки пучка. Закрепление этого анкера после натяжения арматурного пучка на бетон домкратом производится гайкой концевого стержня, затягиваемой до упора в торец элемента.
Упором домкрата в торец элемента арматурный пучок натягивают до заданного напряжения, затем специальным поршнем, выдвигаемым из домкрата, проволоки пучка заклинивают конической трубкой в стальной колодке.
Анкер стаканного типа применяют для закрепления более мощного арматурного пучка с несколькими рядами концентрически расположенных проволок. Домкрат захватывает анкер и оттягивает его с упором на бетон на заданную величину; в зазор, образовавшийся между анкером и торцом элемента, вводят шайбы с прорезями, благодаря чему арматурный пучок удерживается в напряженном состоянии. Усадка железобетона В железобетонных конструкциях стальная арматура вследствие ее сцепления с бетоном становится внутренней связью, препятствующей свободной усадке бетона. Согласно опытным данным, усадка и набухание железобетона в ряде случаев вдвое меньше, чем усадка и набухание бетона. Стесненная деформация усадки бетона приводит к появлению в железобетонном элементе начальных, внутренне уравновешенных напряжений растягивающих в бетоне и сжимающих в арматуре. Под влиянием разности деформаций свободной усадки бетонного элемента и стесненной усадки армированного элемента возникают средние растягивающие напряжения в бетоне.
В железобетонных конструкциях скольжение арматуры в бетоне под нагрузкой не происходит благодаря сцеплению материалов. Прочность сцепления арматуры с бетоном оценивают сопротивлением выдергиванию или вдавливанию арматурных стержней, заанкерованных в бетоне (рис. 1.29, а).
По опытным данным, прочность сцепления зависит от следующих факторов: зацепления в бетоне выступов на поверхности арматуры периодического профиля (рис. 1.29,6); сил трения, развивающихся при контакте арматуры с бетоном под влиянием его усадки; склеивания арматуры с бетоном, возникающего благодаря клеящей способности цементного геля. Наибольшее влияние на прочность сцепления оказывает первый фактор: он обеспечивает около 3/4 общего сопротивления скольжению арматуры в бетоне; если арматура гладкая и круглая, сопротивление скольжению уменьшается. Прочность сцепления возрастает с повышением класса бетона, уменьшением водоцементного отношения, а также с увеличением возраста бетона. Исследования показали, что распределение напряжений сцепления арматуры с бетоном по длине заделки стержня неравномерно; наибольшее напряжение сцепления , не зависит от длины анкеровки стержня . Среднее напряжение сцепления определяют как частное от деления усилия в стержне N на площадь заделки.
где u — периметр сечения стержня (для гладкой арматуры при средних классах бетона МПа).
Рис. 1.29. Сцепление арматуры с бетоном
а — гладкой; б — периодического профиля; в — зависимость напряжений сцепления от диаметра стержня
При недостаточной заделке к концам стержней приваривают коротыши или шайбы (по концам стержней из гладкой стали класса А-1 устраивают крюки).
При вдавливании арматурного стержня в бетон прочность сцепления больше, чем при его выдергивании вследствие сопротивления окружающего слоя бетона поперечному расширению сжимаемого стержня. С увеличением диаметра стержня и напряжения в нем прочность сцепления при сжатии возрастает, а при растяжении уменьшается (рис. 1.29,в). Отсюда следует, что для лучшего сцепления арматуры с бетоном при конструировании железобетонных элементов диаметр растянутых стержней следует ограничивать.
При усадке железобетона растягивающие напряжения в бетоне зависят от свободной усадки бетона, коэффициента армирования , класса бетона. С увеличением содержания арматуры в бетоне растягивающие напряжения увеличиваются, и, если они достигают временного сопротивления при растяжении, возникают усадочные трещины. Растягивающие напряжения в бетоне при стесненной усадке элемента, армированного односторонней несимметричной арматурой, возрастает вследствие внецентренного приложения к сечению усилия в арматуре.
Начальные растягивающие напряжения в бетоне от усадки способствуют более раннему образованию трещин в тех зонах железобетонных элементов, которые испытывают растяжение от нагрузки. Однако с появлением трещин влияние усадки уменьшается. В стадии разрушения усадка не влияет на несущую способность статически определимого железобетонного элемента. В статически неопределимых железобетонных конструкциях (арках, рамах и т. п.) лишние связи препятствуют усадке железобетона и поэтому усадка вызывает появление дополнительных внутренних усилий. Влияние усадки эквивалентно понижению температуры на определенное число градусов. Для того чтобы уменьшить дополнительные усилия от усадки, железобетонные конструкции промышленных и гражданских зданий большой протяженности делят усадочными швами на блоки. Ползучесть железобетона Ползучесть железобетона является следствием ползучести бетона. Стальная арматура, как и при усадке, становится внутренней связью, препятствующей свободным деформациям ползучести. В железобетонном элементе под нагрузкой стесненная ползучесть приводит к перераспределению усилий между арматурой и бетоном. Процесс перераспределения усилий интенсивно протекает в течение первых нескольких месяцев, а затем в течение длительного времени (более года) постепенно затухает. Продольные деформации арматуры и бетона центральнo-сжатой железобетонной призмы благодаря сцеплению материалов одинаковы
Релаксация напряжений в бетоне железобетонной призмы наблюдается и при постоянных напряжениях в арматуре. Напряжения в бетоне с течением времени уменьшаются, так как коэффициент с течением времени уменьшается.
На работу коротких сжатых железобетонных элементов ползучесть бетона оказывает положительное влияние, обеспечивая полное использование прочности бетона и арматуры; в гибких сжатых элементах ползучесть вызывает увеличение начальных эксцентриситетов, что может снижать их несущую способность; в изгибаемых элементах ползучесть вызывает увеличение прогибов; в предварительно напряженных конструкциях ползучесть приводит к потере предварительного напряжения. Ползучесть и усадка железобетона протекают одновременно и совместно влияют на работу конструкции. Защитный слой бетона Защитный слой бетона в железобетонных конструкциях создается размещением арматуры на некотором удалении от поверхности элемента. Защитный слой бетона необходим для совместной работы арматуры с бетоном на всех стадиях изготовления, монтажа и эксплуатации конструкций, он защищает арматуру от внешних воздействий, высокой температуры, агрессивной среды и т. п. Толщина защитного слоя бетона на основании опыта эксплуатации железобетонных конструкций устанавливается в зависимости от вида и диаметра арматуры, размера сечений элемента, вида и класса бетона, условий работы конструкции и т.д.
Толщина защитного слоя бетона для продольной арматуры ненапрягаемой или с натяжением на упоры должна быть не менее диаметра стержня или каната; в плитах и стенках толщиной до 100 мм —10 мм; в плитах и стенках толщиной более 100 мм, а также балках высотой менее 250 мм — 15 мм; в балках высотой 250 мм и более — 20 мм; в сборных фундаментах—30 мм. Толщина защитного слоя бетона у концов продольной напрягаемой арматуры на участке передачи усилий с арматуры на бетон должна составлять не менее двух диаметров стержня из стали классов A-IV, Ат-IV или арматурного каната и не менее трех диаметров стержня классов A-V, A-VI, AT-V, AT-VI. Причем толщину защитного слоя бетона на указанном участке длины элемента принимают не менее 40 мм для стержневой арматуры рсех классов и не менее 20 мм для арматурного каната. Защитный слой бетона при наличии стальных опорных деталей допускается у концов элемента принимать таким же, как и для сечения в пролете.
Толщина защитного слоя бетона для продольной напрягаемой арматуры, натягиваемой на бетон и располагаемой в каналах (расстояние от поверхности конструкции до ближайшей к ней поверхности канала), должна быть не менее 20 мм и не менее половины диаметра канала, а при диаметре арматурного пучка 32 мм и более еще и не менее этого диаметра.
Расстояние от концов продольной ненапрягаемой арматуры до торца элементов должно быть не менее 10 мм, а для сборных элементов большой длины (панелей длиной более 12 м, ригелей — более 9 м, колонн — более 18 м) — не менее 15 мм. Минимальную толщину защитного слоя бетона для поперечных стержней каркасов и хомутов при высоте сечения элемента менее 250 мм принимают 10 мм, при высоте сечения элемента 250 мм и более 15 мм. Средняя плотность железобетона Средняя плотность тяжелого железобетона при укладке бетонной смеси с вибрированием равна 2500 кг/м3, при укладке бетонной смеси без вибрирования — 2400 кг/м3. При значительном содержании арматуры (свыше 3%) плотность железобетона определяют как сумму масс бетона и арматуры в 1 м3 объема конструкции. Средняя плотность легкого железобетона определяется так же, как сумма масс бетона и арматуры в 1 м3 объема конструкции. Армоцемент Армоцемент — особый вид железобетона, приготовленный на цементно-песчаном бетоне, армированный сетками из тонкой проволоки диаметром 0,5—1 мм с мелкими ячейками размером до 10Х10 мм. Насыщение сетками густое, расстояние между сетками 3—5 мм, что позволяет получить достаточно однородный по свойствам материал. Из армоцемента изготовляют конструкции с малой толщиной стенок 10—30 мм (оболочки, волнистые своды и т. п.).
Предельная растяжимость бетона в армоцементных конструкциях благодаря значительному увеличению поверхности сцепления арматуры с бетоном возрастает. Малая ширина раскрытия трещин — основная особенность армоцемента, позволяющая достигнуть полного использования прочности арматурных сеток в конструкциях без предварительного напряжения. В растянутых зонах армоцементных конструкций возможно комбинированное армирование — сетками и напрягаемой арматурой. Армоцементные конструкции можно применять лишь при нормальной влажности и отсутствии агрессивных воздействий среды, так как их коррозионная стойкость невелика. Огнестойкость их меньше, чем огнестойкость железобетонных конструкций. Армоцементные конструкции не рекомендуется применять при систематическом воздействии ударной нагрузки. Армополимербетон Армополимербетон изготовляют из полимербетона со стальной или неметаллической арматурой. Арматура хорошо сцепляется с полимербетоном. Коррозия стальной арматуры в армополимербетоне не наблюдается. Армополимербетон обладает высокой коррозионной стойкостью и поэтому применение его целесообразно в конструкциях и сооружениях, работающих в агрессивной среде и при высоком гидростатическом давлении. Воздействие температуры на железобетон Под воздействием температуры в железобетоне возникают внутренние взаимно уравновешенные напряжения, вызванные некоторым различием в значениях коэффициента линейной температурной деформации цементного камня, зерен заполнителей и стальной арматуры. При воздействии на конструкцию температуры до 50°С внутренние напряжения невелики и практически не приводят к снижению прочности бетона. В условиях систематического воздействия технологических температур (порядка 60—200°С) необходимо учитывать некоторое снижение механической прочности бетона (примерно на 30 %) При длительном нагреве до 500—600 °С и последующем охлаждении бетон разрушается.
Исследования специалистов показывают, что даже при небольшой заделке арматуры в бетон в зоне их контакта развиваются значительные силы сцепления, препятствующие продергиванию (сдвигу) арматуры в бетоне. Силы сцепления, приходящиеся на единицу поверхности арматуры, обусловливают напряжения сцепления арматуры с бетоном по длине элементов. Количественно сцепление оценивают соответствующими напряжениями сдвига.
Надежное сцепление арматуры с бетоном, препятствующее сдвигу арматуры в бетоне, является основным фактором, обеспечивающим совместную работу арматуры и бетона в железобетоне и позволяющим ему работать под нагрузкой как единому монолитному телу. При отсутствии сцепления образование первой трещины влечет за собой возрастание удлинений на всем протяжении растянутой арматуры, что. в свою очередь, приводит к резкому раскрытию образовавшейся трещины, сокращению высоты сжатой зоны, уменьшению изгибной жесткости и снижению несущей способности.
Надежное сцепление арматуры с бетоном создается тремя основными факторами:
1) сопротивлением бетона усилиям смятия и среза, обусловленным выступами и другими неровностями на поверхности арматуры, т. с. механическим зацеплением арматуры за бетон;
2) силами трения, возникающими на поверхности арматуры благодаря обжатию арматурных стержней бетоном при его усадке;
3) склеиванием (адгезией) поверхности арматуры с бетоном благодаря вязкости коллоидной массы цементного теста.
Наибольшее влияние на сцепление арматуры с бетоном оказывает первый фактор - он обеспечивает около 75 % от общей величины сцепления. Сцепление стержневой арматуры периодического профиля с бетоном в 2. 3 раза выше по сравнению со сцеплением гладкой арматуры, поэтому арматуру периодического профиля используют в железобетоне без специальных анкерных устройств на концах.
Существенное влияние на сцепление арматуры с бетоном оказывает седиментация твердых частиц и выжимание воды при твердении бетонной смеси. Это приводит, особенно в подвижных составах бетона, к тому, что сцепление арматуры с бетоном становится различным для стержней в направлении бетонирования и перпендикулярно ему в нижней или в верхней частях сечения изделия, бетонируемого за один прием. Периодический профиль арматуры в сильной степени смягчает неблагоприятное влияние седиментации.
Напряжение в бетоне под выступами арматуры при ее выдергивании может превосходить в 5. 7 раз кубиковую прочность бетона, поэтому особенно недопустимо какое-либо снижение плотности бетона в зоне контакта его с арматурой. Механическое зацепление арматуры за бетон по длине элементов кроме профилирования ее поверхности повышают также посредством свивки арматуры в канаты. Витые канаты надежно самоанкеруются в бетоне. Вдоль арматурного стержня напряжения сцепления распределяются неравномерно. Наибольшие напряжения действуют вблизи заделки и затухают на длине заделки. Во времени за счет ползучести бетона происходит перераспределение напряжений сцепления, сечение с максимальными напряжениями отодвигается от горца элемента; при вибрационном приложении нагрузки возникает виброползучесть бетона и указанное перераспределение интенсифицируется; по мере затухания деформаций ползучести перераспределение уменьшается.
Основными причинами разрушения бетона при воздействии высоких технологических температур являются значительные внутренние растягивающие напряжения, возникающие вследствие разности температурных деформаций цементного камня и зерен заполнителей, а также вследствие увеличения в объеме свободной извести, которая выделяется при дегидратации минералов цемента и гасится влагой воздуха.
Для конструкций, испытывающих длительное воздействие высоких технологических температур, применяют специальный жаростойкий бетон. Прочность сцепления арматуры периодического профиля с бетоном снижается при температуре до 500°С на 30%. Однако прочность сцепления гладкой арматуры с бетоном начинает резко снижаться уже при 250 °С.
В статически неопределимых железобетонных конструкциях под воздействием сезонных изменений температур возникают дополнительные усилия, которые при большой протяженности конструкции становятся весьма значительными. Чтобы уменьшить дополнительные усилия от изменения температуры, здания большой протяженности делят на отдельные блоки температурными швами, которые обычно совмещают с усадочными швами. Коррозия железобетона и меры защиты от нее Коррозионная стойкость элементов железобетонных конструкций зависит от плотности бетона и степени агрессивности среды. Коррозия бетона, имеющего недостаточную плотность, может происходить от воздействия фильтрующейся воды, которая растворяет составляющую часть цементного камня — гидрат окиси кальция. Наибольшей растворяющей способностью обладает мягкая вода. Внешним признаком такой коррозии бетона являются белые хлопья на его поверхности. Другой вид коррозии бетона возникает под влиянием газовой или жидкой агрессивной среды: кислых газов в сочетании с повышенной влажностью, растворов кислот, сернокислых солей и др. При взаимодействии кислоты с гидратом окиси кальция цементного камня бетон разрушается. Продукты химического взаимодействия агрессивной ере ды и бетона, кристаллизуясь, постепенно заполняют поры и каналы бетона. Рост кристаллов приводит к разрыву стенок пор, каналов и быстрому разрушению бетона. Наиболее вредны для бетона соли ряда кислот, особенно серной кислоты; они образуют в цементе сульфат кальция и алюминия. Сульфатоалюминат кальция, растворяясь, вытекает и образует белые подтеки на поверхности бетона. Весьма агрессивны грунтовые воды, содержащие сернокислотный кальций, а также воды с магнезиальными и аммиачными солями.
Морская вода при систематическом воздействии оказывает вредное влияние на бетон, поскольку содержит сульфатомагнезит, хлористую магнезию и другие вредные соли.
Коррозия арматуры (ржавление) происходит в результате химического и электролитического воздействия окружающей среды; обычно она протекает одновременно с коррозией бетона, но может протекать и независимо от коррозии бетона. Продукт коррозии арматуры имеет в несколько раз больший объем, чем арматурная сталь, и создает значительное радиальное давление на окружающий слой. При этом вдоль арматурных стержней возникают трещины и отколы бетона с частичным обнажением арматуры.
Мерами защиты от коррозии железобетонных конструкций, находящихся в условиях агрессивной среды, в зависимости от степени агрессии являются: снижение фильтрующей способности бетона введением специальных добавок, повышение плотности бетона, увеличение толщины защитного слоя бетона, а также применение лакокрасочных или мастичных покрытий, оклеечной изоляции, замена портландцемента глиноземистым цементом, применение специального кислотостойкого бетона
Исследования показывают, что даже при небольшой заделке арматуры в бетоне в зоне их контакта развиваются значительные силы сцепления, препятствующие продергиванию (сдвигу) арматуры в бетоне. Силы сцепления, приходящиеся на единицу поверхности арматуры, обуславливают напряжения сцепления арматуры с бетоном по длине элементов. Количественно сцепление оценивают соответствующими напряжениями сдвига. Надежное сцепление арматуры с бетоном является основным фактором, обеспечивающим совместную работу арматуры и бетона в железобетоне и позволяющим ему работать под нагрузкой как единому монолитному телу. При отсутствии сцепления образование первой трещины влечет за собой возрастание удлинений на всем протяжении растянутой арматуры, что, в свою очередь, приводит к резкому раскрытию образовавшейся трещины, сокращению высоты сжатой зоны, уменьшению изгибной жесткости (EI) и снижению несущей способности. Надежное сцепление арматуры с бетоном создается тремя основными факторами: сопротивлением бетона усилиям смятия среза, обусловленным выступами (рис. 1, а) и другими неровностями на поверхности арматуры, т. е. механическим зацеплением арматуры за бетон; силами трения, возникающими на поверхности арматуры благодаря обжатию арматурных стержней бетоном при его усадке; склеиванием (адгезией) поверхности арматуры с бетоном благодаря вязкости коллоидной массы цементного теста. Наибольшее влияние на сцепление арматуры с бетоном оказывает первый фактор - он обеспечивает около 75% от общей величины сцепления. Сцепление стержневой арматуры периодического профиля с бетоном в 2. 3 раза выше по сравнению со сцеплением гладкой арматуры, поэтому арматуру периодического профиля используют в железобетоне без специальных анкерных устройств а концах. Существенное влияние на сцепление арматуры с бетоном оказывает седиментация твердых частиц и выжимание вода при твердении бетонной смеси. Это приводит, особенно в подвижных составах бетона, к тому, что сцепление арматуры с бетоном становится различным для стержней в направлении бетонирования и перпендикулярно ему в нижней или в верхней частях сечения изделия, бетонируемого за один прием. Периодический профиль арматуры в значительной степени смягчает неблагоприятное влияние седиментации ПРИРОДНЫЕ ПОРИСТЫЕ ЗАПОЛНИТЕЛИ
Из разнообразных пористых горных пород получают заполнители для легких бетонов. Но эти заполнители обладают также некоторой прочностью, которая, хотя и меньше, чем у заполнителей из плотных горных пород, но все же достаточна для получения бетонов требуемых классов.
• По крупности зерен пористые заполнители делятся на песок (до 5 мм) и щебень. Щебень разделяют на фракции 5 . 10, 10 . 20 и 20 . 40 мм. Допускается также щебень крупностью 5 . 20 или 5 . 40 мм.
• Основная маркировка пористых заполнителей установлена по насыпной плотности. Если она составляет 400 . 500 кг/м3, заполнитель относят к марке 500, при насыпной плотности до 600 кг/м3 —к марке 600 и т. д. ГОСТ 22263—76 предусматривает марки щебня 300, 350, 400 и далее до 1200 с градацией через 100 кг/м3; марки песка —500 . 1400.
• Кроме того, установлены марки щебня по прочности, причем для разных видов щебня стандартом предусмотрены соответствующие требования к прочности при сдавливании в цилиндре.
Как указано в гл. 2, прочность пористого заполнителя наиболее целесообразно определять непосредственным испытанием в бетоне.
Стандартом предписано применение пористых заполнителей различных марок по прочности в тех или иных легких бетонах.
Согласно ГОСТ 22263—76, для щебня разных марок по насыпной плотности установлены минимально допустимые марки по прочности.
Таким образом, все основные показатели свойств заполнителей и направление их использования в бетонах взаимосвязаны.
Как правило, чем мельче фракция пористого заполнителя, тем больше ее насыпная плотность и плотность зерен. Это объясняется тем, что при измельчении пористость материала уменьшается, причем в первую очередь за счет разрушения материала по наиболее крупным порам. Интенсивность увеличения плотности по мере дробления зависит от крупности пор в материале и равномерности их распределения. Разница в плотности песка и щебня для мелкопористых пород сравнительно невелика, а для крупнопористых значительна.
При дроблении пористой породы с увеличением плотности зерен возрастает и их прочность. Прочность зерен заполнителя выше прочности исходной породы, определенной испытанием сравнительно крупных образцов. Поэтому допускается использование для производства заполнителей пористых горных пород, предел прочности которых при сжатии не менее 50% требуемого предела прочности бетона.
Коэффициент размягчения щебня из пористых горных пород должен быть не менее 0,6 при использовании в конструкционно-теплоизоляционных и не менее 0,7 — в конструкционных бетонах.
Природные пористые заполнители могут быть вулканического или осадочного происхождения.
Литература
1. Руководство по выполнению огнезащитных и теплоизоляционных штукатурок механизированным способом. М.: Стройиздат, 1977. 46 с.
2. Journal of Materials Science Letters. 1987. Vol. 6. № 5. PP. 562–564.
3. Некрасов К.Д., Масленникова М.Г. Легкие жаростойкие бетоны на пористых заполнителях. М.: Стройиздат, 1982. 152 с.
4. Денисов А.С., Швыряев В.А. Теплоизоляционные жаростойкие торкрет-массы на основе вермикулита. М.: Стройиздат, 1973. 104 с.
5. Ахматов М.А. Эффективность применения местных строительных материалов и бетона. Нальчик: Эльбрус, 1986. 160 с.
8. Хежев Т.А., Пухаренко Ю.В., Хежев Х.А. Бесцементные бетоны с применением вулканических горных пород // Вестник гражданских инженеров. СПбГАСУ. 2011. №1 (26). С. 107–114
Таблица коэффициентов трения покоя (коэффициентов сцепления) для различных пар материалов (большая).
Таблица коэффициентов трения покоя (коэффициентов сцепления) для различных пар материалов.
Материал
Ксц
Химически чистые металл по металлу
Сплавы, по стали
Стальные поверхности высокой твердости при смазке:
Неметаллические материалы
Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос:
Дополнительная информация от Инженерного cправочника DPVA, а именно - другие подразделы данного раздела:
Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос:
Если Вы не обнаружили себя в списке поставщиков, заметили ошибку, или у Вас есть дополнительные численные данные для коллег по теме, сообщите , пожалуйста.
Вложите в письмо ссылку на страницу с ошибкой, пожалуйста.
Таблица коэффициентов трения покоя (коэффициентов сцепления) сплавов по стали без смазки.
Таблица коэффициентов трения покоя (коэффициентов сцепления) сплавов по стали без смазки.
Материал
Ксц
Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос:
Дополнительная информация от Инженерного cправочника DPVA, а именно - другие подразделы данного раздела:
Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос:
Если Вы не обнаружили себя в списке поставщиков, заметили ошибку, или у Вас есть дополнительные численные данные для коллег по теме, сообщите , пожалуйста.
Вложите в письмо ссылку на страницу с ошибкой, пожалуйста.
Коэффициент сцепления бетона с металлом
Toggle navigation
КАЧЕСТВЕННО
БЫСТРО
SEO оптимизация
адаптивная верстка
Ремонт в регионах
Сочетание бетона с железом и сцеплениеВозможность сочетания двух столь разновидных материалов, как бетон и железо, в один монолит обусловливается тремя нижеследующими обстоятельствами.
- 1) Арматура, находящаяся в бетоне, при отсутствии в последнем трещин не ржавеет. Это доказано многочисленными наблюдениями над железобетонными сооружениями и объясняется по-видимому щелочной реакцией схватывания цемента (Rohland). По существующему в настоящее время взгляду, чтобы обеспечить арматуру от коррозии:
а) количество цемента в бетоне не должно быть менее 220 кг на 1 м3 бетона, а при наличии агрессивных для железа влияний не менее 250 кг;
б) арматура у наружных поверхностей конструкции должна быть покрыта защитным слоем бетона не менее 1,5 см для плит и 2,5 см для балок и стоек;
в) бетон должен быть плотным и не иметь трещин.
- 2) Близость коэффецмента линейного расширения для железа и бетона в пределах обычных темп-p эксплоатации железобетонных сооружений не вызывает нарушения сцепления между арматурой и бетоном.
- 3) Цементный раствор, находясь в коллоидальном состоянии при затвердении бетона, обладает клеящей способностью и пристает к поверхности арматуры.
Сцепления железного стержня с бетоном
Кроме того бетон вследствие усадки сдавливает стержень арматуры и вызывает трение на его поверхности при деформации стержня под нагрузкой. Эти два фактора обусловливают необходимое сцепление арматуры с бетоном, если бетон содержит достаточное количество вяжущего и арматура правильно закреплена в бетоне. Средняя величина сцепления железного стержня с бетоном определяется на опыте путем выдергивания стержня из бетона или продавливания его через бетон и равна
где Р — сила, нарушающая сцепление, ι — длина заделки стержня, υ — периметр его сечения. Величина τ сц возрастает с количеством цемента в бетоне, возрастом бетона и уменьшением водоцементного фактора.
Большое влияние имеет также характер поверхности стержня: стержень, покрытый ржавчиной, лучше сцепляется с бетоном, чем чистый. Для увеличения сцепления в Америке часто применяют специальное сортовое железо с переменным сечением (рис. 6).
Напряжение сцепления на поверхности стержня в действительности распределяется неравномерно по длине его заделки: при действии выдергивающей силы напряжение увеличивается от свободного конца стержня к заделанному, при продавливающее силе, наоборот, оно уменьшается к заделанному концу; это объясняется влиянием поперечных деформаций стержня, которые при действии осевой силы или увеличивают давление на бетон (и, стало быть, трение) или уменьшают его. В обоих случаях закон распределения напряжений можно выразить формулой
τ = τ'е + α υ ( ι - х) / f
где f — сечение стержня, υ — его периметр, τ' и α — некоторые постоянные, зависящие от свойства бетона и поверхности стержня, а е — основание неперовых логарифмов. Предельная величина сцепления железа с бетоном, определяемая опытным путем, обычно не меньше временного сопротивления бетона срезу; но стержни арматуры в конструкции обычно находятся вблизи наружных поверхностей последней, что уменьшает силу нажатия бетона на стержни и трение. Это обстоятельство заставляет в расчетах на сцепление арматуры брать более значительный запас прочности; к тому же побуждает и неравномерное распределение напряжений по длине арматуры.
Сцепление арматуры с бетоном
В области строительства исключительно важное значение имеет понятие сцепления арматуры с бетоном. Речь идет об основном фундаментальном свойстве железобетона. Сила сцепления создает в ближайшем к арматуре бетоне сложнейшее напряженное и деформированное состояние, что приводит к распределению нагрузки по оси арматуры. В результате продольные усилия по всей длине стержня становятся переменными. То, насколько прочным будет сцепление, определяется сопротивляемостью к выдергиванию или выдавливанию стальных стержней из бетона.
К чему приводит недостаточное сцепление
Исследования показывают, что даже при незначительной заделке арматурных стержней в бетон, в месте из соединения развивается значительная сила сцепления. Эта сила препятствует сдвигу металла в бетоне.
Надежное сцепление арматурного проката с бетоном – это основной фактор, который отвечает за тандемную работу стальных прутков и бетона в ЖБ-конструкциях. Они работают под нагрузкой как единое целое.
При недостаточном сцеплении наблюдается образование трещин, что влечет за собой возрастание удлинений на всем протяжении растянутой арматуры. Такое явление приводит к резкому раскрытию образовавшейся трещины, а также сокращению высоты сжатой зоны и уменьшению изгибной жесткости. Кроме того, наблюдается снижение несущей способности.
Как создается надежное сцепление
Если говорить о надежности сцепления стальных стержней с бетоном, нужно отметить три основных момента:
- Адгезия поверхности металлического прутка с бетоном осуществляется за счет вязкости коллоидной массы цементного теста.
- Сопротивление бетона усилиям среза, а также смятия, что объясняется наличием рифлей на поверхности металлических стержней.
- Возникающие на поверхности металлопроката силы трения – за счет обжатия металлических стержней бетоном в процессе его усадки.
Нужно отметить, что именно первый фактор влияет наиболее ощутимо на силу сцепления арматурных прутков с бетоном. Он обеспечивает порядка 75 % от общего показателя.
Дополнительные факторы
Также важно учитывать тип используемого металлопроката. Оптимальные показатели у арматуры периодического профиля. Сцепление рифленых арматурных стержней с бетоном в 2-3 раза выше, чем с гладкими прутками. По этой причине при выполнении армирования с задействованием арматуры периодического профиля отпадает необходимость в использовании на концах специальных анкерных устройств.
Существенное влияние на данный процесс оказывает седиментация твердых частиц, а также выжимание воды при затвердевании и наборе прочности бетонной смеси. Это приводит к тому, что сцепление арматурного проката с бетоном становится различным для прутков в направлении бетонирования и перпендикулярно ему в нижней или в верхней частях сечения ЖБ-изделия, которое бетонируется за один прием. Наличие рифлей на поверхности материала в значительной степени смягчает неблагоприятное влияние такого явления как седиментация.
Еще один важный момент, на который нужно обратить внимание – напряжение в бетоне под выступами арматурных стержней. Этот показатель при их выдергивании может превосходить в несколько раз кубиковую прочность бетона. По этой причине крайне важно не допустить снижение плотности бетона в месте соединения с металлическими стержнями.
Чтобы повысить надежность зацепления арматуры за бетон по всей длине элементов, дополнительно выполняются свивки металлических стержней в канаты. Витые канаты прочно самоанкеруются в бетонной смеси.
Не стоит забывать и о характеристиках самой бетонной смеси. Прочность сцепления возрастает по мере повышения класса бетона и уменьшения водоцементного отношения. Кроме того, учитывается способ укладки раствора и условия твердения.
Если вам нужен надежный поставщик металлопроката, обращайтесь в «Арматура-ММ». Наша компания реализует все востребованные виды арматурного проката. В ассортименте представлены как гладкие стержни, так и периодического профиля. Мы поможем вам подобрать материал, оптимально подходящий для реализации вашего проекта. По всем вопросам можно проконсультироваться с нашими специалистами. Обращайтесь!
Контекстная справка
Таблица основных коэффициентов трения для разнородных материалов
Значения угла δ для разных границ (согласно NAVFAC)
Коэффициент трения tg ( δ )
Бетонный массив на следующих грунтовых основаниях:
Чистая твердая порода
Чистый гравий, гравийно-песчаные смеси, крупный песок
Чистый мелкий и средний песок, илистый средний и крупный песок, илистый или глинистый гравий
Чистый мелкий песок, илистый или глинистый мелкий и средний песок
Мелкий песчаный ил, непластичный ил
Очень жесткая и твердая осадочная или предуплотненная глина
Средне жесткая и жесткая глина, илистая глина
Стальные шпунтовые ряды в следующих видах грунта:
Чистый гравий, гравийно-песчаные смеси, хорошо отсортированный щебень с обломками
Чистый песок, илистая гравийно-песчаная смесь, твердый щебень одного размера
Илистый песок, гравий или песок, смешанный с илом или глиной
Мелкий песчаный ил, непластичный ил
Штампованные бетонные или or железобенные шпунтовые ряды в следующих видах грунта:
Чистый гравий, гравийно-песчаные смеси, хорошо отсортированный щебень с обломками
Чистый песок, илистая гравийно-песчаная смесь, твердый щебень одного размера
Читайте также: