СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
METHOD FOR INCREASE OF BEARING CAPACITY OF REINFORCED CONCRETE BUILDING STRUCTURES

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для повышения несущей способности железобетонных строительных конструкций.
Известен способ повышения несущей способности бетонных строительных конструкций [1] путем их армирования стальными прутьями гладкими или периодического профиля с рифленой поверхностью.
Недостатками этого способа являются полное отсутствие сил сцепления адгезионного характера и ослабление сил механического зацепления бетона с арматурой в зоне контакта «арматура-бетон». Стальная арматура, помещенная в жидкий бетон, имеет отрицательный электродный потенциал. Зерна портландцемента в жидком бетоне также являются носителями отрицательного электрического заряда. В жидкой бетонной смеси вследствие одноименности знаков электродного потенциала арматурного каркаса и зарядов зерен портландцемента происходит выталкивание зерен портландцемента из зоны контакта «арматура-бетон» и, во-первых, становится невозможным образование двойного электрического слоя на границе «арматура-бетон», что и объясняет причину отсутствия сил сцепления адгезионного характера между арматурой и бетоном; во-вторых, происходит обеднение зоны контакта «арматура-бетон» зернами портландцемента и, как следствие, происходит снижение прочности бетона в этой зоне, что, в свою очередь, уменьшает силы механического зацепления бетона с выступами на поверхности арматуры периодического профиля. Эти два фактора и приводят к снижению несущей способности железобетонных конструкций, изготовленных известным способом. Основными силами, обеспечивающими взаимодействие бетона с арматурой в этом способе, являются ослабленные по причине обеднения бетонной смеси в приконтактной зоне силы механического зацепления рифленой поверхности арматуры с бетоном и силы трения, возникающие вследствие обжатия арматурных стержней затвердевшим бетоном.
Наиболее близким по технической сущности является известный способ увеличения силы сцепления арматуры с бетоном в железобетонных строительных конструкциях путем применения явления электрофореза [2].
Способ включает размещение стального арматурного каркаса в опалубке или форме, заливку бетонной смеси в опалубку или форму, подключение арматурного каркаса к положительному полюсу источника постоянного тока, подключение дополнительного электрода, размещенного в теле формуемой железобетонной конструкции, к отрицательному полюсу источника постоянного тока, пропускание в бетон через образованную таким образом систему электродов постоянного электрического тока напряжением 5 вольт в течение 120 секунд. Этот способ обеспечивает 5-10-процентный прирост сил сцепления и зацепления по контакту «арматура-бетон».
Недостатком этого способа является кратковременность пропускания сквозь бетон постоянного электрического тока и его высокое - до 5 вольт - напряжение, что в несколько раз больше абсолютной величины электродного потенциала арматурного каркаса, находящегося в это время в жидкой бетонной смеси. Причина малоэффективности этого способа, с одной стороны, нестабильность условий в зоне контакта «арматура-бетон», где происходит образование двойного электрического слоя и обогащение зернами портландцемента, так как после 120-секундного пропускания тока бетонная смесь находится либо в жидкой фазе, либо в начале процесса схватывания, что приводит к восстановлению отрицательного электродного потенциала арматурного каркаса, частичному, либо полному разрушению сформировавшегося двойного электрического слоя и частичному обеднению бетонной смеси в зоне контакта «арматура-бетон». С другой стороны, высокое постоянное напряжение в зоне контакта «арматура-бетон» приводит к нежелательному насыщению приконтактной зоны продуктами гидролиза компонентов бетонной смеси и, как следствие, к частичному понижению прочностных характеристик бетона в этой зоне.
Цель изобретения - повышение несущей способности железобетонных строительных конструкций за счет создания стабильных условий для возникновения и сохранения двойного электрического слоя на границе стальная арматура-бетон, обогащения приконтактной зоны зернами портландцемента и увеличения прочности бетона как в зоне контакта «арматура-бетон», так и во всей массе бетона формуемых конструкций.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем размещение стального арматурного каркаса в опалубке или форме, заливку бетонной смеси в опалубку или форму, подключение арматурного каркаса к положительному полюсу источника постоянного тока, подключение дополнительного электрода, размещенного в теле формуемой железобетонной конструкции, к отрицательному полюсу источника постоянного электрического тока, пропускание в бетон через образованную таким образом систему электродов постоянного электрического тока напряжением, на 5-10% превышающим по модулю величину электродного потенциала стальной арматуры в жидком бетоне, а постоянный электрический ток пропускают в бетон до набора бетоном прочности в 5-10 процентов от величины проектной прочности.
На чертеже показана схема реализации предлагаемого способа.
Способ осуществляется следующим образом: в опалубку или форму 1 устанавливается и фиксируется арматурный каркас 2. Там же устанавливается и фиксируется дополнительный электрод 3 так, чтобы исключить возможность замыкания последнего на арматурный каркас во время протекания всего процесса формования строительной конструкции. В опалубку заливается бетонная смесь 4, производится уплотнение бетона и одновременно с этим производится определение разности потенциалов U(mv) между арматурным каркасом и дополнительным электродом. После завершения работ по уплотнению бетона производится замыкание арматурного каркаса на положительную клемму источника постоянного тока, а дополнительный электрод замыкается на отрицательную клемму, причем на этих клеммах устанавливается и поддерживается напряжение, в 1,05-1,1 раза превышающее по модулю величину U(mv).
Предлагаемый способ испытан в лабораторных условиях с применением бетонов разных классов заводского изготовления. В качестве арматуры применялись стальные гладкие стержни диаметром 10 мм класса А1. Размер образцов 100×100×400 мм. Арматурный стержень располагался вдоль длинной центральной оси образцов. Сила сцепления арматуры с бетоном определялась как отношение предела прочности на разрыв по контакту «арматура-бетон» к площади контакта при выдергивании арматурного стержня из бетона. Усредненные результаты испытаний сведены в таблицу.
Способ увеличения несущей способности ж/б конструкций
Размер образцов мм
Дата изготовления
Дата испытания
Разрушающая нагрузка на 1 кв.см. контакта сталь бетон кг/кв.см.
Предел прочности на сжатие кг/кв.см.
Традиционный
100×100×300
02.08.1984
30.08.1984
6,8
-
Известный
100×100×300
02.08.1984
30.08.1984
7,4
-
Традиционный
100×100×400
01.08.2006
29.08.2006
18,3
376
Предлагаемый
100×100×400
01.08.2006
29.08.2006
25,5
421
Источники информации
1. Габрусенко В.В. Основы расчета железобетона в вопросах и ответах. Издательство Ассоциации строительных вузов. Москва. 2002 г., с.5
2. Вартанян Ю.А. Отчет о научно-исследовательской работе «Повышение монолитности бетонных и железобетонных конструкций АЭС и получение бесшовных бетонных структур». Всесоюзный Государственный Научно-Исследовательский и Проектно-Изыскательский Институт по Проектированию Атомных Электростанций и Крупных Топливно-Энергетических Комплексов «АТОМТЕПЛОЭЛЕКТРОПРОЕКТ». УДК 624.046.5; 621.311. № гос. регистрации 071454. ДСП. Ереван. 1984 г. с.44 (прототип).