СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ С ПОВЫШЕННОЙ УСТАЛОСТНОЙ ПРОЧНОСТЬЮ
METHOD TO PRODUCE REINFORCED CONCRETE STRUCTURES WITH HIGHER FATIGUE STRENGTH

Изобретение относится к отрасли строительства и может быть использовано при производстве железобетонных строительных конструкций, эксплуатируемых при повышенных нагрузках.
Известно, что одной из основных причин разрушения железобетонных конструкций являются усталостные повреждения железобетона, такие повреждения характерны для строительных конструкций, являющихся элементом или расположенных вблизи опор путепроводов автомобильного и/или железнодорожного транспорта. Причиной этих повреждений является утрата наружного защитного слоя бетона по причине потери контакта бетона со сталью арматурного стержня и последующим растрескиванием бетона в зоне контакта и интенсивным ростом ржавчины армирующего металла. Особенностью усталостных повреждений железобетона является возможность их возникновения при невысоком уровне нагрузок при одновременно длительных периодах воздействий циклической нагрузки. Известны способы уменьшения повреждений в зоне контакта разнородных материалов, подвергающихся циклическому нагружению: в случаях, если напряжения велики и могут достигать или превышать уровень предела текучести стали, известно использование металлических смазок, например, известно использование металлической смазки из порошковой химически чистой меди в зоне силового контакта двух динамически взаимодействующих твердых стальных поверхностей. Использование химически чистой меди для подобных целей известно и при производстве строительных конструкций.
В качестве ближайшего аналога предлагаемого изобретения выбрана заявка на получение патента DE19820235, в которой описаны технологические операции, используемые при производстве железобетонных конструкций с повышенной усталостной прочностью к циклическим нагрузкам биоклиматического характера. Согласно DE19820235 на поверхность стального арматурного стержня гальванически наносится слой химически чистой меди, далее арматурные стержни могут быть использованы для изготовления железобетонных конструкций, в которых химически чистая медь оказывается введенной в зону силового контакта арматурного стержня с бетоном. Однако внесение меди согласно DE19820235 производится с целью защиты стального арматурного стержня от коррозии в бетоне. То есть, согласно DE19820235, предложено использование мягкого металлического материала - меди, наносимого на арматурный стержень, который обеспечивает защиту металла от коррозии. При этом предложенный способ получения покрытия не может быть использован для получения именно защитного покрытия на поверхности всего стержня в целом из-за сложности управления гальваническим процессом для длинномерного изделия.
Покрытие, получаемое согласно DE19820235, должно обладать теми же характеристиками, что и антикоррозийное покрытие для открытой поверхности: сцепление с подложкой, сплошность, гладкость и т.п. Очевидно, что указанные требования не обязательны в том случае, когда медь, расположенная на стальной поверхности, не является защитным покрытием. Если слой меди необходим для функции смазки при подвижном силовом контакте стали с бетоном, окружающим арматурный стержень, то не требуется надежного и развитого силового сцепления меди и стали арматурного стержня по всей их контактной поверхности. Следовательно, нет необходимости в управляемом процессе нанесения покрытия на стальную поверхность арматурного стержня, например, в гальваническом процессе, характерном для нанесения металлических покрытий для протяженных изделий именно в целях защиты.
В отличие от известного решения, предлагаемый способ
- упростит и сократит во времени технологический процесс нанесения на поверхность арматурного стержня медного покрытия, за счет исключения использования источников электрического тока;
- повысит прочностные свойства железобетонной конструкции, за счет наличия металлической смазки, а не сплошного прочного покрытия, между арматурным стержнем и бетоном, указанная металлическая смазка предотвратит зарождение усталостных трещин;
- повысит безопасность производства за счет исключения из технологии гальванического производства.
Указанный технический результат достигается при использовании способа производства железобетонных конструкций с повышенной усталостной прочностью, включающего нанесение на поверхность стального арматурного стержня химически чистой меди и изготовление железобетонных конструкций, содержащих химически чистую медь, введенную в зону силового контакта арматурного стержня с бетоном; согласно изобретению нанесение химически чистой меди выполняют бестоковым осаждением из раствора медьсодержащей соли. Осаждение медьсодержащей соли может осуществляться из водного раствора или раствора органического растворителя. Осаждение может быть выполнено на часть поверхности стержня, расположенную в непосредственной близости от места ожидаемого снижения усталостной прочности. Дополнительно нанесенная на поверхность холоднодеформированной заготовки арматурного стержня химически чистая медь может быть использована в качестве смазочного средства, облегчающего волочение и профилирование заготовки.
Основной и наиболее важной стадией предложенного способа производства железобетонных конструкций с повышенной усталостной прочностью является нанесение химически чистой меди бестоковым осаждением из раствора медьсодержащей соли. Для этой цели стальной арматурный стержень или его часть, расположенную в непосредственной близости от места ожидаемого снижения усталостной прочности железобетонного элемента, погружают в водный раствор или раствор органического растворителя медьсодержащей соли. Процесс бестокового осаждения меди из раствора протекает гораздо быстрее гальванического осаждения и обеспечивает получение покрытия на профилированной поверхности стержня. Для ускорения процесса осаждения меди в зависимости от использованной медьсодержащей соли подбирается требуемый температурный режим и катализаторы, обеспечивающие химическое восстановление солей меди до нуль-валентного металла. Одновременно, нанесенная на поверхность холоднодеформированной заготовки арматурного стержня химически чистая медь может быть использована в качестве смазочного средства, облегчающего волочение и профилирование заготовки, в такой ситуации мягкая медь используется как технологическая смазка - подсмазывающий слой для удержания на поверхности стальной заготовки мыльных и графитовых волочильных смазок.
Далее с использованием известных и отработанных технологических операций изготовляются железобетонные конструкции требуемой формы и размеров, которые будут содержать химически чистую медь, введенную в зону силового контакта арматурного стержня с бетоном, что в ходе эксплуатации строительной конструкции обеспечит щадящий характер силового взаимодействия поверхностно закаленной стали арматурного стержня и бетона. Такое силовое взаимодействие обеспечивается за счет раздела зоны, в которой проходят периодические воздействия острых кромок поверхностно закаленной арматурной стали по хрупкому бетону на две зоны: сталь арматурного стержня при служебных циклических нагрузках на строительную конструкцию механически взаимодействует с тонким слоем меди на стержня; в свою очередь, мягкая и пластичная медь механически взаимодействует с окружающим бетоном. В данном случае медное покрытие выступает в роли постоянно присутствующей в зоне силового контакта стали и бетона межфазной межслойной смазки, необходимой при микросмещениях вершин стального арматурного стержня в окружающем бетоне.
Таким образом, предложен способ производства железобетонных конструкций с повышенной усталостной прочностью, исключающий зарождение усталостных трещин при циклических нагрузках.