ПОЛУФАБРИКАТ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НАГРУЖЕННОЙ АРМОБЕТОННОЙ БАЛКИ
SEMI-FINISHED PRODUCT FOR MANUFACTURING LOADED REINFORCED CONCRETE BEAM

Изобретение относится к области строительства, в частности для изготовления несущих конструкций промышленных и гражданских объектов, строительным элементам, в том числе изгибаемым конструкциям (ригелям) типа фермы, балки, консоли и др. Полуфабрикат представляет собой конструкцию из стержневой преднапряженной композитной арматуры в высокопрочной бетонной оболочке.
Известны железобетонные ригели, в которых для восприятия растягивающих усилий вводят продольную стержневую арматуру [Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции: Общий курс: Учеб. для вузов. - 5-е изд. перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1991. - 125-134 с.].
Однако упомянутые выше конструкции, армированные металлической арматурой, подвержены коррозии, обладают высокой теплопроводностью и электропроводностью.
С целью исключения коррозии и уменьшения теплопроводности некоторые зарубежные фирмы (например, SCHOECK, см. патент ЕР 1860246, Е04В 1/00, опубл. 12.11.2007) в качестве металлической арматуры используют нержавеющую сталь. Однако это существенно удорожает конструкцию, а теплопроводность снижается недостаточно (теплопроводность арматуры из нержавеющей стали в 4 раза ниже, чем у обыкновенной стали, но в 100 раз выше, чем у арматуры из композитного материала).
Известна составная композито-бетонная балка (патент РФ №2490404, Е04С 3/29, опубл. 20.08.2013) - прототип. Балка имеет легкий вес и не подвержена коррозии.
Композитная арматура, используемая в данной балке, имеет определенные преимущества перед металлической арматурой:
- не корродирует;
- не проводит тепло;
- не проводит ток;
- в 4 раза легче металлической арматуры.
Эти качества композитной арматуры особенно актуальны в областях, где требуется перечисленные свойства: в ограждающих конструкциях зданий и сооружений, траверсы высоковольтных линий и пр.
Однако композитная арматура обладает низким модулем упругости, поэтому балка не имеет необходимой жесткости на изгиб и не может служить силовым элементом в нагруженных конструкциях, например в качестве консоли балконов многоэтажных зданий.
Техническим результатом является создание полуфабриката для нагруженной армобетонной балки с высокой жесткостью на изгиб и увеличенной несущей способностью за счет использования преднапряженной композитной арматуры.
Технический результат достигается тем, что полуфабрикат для изготовления нагруженной армобетонной балки содержит преднапряженную композитную арматуру в оболочке из бетона, при этом площадь сечения бетона в зоне расположения арматурных стержней и площадь сечения арматурных стержней связаны следующим соотношением:
в качестве бетона использован тяжелый бетон или керамзитобетон. Сечение полуфабриката может быть овальным, прямоугольным или Т-образным. В последнем случае на ножке Т-образного сечения имеется отверстие. Поверхность полуфабриката может быть выполнена ребристой, причем ребрение может быть продольным, наклонным или поперечным.
Сущность технического решения поясняется чертежами.
Фиг. 1 - полуфабрикат для армобетонной балки.
Фиг. 2 - полуфабрикат для армобетонной балки овального сечения.
Фиг. 3 - полуфабрикат для армобетонной балки Т-образного сечения.
Фиг. 4 - полуфабрикат для армобетонной балки, вмонтированный в опору в качестве траверсы.
Фиг. 5 - монтаж полуфабриката по Фиг. 2 в балконную консоль.
Сложность использования композитной арматуры в качестве нагруженного элемента состоит в ее низком модуле упругости на растяжение по сравнению со стальной арматурой: меньше примерно в 4 раза. Чтобы добиться того же значения прогиба, как в случае со стальной арматурой, площадь сечения композитной арматуры должна быть в 4 раза больше. Однако достичь необходимого значения прогиба можно также за счет преднапряжения композитной арматуры, даже уменьшив площадь ее сечения. При строительстве зданий (например, монолитных) изготовление элементов конструкции производится непосредственно на строительной площадке путем заливки металлической арматуры бетоном.
Однако процесс преднапряжения арматуры, в том числе композитной, осуществляется только в заводских условиях с получением полуфабриката, который, согласно настоящему изобретению, используется в качестве арматуры для получения нагруженной бетонной балки (например, балконной консоли) путем заливки бетоном на строительной площадке.
Полуфабрикат нагруженной бетонной балки изготовлен из твердеющей смеси цемента и наполнителя (природного, например гранитного щебня, и искусственного, например керамзита) и армирован преднапряженными стержнями из композитного материала (стеклопластика, базальтопластика, арамидопластика, углепластика).
На Фиг. 1 изображен полуфабрикат для армобетонной балки, армированный преднапряженными стержнями 1 из композитного материала (например, стеклопластика, базальтопластика, арамидопластика, углепластика). Может быть использован как тяжелый бетон с природными наполнителями (щебнем), так и легкие бетоны с искусственными наполнителями (например, керамзитом). Тот и другой бетон обозначен на фигурах цифрой 2. Этот полуфабрикат может быть использован для изготовления ригелей.
Для получения качественного изделия необходимо использование высоких марок бетона. Марка бетона определяется качеством цементной смеси. Полуфабрикат имеет ребристую поверхность (ребра обозначены цифрой 3), причем ребра могут быть наклонные, поперечные или продольные. Такая поверхность обеспечивает лучшую адгезию к строительному бетону.
Полуфабрикат на Фиг. 1 может использоваться взамен металлической арматуры для изготовления бетонных конструкций, которые эксплуатируются в условиях коррозионной среды, служить арматурой при устройстве перекрытий, подземных автопарковок, гаражей, портовых сооружений, складов химических веществ и пр.
На Фиг. 2 изображен полуфабрикат для армобетонной балки овального сечения, армированный преднапряженными стержнями 1 из композитного материала, расположенными в два ряда. В нижнем ряду полуфабриката расположены стержни меньшего диаметра, чем в верхнем ряду (например, соответственно диаметром 10-14 мм и 28-35 мм). В качестве бетона использован керамзитобетон 2. Ребра 3 выполнены продольными. Данный полуфабрикат может быть использован при изготовлении балконной консоли для домов с пустотными плитами перекрытия. Размер овала соответствует размеру отверстия в пустотной плите перекрытия, что позволяет защемлять конец полуфабриката в отверстии пустотной плиты перекрытия.
На Фиг. 3 изображен полуфабрикат для армобетонной балки Т-образного сечения из легкого керамзитобетона 2, армированный преднапряженными стержнями 1 из композитного материала. В нижней части полуфабриката расположены отверстия 4 для размещения поперечной арматуры (не показана). Данный полуфабрикат предназначен служить балконной консолью в монолитных зданиях.
На Фиг. 2 и 3 изображены полуфабрикаты для балконных консолей. Применение этих изделий позволяет решить проблему теплозащиты балконных консолей, снизить теплопотери. Данное решение гораздо энергоэффективнее технического решения с применением металла (нержавеющей стали) в качестве арматуры.
На Фиг. 4 изображен полуфабрикат для армобетонной балки, вмонтированный в опору 5 в качестве траверсы. Полуфабрикат залит бетоном в теле опоры (например, ЛЭП).
На Фиг. 5 изображен монтаж полуфабриката по Фиг. 2 в балконную консоль. Полуфабрикат расположен в стене дома, перпендикулярно к ней, при этом один его конец защемлен в отверстии пустотной плиты 6 перекрытия, а другой его конец представляет собой консоль, выступающую из стены дома через слой теплоизоляции 7, на которой сформирована балконная плита 8.
Площадь сечения бетона в зоне расположения арматурных стержней и площадь сечения арматурных стержней в приведенных выше примерах выполнения полуфабриката связаны следующим соотношением:
где М - марка бетона (МПа);
б
2
S - площадь сечения бетона (см);
В - усилие натяжения арматуры (МПа);
a
2
S - сечение арматуры (см).
Это соотношение определяется тем, что при меньшем значении возможно самораздавливание бетонной конструкции в условиях снятия напряжения с арматурных стержней в процессе формования. При увеличении этого значения происходит увеличение веса полуфабриката, что влечет за собой необходимость использования грузоподъемных механизмов. Как следует из формулы, повышение марки бетонной смеси позволяет уменьшить площадь его сечения.
Полуфабрикат для армобетонной балки может быть изготовлен двумя способами.
Первый способ - формовкой. Берут форму, размещают в ней композитную арматуру, преднапрягают ее (например, с использованием анкеров по патенту РФ на полезную модель №109172, Е04С 5/12, опубл. 10.10.2011), заполняют форму бетоном и уплотняют его (например, вибратором).
Второй способ - безопалубочное формование. Технологический процесс начинается с очистки формовочной дорожки специализированной машиной и напыления на нее смазки в виде тонкой воздушной дисперсии.
После этого с помощью машины для раскладки стержней, намотанных на барабан, их разматывают и раскладывают на дорожке. После раскладки необходимой длины стержней производится их натяжение при помощи анкерного захвата.
В бункер-накопитель формующей машины при помощи емкости для подачи бетона подается готовая бетонная смесь. Включают тяговую лебедку и вибраторы. На протяжении непрерывного процесса формования дорожки в бункер-накопитель своевременно подается бетонная смесь.
Дорожку с лентой отформованного изделия при помощи тележки для раскладки защитного покрытия укрывают специальным укрывным материалом и оставляют на время процесса термообработки. После достижения бетоном изделия передаточной прочности снимается укрывной материал, далее производят разметку полуфабриката для армобетонной балки на отрезки проектной длины для последующего разрезания.
Разрезание полуфабриката выполняется специальной машиной для поперечной резки, оснащенной высокопрочным отрезным диском с алмазным напылением.
Проведенные испытания показали работоспособность конструкции и достижение заявленного технического результата: создан полуфабрикат для нагруженной армобетонной балки с высокой жесткостью на изгиб и увеличенной несущей способностью за счет использования преднапряженной композитной арматуры.