Свойства материалов, используемых при исследовании работы усиленных железобетонных конструкций

Свойства материалов, используемых при исследовании работы усиленных железобетонных конструкций

Д.Р. Маилян, П.П. Польской, С.В. Георгиев

Прочность, деформативность и трещиностойкость изгибаемых железобетонных элементов, усиленных тремя видами композитных материалов, исследовались на опытных образцах прямоугольного профиля. Балки загружались двумя силами с расчетным пролетом 1,8м.

Для проведения экспериментов были приняты: тяжелый бетон проектного класса В35, который все чаще используется в настоящее время в массовом строительстве; стальная арматура периодического профиля классов А500 и А600, которые с 1.01.2013 рекомендованы [3] к преимущественному применению для обычных железобетонных конструкций; три вида композитных материалов, а именно стеклоткань прямоугольного плетения, углеткань с однонаправленными волокнами холодного отверждения и ламинаты на основе однонаправленных углеродных волокон горячего отверждения (рис.1). Оба вида композитных материалов на основе углеродных волокон и все расходные материалы, необходимые при усилении изгибаемых железобетонных элементов,- грунтовка, шпатлевка и клеящие составы, были предоставлены Московским отделением MBRACE ООО «БАСФ строительные системы».

Для тяжелого бетона с проектным по прочности классом В35 использовался щебень крупностью 5-25 мм из плотного известняка, закупленного на рынке строительных материалов. Щебень марки 800 имеет плотную микрокристаллическую структуру, темно-серый цвет и неровный раковистый излом. В качестве мелкого заполнителя использовался кварцевый речной песок с насыпной плотностью 1650 кг/м3 и модулем крупности 1,25.

Состав тяжелого бетона подбирался расчетно-экспериментальным методом. Подвижность бетонной смеси составляла 1 -2см осадки стандартного конуса. При подборе составов использовался тот же портландцемент Новороссийского завода "Пролетарий" активностью 500, что и при изготовлении опытных образцов. При подборе состава использовались три серии образцов (по пять в каждой), которые

Рис. 1. - Общий вид композитных материалов до изготовления холстов: а) - стеклоткань; б) - углеткань; в) - углеламинат

до момента испытания в возрасте 28 суток [4;8] хранились в полуподвальном помещении лаборатории во влажных опилках при температуре 16-20 о С.

Состав тяжелого бетона естественного твердения на не фракционированных заполнителях на 1м3 приведен в табл. 1.

Таблица № 1

Состав тяжелого бетона класса В35 естественного твердения при Rц=500 и S1=1-2 см

Расход материалов на 1м3 бетона, кг Плотность сухого бетона, кг/м3

Ц П Щ В

450 460 1270 180 2355

В пересчёте на изготовление двух опытных образцов сечением 220*25*12,5 см и 5 кубиков стандартных размеров с общим объемом 0,185м3. расход материалов составлял: цемент - 83 кг; кварцевый песок - 84,9 кг; щебень крупностью (5-25) -234,4 кг; вода - 33,2 л.

В качестве продольной рабочей арматуры в опытных балках применялась рифленая горячекатаная сталь классов А500 и А600 диаметром 10 и 14 мм соответственно. Монтажная и поперечная арматура была выполнена из стали класса В500 диаметром 6 мм. Перед изготовлением каркасов для опытных образцов, арматура была испытана на разрыв согласно ГОСТ [5] на машине типа (ИР-200) Все характеристики стали, приведенные в табл. 2., были определены как среднее арифметическое значение результатов испытаний пяти образцов по каждому классу стали.

Таблица № 2

Механические свойства сталей

Класс арматуры d , мм G у, МПа Gu, МПа

В500 6 497,8 608,6

А500 10 525,7 600,4

А600 14 575,2 649,9

Примечание: Пределы текучести и временное сопротивление стали в МПа изменялись в следующих интервалах: 06 В500 - (594,5- 615,7); 010 А500 - (596,2603,8 ); 014 А600 - (638,2- 662).

Для усиления растянутой зоны балок внешним армированием нами были выбраны три вида композитных материалов со следующими характеристиками: стеклоткань EWR400, изготовленная в Китае; углеткань с однонаправленными волокнами холодного отверждения (MBRACE CF 230/4900.450g/5.50 m), и ламинаты (полосы) из однонаправленных углеродных волокон (MBRACE FIB LAM CF 210/2800. 50^1,4.100 m.), изготовленные в Германии.

Для уточнения прочностных показателей композитных материалов (рис.2) в составе холстов и сопоставления их с техническими характеристиками завода изготовителя (согласно рекомендаций [7;9;10]) были изготовлены и испытаны по ГОСТ 25.601-80 [6] шесть серий образцов, изготовленных в виде холстов из стекло, углепластика и ламината. Каждый холст был склеен из двух, трех, четырёх и шести слоев ткани, которые были пропитаны тем же клеевым составом, что и при усилении балок. Каждый вид холста был представлен тремя опытными образцами - восьмерками (рис.2.), изготовленными при помощи шаблона с размерами: длина-

з

:

Рис.2. - Общий вид опытных образцов - восьмёрок из угле- и стеклоткани 250мм, ширина по торцам в местах их захватов - 30мм и ширина в месте разрыва-15мм. Толщина холстов определялась как сумма толщин тканевых полотен, а толщина полотна - взвешиванием. Испытание образцов проводилось на разрывной машине марки ИР-200 Результаты испытания представлены в табл.3.

Таблица № 3

Результаты испытания опытных образцов - восьмерок на растяжение

Вид материала Количество полотен в холсте № Опытног о образца Сечение образца, мм Площадь сечения Ає , 2 мм Разрушаю шие нагрузки, кН Временное сопротивление, МПа

Тощина , 1 Средная ширина і среднее значение,

стеклоткань 3 1 0,462 23,97 11,07 8,2 740,7 732,6

2 22,93 10,59 8,0 755,4

3 24,67 11,40 8,0 701,8

6 1 0,924 24,97 23,07 14,8 641,5 679,5

2 25,47 23,53 16,4 697,0

3 24,43 22,57 15,8 700,0

углеткань 2 1 0,332 23,93 7,945 24,5 3083,7 3132,4

2 24,47 8,124 24,6 3028,1

3 23,47 7,792 25,5 3285,4

3 1 0,498 25,7 12,8 38,4 3000,0 2887,9

2 24,33 12,12 34,0 2805,3

3 23,53 11,72 33,5 2858,4

4 1 0,664 24,67 16,38 48,0 2930,4 2969,3

2 23,53 15,63 46,4 2968,6

3 23,83 15,82 47,6 3008,8

углеткань 6 1 0,996 23,57 23,47 55,2 2351,9 -

2 22,5 22,41 51,8 2311,5

3 23,5 23,41 64,4 2751,0

Примечания: 1) среднее значения ширины образцов определенно по результатам замеров в трех сечениях. 2)для холстов из 6 полотен углеткани в столбце 7 указана нагрузка, соответствующая разрушению оголовка образцов из-за нарушения адгезии между новыми и дополнительными (поперечными) слоями усиления.

Литература

1. П.П. Польской, Д.Р. Маилян «Композитные материалы - как основа эффективности в строительстве и реконструкции зданий и сооружений» : Эл. журнал «Инженерный вестник дона», № 4,Ростов-на-дону,2012.

2. Хишмах Мерват, Польской П.П., Михуб Ахмад К вопросу о деформативности балок из тяжелого бетона, армированных стеклопластиковой и комбинированной арматурой //Эл.журнал «Инженерный вестник Дона». 2012. №4.С.163-166.

3. СП63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003.М.:ФАУ«ФЦС»,2012.С.155.

4. ГОСТ 10180-90 Бетоны . Методы определения прочности по контрольным образцам.'-Введ.1991-01-01.-М.:Изд-во стандартов,1990. с.36

5. ГОСТ 12004-81: Сталь арматурная. Методы испытания на растяжение. -Введ.01.07.1983.-М.:Изд-во стандартов,1981.

6. ГОСТ 25.601-80 «Методы механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей (композитов) Метод испытания плоских образцов на растяжение при нормальной, повышенной и пониженной температурах».

7. Руководство по усилению железобетонных конструкций композитными материалами. Под руководством д.т.н., проф. В.А. Клевцова. - М.: НИИЖБ, 2006 - 48с.

8. ГОСТ 8829-94 Изделия строительные железобетонные и бетонные заводского изготовления. Методы испытаний загружением. Правила оценки прочности, жесткости и трещиностойкости. - Взамен ГОСТ 8829-85;введ. 01.01.1998. -М.: Госстрой России ГУП ЦПП, 1997 - 33с.

9. Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures. ACI 440.2R-02. American Concrete Institute.

10. Guide for the design and construction of externally bonded FRP systems for strengthening concrete tructures. ACI 440.2R-08. American Concrete Institute.

11. Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings, 2004.