Свойства материалов, используемых при исследовании работы усиленных железобетонных конструкций

Аннотация

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

Дата поступления статьи: 09.06.2013

Приведены данные по испытанью стальных стержней классов А500 и А600, используемых в качестве обычной арматуры. Исследованы прочностные характеристики холстов из угле и стеклоткани при разном количестве слоёв материала. Выполнено сопоставление с данных приведенных в сертификатах качества.

Ключевые слова: стеклоткань , углеткань , ламинаты, холсты из угле и стеклопластика, предельная нагрузка, прочность.

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

а)

в)

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

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

Примечание: Пределы текучести и временное сопротивление стали в МПа изменялись в следующих интервалах: Ø6 В500 - (594,5- 615,7); Ø10 А500 - (596,2- 603,8 ); Ø14 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-

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

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.