Влияние армирования на стойкость железобетонных элементов при ЦЗО

Влияние продольного армирования на морозостойкость центрифугированного железобетонного элемента кольцевого сечения

Переход к четвертому, наиболее сложному уровню комплексности структуры согласно Ф.М. Иванову [51, 65, 66]- железобетонной конструкции - предполагает рассмотрение и учет новых сложных процессов, которые могут вызывать разрушающее действие.

Предметом изучения здесь являются влияние напряженного состояния бетона на его стойкость, взаимодействие бетона и арматуры, неоднородность температурных деформаций в бетоне и другие параметры [51, 65, 66].

Центрифугированные железобетонные образцы кольцевого сечения диаметром 500 мм и высотой h = 500 мм, армированные продольными стержнями 12012A-III, были подвергнуты испытанию на морозостойкость в термобаровлагокамере СТБВК-8000. После каждого цикла ультразвуковым импульсным методом оценивалось нарушение структуры бетона в фрагменте центрифугированной конструкции. Данные замеров остаточных деформаций в продольном направлении свидетельствовали как о морозной деструкции бетона, так и о перераспределении усилий между арматурой и бетоном.

Исчерпание морозостойкости определялось по потере прочности на осевое сжатие.

Изменение призменной (кольцевой) прочности в армированных элементах кольцевого сечения серии КЦ-2 в зависимости от количества циклов замораживания и оттаивания представлен в табл. 1.35 и на рис. 1.50 (в).

Таблица 1.35

Призменная прочность бетона железобетонных образцов при ЦЗО

Результаты испытаний на осевое сжатие свидетельствуют о положительном влиянии симметричного продольного армирования на морозостойкость центрифугированных железобетонных конструкций. При |Т_Л. = 1,3% для образцов серии КЦ-2 момент исчерпания морозостойкости наступил через 10-15 циклов замораживания и оттаивания по ускоренной методике, для бетонных образцов он соответствовал 5 циклам. Влажность армированных образцов после 96 ч насыщения в 5%-м растворе NaCl Ж =3,94% была равна влажности насыщения бетонных образцов КЦ-1 (W= 4,15%), что подтверждает хорошее уплотнение бетона при центробежном формовании и при наличии продольных арматурных стержней.

В табл. 1.36 и на рис. 1.50 (а, б) представлены данные по накоплению остаточных деформаций и изменению скорости продольных ультразвуковых волн в ходе циклического замораживания и оттаивания в центрифугированных образцах серий КЦ-1 (бетонные) и КЦ-2 (железобетонные, армированные симметричной продольной арматурой 12012A-III).

Анализ данных табл. 1.36 показывает, что симметричная продольная арматура сдерживает накопление продольных деформаций деструктивного расширения центрифугированного бетона при ЦЗО. Это приводит к возникновению в арматуре дополнительного напряжения растяжения, а в бетоне - напряжения сжатия.

Некоторое обжатие центрифугированного бетона, вызванное сдерживающим влиянием арматуры на развитие продольных остаточных деформаций бетона при ЦЗО, способствует повышению морозостойкости элемента. В пределах исчерпания морозостойкости после 10 циклов величина остаточных деформаций бетона образцов серии КЦ-2 составила 55,2-10 ⁵. Величина напряжения обжатия симметрично армированного центрифугированного бетона при ЦЗО составляет 1,5 МПа или около 0,04f_cm.

Таблица 1.36

Накопление остаточных деформаций и изменение скорости продольных ультразвуковых волн при циклическом замораживании и оттаивании бетонных (серия КЦ-1) и армированных симметричной продольной армату рой (серия КЦ-2) центрифугированных образцов кольцевого

сечения

Примечание. V,, - скорость ультразвука в бетоне после п циклов; V₍₎ - то же перед испытанием на ЦЗО после насыщения образца в течение 96 ч в 5%-м растворе NaCl.

Эти данные хорошо корреспондируются с представлениями для виб- рированного бетона в работах [15-20, 51,65,66,140]. В опытах А.А. Гончарова и Ф.М. Иванова [51] было выявлено увеличение морозостойкости бетона при нагружении в пределах 0,3 f._m и значительное ее снижение при нагружении более 0,7 f_cm.

Продольная арматура препятствовала деструктивному расширению центрифугированного бетона при ЦЗО и приводила к напряжениям обжатия 0,04-0,072f_cm в пределах исчерпания морозостойкости, а симметричное расположение арматуры по кольцевому сечению предполагало равномерность обжатия. Небольшое равномерное обжатие способствовало уплотнению структуры центрифугированного бетона, о чем свидетельствует незначительное увеличение его водонасыщения в процессе ЦЗО (табл. 1.35) (после 96 ч насыщения в 5%-м растворе NaCl (0 циклов) влажность бетона W3,94%, то после 10 циклов 4,09%).

Рис. 1.50. Накопление остаточных деформаций (а), изменение скорости ультразвука (б) и несущей способности (в) при ЦЗО:

1 - серия КЦ-1; 2 - серия КЦ-2; 3 - серия КЦ-3

Уплотнение структуры и невысокое водонасыщение предопределили замедление морозной деструкции армированных центрифугированных образцов и по данным продольного прозвучивания (табл. 1.36).

После 6 циклов замораживания и оттаивания скорость ультразвука в бетоне серии КЦ-1 уменьшилась на 17%, а КЦ-2 - только на 8%. Соответствующее снижение скорости после 10 циклов составило 47% и 12%.

В продольно армированных центрифугированных образцах деструктивные факторы в ходе испытаний превалировали над конструктивными, однако положительное влияние симметричного продольного армирования оказалось существенным. Только к 17 циклу после нарушения сцепления бетона и арматуры это влияние снизилось, значительно снизилась прочность армированного элемента.

Построены графики зависимости с-Е по результатам испытаний на осевое сжатие образцов серии КЦ-2 после ЦЗО по ускоренной методике. Деформации железобетонных образцов серии КЦ-2 при ЦЗО больше деформаций бетона контрольных образцов при одинаковой сжимающей нагрузке. При величине сжимающих напряжений 24,3 МПа (50% от разрушающих армированного фрагмента) через 5,10,15 ЦЗО продольные деформации возросли соответственно на 4,2%, 22,9%, 35,4% по отношению к деформациям контрольных образцов. При такой же относительной величине сжимающих напряжений в серии КЦ-1 после 5 ЦЗО продольные деформации увеличились на 37,5%, после 10 циклов - на 162,5% по отношению к деформациям контрольных бетонных образцов. Поперечные деформации образцов серии КЦ-2 при напряжениях сжатия 24,3 МПа после 5 циклов возросли на 18,2%, а после 10 циклов - на 36,4%, что свидетельствует о положительном влиянии продольного армирования.

Анализ результатов исследований позволяет сделать вывод, что симметричное продольное армирование центрифугированного элемента кольцевого сечения при |щ = 1,3%, создавая невысокий уровень обжатия бетона (0,04-0,072) /₍'._т и тем самым уплотняя его структуру, способствует повышению долговечности конструкции в условиях ЦЗО.

Влияние симметричного продольного армирования будет определяться толщиной защитного слоя бетона, процентом армирования и диаметром продольной арматуры.

Для предотвращения возникновения продольных трещин при ЦЗО целесообразным при одинаковом проценте армирования признано применение арматурных стержней меньшего диаметра [100].