ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВЫСОКОПРОЧНОГО КЕРАМЗИТОБЕТОНА

В настоящее время при расчете конструкций из высокопрочного керамзитобетона руководствуются указаниями СНиП II-B. 1.62. Однако в СНиП отсутствуют данные о керамзитобетонах марок выше 300. Свойства бетона, в частности модуль упругости, ставят­ся в зависимость от объемного веса керамзитового гравия и вида песка.

В то же время накопленный на сегодня опыт исследователь­ских и производственных организаций показывает, что некоторые требования СНиПа явно занижены.

Выпущенные в 1965 г. ведомственные нормы: ВСН-114-65 б. Гос­комитета по транспортному строительству и ВСН-28-65 Минавто — шосдора РСФСР — дают отличные от СНиП расчетные характе­ристики высокопрочного керамзитобетона и в некоторых вопросах противоречат друг другу. Ряд физико-механических свойств ка — рамзитобетонов вообще не регламентирован нормами.

В настоящем разделе дано обобщение основных физико-меха­нических свойств высокопрочных керамзитобетонов.

Структура высокопрочного керамзитобетона всегда должна быть плотной, т. е. объем растворной составляющей бетона должен быть не меньше объема межзерновых пустот в крупном заполни­теле. В некоторых случаях для улучшения удобообрабатываемо — сти и повышения морозостойкости в керамзитобетон можно вво­дить в небольших количествах воздухововлекающие добавки.

Отсасывание зернами керамзита воды из окружающего ра­створа (самовакуумирование) улучшает сцепление керамзита с раствором, препятствует образованию седиментационных пустот и способствует формированию вокруг зерен керамзита «обоймы» из упрочненного раствора. Надежное сцепление керамзита с раство­ром является важным фактором, обеспечивающим получение вы­сокопрочного керамзитобетона.

Объемный вес высокопрочного керамзитобетона в соответствии со СНиП I-B.3-62 не должен превышать 1800 кг/м3. Нормами ВСН 114-65 и ВСН 28-65 допускается применение высокопрочного ке­рамзитобетона объемным весом до 2000 кг/м3.

Расчетный объемный вес керамзитобетона можно вычислить по формуле

YO= (1 +0,01И7).(1,15Ц + П + К), (5)

Где уо — объемный вес керамзитобетона в кг/м3 при весовой

Влажности W в %; Ц, П, К — расход цемента, песка и керамзита в кг/м3.

Прочность при сжатии высокопрочного керамзитобетона опре­деляется в соответствии с ГОСТом 11050—64 на образцах-кубах размерами 15x15x15 см без каких-либо переводных коэффициен­тов. Если прочность определяется на образцах размерами 10ХЮХ ХІ0 см, то следует применять экспериментально найденный для каждого конкретного случая переводной коэффициент. При ори­ентировочных расчетах можно применять принятый в работах ВНИИЖелезобегона переводной коэффициент (0,95) для перехода от прочности кубов ЮхЮхЮ см к стандартным образцам. Од­нако во всех случаях марку подобранного состава нужно прове­рять на образцах размерами 15x15x15 см.

Как показывают проведенные эксперименты, для высокопроч­ного керамзитобетона коэффициент призменной прочности (отно­шение призменной прочности к кубиковой) на 5—15% выше, чем для тяжелого бетона. Обобщая данные многих исследователей по определению этого коэффициента, можно рекомендовать, с неко­торым запасом для всех марок высокопрочного керамзитобетона, коэффициент призменной прочности 0,8.

Прочность высокопрочного керамзитобетона при растяжении составляет в среднем 5—15% от прочности при сжатии. Вследст­вие сложности испытания бетона на чистое растяжение обычно применяют испытания на изгиб или раскалывание. При этом уста­новлено, что условия испытания — пролет и схема загружения балок, размер и форма раскалываемых образцов, тип устройства для раскалывания и т. п. — оказывают существенное влияние на получаемые результаты. Ниже, в табл. 16, приведены американ­ские данные о прочности легких бетонов при изгибе и раскалы­вании.

Предел прочности при изгибе высокопрочного керамзитобетона примерно на 10—30% меньше, чем равнопрочного тяжелого бе­тона [30].

Таблица 16

Прочность керамзитобетона на изгиб и на раскалывание

Марка керамзитобетона

Прочность на изгиб, КГ/см2

Прочность на раскачыва нне, кГ/см2

250

27—36

25—29

370

30—50

28—33

490

37—55

600

42—60

41—42

Исследования, проведенные в АИСМ Госстроя Армянской ССР [59], показали, что прочность при растяжении легких бетонов ма­рок 150—500 целесообразно принимать ниже прочности тяжелых бетонов (R"P = 12—20 кГ/см2 по сравнению с R"P = 13—£8 кГ/см2 Для тяжелых бетонов). Это объясняется особенностями влияния увлажнения на деформации пористого заполнителя.

Льюисом и Блэйки [46] было показано., что при хранении об­разцов в воздушно-сухих условиях прочность керамзитобетона при растяжении уменьшается (табл. 17).

Таблица 17

Предел прочности при растяжении образцов после 7-дневного твердения во влажных условиях н последующего 21-дневного выдерживания на воздухе

Сос­тава

Предел прочности при растяжении образцов после 7-днев­ного твердения во влажных условиях и последующего 21-дневного выдерживания на воздухе в % от прочности прн растяжении бетона влажного твердення в возрасте 28 дней

Примечание

Легкого

Тяжелого

I

76

73,4

Мало песка

2

84,6

82,0

С высокопрочным запол­

Нителем

3

82,8

75,5

В/Ц = 0,67

4

91,3

85,0

Избыток песка

5

73

60

6

85,2

87,2

В/Ц = 0,60

В среднем для высокопрочного керамзитобетона справедлива формула Фере

Яр -«У*?» , (6)

Где Rр и RCM—прочность бетона при растяжении и при сжатии, КГ/см2.

Прочность керамзитобетона при срезе исследовалась мало. Некоторые данные о соотношении прочностей керамзитобетона при сжатии, растяжении и срезе приведены в табл. 18

Многочисленные опыты показали, что сцепление высокопроч­ного керамзитобетона с арматурой не ниже или даже на 15— 20%, выше, чем сцепление тяжелого бетона. С проблемой сцеп­ления непосредственно связан вопрос о минимальной прочности керамзитобетона при передаче на него предварительного напря­жения.

Таблица 18

Прочность керамзитобетона прн срезе

Автор

Прочность прн сжатии, кГЦсм*

Прочность прн растяжении, КГ [см2

Прочность прн срезе, КГІсм*

Н.

А.

Попов

173

59

213

80

А.

И.

Ваганов

274

36

46

А.

А.

Евдокимов

141

15,5

25

С.

Э.

Пфлаумер…

161

18,1

33

А.

В.

Ашрабов

150

12

200

15

300

20

По стандарту ФРГ DIN 4227 для легкого бетона марок от 300 до 600 минимальная прочность при передаче предварительного напряжения должна составлять 80% от марочной.

Предложения М. 3. Симонова (АИСМ) [59] по нормированию кубиковой прочности легкого бетона при обжатии приведены в табл. 19.

Для определения модуля упругости высокопрочного керамзи­тобетона в настоящее время не существует общепринятой методи­ки. Наиболее целесообразны рекомендации НИИЖБа, согласно которым статический модуль упругости определяется на призмах размерами 15x15x60 см или 20X20X80 см с приложением на­грузки ступенями по 10% от предельной и с выдержкой на каж­дой ступени — 6 мин.

Имеется большое количество экспериментальных данных по определению модуля упругости высокопрочного керамзитобетона Ниже приведены только обобщающие эти данные формулы и ре­комендации (формулы 7—’10, табл. 20). Формулы Д. И. Агеева [1]: при нормальном твердении

Р _ 500000?

ЗОООООу

1.5+¥■

Где Е — секущий модуль упругости при нагрузке 40—50% от предельной, кГ/см[1]; Y — объемный вес керамзитобетона при естественной влаж­ности, т/м[2];

(8)

При пропаривании

R— прочность куба размерами 20X20X20 см. Формула А. А. Кудрявцева [39]:

(9)

К

25000

45] J, (R -20) 4,55 • 10-3R + 0,7

Где vo — объемный насыпной вес керамзита, кг/м3;

(10)

R — кубиковая прочность керамзитобетона, кГ/см2; К—1,0 для керамзитового песка; 1,3 для кварцевого песка. Формула Американского института бетона (АСІ 318-63)

Е = 4000 Y1-[3] } R,

Кубиковая проч­ность бетона при обжатии в кГ[смг. Не ниже

Проектная марка бетона, не ниже

Вил армирования

Где у — объемный вес легкого бетона, кг/м3; R — прочность легкого бетона в кГ/см2.

Т а б л и ц а 19

Проектные марки легкого бетона для предварительно напряженных железобетонных конструкций и временное сопротивление сжатию (кубиковая прочность при обжатии) в зависимости от вида армирования

Таблица 20

Начальные модули упругости высокопрочного керамзитобетона Е

Марка керамзито­бетона

Начальные модули упругости

Керамзитобетона, кГ/см1

По СНиП 11В.1—62 при по­ристом песке и керамзите объемным весом, ьг/м*

По ВСН 114-65 Госко­митета ПО транспортному строите гсьству СССР

№ ВСН 28— 65 Мииавтошослора РСФСР прн кварцевом песке и теп­ловой обработке в пропарочных камерах

700

300—700

150

130 000

100 000

180 000

140 000 (> = 1600 кг/м1)

200

150 000

115 000

210 000

175 000(7о= 1700 кг/м3)

250

165 000

125 000

230 000

195 000 (то = 1700 кг/м1)

300

180 000

135 000

245 000

220 000 (f0 = 1750—1800 кг/м*)

350

255 000

230 000 (-(о = 1800 кг/м1)

400

260 000

240 000 (f0 = 1800 кг/м1)

250 000 (-ft = 1850 кг/м1)

500

275000(7о= 1900 кг/м1)

285 000 (-{о = 1950 кг/м1)

Примечания: 1. По СНиП П-В.1-62 для значения Е допускается при­менять коэффициент 1,3, если мелким заполнителем служит кварцевый песок.

2. По ВСН 114-65 модули упругости при напряжениях с=0,5 Rnp и о=0,8 /? пр определяются по табличным значениям с коэффициентом соответственно 0,9 и 0,8.

3. По ВСН 114-65 модули полных деформаций определяются по табличным значениям, умноженным на коэффициент Kg равный:

При 0 = 0,2 Япр Ко = 0,95 при о = 0,5 Лпр Кс = 0,90 при а = 0,8 RПр Ко = 0,80.

4. По ВСН 28-65 при естественном твердении без пропаривания и хорошем уходе модуль упругости повышается на 10%.

При нормировании величины модуля упругости высокопрочного керамзитобетона более правильным, с точки зрения авторов, яв­ляется учет не объемного веса керамзита, а объемного веса ке­рамзитобетона.

При испытании конструкций без их разрушения часто ис­пользуется динамический модуль упругости. По данным Союздор — НИИ, МАДИ и ВНИИЖелезобетона, динамический модуль упру­гости высокопрочного керамзитобетона, полученный при испыта­ниях импульсным ультразвуковым методом, на 15—30% выше статического и на 20% выше динамического модуля упругости, определенного резонансным методом.

Модуль упругости высокопрочного керамзитобетона при растя­жении, в соответствии со СНиП II.-B.1-62, равен модулю упруго­сти при сжатии.

Коэффициент Пуассона для высокопрочного керамзитобетона при относительном напряжении о//? = 0,2—0,5 колеблется в пре­делах 0,1—0,3 [5, 22, 56, 64]. В среднем он составляет, независимо от марки бетона, 0,2 и превосходит на 25—30% аналогичный по­казатель тяжелого бетона. Это значение принято в нормах ВСН 114-65 и ВСН 28-65 [61, 62].

При напряжениях, превышающих границу микротрещинообра- зования, коэффициент Пуассона начинает возрастать. Для высоко­прочного керамзитобетона устойчивость к микротрещинообразова — нию примерно на 10—12% выше, чем для обычного тяжелого бе­тона и граница микротрещинообразования соответствует в среднем относительному напряжению A/R=0,5.

При оценке трещиностойкости конструкций важными характе­ристиками являются величины предельной сжимаемости и растя­жимости. Поскольку экспериментальное определение фактических шачений предельной деформативности связано с большими труд­ностями, в большинстве исследований получены значения при от­носительном напряжении в пределах A/R = 0,8—0,9. Предельная сжимаемость высокопрочного керамзитобетона колеблется в пре­делах 1—3 мм/м и в среднем в 2 раза превышает сжимаемость равнопрочного тяжелого бетона.

Предельная растяжимость высокопрочного керамзитобетона также примерно в 2 раза превосходит растяжимость тяжелого бетона и колеблется в основном в пределах 0,2—0,6 мм/м ВСН 114-65 нормируют предельную растяжимость при изгибе всех ма­рок керамзитобетона — 0,3 мм/м. По ВСН 28-65 предельная растяжимость при изгибе для керамзитобетона марок 150—200 также равна 0,3 мм/м, а для керамзитобетона марок 300—500 — 0,25 лЦм/м.

Для определения усадки и ползучести керамзитобетона проде­лано много исследований, однако полученные результаты весьма противоречивы. В среднем все же можно считать, что усадка и ползучесть высокопрочного керамзитобетона на 20—40% превосхо­дят соответствующие показатели равнопрочного тяжелого бетона. М 3. Симонов [59] предлагает значения потерь предварительного напряжения арматуры при расчетах предварительно напряженных конструкций принимать по СНиП II-B. 1-62 с коэффициентами, предложенными НИИЖБом: коэффициент для потерь от усадки— 1,65 и от ползучести — 0,8 для бетонов на кварцевом песке и со­ответственно 2,0 и 0,9 для бетонов на пористых песках. По ВСН 114-65 и ВСН28-65 деформации от усадки высокопрочного керамзи­тобетона увеличиваются по сравнению с тяжелым бетоном на 25% (при ц<0,5%) и на 15% (при ц>0,5%), причем пропаривание не увеличивает усадку керамзитобетона. В отношении потерь на­пряжения в арматуре от ползучести керамзитобетона эти два нормативных документа дают разные рекомендации. В соответст­вии с ВСН 114-65 керамзитобетон по ползучести приравнивается к тяжелому бетону. По ВСН 28-65 ползучесть керамзитобетона принимается на 15% больше для марок 150—200 и на 10% больше для марок 300—500, чем для тяжелого бетона.

Н. П. Цветковым (Горьковский институт инженеров водного транспорта) были проведены исследования коррозионной стойко­сти арматуры в легких судостроительных бетонах. Опыты, прове­денные на специальных образцах с защитным слоем 0,5, 1 и 5 см, Погруженных в воду на половину высоты, показали, что через 6 месяцев состояние арматуры в легких и тяжелых бетонах было одинаковым: ржавления арматуры не наблюдалось, но было отме­чено появление небольшого налета в равной мере для всех видов бетонов. Кроме того, было установлено, что при этих условиях на коррозионную стойкость арматуры в легких бетонах пропари — вание и величина защитного слоя не влияют

Как известно, морозостойкость керамзитового гравия состав­ляет всего несколько циклов. В то же время морозостойкость ке­рамзитобетона может достигать 600 и более циклов [55].

Это можно объяснить следующими причинами. Керамзитобетон обладает повышенным термическим сопротивлением и поэтому дольше промораживается. В более прочном цементном камне и в керамзите имеются мелкие замкнутые поры, снижающие темпера­туру льдообразования внутри керамзитобетона. Повышенная рас­тяжимость керамзитобетона увеличивает его стойкость к терми­ческим и другим напряжениям. Перечисленные факторы, а также хорошее сцепление зерен керамзита с окружающим цементно-пес — чаным раствором обеспечивают повышенную морозостойкость вы­сокопрочного керамзитобетона.

При испытании керамзитобетона по стандартной методике, ре­комендуемой ГОСТом 4795—59, образцы внутри не проморажи­ваются. Поэтому для высокопрочного керамзитобетона следует применять более длительное промораживание — не менее 8 час При температуре —15°С.

Применение для изготовления высокопрочного керамзитобетона увлажненного керамзита снижает его морозостойкость. Чтобы по­высить морозостойкость, целесообразно вводить воздухововлекаю — щие добавки или добавки кремннйорганических соединений В табл. 21 показано влияние добавок ГКЖ-94 и ГКЖ-Ю на моро-

Таблица 21

Влияние добавок ГКЖ-94 и ГКЖ-Ю на морозостойкость пропаренного керамзитобетона марки 400 (подвижность смеси 5—6 см)

В/Ц

ВнД и дозировка іобавкн в % от веса цемента

Коэффициент морозостойкости при ЧНС1Є циклов испытаний в соответствии с ГОСТом 4800-59

450

150

300

0,45 0,44 0,4

0,54 0,95 1,0

0,73 0,55

0,72

Без добавки ГКЖ-94 0,05% ГКЖ-Ю 0,1%

Зостойкость высокопрочного керамзитобетона следующего состава: цемент Себряковского завода 520 кг/м3, керамзит Керченского завода фракции 5—20 мм — 750 л/м3, кварцевый песок — 420 л/м3. Рекомендации по дозировке добавок ГКЖ приведены в табл. 22. [25].

Таблица 22

Ориентировочный расход кремнийорганических добавок в керамзитобетоне в зависимости от расхода цемента

Добавки

Расход добавки (в пересчете на 100%-ную концентрацию) в % от веса цемента прн расхо іе его в кг/м*

150- 200

201—300

Более 300

ГКЖ —94 ГКЖ—10 ГКЖ-11

0,2—0,15 0,3—0,2 0,3—0,2

0,15—0,09 0,2—0,12 0,2—0,12

0,09—0,05 0,12—0,05 0,12—0,05

Опыт, накопленный исследовательскими, проектными и произ­водственными организациями в СССР и за рубежом, показывает, что высокопрочный керамзитобетон является технологичным ма­териалом, обладающим достаточно хорошими физико-механиче­скими свойствами, позволяющими эффективно использовать его при изготовлении конструкций и строительстве самых разнообраз­ных ответственных сооружоний.

В США, по данным Института вспученных сланцев и глин, стоимость 1 м3 высокопрочного керамзитобетона на 30—40% пре вышает стоимость тяжелого бетона той же марки, что объясняет­ся более высокой стоимостью керамзита по сравнению с обычны ми плотными заполнителями (например, для Нью-Йорка в 2 раза). Кроме того, применение керамзита требует некоторого перерасхо­да цемента.

Несмотря на это, применение высокопрочного керамзитобетона, в особенности для большепролетных изгибаемых конструкций и при строительстве зданий высотой более 10 этажей, снижает стоимость конструкций на 10—15%, что происходит благодаря меньшему объемному весу керамзитобетона, позволяющему умень­шить толщину перекрытий, сечение колонн, вес фундаментов и со­кратить в ряде случаев расход арматуры. Например, использова­ние керамзитобетона на строительстве 12-этажного жилого дома [30] дало экономию средств на 13% по сравнению с вариантом из тяжелого бетона.

При строительстве гостиннцы «Стэтлер» в Лос-Анжелосе ши­рокое применение высокопрочного керамзитобетона снизило стои­мость конструкций на 15%. Замена плоских перекрытий из тяже­лого бетона одного из многоэтажных зданий керамзитобетоннымп позволило снизить прочность бетона с 280 до 210 кГ>’см2 и сокра­тить расход стали на 23%. Стоимость конструкции при этом уменьшилась более чем на 20%.

В СССР в настоящее время стоимость керамзита находится на уровне стоимости местных тяжелых заполнителей и значитель­но ниже стоимости привозных. В районах, где применяется дорого­стоящий привозной щебень, переход от тяжелого бетона к высоко­прочному керамзитобетону существенно снижает стоимость 1 мъ Бетона. Применение высокопрочного керамзитобетона в районах с налаженным производством керамзита может дать 10—20% экономии.

(по ГОСТ 7348—55) с анкерами Высокопрочная арматурная проволока периоди­

Ческого профиля (по ГОСТу 8480—57) с анке­рами

[3] мм — . . . ………………………

Го же, диаметром 6 мм и более Арматура, свитая из двух гладких высокопроч­ных проволок диаметром до 3 мм без анкеров Арматурные пряди без анкеров, диаметром пря­дей до 15 мм

Стержневая арматура периодического профиля без анкеров диаметром до 20 мм с норматив­ным сопротивлением до 5500 кГ/см2 (класс А-Шв), натягиваемая до напряжения не более 5000 кГ/см2

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *