Напрягающий бетон: Бетоны напрягающие — Справочник строительных материалов и терминов (Б)

Содержание

Бетоны напрягающие — Справочник строительных материалов и терминов (Б)

Бетоны напрягающие представляют собой специальные бетоны, изготовленные на основе напрягающего цемента и предназначенные для изготовления самонапряженных (предварительно напряженных) конструкций. При твердении такие бетоны расширяются.

Напрягающий портландцемент (НПЦ)

Данный вид цемента является продуктом совместного помола специальной сульфоалюминатной добавки расширяющей и портландцементного клинкера. Сульфоалюминатная добавка придает цементу специфичные уникальные свойства.

Обладая всеми положительными свойствами портландцемента, напрягающий портландцемент обеспечивает в растворах (бетонах) следующие качества:
— полная водонепроницаемость (W10…W20), дополнительная гидроизоляция при этом не требуется,
— нет усадки с ее отрицательными последствиями,
— повышенная морозостойкость,
— повышенная стойкость к агрессивным средам,
— при растяжении – высокая прочность.

Применение

Бетоны и иные растворы на основе НПЦ широко применяют:
В гражданском строительстве:
— малоэтажное индивидуальное строительство: дачи, дома, гаражи подземные, балконы, лоджии, сауны, бани, подвальные помещения и т.д.
— сооружения спортивные (беговые дорожки, полы, трибуны стадионов, хоккейные поля, плавательные бассейны, катки с льдом и искусственным),
— гидроизоляция бассейнов, санитарно-технических кабин, подвалов,
— омоноличивание и заделка металлических креплений перил.

В промышленном строительстве:
— монолитные и сборные емкости разного назначения (наземные, подземные, подводные, сооружения водонапорные и очистные, бассейны, отстойники, резервуары для воды, силосы для материалов сыпучих, станции насосные канализационные),
— коммуникационные и транспортные тоннели, а также тоннели метро, переходы, шахты,
— полы производственных и общественных зданий, гаражей,

— покрытия мостов, автодорог, аэродромов,
— фундаменты для турбоагрегатов, а также иного механического оборудования,
— промышленные безрулонные кровли,
— трубы безнапорные и низконапорные,
— хранилища радиоактивных и иных отходов,
— реконструкция, ремонт и усиление конструкций,
— покрытия гидроизоляционные бетонных поверхностей, водонепроницаемые, трещиностойкие швы и стыки всех видов.

Производство сухих строительных смесей (ремонтных, гидроизоляционных, фасадных, для стяжки пола и т.д.).

Справочник строительных материалов (Б)
Справочник строительных материалов и терминов

Как сделать напрягающий бетон? — Общий

Я знаю что гипс придает расширение при застывании, сколько его добавлять в обычный цемент?

 

Не создавайте себе проблем, гипс в бетоне — это коварная штука! При разумной концентрации он ускоряет схватывание бетонной смеси, при превышении — образуется эттрингит (цементная бацилла), он сильно увличивается в объеме в процессе твердения бетона и буквально разрывает его в труху, т. е. напрягает довольно нехило… 🙂

Если нет соответствующего, т.е. безусадочного или расширяющегося цемента, то Вам надо просто изготовить бетон с минимальной усадкой, этого будет вполне достаточно для Вашей цели. Степень усадки бетона зависит от количества цемента в смеси — чем его меньше, тем и усадка будет меньше. При этом нужен минимум воды — смесь должна быть жесткой, для этого в обязательном порядке в составе необходим какой-нибудь суперпластификатор (лучше гиперпластификатор, но дороже), и при заполнении формы понадобится виброукладка ( хоть перфоратором 🙂 )

Состав для примера: 1 кг. цемента марки 500, 2 кг песка МЫТОГО, БЕЗ ГЛИНЫ, 4-5 кг гранотсева или мелкого щебня, воды — 0,5 ЛИТРА(!!), пластификатор С-3 — 20 грамм (2%). Пластификатор разводите в воде, добавляете цемент, после тщательного перемешивания, курите минут 5, за это время цемент придет в нужную кондицию, потом добавляете и размешиваете песок, а затем щебень, пока смесь не приобретет вид слегка влажной кучки песка со щебнем. Запихайте все это в Вашу форму и долбите перфоратором, пока все это не потечет внутри…

В результате вы получите бетон марки примерно 200-250 и усадки у него не будет ВООБЩЕ!

 

Спасибо за внимание!

Цемент НЦ (напрягающий цемент для гидроизоляции)25кг

ГОСТ 31357-2007

Производитель: ООО «Фирма Русеан»

Характеристика

Результат

Расслаиваемость, %

4

Прочность на сжатие, МПа

22

Расход воды на 1 кг сухой смеси

0,11-0,13л

Водонепроницаемость

W10

Морозостойкость, циклов, не менее

F50

Температура использования

+10 до +25 ОС

Напрягающий цемент — лучший представитель расширяющих вяжущих. Цемент НЦ обеспечивает бетону в реальных условиях строительства высокий уровень технических характеристик, который не всегда достигается с помощью самых современных модификаторов.

ДОСТОИНСТВА:

  • водонепроницаемость;
  • низкая газопроницаемость;
  • повышенная стойкость к агрессивным воздействиям -высокая морозостойкость -отличное сцепление со старым бетоном -повышенная прочность на изгиб интенсивный рост прочности после 28 суток твердения

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЦЕМЕНТА НЦ РУСЕАН

 

  • -водонепроницаемые емкостные сооружения — бассейны, отстойники, резервуары
  • для воды, газа, нефтепродуктов;
  • -гидроизоляционные покрытия полов, мостов, кровель;
  • -транспортные, коммуникационные тоннели, в том числе метро;
  • -индивидуальное малоэтажное строительство — подземные гаражи, подвалы, бани,
  • лоджии и т.д.
  • -трещиностойкие водонепроницаемые швы, стыки всех видов;
  • -ремонт, реконструкция, усиление конструкций, восстановление водонепроницаемости.

УКАЗАНИЯ ПО ПРИМЕНЕНИЮ


Для устройства гидроизоляционных покрытий: поверхность, на которую наносят покрытие, должна быть прочной, без расслоений, без жирных пятен и загрязнений. Поверхность арматуры также не должна иметь следов смазки.
Перед нанесением покрытия поверхность необходимо увлажнить.
В зависимости от требований, предъявляемых к конструкции,
гидроизоляционное покрытие может выполняться из раствора или бетона.
Не допускается работать под напором воды!
Для получения водонепроницаемого цементно-песчаного раствора необходимо НЦ смешать с чистым песком в соотношении 1:2 и затворить необходимым количеством воды (40% от массы цемента). Раствор наносить торкетированием или пневмонабрызгом. Допускается наносить раствор вручную при обеспечении необходимого уплотнения смеси.
Бетон приготавливают по обычной технологии с использованием вместо портландцемента цемент НЦ. Расход НЦ составляет 450-500 кг на 1 м³ бетона. Необходимо тщательно перемешать бетонную смесь, а при укладке тщательно уплотнять.


На следующий день после изготовления, поверхность конструкции необходимо увлажнить. Поверхность конструкции поддерживать во влажном состоянии и оберегать от высыхания в течение 7 суток.
Не допускается смешивание цемента НЦ с другими видами цемента, так как он потеряет свои специальные свойства, Расход сухой смеси в расчете на 1 м² поверхности при толщине слоя 10 мм составляет 18 кг (расход цемента НЦ 20кг). Срок хранения — не более 6 месяцев в сухом помещении.

Самовывоз или доставка. Доставка по Москве, Московской области и ближайшим регионам.
Склад работает днем и ночью. 

Предварительно-напряженный бетон — Как сделать ремонт квартиры самостоятельно?

 Предварительно-напряженный бетон получается при совместном действии бетона и высокопрочной стали, которая предварительно напрягается. Применяемая для этого сталь называется преднапрягаемой сталью, а предназначенный для преднапряжения арматурный элемент называется напрягающим элементом.

Предварительное напряжение возникает, когда напрягаемые элементы натягиваются и в напряженном состоянии связываются с бетоном. При этом внутри конструкции получается сжатие, которое обеспечивает жатое состояние всего сечения конструкции. Конструкции предварительно напрягаются преимущественно в продольном направлении. В предварительно-напряженных бетонных конструкциях кроме напрягаемой арматуры требуется еще и арматура из обычной прутковой стали, которая называется ненапрягаемой или вспомогательной арматурой.

В преднапряженном бетоне согласно DIN 1045 различаются несколько видов. Различие заключается в степени преднапряжения, по времени напряжения и по виду связи между напрягающим элементом и бетоном. Различаемыми признаками являются величина напрягающего усилия и техника преднапряжения.

Принцип предварительно-напряженного бетона

Принцип предварительно-напряженного бетона основан на том, чтобы в бетоне под нагрузкой создать сжатие там, где под нагрузкой должно было бы возникнуть растяжение.

При этом прочности строительных материалов могут быть использованы полностью. Это позволяет применять меньшие сечения элементов и иметь меньшие нагрузки от собственного веса, чем при обычном железобетоне, в котором на основе связи между арматурой и бетоном в растянутой зоне сечения при увеличивающемся прогибе могут возникнуть трещины (рис. 1).


 

Рис. 94. Поведение железобетонных и пред-варительно-напряженных бетонных конструкций под нагрузкой

Под полезной нагрузкой все сечение будет работать на сжатие. Поэтому в растянутой зоне конструкции в бетоне не будет образовываться трещин. Путем установки напрягаемого элемента в сечении можно по-разному влиять на собственное напряженное состояние конструкции.

По виду установки напрягаемых элементов различают внецентренное и центральное предварительное напряжение. При внецентренном пред-напряжении в растянутой зоне конструкции, работающей, например, на изгиб, возникает такое большое предварительное напряжение, которое будет равно тому растягивающему напряжению, которое могло бы иметь место в будущем при действии полезной нагрузки (рис. 2). Таким образом, под действием этой полезной нагрузки не будет возникать растяжение, а произойдет снижение сжимающей нагрузки. При центральном преднапряжении напрягаемые элементы располагаются по оси центра тяжести сечения (рис. 3). При этом по всему сечению возникает равномерное усилие сжатия. Под действием полезной нагрузки в растянутой зоне балки сжимающее усилие снижается полностью или частично, а в сжатой зоне образуется дополнительное сжимающее усилие.

Рис. 2. Внецентренное предварительное напряжение

Рис. 3. Центральное преднапряжение

Внецентренное преднапряжение требует, в противоположность центральному, меньшее усилие напряжения и применяется, как правило, в изгибаемых элементах. Положение напряженных элементов должно соответствовать эпюре изгибающих моментов (рис. 4).

Рис. 4. Расположение напрягающего элемента в двухпролетной балке

Центральное преднапряжение ограничивается конструкциями, у которых моменты не имеют определенного направления, как, например, в железобетонных мачтах вследствие переменной по направлению нагрузки.

Виды предварительно напряженного бетона

По виду связи и по времени напряжения напрягающего элемента согласно DIN 1045 различают между преднапряжением с немедленной связью, преднапряжением с последующей связью, преднапряжением перед твердением бетона на натяжном стенде и преднапряжением после твердения бетона с последующей связью. (В российской практике различаются два вида предварительного напряжения, которые называются преднапряжением на бетон и преднапряжением на упоры).

Напряжение перед твердением бетона (напряжение на упоры).

Этот метод требует особых приспособлений, таких, как, например, натяжной стенд. Натяжным стендом называется установка, которая состоит из двух несдвигаемых упоров и напрягающего домкрата (рис. 5). Напрягаемые элементы или напрягаемая проволока вместе с ненапрягаемой арматурой устанавливаются в опалубку и напрягаются. Они располагаются, как правило, прямолинейно. После этого можно производить бетонирование, причем между бетоном и напрягаемым элементом возникает непосредственная связь. Бетон должен соответствовать классу прочности не менее С30/37. После твердения бетона и набора расчетной прочности анкеровка напрягаемых элементов освобождается, при этом напрягающее усилие передается бетону. Этот метод применяется на бетонных заводах для серийного производства балок. Он называется также напряжением на стенде с немедленной связью.

Рис. 5. Предварительное напряжение на стенде

Напряжение после твердения бетона с последующей связью (напряжение на бетон).

Этот метод применяется, как правило, для изготовления предварительно напряженных конструкций на строительной площадке. Напрягающие элементы прокладываются в специальных трубах, служащих каналами скольжения (рис. 6). После этого можно бетонировать, причем бетон должен соответствовать классу прочности не менее С25/30. Способ работы при установке напрягающих элементов зависит от условий на стройплощадке и от положения напрягающего элемента. Более короткие напрягающие элементы могут устанавливаться вместе с ненапрягаемой арматурой, а длинные напрягающие элементы устанавливаются после установки ненапрягаемой арматуры.

Рис. 6. Предварительное напряжение с последующей связью (на бетон)

Кроме того, имеется возможность напрягаемую арматуру заводить в забетонированные каналы после твердения бетона (рис. 7). При этом говорят о подключении напрягаемой арматуры. Когда бетон достигнет определенной прочности, напрягающие элементы с помощью гидравлических прессов натягиваются и затем закрепляются (табл. 1). После напряжения и закрепления на бетоне кожуховая труба канала запрессовывается раствором. При этом возникает связь между бетоном и напрягающим элементом. Для изображения напрягающих элементов в арматурных чертежах применяются символы согласно DIN 1356-10 (рис. 8).

Рис. 7. Предварительно изготовленные каналы — кожуховые трубы

Рис. 8. Изображение напрягающих элементов

Таблица 1. Минимальные прочности бетона fcmj [МН/м2] при предварительном напряжении
Класс прочности бетона С25/30 С30/37 С35/45 С40/45
Цилиндрическая прочность на сжатие при частичном преднапряжении 13 15 17 19
Цилиндрическая прочность на сжатие при окончательном преднапряжении 26 30 34

38

Строительные материалы

Использование свойств бетона и стали до допустимого предела напряжений требует применения высококачественных строительных материалов.

Для изготовления бетона могут применяться все нормальные цементы классов прочности 42,5 и 52,5, а также портланд- и доменный портландцемент класса прочности 32,5. Состав и гранулометрический состав заполнителя должны быть определены при испытаниях на соответствие. Зерна заполнителя и вода затворения должны быть свободны от вредных примесей. Значение w/z необходимо держать как можно ниже. Добавки к бетону могут применяться только тогда, когда они допущены к применению для преднапряженного бетона в испытательном сертификате.

При применении преднапряженного бетона особые требования предъявляются к твердению бетона. Ими являются высокая прочность на сжатие и малая склонность к усадкам и ползучести. Причиной усадки является высыхание молодого бетона. Величина усадки в значительной степени зависит от водосодержания бетона, от влажности воздуха и от размеров конструкции. Ползучесть бетона наступает под длительно действующей нагрузкой. Величина ползучести в особенности зависит от размеров конструкции, от степени твердения бетона и от нагрузки. Усадка и ползучесть являются причиной укорочения конструкции, которая должна учитываться при напряжении конструкции.

В качестве напрягаемой стали для напрягающих элементов (рис. 9) может применяться только сталь, для которой имеется допуск строительного надзора. Так как напрягающие элементы служат для создания предварительного напряжения в бетоне, то напрягаемые стали должны иметь особые свойства, как, например, очень высокую прочность на растяжение и хорошее сцепление с бетоном.

Рис. 9. Напрягающие элементы

Раствор для запрессовки служит при преднапряжении с последующей связью для обеспечения связи и в качестве коррозионной защиты.

Он запрессовывается в трубы каналов таким образом, чтобы пустоты между преднапрягаемой арматурой и между преднапрягаемой арматурой и стенкой канала были полностью заполнены. Это требует применения раствора, который обладает достаточной текучестью и не осаждается при запрессовывании. Затвердевший раствор должен иметь прочность не менее 30 МН/м2, а также быть плотным и, кроме того, морозостойким. В качестве раствора для запрессовки применяется водоцементная смесь со значением w/z ≤ 0,4, с допущенными для предварительно напряженного бетона добавками, например ЕН.

Напрягающий элемент

Стальные элементы, которые служат для создания предварительного напряжения в конструкции, называются напрягающими элементами. Напрягаемая сталь со связью, которая обеспечивается сразу, забетонируется без кожуховых каналов.

При предварительном напряжении с последующей связью напрягаемая сталь должна заводиться в кожуховые каналы. Различают напрягающие элементы из отдельных стержней и из пучков. Пучки могут приготавливаться из гладких или из ребристых проволок или из прядей. Напрягаемая сталь должна быть чистой и свободной от вредящей ржавчины и не должна быть мокрой. Поэтому изготовление готовых напрягающих элементов должно производиться в крытых цехах.

Кожуховые каналы изготавливаются из волнистой стальной жести. Из-за волнообразной формы поверхности обеспечивается хорошая жесткость трубы и хорошая связь с бетоном конструкции, а также возможность на стыках навинчивать соединительные муфты. Кожуховые трубы должны быть плотными, чтобы внутрь не могло попасть цементное молоко при бетонировании конструкции. Они не должны сгибаться или получать другие повреждения при заполнении опалубки бетоном. Для того чтобы при последующем запрессовывании канала раствором из него мог выходить воздух, в длинные напрягающие элементы должны встраиваться трубочки для воздухоотведения.

Заанкеривания служат как для закрепления напрягаемых проволок, так и для передачи напрягающих усилий на бетон конструкции. Различают напрягающие анкеры и прочные (глухие) анкеры. Тогда как глухие анкеры просто держат напрягаемую сталь на бетоне (рис. 11), напрягающие анкеры используют для напряжения и анкеровки напрягаемой арматуры. Напрягающие анкеры, называемые также напрягающими головками, состоят, как правило, из анкерной плиты и тела анкера (рис. 10). Анкерная плита закрывает со стороны бетона через переходный штуцер кожуховую трубу канала. Тело анкера устроено таким образом, что концы напрягаемой арматуры после натяжения могут удерживаться. В случае пучковых напрягающих элементов анкерная плита имеет приспособление для распирания напрягаемой стали. Часто применяемые приспособления для заанкеривания — это резьбовое заанкеривание, заанкеривание расклиниванием и петлевое заанкеривание. Заанкеривание при больших усилиях напряжения требует применение спиральнонавивной арматуры в районе передачи усилий. При этом усилия распределяются и повышается связь арматуры с бетоном.

Рис. 10. Напрягаемй анкер

Рис. 11. Прочный (глухой) анкер

Предварительное напряжение

Под предварительным напряжением понимают передачу напрягающего усилия и заанкеривание концов стержней через напрягающий анкер на затвердевшем бетоне. Предварительное напряжение в преднапряженном бетоне с последующей связью может происходить только тогда, когда бетон приобретет определенную прочность (см. табл. 1). Преднапряжение передается по определенной программе. О процессе преднапряжения составляется протокол предварительного напряжения.

Приспособления для преднапряжения Для натяжения напрягаемой арматуры применяются почти исключительно гидравлические напрягающие прессы (рис. 12). При натяжении напрягающее усилие и путь натяжения должны быть точно измеряемыми. В качестве плоскостисопротивления для прессов служат анкерные плиты напрягающих элементов. Усилие пресса должно быть согласовано с напрягающим усилием напрягающего элемента, видом передачи усилия на его поперечное сечение и видом его заанкеривания.

Рис. 12. Гидравлический пресс для натяжения арматуры

Процесс натяжения

Предварительное напряжение должно происходить таким образом, чтобы усилия сжатия по всему сечению бетона равномерно увеличивались. Поэтому напрягающие элементы напрягаются один за другим в последовательности, указанной в программе напряжения.

Преднапряжение производится ступенчато. Если достигнуто полное усилие преднапряжения, то концы стержней удерживаются на местах анкеровки, и после этого кожуховые трубы запрессовываются раствором.

Запрессовка должна происходить как можно быстрее по условиям защиты от коррозии. Необходимо следить за тем, чтобы температура в кожуховой трубе и в окружающем бетоне конструкции не была ниже +5 °С. Процесс запрессовки должен проводиться с одной стороны непрерывно и без перерывов. Перед запрессовкой канал напрягаемой арматуры промывается водой и продувается сжатым воздухом. С помощью запрессовывающего насоса раствор под небольшим давлением медленно и равномерно подается прямо из миксера или растворомешалки по насосному шлангу через запрессовочное отверстие в кожуховый канал. Запрессовочное отверстие, как правило, находится в анкерной плите напрягающего элемента. Через трубочки для удаления воздуха, которые в большинстве расположены в верхней части напрягающего элемента, можно наблюдать процесс запрессовки. Отверстия для удаления воздуха будут закрываться, когда раствор продвинулся достаточно далеко. Если раствор выходит из отверстий для удаления воздуха на противоположном конце напрягающего элемента при одинаково остающейся консистенции, то процесс запрессовки может быть окончен.

Преимущества предварительно-напряженного бетона

Предварительно-напряженный бетон представляет собой дальнейшее развитие железобетона. В железобетоне вследствие малой прочности бетона на растяжение могут быть только частично использованы свойства бетона и стали. В то же время в преднапряженном бетоне они используются полностью. Если сравнивать между собой железобетон и преднапряженный бетон, то преднапряженный бетон более предпочтителен для конструкций больших пролетов. Экономичность предварительно-напряженного бетона основана на более высокой несущей способности его при одновременной экономии материалов. Его преимущество в строительно-технической области — это малые деформации строительных конструкций, отсутствие трещин в бетонных поверхностях и связанная с этим защита от коррозии. Без предварительного напряжения нельзя изготовить экономичные стройные большепролетные конструкции и сооружения, например, в строительстве мостов (рис. 13) и в сборном строительстве.

Рис. 13. Пролетное строение и плита проезжей части

Бетон с необычными свойствами | Блог

Бетон является привычным и обыденным стройматериалом. Привычно смотрятся >новостройки Москвы от застройщика, возведенные из бетона по монолитной технологии. >Строительство малоэтажных домов тоже не может обойтись без этого материала. Даже дом, построенный из оцилиндрованного бруса, нуждается в крепком бетонном фундаменте. Тем не менее, бетон может вас удивить и необычными свойствами, и необычным применением.

Напрягающий бетон

Начнём с известного каждому строителю бетона напрягающего. Обычный бетон немного сжимается при высыхании. Это происходит по мере того, как испаряется заполняющая капилляры бетона влага. Напрягающий бетон за счёт специальных добавок предварительно слегка увеличивается в объемах, компенсируя дальнейшее сжатие. Это его свойство положено в основу создания предварительно напряженного железобетона. Имея меньшие прогибы и повышенную трещиностойкость по сравнению с обычным железобетоном, он позволяет перекрывать большие пролеты при равном сечении элементов. Это особенно важно при строительстве мостов.

Зелёный бетон

Сегодня, когда так популярны «зелёные» технологии, автомобили и материалы, вполне логично и появление зелёного бетона. И он действительно существует.

Область применения такого бетона – зеленая архитектура, для которой характерно озеленение вертикальных поверхностей. Стена из зелёного бетона похожа на лужайку.


Эти квартиры в Тушино расположены в доме, который можно назвать зелёным, благодаря энергосберегающему навесному фасаду

На самом деле этот бетон правильнее называть биологическим. Его главная особенность заключается в том, что являющийся традиционной основой бетона портландцемент заменили на фосфат магния. В результате бетон стал пригоден для жизни микроорганизмов и может выполнять роль почвы для растений. Речь идёт конечно же не о деревьях и газонной траве, а о мхах, лишайниках, вьюнках.

Зелёное живое покрытие ценно не только в качестве декоративного материала. Оно поглощает часть солнечной энергии и снижает концентрацию углекислого газа в воздухе.

Конечно, никто на станет делать здание полностью из биологического бетона. Это декоративный материал, который наносится на водонепроницаемую основу, защищающую основные стены здания, например, кирпичные.

Вполне возможно, предложение >купить 1 комнатную квартиру в доме с фасадом из зелёного бетона не вызовет ни у кого удивления через несколько лет.

Прозрачный бетон

Слово литракон скорее всего ни о чём вам не говорит. И неудивительно, это новый материал, о существовании которого знают в основном дизайнеры и некоторые строители. LiTraCon – это прозрачный бетон, впрочем, правильнее его называть светопропускающим. И дело тут не в необычном химическом составе.

Сквозь стену из литракона можно рассмотреть только контуры предметов. Блок из такого бетона пронизан множеством фиброоптических волокон, которые мы в быту называем оптоволокном.

Возможностей применить литракон очень много:

  • несущие и межкомнатные стены;
  • столешницы;
  • архитектурные формы.

Проблема с применением литракона всего одна – очень высокая стоимость. Но тут ничего не поделаешь – его цену определяет стоимость фиброоптического волокна.

Столешница из стекла и бетона

Если столешница из литракона кажется вам чересчур дорогой, обратите внимание на смесь бетона и обычного стекла. Впрочем, несмотря на меньшую в разы цену, эти столешницы тоже нельзя назвать дешевыми. Зато выглядят они очень эффектно. В какой-то степени, такие столешницы можно назвать зелёными – ведь большая часть используемого в них стекла получена из вторсырья – использованных пивных бутылок.


Собираетесь купить >купить квартиру в Одинцово – на просторной кухне вам понадобится современная столешница

Кусочки цветного стекла, залитые бетоном, образуют ровную, твёрдую и красивую поверхность, которая прослужит вам лет 50. В плане дизайна особых ограничений нет, цвет стёкол можно выбирать из очень широкой гаммы. Поцарапать такую столешницу довольно сложно. Что же касается ухода, главное правило – всегда держать такую столешницу в чистоте и раз в полгода обрабатывать воском. Связано это с тем, что бетонная часть поверхности столешницы без должного ухода может впитывать некоторые вещества, в результате чего образуются пятна.

Если вы решили >купить трехкомнатную квартиру с просторной кухней – вам ещё придётся выбирать практичную и долговечную столешницу, не забудьте о варианте из бетона.

СОПРЯЖЕНИЕ С НАУКОЙ — БЕТОН И ЦЕМЕНТ — Каталог статей

Возведение объектов из железобетона требует научного сопровождения

 

 

 

 

Практически ежегодно на помощь проектировщикам приходят новые нормативные документы, регламентирующие строительство с применением бетона. Не стал исключением и нынешний год, подтвердив тем самым известную истину о том, что производство основного строительного материала современной цивилизации — железобетона — требует соответствующего нормативного обеспечения. О нормотворческой деятельности ведущего научно-исследовательского института в области бетона и железобетона — НИИЖБ им А. А. Гвоздева АО «НИЦ «Строительство» — рассказал его директор, доктор технических наук, заслуженный строитель РФ Алексей ДАВИДЮК.

 

«СГ»: Алексей Николаевич, какое место в общем объеме работ вашего института занимает разработка строительных нормативов?

Алексей Давидюк: Формирование нормативной базы в области бетона и железобетона всегда было одной из главных задач нашего института. НИИЖБ является разработчиком и автором или соавтором основополагающих нормативов, включенных в утвержденный правительством РФ перечень национальных стандартов и сводов правил.

Применение этих стандартов и СП является обязательным и обеспечивает соблюдение требований федерального закона ФЗ-384 «Технический регламент безопасности зданий и сооружений». Институт является также автором основных нормативно-технических документов по технологии бетона. Объем нашей нормотворческой деятельности сопоставим с результатами аналогичной деятельности крупных международных организаций. Так, например, за все время своего существования профильные комитеты Европейского комитета по стандартизации (CEN) ТК 104 «Бетон и составляющие материалы» и ТК 229 «Сборный железобетон» подготовили 220 стандартов, Американский институт бетона — 270 стандартов и обзорных докладов, технический комитет ТК 71 Международной организации по стандартизации ISO «Бетон, железобетон, преднапряженный железобетон» — немногим более 40 стандартов. Тогда как нашим институтом, начиная с 1967 года по настоящее время, было разработано около 300 документов в статусе строительных норм и правил, пособий, руководств и стандартов организации по проектированию, изготовлению и испытаниям бетонных и железобетонных конструкций, а также в области технологий производства бетонов и арматуры.

Эти документы охватывают широкий спектр областей применения бетона и железобетона в строительстве, включая такие экзотические, как радиопоглощающий и радиопрозрачный бетон или базовые детали агрегатированного оборудования.

Необходимо отметить, что благодаря широкомасштабной программе Минстроя РФ по совершенствованию нормативной базы строительства, наш институт впервые за последние почти 30 лет имеет возможность системно разрабатывать стандарты и своды правил в области бетона и железобетона с предварительным проведением научно-исследовательских работ по мониторингу ранее разработанной нормативной документации.

«СГ»: Алексей Николаевич, вы упомянули ТК 71 ИСО, который занимается вопросами бетона и железобетона. Я знаю, что ежегодная конференция этого комитета пройдет впервые в России в мае будущего года. Вы участвуете в работе этого ТК?

А.Д.: Да, участвуем. Один из ведущих специалистов НИИЖБ им. А. А. Гвоздева является голосующим членом этого комитета (P-member), иными словами, представляет в этом комитете непосредственно Росстандарт, официального члена ИСО от РФ. Ряд наших экспертов работает в подкомитетах. Работа в комитетах ИСО по строительству была возобновлена сравнительно недавно по инициативе министра М. А. Меня, и сразу же набрала неплохие обороты. Ведущую роль здесь играет подведомственное Минстрою ФАУ ФЦС. НИИЖБ им. А. А. Гвоздева планирует не только активно участвовать в конференции ТК 71 ИСО в мае будущего года, но и представить несколько наших стандартов в области бетона на придание им статуса стандартов ИСО. В дальнейшем мы планируем также представить наши основные нормы по расчету железобетонных конструкций СП 63.13330.2012 на сертификацию согласно требования стандарта ИСО 19338 «Состав и оценка требований для стандартов на проектирование железобетонных конструкций».

К участию в работе ТК 71 мы хотим привлечь специалистов в области бетона и железобетона из других организаций, с которыми имеем тесные рабочие контакты (среди них, например, Росатом и Ростех). Пользуясь случаем, приглашаем строительное бизнес-сообщество к участию в работе конференции ТК71 ИСО, с возможной презентацией перспективных нормативных документов на этом значимом международном мероприятии. Стандартизация, особенно через ИСО — это эффективный путь продвижения нашей продукции на зарубежный рынок.

«СГ»: Какие актуализированные нормативные документы разработал институт за последнее время?

А.Д.: В настоящее время все больше внимания уделяется увеличению объема строительства жилых крупнопанельных зданий. Расширение сборного строительства вытекает из возможности и необходимости максимально реализовать преимущества индустриального домостроения. Но в таких зданиях узлы сопряжения несущих конструкций обладают определенной податливостью, которую необходимо учитывать при проектировании. Существующая нормативная база для проектирования крупнопанельных жилых домов пока отстает от развития технологий, применяемых в последнее время в домах из сборного железобетона, и ряд вопросов, связанных с расчетом зданий, требует нормативного обоснования. Расчет крупнопанельных зданий зачастую вызывает у проектировщиков определенные трудности, связанные, в том числе, с моделированием работы стыков сборных элементов. Следует учитывать и современную тенденцию к увеличению этажности крупнопанельных зданий. С целью повышения качества проектирования таких зданий, а также для учета новых технологий возведения крупнопанельных домов, по заказу ФАУ «ФЦС» мы подготовили свод правил (СП) «Крупнопанельные конструктивные системы. Правила проектирования». Далее, в действующих нормативных документах по железобетонным конструкциям нет детальных указаний по правилам проектирования сборно-монолитных конструкций. В результате при проектировании данных конструкций проектировщики вынуждены использовать устаревшие рекомендации, составленные в 80-х годах прошлого века. В связи с этим институт разработал проект СП, регламентирующего правила проектирования сборно-монолитных железобетонных конструкций.

«СГ»: Что нового появилось в части нормирования долговечности строительных конструкций?

А.Д.: Обязательным документом по этой проблеме является СП 28.13330.2012 СНиП 2.03.11-85 «Защита строительных конструкций от коррозии». При его актуализации нашими специалистами были учтены замечания и предложения к СП 28. 13330, поступившие от проектных и производственных организаций в 2011-2016 годах, а также рекомендации ФАУ «ФЦС». В актуализированной редакции указано, например, что при одновременном воздействии различных агрессивных сред степень воздействия среды на бетон (железобетон) определяется по более агрессивной среде с учетом условий эксплуатации конструкции.

В этом документе впервые введен подраздел, касающийся арматуры. В частности, указано, что в предварительно напряженных железобетонных конструкциях, эксплуатируемых в средне- и сильноагрессивных средах, в качестве напрягаемой арматуры допускается применение термомеханически упрочненного арматурного проката, выдерживающего испытания на стойкость против коррозионного растрескивания в течение не менее 100 часов. В агрессивных средах допускается применение стальной арматуры с защитным антикоррозионным покрытием. Также в ряде случаев возможно применение композитной полимерной арматуры, отвечающей требованиям соответствующей нормативной документации (при условии обеспечения необходимых требований по огнестойкости). Подраздел, касающийся требований к бетону, также введен впервые. Указано, что бетоны конструкций зданий и сооружений, подвергающихся воздействию воды и знакопеременных температур, марок по морозостойкости более F1200 (F2100) следует изготавливать с применением воздухововлекающих или газообразующих добавок, а также комплексных добавок на их основе.

«СГ»: Какие новые стандарты были подготовлены институтом в области строительных материалов?

А.Д.: Здесь следует назвать ряд обновленных документов, направленных на расширение применения инновационных материалов. Среди них методическое пособие по применению механических соединений арматуры железобетонных конструкций, СП «Конструкции бетонные и железобетонные. Правила ремонта и усиления» и рекомендации по подбору составов тяжелых и мелкозернистых бетонов (к ГОСТ 27006-86). Выпущены нормативные документы на напрягающий цемент (ГОСТ Р56727) и напрягающий бетон (ГОСТ 32803). В некоторые актуализированные СП включены новые разделы по применению напрягающего бетона (СП 63. 13330-2012, СП 7013330-2012), в том числе бетон на напрягающих цементах (с нормируемой величиной самонапряжения) и бетон с компенсированной усадкой (требования по самонапряжению не нормируются). В этих документах представлен ряд основных положений по физико-механическим показателям напрягающего бетона и технология изготовления конструкций.

НИИЖБ им А. А. Гвоздева разработана инновационная технология и создано опытно-промышленное производство базальтопластиковой арматуры. Разработаны также высокопрочные цементные композиции, армированные базальтовыми волокнами, для защиты железобетонных конструкций от коррозии и ремонтно-восстановительных работ в дорожном и транспортном строительстве. На основании результатов испытаний и с учетом данных обследования состояния мостовых, ограждающих и дорожных конструкций после 10-15 лет эксплуатации, была разработана нормативно-техническая документация на применение неметаллической композитной арматуры, в том числе ГОСТ 31938-2012 «Арматура композитная», СП «Правила проектирования конструкций с композитной арматурой».

«СГ»: Алексей Николаевич, а какие документы необходимо подготовить в ближайшее время? Что вы считаете наиболее актуальным?

А.Д.: В план разработки и актуализации строительных норм и правил Минстроя на 2017-2018 годы по нашему предложению включено 15 СНиП и СП. К сожалению, в их число не вошел свод правил по научно-техническому сопровождению строительства сложных объектов. Такое сопровождение подразумевает комплекс работ научно-методического, экспертно-контрольного, информационно-аналитического и организационно-правового характера, выполняемых на этапах инженерно-геологических изысканий, проектирования, возведения здания. Наш институт имеет большой опыт научно-технического сопровождения сложных объектов, обобщив который мы могли бы подготовить крайне необходимый для возведения таких объектов документ.

 

Кстати

В числе успешных примеров научно-технического сопровождения строительства сложных объектов специалистами НИИЖБ им А. А. Гвоздева АО «НИЦ «Строительство » — при возведении градирен на Калининской АЭС (высота — 150 м), Нововоронежской АЭС и Ростовской АЭС (высота — 171,5 м). Другим примером эффективности научно-технического сопровождения, выполненного этим институтом, являются стадионы, возводимые к предстоящему Чемпионату мира по футболу. Это «АренаКраснодар», московские стадионы «Спартак», «Динамо» и Большая спортивная арена «Лужники».

 

Алексей ТОРБА

«Строительная газета», 15 сентября 2017 г.

На снимке: директор НИИЖБ им А. А. Гвоздева АО «НИЦ «Строительство» Алексей Давидюк

Фото представил пресс-центр НИИЖБ им А. А. Гвоздева АО «НИЦ «Строительство»

СП 311.1325800.2017 Бетонные и железобетонные конструкции из высокопрочных бетонов Правила проектирования стр. 2

Таблица 6.3 — Марки высокопрочного бетона по морозостойкости

Таблица 6.4 — Марки высокопрочного бетона по водонепроницаемости

Таблица 6.5 — Марки высокопрочного бетона по самонапряжению

6.1.5 Возраст высокопрочного бетона, соответствующий его классу по прочности на сжатие и осевое растяжение, значение нормируемых отпускной и передаточной прочности бетона в элементах сборных конструкций следует назначать согласно пунктам 6. 1.5 и 6.1.6 СП 63.13330.2012.

6.1.6 Для железобетонных конструкций, подвергающихся воздействию многократно повторяющейся нагрузки, не допускается применять мелкозернистый высокопрочный бетон без специального экспериментального обоснования.

6.1.7 Основные прочностные характеристики высокопрочного бетона — нормативные значения:

сопротивления бетона осевому сжатию Rb,n;

сопротивления бетона осевому растяжению Rbt,n.

Нормативные значения сопротивления высокопрочного бетона осевому сжатию (призменная прочность) и осевому растяжению (при назначении класса бетона на прочность на сжатие) принимают в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие В согласно таблице 6.6.

Таблица 6.6

6.1.8 Расчетные значения сопротивления высокопрочного бетона осевому сжатию Rb и осевому растяжению Rbt определяют по формулам:

; (6.1)

. (6.2)

где γb и γbt — коэффициенты надежности по бетону при его сжатии и растяжении;

γb,br — коэффициент, учитывающий увеличение хрупкости высокопрочных бетонов.

Значение коэффициентов γb и γbt принимают по таблице 6.7.

Значение коэффициента γb,br определяют по формуле

, (6.3)

где В — класс высокопрочного бетона по прочности на сжатие.

Таблица 6.7

Расчетные значения сопротивления высокопрочного бетона Rb, Rbt, Rb,ser, Rbt,ser в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие и осевое растяжение приведены (с округлением): для предельных состояний первой группы — в таблице 6.8, второй группы — в таблице 6.6.

Таблица 6.8

6.1.9 В необходимых случаях расчетные значения прочностных характеристик высокопрочного бетона принимаются с учетом коэффициентов условия работы γbi, учитывающих особенности работы бетона в конструкции (вид бетона, характер нагрузки, условия окружающей среды и т.д.). Значения коэффициентов γb следует принимать по таблице 6. 9.

Таблица 6.9

6.1.10 Основными деформационными характеристиками высокопрочного бетона являются значения: предельных относительных деформаций бетона при осевом сжатии и растяжении при однородном напряженном состоянии бетона εb0 и εbt0, начального модуля упругости Eb, модуля сдвига G, коэффициента (характеристики) ползучести φb,cr, коэффициента поперечной деформации бетона (коэффициента Пуассона) νb,P, коэффициента линейной температурной деформации бетона αbt.

6.1.11 Значения предельных относительных деформаций для тяжелого, мелкозернистого и напрягающего бетонов принимают:

— при непродолжительном действии нагрузки:

εb0=0,002 при осевом сжатии — для бетонов классов В100 и ниже и по линейному закону от 0,002 при В100 до 0,0025 при В150 — для бетонов классов В110-В150;

εbt0=0,0001 — при осевом растяжении для бетонов класса В100 и ниже и по линейному закону от 0,0001 при В100 до 0,00012 при В150 — для бетонов классов В110-В150;

— при продолжительном действии нагрузки:

εb0 принимают для бетонов класса В100 и ниже — по таблице 6. 10 СП 63.13330.2012, а для бетонов классов В110-В150 — по линейному закону от их значения для В100 до значения εb2 для В150, определяемого по 6.1.16;

εbt0 принимают для бетонов класса В100 и ниже — по таблице 6.10 СП 63.13330.2012, а для бетонов классов В110-В150 — по линейному закону от их значения для В100 до значения εbt2 для В150, определяемого по 6.1.16.

6.1.12 Значения начального модуля упругости бетона при сжатии и растяжении принимают в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие В согласно таблице 6.10. Значения модуля сдвига бетона принимают равным 0,4Eb.

При продолжительном действии нагрузки значения модуля деформаций бетона определяют по формуле

, (6.4)

где φb,cr — коэффициент ползучести бетона, принимаемый согласно 6.1.12.

Таблица 6.10

6.1.13 Значения коэффициента ползучести для высокопрочного бетона φb,cr в зависимости от относительной влажности воздуха принимают по таблице 6. 11.

Таблица 6.11

6.1.14 Значение коэффициента поперечной деформации высокопрочного бетона принимают равным νb,P=0,2.

Управление напряжением растяжения в предварительно напряженных железобетонных элементах под рабочими нагрузками | International Journal of Concrete Structures and Materials

Простая проверка чистого напряжения растяжения

В таблице 3 показана минимальная величина эффективного предварительного напряжения ( f se ,min ), необходимая для удовлетворения предела напряжения 250 МПа (Δ f ps , allow ), указанные в коде ACI318 на основании результатов параметрического исследования, представленных на рис.6, 9 и 10. Как показано красными горизонтальными линиями на рис. 6, если величина эффективного напряжения ( f se ) больше 0,55 f о.е. , увеличение напряжения напрягаемых прядей при рабочих нагрузках (Δ f ps ) во всех полных и частичных элементах PSC с прямоугольным сечением можно хорошо контролировать в пределах 250 МПа. Кроме того, как показано на рис. 9, если эффективное предварительное напряжение ( f se ) больше 0,5 f о.е. , Δ ф пс также можно контролировать так, чтобы оно было ниже 250 МПа для всех случаев в перевернутых Т-образных сечениях, независимо от марок ненапряженной арматуры.

Таблица 3 Минимальное эффективное предварительное напряжение ( f se ,min ) для удовлетворения предела растягивающего напряжения (Δ f ps ,

Как показано на рис. 10, в случае Т-образных профилей минимальное эффективное предварительное напряжение ( f se ,min ) можно определить как 0,5 f pu для всех полных элементов PSC и частичных элементов PSC, за исключением частичных элементов PSC с усилением на 550 МПа. Для частичных элементов PSC с арматурой на 550 МПа минимальное эффективное предварительное напряжение ( f se , мин ) равно 0.60 f о.у. для соответствия Δ f ps предел 250 МПа.

Текущие строительные нормы и правила ACI318-14 позволяют использовать 2/3 f y для арматурных стержней на 420 и 550 МПа в качестве напряжения стали при эксплуатационных нагрузках, когда проверяется максимально допустимое расстояние ( s макс ) арматуры на изгиб для надлежащего контроля над трещинами.Солтани и др. (2013) и Harries et al. (2012) также продемонстрировали, что 2/3 f y можно принять за напряжение в стальной арматуре при эксплуатационных нагрузках ( f s ) для сталей с высоким пределом текучести даже до 827 МПа (120 000 фунтов на кв. дюйм). Поэтому считается, что допустимое повышение напряжения напрягаемой стали под рабочей нагрузкой (Δ ф пс , позволить ) может быть увеличено с 250 до 350 МПа в неполных элементах КРП, армированных на 550 МПа. ненапряженная сталь.В этом случае минимальная величина эффективного предварительного напряжения ( f se ,min ) может быть 0,5 f pu для всех частичных элементов PSC, армированных ненапрягаемой сталью на 550 МПа.

Простой метод расчета чистого растягивающего напряжения (Δ

f пс )

Код ACI318-14 обеспечивает максимально допустимое расстояние между изгибной арматурой ( s макс ) для контроля ширины изгибной трещины при рабочей нагрузке, следующим образом:

$$ s_{\hbox{max} } = \eta \left[ {380\left( {\frac{280}{{f_{s} }}} \right) — 2.5c_{c} } \right] \le \eta 300\left( {\frac{280}{{f_{s} }}} \right) $$

(11)

, где η — коэффициент модификации для типов элементов, который равен 1,0 для членов RC, 2/3 для полных членов PSC и 5/6 для частичных членов PSC. Кроме того, ж с – растягивающее напряжение ненапрягаемой арматуры, а Δ f ps Для членов PSC применяется вместо f s значение.Однако, если Δ f пс менее 140 МПа, нет необходимости проверять максимальное расстояние ( s макс ) арматуры на изгиб даже для элементов PSC класса C. Как упоминалось выше, текущий код ACI318-14 позволяет использовать 2/3 f y (≈ 370 МПа) для f s в уравнении. (11) даже для элементов RC с усилением класса 80 ( f y  = 550 МПа), а значит, тот же принцип можно применить к допустимому Δ f ps значение (т.д., Δ ф пс , позволяют ) для неполных элементов ДКП, армированных арматурой класса 80 ( ф y  = 550 МПа). Таким образом, это исследование предполагает, что Δ f ps , позволить может составлять 350 МПа для частичных элементов PSC с 550 МПа ненапряженных сталей, в то время как для полных элементов PSC и частичных элементов PSC оно составляет 250 МПа. армированные ненапряженными сталями на 420 МПа.На рисунке 13 показано сравнение максимальных интервалов между изгибными арматурами ( с макс. ), рассчитанных по уравнению. (11) по толщине покрытия ( c c ), где также представлено влияние типов стержней и класса ненапрягаемой арматуры. За исключением некоторых случаев, когда частичные элементы ПКБ, армированные непреднапряженной сталью на 420 МПа, имеют глубину защитного слоя бетона более 60 мм или полные элементы ПКБ имеют глубину защитного слоя бетона более 120 мм, допустимое расстояние между растянутой арматурой всегда было меньше в элементах ПКБ. чем у членов РК.В частности, допустимый шаг растянутой арматуры в элементах СРП, армированных ненапрягаемой арматурой на 550 МПа, всегда меньше, чем в элементах, армированных ненапрягаемой арматурой на 420 МПа.

Рис. 13

Максимально допустимое расстояние между арматурой на изгиб.

Как показано в таблице 3, когда эффективное предварительное напряжение ( f se ) больше 0,50 f о.е. , что имело бы место в большинстве элементов PSC, увеличение напряжения предварительно напряженных прядей (Δ f ps ) во всех полных элементах PSC (PPR = 100%) удовлетворяет пределу напряжения 250 МПа (Δ f ps , позволяет ), указанному в ACI318-14.Как упоминалось выше, в неполных элементах PSC (PPR ≥ 50%) с эффективным предварительным напряжением ( f se ) более 0,50 f о.е. , максимально допустимое напряжение напрягаемой арматуры при эксплуатационной нагрузке (Δ ф пс , позволить ) составляет 250 МПа, если используется ненапрягаемая сталь 420 МПа, и 350 МПа, если используется ненапрягаемая сталь 550 МПа. используется. Однако для того, чтобы удовлетворить пределу напряжения 250 МПа (Δ f ps , позволить ) в неполных элементах PSC (PPR ≥ 50%) из ненапрягаемой стали 550 МПа, эффективное предварительное напряжение (

6 f

се ) должно быть больше 0.55 ф о.у. , 0,60 ж о.е. и 0,50 f о.е. для прямоугольного, Т-образного и IT-образного сечения соответственно. Таким образом, очень важно применять правильную величину эффективного предварительного напряжения ( f se ) для удовлетворения предельного напряжения (Δ f ps , разрешить ) для расчетов эксплуатационной надежности элементов PSC.Если Δ f пс Однако значение меньше предела напряжения (Δ f ps , позволяет ), нет необходимости использовать максимальное значение Δ f ps (т. е. Δ f ps , позволяют ) в уравнении. (11) для расчета максимального расстояния изгибной арматуры ( с макс ). В этом случае Δ f ps Значение можно использовать как f s в уравнении.(11), с помощью которых могут быть достигнуты более экономичные конструкции. Однако, как упоминалось выше, для оценки Δ f ps необходимо провести анализ сечения с трещинами, который требует сложных итерационных вычислений (Lee and Kim 2011; ACI Committee 318 2014). членов PSC класса C. Таким образом, это исследование также было направлено на предложение простого метода оценки Δ f ps для членов PSC класса C.

На рис. 14 показано напряжение в сухожилиях момент-момент ( M  −  f p ) кривая элемента PSC класса C, который имеет трещины при рабочих нагрузках, и напряжение в предварительно напряженной стали в момент образования трещин при изгибе ( f p , cr ) можно рассчитать следующим образом:

$$ f_{p,cr} = f_{se} + n\frac{{M_{cr} e}}{{I_{g} }} = f_{se} + \frac{{E_{p} }}{{E_{c} }}\frac{{M_{cr} e}}{{I_{g} }} $$

(12)

Рис. 14

Концепция простого метода расчета Δ f пс.

Кроме того, элемент PSC класса C обычно демонстрирует нелинейное поведение после растрескивания при изгибе и подвергается значительному снижению жесткости после растрескивания при изгибе. Таким образом, как показано на рис. 14, если предположить, что кривая поведения поперечного момента-напряжения в сухожилиях линейна в области после образования трещины, напряжение в предварительно напряженной стали при рабочих нагрузках ( f p , service ) можно рассчитать следующим образом:

$$ f_{p,service} = \frac{{M_{service} — M_{cr} }}{{M_{n} — M_{cr} }} \left( {f_{ps} — f_{p,cr} } \right) + f_{p,cr} $$

(13)

Затем увеличение чистого растягивающего напряжения предварительно напряженных прядей (Δ f ps ) можно рассчитать следующим образом:

$$ \Delta f_{ps} = f_{p,service} — f_{dc} $$

(14)

Для дальнейшего упрощения расчета Δ f ps , оба f p , cr и f dc в уравнениях. (13) и (14) можно приблизительно представить как f se и уравнение. (14) тогда принимает вид:

$$ \Delta f_{ps} = \frac{{{2 \mathord{\left/ {\vphantom {2 3}} \right. \kern-0pt} 3}M_{n} — M_{cr} }}{{M_{n} — M_{cr} }}\left( {f_{ps} — f_{se} } \right) $$

(15)

Код ACI318-14 представляет собой упрощенный метод расчета предельного напряжения растяжения предварительно напряженных прядей ( f ps ), следующим образом:

$$ f_{ps,ACI} = f_{pu} \left\{ {1 — \frac{{\gamma_{p}}}{{\beta_{1} }}\left ( {\rho_{p} \frac{{f_{pu}}}{{f_{c} ‘}} + \frac{{d_{s}}}{{d_{p}}}\frac{{f_ {y} }}{{f_{c} ‘}}\left( {\rho_{s} — \rho_{s} ‘} \right)} \right)} \right\} $$

(16)

где γ р — коэффициент, используемый для типа напрягаемой арматуры, β 1 — коэффициент глубины эквивалентного прямоугольного блока напряжения сжатия на глубину нейтральной оси, а ρ с — коэффициент армирования при сжатии. Для практического применения, если предельное напряжение предварительно напряженных прядей ( f ps , ACI ), рассчитанное по уравнению. (16) и соответствующий ему момент изгиба сечения ( M n , ACI ) подставляются в уравнение. (15), упрощенное чистое растягивающее напряжение предварительно напряженных прядей (Δ f ps , ACI ) может быть выражено следующим образом:

$$ \Delta f_{ps,ACI} = \frac{{{\raise0.7ex\hbox{$2$} \!\mathord{\left/ {\vphantom {2 3}}\right.\kern-0pt} \!\lower0.7ex\hbox{$3$}}M_{n,ACI} — M_{cr} }}{{M_{n,ACI} — M_{cr} }}\left( {f_{ps,ACI} — f_{se} } \right) — \kappa f_{se} \le \Дельта f_{ps,разрешить} $$

(17)

, где κ — калибровочный коэффициент, равный 0,03 для прямоугольных сечений и 0,05 для Т-образных или IT-образных сечений. На рисунке 15 показано сравнение Δ f ps , ACI для секций класса C при эксплуатационных нагрузках, оцененных по уравнению. (17) и результаты нелинейного анализа на изгиб (Δ f ps ). Чистое растягивающее напряжение предварительно напряженных прядей (Δ f ps , ACI ), полученное из уравнения. (17) предоставили более консервативные результаты анализа по сравнению с теми, которые оцениваются нелинейным анализом изгиба. Упрощенное чистое растягивающее напряжение (Δ f ps , ACI ), оцененное по уравнению. (17) показал довольно хороший уровень точности примерно до 250 МПа, тогда как различия между Δ f ps , ACI и Δ f ps становятся больше, когда Δ f ps превышает 250 МПа.Это, конечно, связано с допущениями, введенными для упрощения процесса расчета. Тем не менее, упрощенное уравнение, предложенное в этом исследовании, предназначено для целей проектирования, и все Δ f ps Значения , рассчитанные с помощью простого уравнения, являются консервативными, что означает, что их можно использовать в качестве полезного альтернативного метода для целей проектирования.

Рис. 15

Сравнение результатов анализа простым и детальным методом.

На рисунке 16 показана блок-схема для расчета максимально допустимого расстояния между изгибной арматурой ( s макс. ) для конструкции контроля трещин элементов PSC, предложенных в этом исследовании. После выполнения упругого расчета сечения PSC, если напряжение в предварительно сжатом волокне экстремального растяжения при рабочих нагрузках ( f b ) относится к категории класса С, расчетное эффективное предварительное напряжение ( f se ) затем сравнивается с минимальным требуемым эффективным предварительным напряжением ( f se , мин ), представленным в Таблице 3.Если удовлетворяется минимальное требуемое условие эффективного предварительного напряжения, т. е. f se  ≥  f se ,min , Ур. (17) можно использовать для расчета Δ f ps , ACI , а если Δ f ps , ACI , ps , ps , расстояние между натяжной арматурой для контроля над трещинами. С другой стороны, если δ F PS , ACI 0, ACI превышает 140 МПа, максимальный интервал арматуры изгиба ( S MAX ) можно рассчитать путем замены δ F PS , разрешить или Δ f ps , ACI в f s в уравнении.(11), и тогда можно определить, что расстояние между изгибаемой арматурой ( s ) не превышает максимального расстояния ( s max ), где должно быть принято равным 250 МПа для полных элементов PSC или частичных элементов PSC из ненапрягаемой стали 420 МПа и 350 МПа для частичных элементов PSC из ненапряженной стали 550 MPa. Если условие минимального требуемого эффективного предварительного напряжения не выполняется, т. е., ф се  <  f se ,min , однако следует провести детальную проверку с помощью анализа сечения с трещинами или, при необходимости, сечение следует перепроектировать.

Рис. 16

Процедура определения максимального шага арматуры на изгиб ( с макс ).

Что такое предварительно напряженный бетон и как он работает?

Большинство специалистов по бетону понимают, что практически в любой работе, даже в той, которая считается успешной, их бетон, скорее всего, треснет в той или иной степени.Однако не все трещины одинаковы. Основная цель большинства бетонных конструкций — попытаться свести к минимуму количество движений, происходящих под нагрузкой, например, мост, раскачивающийся под сильным ветром. Вот почему железобетон так популярен. Однако, когда вы комбинируете жесткое вещество, такое как сталь, с чем-то хрупким по своей природе, например, с бетоном, могут возникнуть трещины. Узнайте больше о предварительно напряженном бетоне.

 

Небольшая, эстетичная трещина — это одно.Но глубокие структурные трещины создают множество проблем, от открытия отверстия для проникновения воды до нарушения целостности всей конструкции. Тем не менее, существует метод создания напряжения в бетоне перед объединением со сталью, чтобы создать что-то более универсальное и прочное, чем конечный железобетонный продукт. Это было бы практикой предварительно напряженного бетона. Итак, от предварительно напряженных бетонных плит до предварительно напряженных железобетонных балок, вот все, что вам нужно знать об этом важном строительном компоненте и о том, как он работает.

Фото Thanate Rooprasert

Понимание конструкции предварительно напряженного бетона

Итак, что такое предварительно напряженный бетон?? Чтобы объяснить это, нам сначала нужно поговорить об обычном железобетоне в качестве сравнения. Обычно все нагрузки веса на железобетонную конструкцию воспринимаются стальной арматурой. Предварительно напряженные железобетонные конструкции создают напряжения во всей конструкции. Конечным результатом является продукт, который лучше справляется с вибрациями и ударами, чем обычный бетон.Кроме того, это позволяет формировать более длинные и тонкие конструкции, способные выдерживать более тяжелые нагрузки.

 

Чаще всего это наблюдается в более длинных конструкциях, в том числе с большим пролетом балки. Примеры включают в себя:

— лучные балки

— мосты

— резервуары для воды

— взлетно-посадочные полосы

— Rundays

— Rundways

— железнодорожные связи

— полюсы

Фото из Губин Юрий

Какой лучший способ проиллюстрировать значение предварительного напряжения?

Допустим, у вас есть стопка книг, которую нужно переместить по комнате.Если вы попытаетесь удерживать их только снизу, скорее всего, книги будут раскачиваться, и их будет трудно удержать в устойчивом положении. Однако, если вы держите их снизу и удерживаете руками по бокам, вам будет намного легче удерживать вещи на месте. Мы использовали этот основной принцип на протяжении большей части нашей истории. Например, столетия назад вокруг деревянных бочек надевали металлические ленты, чтобы лучше удерживать их содержимое на месте. Предварительно напряженный бетон берет эту скромную концепцию и применяет ее к нашим современным конструкциям и надстройкам.

 

Предварительно напряженный бетон означает дополнительные расходы для подрядчиков. Сюда входит стоимость дополнительных материалов и сам акт предварительного напряжения. Это также более сложно в целом, чем использование железобетона. Тем не менее, со всеми этими предостережениями вы получаете важные преимущества, в том числе:

— Более высокая эффективность материалов в целом

 

— Возможность работы с пролетами более 35 метров

— Повышенная долговечность, прочность на сдвиг и сопротивление усталости

— Отсутствие трещин даже в условиях максимальной нагрузки

 

В результате, решающим фактором при выборе этого варианта обычно является необходимость дополнительной нагрузки или работа с более длинным пролетом.

Фото Yes058

Как реализовать предварительно напряженный бетон

 

Итак, теперь мы понимаем необходимость и ценность предварительного напряжения. А как на самом деле это делается? Сжимающие напряжения, которые придают предварительно напряженному бетону устойчивость, обычно вводятся одним из двух способов: предварительным натяжением или последующим натяжением.

 

При использовании предварительного натяжения сталь растягивается перед укладкой бетона. Это влечет за собой установку стальных сухожилий между двумя опорами, которые затем растягиваются примерно до 80% их прочности.Затем бетон заливается в формы вокруг них и затвердевает. Когда бетон затвердевает и имеет нужную прочность, сталь высвобождается. Сталь попытается вернуться к своей первоначальной длине, создавая растягивающее напряжение, которое становится прочностью бетона на сжатие.

 

Последующее натяжение

Последующее натяжение аналогично, но сталь не растягивается до тех пор, пока бетон не затвердеет. Здесь бетон заливают вокруг нерастянутой стали, но не в непосредственном контакте с ней.Как правило, воздуховоды формируются внутри агрегата с помощью тонкостенных стальных профилей. После того, как бетон растягивается до нужной длины, те же самые стальные арматуры вставляются и натягиваются на блок. Это создает сжатие в бетоне. Это предпочтительный метод для монолитного монтажа, а также для некоторых более крупных проектов, таких как мосты и плиты перекрытий.

 

При пост-натяжении, как правило, также необходимо выполнить дополнительный шаг, обычно связанный с воздуховодами.Это либо клеевая конструкция, либо несвязанная конструкция. Тампонажное строительство предполагает заполнение пространства между арматурой и воздуховодом цементным раствором. Обычно это делается для того, чтобы помочь стали свести к минимуму коррозию, но также обычно увеличивает общую прочность конструкции. Этот конкретный раствор изготавливается из цемента, воды, а иногда и с добавками, без песка.

 

Несвязанная конструкция – это когда между этим пространством не используется цементный раствор. В этом случае, чтобы уменьшить коррозию, вместо этого используется метод водостойкой гальванизации.

 

Фото Dark Caramel

Заключительные мысли

Когда дело доходит до добавления нового компонента в набор услуг вашей конкретной компании, вы в идеале обращаетесь к совершенно новой группе клиентов. Однако в то же время вы также существенно увеличиваете потенциальные расходы для своего бизнеса. Это может варьироваться от затрат на профессиональное развитие до фактического обучения тому, как использовать вещи для покрытия затрат на материалы / оборудование, такие как предварительно напряженные железобетонные цилиндрические трубы.В этих обстоятельствах важно, чтобы конкретные подрядчики имели как можно более четкое представление о своих финансах. Это поможет определить, имеет ли смысл расширяться сейчас или позже.

 

Для этого вам понадобится лучшее программное обеспечение для управления проектами, а это означает использование eSub. Возможности нашего облачного хранилища означают, что вся ваша команда может ознакомиться с соответствующими финансовыми данными, чтобы увидеть, сколько операций в настоящее время стоит и какую пользу может принести вам добавление предварительно напряженного бетона в смесь. Мы также можем помочь с отслеживанием оборудования и сотрудников после того, как вы начнете.

Кривая напряжения-деформации для бетона — Конструктор

🕑 Время чтения: 1 минута

Кривая напряжения-деформации бетона представляет собой графическое представление поведения бетона под нагрузкой. Его получают путем построения графика деформаций сжатия бетона в различных интервалах сжимающих нагрузок (напряжений) бетона. Бетон в основном используется при сжатии, поэтому его кривая деформации при сжатии представляет большой интерес. Напряжение и деформацию бетона получают путем испытания образца бетонного цилиндра в возрасте 28 дней с использованием машины для испытаний на сжатие.Кривая напряжения-деформации бетона позволяет проектировщикам и инженерам прогнозировать поведение бетона, используемого в строительных конструкциях. Наконец, характеристики бетонной конструкции контролируются соотношением кривой напряжения и деформации и типом напряжения, которому подвергается бетон в конструкции.

Кривая напряжения-деформации для бетона На рис. 1 и рис. 2 показаны кривые деформационного напряжения для нормального и легкого бетона соответственно. На каждом рисунке есть набор кривых, которые представляют прочность бетона.Таким образом, более высокие кривые показывают более высокую прочность бетона. На рис. 3 показано, как изменяется форма кривой напряжения-деформации бетона в зависимости от скорости нагрузки. Несмотря на то, что скорость испытаний и плотность бетона влияют на форму кривой напряжения-деформации, можно заметить, что все кривые имеют примерно одинаковый характер. т. е. проходят одни и те же стадии под нагрузкой. Различные части кривой пятна напряжения бетона обсуждаются ниже:

Рис. 1: Набор кривых напряжения-деформации для бетона нормальной плотности

Рис.2: Кривая напряжения-деформации для легкого бетона

Рис. 3: Кривая деформации бетона зависит от скорости испытания

1. Прямая или эластичная часть Первоначально все кривые напряжения-деформации (рис. 1 и рис. 2) достаточно прямолинейны; напряжение и деформация пропорциональны. На этом этапе материал должен сохранять свою первоначальную форму при снятии нагрузки. Упругий диапазон кривой напряжения деформации бетона продолжается до 0,45fc’ (максимальная прочность бетона на сжатие).Наклон упругой части кривой напряжения-деформации представляет собой конкретный модуль упругости. Модуль упругости бетона увеличивается с увеличением его прочности. Код ACI содержит уравнения для расчета модуля упругости бетона.

2. Пиковая точка или точка максимального напряжения сжатия Диапазон упругости превышен, и бетон начинает проявлять пластическое поведение (нелинейное) при дальнейшем увеличении нагрузки. После диапазона эластичности кривая становится горизонтальной; достижение максимального напряжения сжатия (максимальной прочности на сжатие).Для нормального бетона максимальное напряжение реализуется при деформации сжатия от 0,002 до 0,003. однако для легкого бетона максимальное напряжение, достигаемое при деформации, колеблется от 0,003 до 0,0035. Более высокие результаты деформации на обеих кривых представляют большую прочность. Для бетона с нормальным весом в Кодексе ACI указано, что деформация 0,003 является максимальной деформацией, которой может достичь бетон, и это значение используется для расчета бетонного структурного элемента. Однако Европейский кодекс предполагает, что деформация бетона может достигать 0.0035, и, следовательно, это значение используется для расчета конкретного элемента конструкции.

3. Нисходящая часть

После достижения максимального напряжения все кривые имеют нисходящий тренд. Характеристики кривой напряжения-деформации в нисходящей части основаны на методе испытаний. Длинная стабильная нисходящая часть достигается, если используется специальная процедура испытаний, гарантирующая постоянную скорость деформации при уменьшении сопротивления цилиндра. Однако, если не следовать специальной процедуре тестирования, то разгрузка после точки пика будет быстрой, и нисходящая часть кривой не будет такой же.

Предварительно напряженный бетон для экологически чистой легкой конструкции

Бетон

имеет огромный углеродный след: ежегодно производятся миллиарды тонн, поскольку он является наиболее часто используемым строительным материалом в мире. Как вы понимаете, производство требует огромного количества энергии. Ученые всего мира постоянно ищут новые способы сделать производственный процесс более экологичным.

Одним из найденных способов повышения прочности и долговечности бетона является введение перед заливкой натянутых стальных арматурных элементов, которые можно отпускать для сжатия материала по мере его схватывания.Недавно группа ученых из Швейцарской федеральной лаборатории материаловедения и технологии (EMPA) разработала инновационную версию этой техники предварительного напряжения для производства более легкого, но равнопрочного бетона. При широком применении это достижение могло бы значительно сократить выбросы CO2.

Предоставлено: EMPКредит: EMPA

Технология предварительно напряженного бетона часто используется, когда материал должен выдерживать особенно высокие нагрузки, такие как мост или балка, при этом натянутые стальные арматуры создают силы, которые сжимают материал изнутри.

С этим методом связаны некоторые проблемы, так как стальные напрягаемые элементы подвержены коррозии. Поэтому бетон, залитый вокруг них, должен иметь определенную толщину, а альтернативные арматуры должны быть изготовлены из полимеров, армированных углеродным волокном (CFRP), которые устойчивы к коррозии. Этот метод позволил производить бетонные элементы, которые значительно легче, но обладают теми же свойствами.

Есть некоторые недостатки использования углепластика в качестве сухожилий, в том числе, это дорого, сложно закрепить их на элементе, и они имеют свои ограничения.Эти неудобства являются причиной того, что предварительно напряженный железобетон, армированный углепластиком, не используется так часто, как предварительно напряженный железобетон. «Если вы хотите предварительно напрячь эту арматуру из углепластика, чтобы иметь возможность строить еще более тонкие конструкции с более высокой несущей способностью, вы достигаете своих пределов», — пояснил доктор Матеуш Выжиковски, член исследовательской группы.

Фото: EMPA

Ученые EMPA разработали формулу для бетона, армированного углепластиком, который позволяет ему расширяться по мере затвердевания.Нет необходимости анкеровать и натягивать арматуру, потому что бетон делает это сам по себе, в результате чего арматура постоянно остается в этом состоянии, прикладывая противодействующие силы к бетону и создавая сжимающее напряжение.

Доктор Выжиковски провел аналогию с бетоном:

Если надеть резинку на руки и попытаться растянуть их, резинка будет натянута, а руки будут сдавливаться резинкой. По аналогии, такой механизм заставит расширяющийся бетон испытывать сжатие.

Результаты испытаний группы показали, что самонапрягающийся материал может выдерживать нагрузки, аналогичные нагрузкам на обычный предварительно напряженный бетон, и примерно в три раза больше, чем ненапряженный бетон из углепластика.

Кредит: EMPA

Доктор Выжиковски сказал:

Мы не только можем строить более устойчивые конструкции, но и используем значительно меньше материала. Мы можем легко выполнить предварительное напряжение одновременно в нескольких направлениях, например, для тонких бетонных плит или филигранно изогнутых бетонных оболочек.

Эта технология прокладывает путь к более тонким бетонным элементам, обладающим значительной прочностью, предлагая новые возможности в облегченных конструкциях.

Предоставлено: EMPA

Коррозионно-напряженное поведение незалитых предварительно напряженных бетонных балок

Были спроектированы предварительно напряженные бетонные балки размером 150 ×150 × 1000 мм, а перед бетонированием две склеенные холоднотянутые стальные проволоки диаметром 7 мм были подвергнуты нагрузке при 70% UTS в условиях эксплуатации. Балки заливались бетонной смесью марки М40 с различным процентным содержанием хлоридов от 0, 1, 2 до 3% от массы цемента и выдерживались в течение 28 суток.Через 28 дней силы растяжения были сняты, предварительно напряженная стальная проволока восстановила свою первоначальную длину, растягивающие напряжения были преобразованы в сжимающие напряжения в бетоне, и была проведена оценка коррозионного поведения под напряжением. Коррозионное растрескивание под напряжением (SCC) происходит из-за одновременного действия напряжения, агрессивных сред и свойств материала. Коррозионное поведение необработанной предварительно натянутой стали оценивали с использованием различных электрохимических методов, таких как электрохимический шум, измерение потенциала разомкнутой цепи, импеданс переменного тока и измерения потенциодинамической поляризации.Такие же эксперименты были проведены для арматуры, встроенной в бетонную балку с различным процентным содержанием хлоридов в диапазоне от 0, 1, 2 и 3% по массе хлорида. После 30 дней воздействия балки были испытаны на прочность на изгиб, чтобы определить несущую способность.

1. Введение

Конструкции из предварительно напряженного бетона (ПК) обычно используются для длиннопролетных мостов, дамб, силосов и резервуаров, промышленных покрытий и конструкций защитной оболочки ядерных реакторов [1].Напряжения сжатия возникают в предварительно напряженном бетоне путем предварительного или предварительного натяжения. При предварительном натяжении сталь растягивается перед бетонированием. Предварительно напряженный бетон используется в сборных элементах, таких как плиты крыши, сваи, столбы, мостовые балки, стеновые панели и железнодорожные шпалы. При предварительном натяжении сталь растягивается после затвердевания бетона [2]. Бетон с постнапряжением используется для мостов, больших балок, плит перекрытий, оболочек, крыш и тротуаров. ПК используется в школьных аудиториях, спортзалах и столовых из-за его акустических свойств и способности создавать длинные открытые пространства.Одним из наиболее распространенных применений ПК являются гаражи [3]. ПК обладает высокой ударопрочностью, высокой усталостной прочностью, высокой несущей способностью и высокой устойчивостью к растрескиванию. Конструкции из ПК имеют меньшую деформацию и могут поглощать большее напряжение, чем конструкция из ненапряженного бетона [4]. Конструкции ПК обычно строятся с использованием высокопрочного бетона, содержащего высокопрочную сталь, при очень высоких уровнях растягивающей нагрузки. Повреждение из-за микротрещин приводит к потере модуля упругости.А наличие или попадание ионов хлора может вызвать коррозию стальных проволок, что приведет к внезапному или хрупкому разрушению стальных проволок, вызывая преждевременное разрушение бетонных конструкций [5-9].

Высокопрочная сталь подвержена коррозионному растрескиванию под напряжением, водородному охрупчиванию или сочетанию обоих механизмов, называемых водородным коррозионным растрескиванием под напряжением в присутствии агрессивных сред. А SCC возникает из-за комбинированного воздействия механической нагрузки, агрессивной среды и некоторых дефектов материала [10–13].Дефекты, присутствующие в стальной проволоке, являются более слабыми местами, из которых инициируется коррозия, и они действуют как область концентрации напряжений, где диффузия водорода способствует процессу повреждения SCC [14, 15]. Питтинговая коррозия рассматривается как существенная причина хрупкого разрушения предварительно напряженных железобетонных конструкций [16, 17]. Питтинговая коррозия уменьшает площадь поперечного сечения напрягаемой стали и, следовательно, несущую способность конструкции [18]. Сообщаемые сбои из-за SCC включают обрушение берлинского Конгресс-холла [19], аварию в крытом бассейне Устера в Швейцарии, обрушение железнодорожного путепровода в Бергхаузене, Германия [20] и обрушение моста Биктон-Медоуз, Мост Ыныс-И-Гвас в Великобритании [21] и мост Святого Стефано в Италии [22].Многие исследователи изучали коррозионное поведение конструкций из ПК [23–25]. Исследования показали, что коррозия пряди снижает предел прочности и пластичность предварительно напряженных элементов [26, 27]. Прядевая коррозия повлияет на стабильность конструкции с точки зрения потери предварительного напряжения, снижения прочности, структурного растрескивания и разрушения конструкций [28–32]. Влияние коррозии прядей на поведение конструкции изучалось многими исследователями [33–35]. Ли и др. [36] сообщили, что комбинированный эффект усталостного и коррозионного поведения снижает сцепление с повышенным усталостным напряжением при постоянном воздействии коррозии. Сообщалось, что коррозия пряди в предварительно натянутой структуре ПК снижает прочность пряди на растяжение, а не прочность ее связи [37]. Установлено, что коррозия под напряжением преобладает над точечной коррозией [18]. Ямки могут быть местом инициации SCC или водородного охрупчивания (HE) [5, 6].

В настоящем исследовании предварительно напряженные бетонные балки размером 150 × 150 × 1000 мм были отлиты из двух предварительно натянутых стальных проволок и бетона марки М40 с 1%, 2% и 3% хлорида по массе цемента.Коррозионное поведение незалитых предварительно натянутых стальных проволок было оценено с использованием различных электрохимических методов, таких как определение потенциала холостого хода, импеданс переменного тока, линейная поляризация, экстраполяция Тафеля, измерения шума и измерения потери веса. Все эти измерения были выполнены с использованием изготовленного встроенного датчика контроля скорости коррозии (ECMP). Датчик был изготовлен в соответствии с процедурой, описанной в другом месте [38]. Схематическое изображение ECMP, используемого для исследования, приведено на рисунке 1 [39].Эксперименты проводились для арматуры, встроенной в бетонную балку, и результаты подробно обсуждаются.

2. Экспериментальный
2.1. Материалы, использованные в испытании Для исследования использовали обычный портландцемент

класса 43 в соответствии с индийским стандартом (IS) 8112. Удельный вес используемого цемента составлял 3,14. Свойства ОПЦ представлены в табл. 1. В качестве мелкого заполнителя использовали природный речной песок крупностью до 4,75 мм, соответствующий III зоне IS 383-1970.Крупные заполнители, использованные в данном исследовании, состоят из щебня крупностью 12 мм и менее. Удельный вес используемых мелких и крупных заполнителей составлял 2,64 и 2,63. Для исследования использовалась предварительно напряженная холоднотянутая стальная проволока диаметром 7 мм с пределом прочности при растяжении 1470 Н/мм 2 , соответствующая IS 1785, часть 1. Химический состав используемой стали для предварительного напряжения приведен в таблице 2. Для исследования был использован AR (аналитическая чистота) NaCl, приобретенный у Fischer Scientific.


Соединение SiO 2 0 3 2 O 3 0 Fe 2 O 3 CAO MgO SO 3 Loi


мас.% 20-21 5,2-5,6 4,4-4,8 62-63 0.5-2,8 1.5-2.5


C Mn Si P S CR CU NI Ti AL


мас. %
0.82 0.74 0.21 0,12 0,008 0.17 0,09 0,03 0,03 0,03

9 2,0 Свойства материала

 Номинальный диаметр напрягаемой стали = 7 мм Предельное растягивающее напряжение напрягаемой стали (fpk) = 1470 Н/мм 2 по весу) = 1 : 0,98 : 2,96 : 0,4 Цемент : FA : CA : вода (кг/м 3 ) = 450 : 444 : 1333 : 180 Термомеханически обработанная (ТМО) арматура = 12 40 мм, диаметр Луч ( B × D × L ) = 150 × 150 × 1000 мм. Площадь поперечного сечения луча = 22,500 мм 2 площадь стальной проволоки (AP) = 38.2 мм 2  Эксцентриситет относительно центра ( e ) = 10 мм Усилие предварительного напряжения ( P ) = 107,8 кН

2.3. Процедура литья
2.3.1. Предварительное натяжение прядей, отливка и процедура отверждения

В общем, существует два способа предварительного напряжения бетона стальными элементами, а именно предварительное натяжение и постнатяжение. При предварительном натяжении пряди натягиваются перед заливкой бетона, а при предварительном натяжении пряди натягиваются после того, как бетон достаточно затвердеет, чтобы выдержать напряжение.В этой работе был принят метод предварительного натяжения.

Была спроектирована предварительно напряженная бетонная балка размером 150 × 150 × 1000 мм, и перед бетонированием две соединенные стальные проволоки диаметром 7 мм были подвергнуты нагрузке при 70% UTS (предел прочности на растяжение) в условиях эксплуатации. Предел прочности на растяжение стальной проволоки диаметром 7 мм составил 1470 Н/мм 2 . Средний предел текучести стальной арматуры TMT диаметром 10 мм составлял 454 Н/мм 2 , а хомута диаметром 6 мм — 210 Н/мм 2 . Модуль упругости предварительно напряженной стальной проволоки и арматуры ТМТ составил 210 кН/мм 2 и 200 кН/мм 2 соответственно.Результирующая диаграмма напряжений представлена ​​на рис. 2. Балки армированы двумя арматурными стержнями диаметром 10 мм внизу, двумя арматурными стержнями диаметром 12 мм вверху и хомутами диаметром 6 мм на расстоянии 150 мм друг от друга. ECMP был внедрен очень близко к предварительно напряженной стали. Схема железобетонных деталей представлена ​​на рис. 3. Балки заливались бетонной смесью марки М40 в соотношении 1 : 0,98 : 2,96 с соотношением В/Ц 0,4. При заливке в бетонную смесь добавляли 1%, 2% и 3% по массе цемента NaCl для ускорения процесса коррозии.Отлитые образцы оставляли в стальной форме на 24 часа при комнатной температуре. Через 24 часа образцы осторожно извлекли из формы, чтобы не было сломанных краев, и подвергли отверждению в течение 28 дней, накрыв влажным мешком. Для каждой системы отливали по три балки. После 28 дней отверждения балки подвергались коррозии в течение 30 дней, снималось напряжение и проводились измерения. По истечении 30 дней предварительно напряженная стальная проволока и арматура, встроенная в бетонные балки, подвергались измерениям электрохимического шума, импеданса переменного тока и потенциодинамической поляризации.Но измерения потенциала холостого хода проводились после завершения периода отверждения до конца 30-го дня.



2.3.2. Испытание на изгиб

Предварительно напряженные балки были подвергнуты испытанию на изгиб для определения несущей способности. После 28 дней отверждения балки подверглись коррозии в течение 30 дней, после чего напряжение было снято. После этого балки были высушены на открытом воздухе в течение 24 часов и подвергнуты испытаниям на изгиб в УТМ (универсальной испытательной машине) усилием 100 т при двухточечном нагружении, а также кривой зависимости нагрузки от прогиба и начальной трещинной нагрузки от конечной. зафиксирована трещинная нагрузка.Экспериментальная установка показана на рис. 4. Модуль прочности ( F b ) рассчитывали по формуле: где P – максимальная нагрузка при разрушении, L – длина пролета балки, b — ширина балки, а d — глубина балки.


2.4. Электрохимические исследования
2.4.1. Электрохимический шум (ECN)

ECN является одним из неразрушающих и неинтрузивных методов, используемых для мониторинга процесса коррозии различных металлических материалов [40], и он может предоставить информацию о механизме коррозии [41]. Было обнаружено, что чувствительность ЭХН намного выше, чем у других методов, при идентификации локального процесса коррозии [42]. ЭХН достигается одновременным измерением флуктуаций тока и потенциала, вызванных спонтанными электрохимическими реакциями [43]. В методике измерения электрохимического шума не используется внешний сигнал для сбора экспериментальных данных.

Метод ЭХН измеряет возмущения сигнала при низкоуровневых флуктуациях коррозионного потенциала между двумя номинально идентичными электродами, которые можно использовать для автоматического определения типа и скорости коррозии.Шум соответствует сигналу низкочастотного шума (дифференциал ZRA), но имеет гораздо меньшую амплитуду, когда речь идет об общей коррозии [44]. Этот метод широко используется в коррозионной технике как полезный метод мониторинга коррозии. Измерения ECN проводились для предварительно напряженной стали и закладных арматурных стержней в бетоне, загрязненном хлоридами.

2.4.2. Измерения потенциала холостого хода

После 28 дней отверждения предварительно напряженная сталь в напряженных условиях и арматура, встроенная в бетонные балки с различным процентным содержанием хлорида и без него, были подвергнуты измерению потенциала холостого хода в отношении ECMP. Положительный вывод микроамперметра был подключен к предварительно напряженной стали, а отрицательный вывод — к ECMP, и был построен график зависимости потенциала от времени для предварительно напряженной стали и арматуры. Возможные измерения проводились в течение 30 дней.

2.4.3. Спектроскопия импеданса переменного тока

Измерение электрохимического импеданса является подходящим методом для изучения коррозии, особенно для определения скорости коррозии, процесса пассивации и пассивации, а также для оценки различных ингибиторов.При этом напрягаемая сталь выступает в роли рабочего электрода, а нержавеющая сталь и ВКМЗ — в качестве контрэлектрода и электрода сравнения соответственно. Измерения импеданса были выполнены для предварительно напряженной стали и арматуры, встроенной в бетон, загрязненный хлоридами. Временной интервал от 10 до 15 минут давался для того, чтобы OCP достигла стационарного значения. Измерение импедансной спектроскопии проводили с помощью ACM Instruments, UK. Действительная часть ( Z ′) и мнимая часть (− Z ″) импеданса ячейки измерялась для различных частот (от 30 кГц до 10 мГц).Сделаны графики Z ′ против − Z ″. Измерения импеданса проводились в конце периода воздействия 30 дней.

2.4.4. Метод потенциодинамической поляризации

Здесь также использовалась та же экспериментальная установка, что и в методе импеданса переменного тока. В инструменте ACM предусмотрены программы для оценки кинетических параметров коррозии, такие как I corr и E corr . Потенциодинамическое условие соответствует скорости развертки потенциала, равной 0.1 мВс -1 и диапазон потенциалов от +200 до -200 мВ от OCP. Для всех систем были проведены поляризационные исследования. Все эксперименты проводились при комнатной температуре 30 ± 2°C.

3. Результаты и обсуждение
3.1. Электрохимические исследования
3.1.1. Электрохимический шум (ECN)

Измерение ECN было выполнено с использованием приборов ACM, Великобритания, в конце 30-дневного периода воздействия. Для проведения измерений использовалась двухэлектродная система.В качестве рабочего электрода 1 и рабочего электрода 2 использовали две одинаковые предварительно напряженные стали, а в качестве электрода сравнения использовали ЭКМП. Электрохимический токовый шум и потенциальный шум между связанными рабочими электродами и электродом сравнения измерялись одновременно. Записи ECN были взяты за 1000 с, содержащие 1000 точек данных, записанных с интервалом выборки данных 1,0 с (1 Гц). Графики зависимости тока от времени и потенциала от времени для арматуры и предварительно напряженной стали представлены на рисунках 5 и 6.Из рисунка 5 видно, что потенциальный и токовый шум демонстрируют разные характеристики в течение экспериментального периода. Обнаружено, что потенциальный сигнал имеет меньшую флуктуацию по сравнению с текущим шумовым сигналом. Впоследствии было обнаружено, что амплитуда колебаний увеличивается с увеличением содержания хлоридов как в предварительно напряженной стали, так и в арматуре. Установлено, что флуктуация сигнала тока изменяется от 0,5  мк А до 5,5  мк А. Сдвиг флуктуации потенциала составляет –190 мВ, –290 мВ, –375 мВ и –440 мВ для 0, 1, 2 и 3% уровня хлоридов соответственно в арматуре, залитой в бетон.Это указывает на то, что в арматуре, залитой только 3% хлора, началась коррозия.

В случае предварительно напряженной стали (рис. 6) было обнаружено, что флуктуации потенциала составляют –175, –280, –410 и –510  мВ соответственно при 0, 1, 2 и 3% соответственно, указывает на активное состояние стальной проволоки при содержании хлоридов 2 и 3%. Флуктуации потенциального шума при 3% хлорида оказались в 2,91 раза выше, чем при 0% хлорида. Было обнаружено, что по мере увеличения уровня хлорида флуктуации потенциального шума также увеличиваются.Флуктуации тока варьировались от 0,50  мк А до 10,0  мк А. Установлено, что флуктуации шума тока при содержании хлоридов 3 % в 20 раз выше, чем при содержании хлоридов 0 %, что свидетельствует о серьезности коррозии в стрессовое состояние. Наблюдается внезапный сдвиг как в потенциале, так и в шуме тока при уровне хлорида от 1 до 2%, а при уровне хлорида от 2 до 3% флуктуация шума потенциала и тока оказывается меньше по сравнению с уровнем хлорида от 1 до 2%.Чжао и др. [45] наблюдали ту же тенденцию поведения ECN в арматурной стали, содержащей цементный раствор, загрязненный хлоридами.

3.1.2. Измерение потенциала холостого хода

На рис. сталь (без хлорида) колеблется от -121 до -225 мВ по сравнению с ECMP, что указывает на пассивное состояние стальной проволоки в течение 30-дневного периода воздействия.Однако в бетоне, загрязненном 1% хлоридом, было обнаружено, что потенциал колеблется в пределах -242 мВ в начальный период и пересекает пороговый предел в -275 мВ после 4-го дня воздействия, а потенциал смещается в отрицательную сторону. и достигла -390 мВ в конце 30-го дня. В бетоне, загрязненном 2% и 3% хлоридами, арматурный стержень показал потенциал холостого хода -450 и -500  мВ в конце периода воздействия. Более высокий сдвиг потенциала в более отрицательном направлении указывает на активное состояние арматурного стержня.В 3% хлориде арматурный стержень показал более отрицательный потенциал -500 мВ по сравнению с ECMP в конце 30-го дня, что указывает на активное состояние арматурного стержня.

На рис. 7(b) представлена ​​зависимость потенциала от времени для предварительно напряженной стали с различным содержанием хлоридов. Из результатов видно, что предварительно напряженная сталь в контрольном бетоне находится в пассивном состоянии, показывая меньший отрицательный потенциал -250  мВ по сравнению с ECMP в конце 30 дней. Принимая во внимание, что в бетоне, загрязненном 1 %, 2 % и 3 % хлорида, предварительно напряженная сталь показала более отрицательные потенциалы, чем ненапряженная сталь, что указывает на активный характер стали после 30 дней воздействия.В 3% хлорида предварительно напряженная сталь показала более отрицательный потенциал -540  мВ по сравнению с ECMP после 30 дней воздействия, что указывает на сильную коррозию арматуры.

3.1.3. Сопротивление переменному току

График Найквиста для предварительно напряженной стали и арматурного стержня, залитого в бетон с разным процентным содержанием хлоридов, представлен на рис. 8. 30 дней воздействия показаны в таблице 3.Из таблицы видно, что напряженная сталь показала более высокую скорость коррозии, чем ненапряженная сталь, при всех уровнях содержания хлоридов. После 30 дней пребывания в бетоне, загрязненном хлоридами, скорость коррозии предварительно напряженной стали в 1,06, 1,03 и 1,48 раза выше, чем у арматуры, залитой в бетон, загрязненный 1%, 2% и 3% хлоридов. Например, значение I corr для арматуры и напряженной стали в 3% NaCl составило 1,224 × 10 −3  мА·см 2 и 2.098 × 10 −3  мА·см 2 соответственно. R ct значения арматуры и предварительно напряженной стали в 3% NaCl составили 2,131 × 10 4 и 1,441 × 10 4  Ом·см 2 , Скорость коррозии арматуры и предварительно напряженной стали в 3% NaCl составила 1,419 × 10 –2 мм/год и 2,098 × 10 –2 мм/год соответственно. Как в предварительно напряженной стали, так и в арматуре было обнаружено, что значения R ct уменьшаются, а значения C dl увеличиваются с увеличением концентрации хлорида, соответственно.Было обнаружено, что значения I corr увеличиваются с увеличением концентрации хлоридов независимо от стрессовых условий. По сравнению со сталью, находящейся под напряжением, арматура имеет меньшую скорость коррозии, более высокие значения R ct и более низкие значения C dl .



Обозначение Начальная трещина нагрузки (KN) Final Crack Load (KN) модуль разрыва ( F B ) (N / мм 2 )

Управление 78 120.6 5.36 5.36
1% NaCl 76 98. 5920
2% NaCl 67 4,03
3% NaCl 64 80.9 3,60

На рис. 9 представлена ​​кривая модуля импеданса для арматуры и предварительно напряженной стали с различным процентным содержанием хлоридов после 30 дней воздействия.Установлено, что значения импеданса уменьшаются с увеличением концентрации хлорида. По сравнению с предварительно напряженной сталью арматурный стержень имеет меньшие значения импеданса, чем предварительно напряженная сталь, при всех уровнях содержания хлоридов. Было обнаружено, что в стрессовом состоянии по мере увеличения уровня хлорида значение импеданса уменьшается на один порядок при каждом уровне хлорида. Наименьшая коррозионная стойкость стали наблюдалась в 3% NaCl как в предварительно напряженной стали, так и в арматуре.Небольшое емкостное поведение в низкочастотной области наблюдается как в напряженных, так и в ненапряженных стальных проволоках при всех уровнях содержания хлоридов. Эти результаты можно объяснить, принимая во внимание, что хлориды, присутствующие в окружающем бетоне, достигли стальной проволоки и активировали/инициировали процесс коррозии [46].

3.1.4. Потенциодинамические поляризационные исследования

Потенциодинамическая поляризационная кривая для арматуры и предварительно напряженной стали при различных уровнях концентрации хлоридов представлена ​​на рисунке 10.Кинетические параметры коррозии, полученные в результате потенциодинамических поляризационных исследований, приведены в таблице 4. Из таблицы видно, что значения E corr арматурного стержня после 30 дней воздействия составили −291, −388 и −458. при содержании хлорида 1, 2 и 3% соответственно. Значения E corr для арматурного стержня составляли -424, -518 и -594  мВ, что указывает на серьезность коррозии в предварительно напряженной стали по сравнению с арматурным стержнем. Было обнаружено, что после 30 дней воздействия ток коррозии ( I корр. ) и скорость коррозии предварительно напряженной стали выше по сравнению с арматурой.Скорость коррозии арматуры составила 0,721, 1,167, 1,524 × 10 −3 мм/год при содержании хлорида 1, 2 и 3% соответственно. Скорость коррозии предварительно напряженной стали составила 0,771, 1,374, 1,586 × 10 −3 мм/год при содержании хлорида 1, 2 и 3% соответственно. Напряженная сталь имеет скорость коррозии в 1,04, 1,18 и 1,04 раза выше, чем арматура при содержании хлоридов 1, 2 и 3% соответственно. Из потенциодинамической поляризационной кривой видно, что напряженная сталь подвергается коррозии сильнее, чем арматурный стержень.

+

System параметры импеданса переменного тока
Rebar Prentressed стальной провод
R CT (Ω · CM 2 ) × 10 4 C C DL (F · CM -2 ) × 10 -5 -5 I Corr (MA · CM 2 ) × 10 -3 CR ( mpy) × 10 -2 R CT (Ω · CM 2 ) × 10 4 C DL (F · CM -2 ) × 10 — 5 I Corr (MA · CM 2 ) × 10 -3 -3 CR (MMPY) × 10 -2 -2

Control 4. 897 +1,733 0,533 0,617 4,355 1,623 0,599 0,694
1% -ный раствор NaCl 4,010 2,225 0,651 0,754 3,766 2,088 0,692 0.803 0.803
2% NaCl 2.357 2.417 2.417 1.107 1.283 2.286 3.174 1.141 1.323
3% -ный раствор NaCl 2,131 2,618 1,224 1,419 1,441 5,125 1,810 2,098

Из указанных выше электрохимических исследований, обнаружено, что сдвиг скорости коррозии был выше при уровне хлорида 2% по сравнению с уровнями хлорида 1% и 3%. Это может быть связано с тем, что первоначально во время гидратации при уровне хлоридов 1% хлориды соединялись с цементом с образованием комплекса, называемого солью Фриделя [47, 48], и это уменьшало доступность свободных ионов хлорида. Было обнаружено, что при 2% хлорида комплексообразование ниже, а количество свободных ионов хлорида может быть выше, вызывая большую коррозию как в случае арматуры, так и в случае предварительно напряженной стали.

3.2. Испытание на изгиб

На рис. 11 показано поведение нагрузки в зависимости от смещения балок из предварительно напряженного бетона с добавлением 0, 1, 2 и 3 % хлорида, испытанных при двухточечной нагрузке. В таблице 5 показаны начальная и конечная трещинная нагрузка и модуль разрушения для различных хлоридных бетонных балок после 30 дней воздействия.Из рисунка 10 видно, что трещины появились в середине пролета. Дополнительное увеличение нагрузки на разных стадиях приводило к образованию дополнительных трещин и расширению части ранее образовавшихся трещин. Трещины из зоны растяжения прошли до нейтральной оси, а растрескивание бетона произошло на более поздних стадиях. Разрушение образца произошло из-за быстрого распространения трещин. Из кривой зависимости нагрузки от перемещения установлено, что максимальная предельная нагрузка для 0, 1, 2 и 3% бетонов, загрязненных хлоридами, составляет 120. 6, 98,5, 90,6 и 80,9  кН соответственно. Из результатов видно, что по сравнению с контрольным бетоном бетон, загрязненный хлоридами, снижает несущую способность на 18,3, 24,9 и 32,9% для бетона с добавлением 1, 2 и 3% хлорида. Также было обнаружено, что модуль разрыва уменьшается с увеличением концентрации хлорида. Снижение модуля прочности связано с наличием ионов хлора, вызывающих коррозию арматуры и предварительно напряженной стали, что приводит к снижению несущей способности балки [49, 50].


+ параметры

Система Потенциодинамические поляризационные
Арматура Prestressed стали
Е корр (мВ) Я корр (MA · CM 2 ) × 10 ) × 10 -4 Скорость коррозии (MMPY) × 10 -3 -3 E Corr (MV) I Corr (MA · см 2 ) × 10 -4 -40 Скорость коррозии (MPY) × 10 -3


Control -250 0. 455 0.527 -340 0.630 0.730
1% NaCl -291 0.622 0.721 -424 0.648 0.771
2% NaCl -388 1.007 1.167 -518 1.186 1.374 1.374
3% NaCl -458 1.315 1.524 -594 1.374 1.586

4. Выводы

(1) Прочность на изгиб предварительно напряженной бетонной балки снизилась на 32,9% при увеличении содержания хлоридов до предварительно напряженной стали выше, чем у арматуры. (3) Настоящее исследование также демонстрирует, что измерение ECN в сочетании с другими электрохимическими методами используется для изучения процесса коррозии предварительно напряженной стали.Результаты ECN хорошо согласуются с результатами измерений OCP и EIS. (4) ECN четко указывал на сдвиг потенциала и тока в зависимости от содержания хлоридов. Было обнаружено, что наблюдаемые сдвиги потенциала составляют -190 мВ для 0% Cl и -510 мВ для 3% Cl в напряженном состоянии. Эти данные показали сдвиг в 2,68 раза для предварительно напряженной железобетонной балки, загрязненной хлоридами. (5) Из вышеупомянутых экспериментов установлено, что ECN четко указывает на коррозионное состояние предварительно напряженной стали и арматуры, загрязненной хлоридами и незагрязненной.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов при публикации данной статьи.

Благодарности

Это исследование было поддержано Программой фундаментальных научных исследований через Национальный исследовательский фонд Кореи (NRF), финансируемой Министерством науки, ИКТ и планирования будущего (№ 2015R1A5A1037548). Велу Сарасвати благодарит директора CECRI и CSIR за разрешение продолжить стажировку в Университете Ханьянг, кампус Эрика, Корея.

Когда бетон научится предварительно напрягаться

Newswise — Ежегодно во всем мире производится и используется более десяти миллиардов тонн бетона. Это больше, чем все остальные строительные материалы вместе взятые. Для сравнения, сталь и асфальт, которые также очень широко используются, производятся примерно по 1,5 миллиарда тонн в год. Несмотря на то, что энергия, необходимая для производства одной тонны бетона, и выбросы, связанные с этим, ниже, чем для других строительных материалов, огромные количества ответственны за значительное воздействие на окружающую среду.

Цемент, связующее вещество в бетоне, является главным виновником. Чуть менее трех процентов мировой первичной энергии используется для производства четырех миллиардов тонн цемента, необходимых ежегодно. На производство цемента также приходится до восьми процентов глобальных выбросов CO2. По оценкам, ежегодное производство бетона и цемента может даже увеличиться еще на 50 процентов к 2050 году из-за растущего спроса в развивающихся странах. Однако замена бетона — непростая задача; строительный материал просто предлагает слишком много преимуществ.Эти цифры показывают, что более рациональное использование бетона — от производства и эффективного использования материалов до сноса и переработки — окажет огромное влияние на окружающую среду и общество.

Патенты в Европе и США

Ученые Empa изучают методы, позволяющие сделать бетонные элементы более компактными, но при этом прочными и стабильными, чтобы снизить расход материалов. Группа под руководством Джованни Терраси, Пьетро Лура и Матеуша Выжиковски недавно получила европейский и американский патенты на технологию самонапрягающегося бетона, позволяющую достичь именно этого.Предварительное напряжение обычно используется, когда бетонный элемент должен выдерживать очень высокие нагрузки, например, балки, мосты или консольные конструкции. В традиционной технологии предварительного натяжения арматура или арматура, обычно изготовленная из стали, закрепляется с обеих сторон элемента перед заливкой бетона, подвергается натяжению и снова освобождается после затвердевания бетона. Силы, возникающие в напрягающих элементах, подвергают бетон сжимающему напряжению: элемент стягивается, так сказать, предварительно натянутой арматурой внутри, и, таким образом, становится намного более стабильным.Проблема: сталь подвержена коррозии. Поэтому слой бетона вокруг напрягаемой стали должен иметь определенную толщину.

Углеродное волокно вместо стали  

Еще в 1990-х годах полимеры, армированные углеродным волокном (CFRP), использовались для замены стальной арматуры. Поскольку углепластик не подвергается коррозии, можно производить значительно более тонкие бетонные компоненты с очень похожими структурными свойствами. «Но если вы хотите предварительно напрячь эту арматуру из углепластика, чтобы иметь возможность строить еще более тонкие конструкции с более высокой несущей способностью, вы достигаете своих пределов», — говорит Выжиковски.Требуются очень дорогие станины предварительного напряжения, а анкеровка стержней из углепластика намного сложнее, чем анкеровка стали. Таким образом, предварительно напряженный высокопрочный бетон из углепластика все еще не очень широко используется.

Расширяющийся бетон

Команде Empa удалось полностью отказаться от анкеровки с обеих сторон бетонного элемента, поскольку бетон выполняет всю работу сам по себе: благодаря специальной формуле бетон расширяется по мере затвердевания. В результате этого расширения бетон подвергает внутренние стержни углепластика напряжению и, таким образом, автоматически создает предварительное напряжение.В своих лабораторных испытаниях исследователи смогли показать, что самонапряженные железобетонные элементы из углепластика могут выдерживать нагрузки, сравнимые с нагрузками, которые подвергались обычному предварительному напряжению — примерно в три раза больше, чем элемент из углепластика без предварительного напряжения. «Наша технология открывает совершенно новые возможности в легком строительстве», — говорит Выжиковски. «Мы не только можем строить более устойчивые конструкции, но и используем значительно меньше материалов». Исследователь Empa также видит совершенно новые области применения: «Мы можем легко создавать предварительное напряжение в нескольких направлениях одновременно, например, для тонких бетонных плит или филигранно изогнутых бетонных оболочек», — говорит он, глядя в будущее.Эти новые приложения в настоящее время разрабатываются в сотрудничестве с отраслевым партнером BASF.

 

Инженерная школа: Бетон, арматура, прочность на растяжение и сжатие

Как стальная арматура делает бетон более прочным: придавая ему прочность на растяжение. И как повысить прочность на растяжение с помощью предварительного напряжения или пост-натяжения

В прошлом видео мы говорили о бетоне 101 и о том, почему бетон является таким прекрасным строительным материалом. Но я не упомянул его самую большую слабость.Привет, я Грейди, и это Практическая инженерия.

В сегодняшнем выпуске мы продолжаем рубрику о бетоне с обсуждением армирования.

Спонсором этого видео является Skillshare. Подробнее об этом позже.

Чтобы понять самую большую слабость бетона, во-первых, нам нужно немного узнать о механике материалов, что является причудливым способом сказать «Как материалы ведут себя под нагрузкой».

Стресс в данном случае относится не к тревоге или экзистенциальному страху, а скорее к внутренним силам материала.

Существует три основных типа стресса:

  • Сжатие (сжатие)
  • Напряжение (растягивание)
  • Сдвиг (скольжение по линии или плоскости)

И не все материалы могут одинаково противостоять каждому типу нагрузки. Оказывается, бетон очень прочен на сжатие, но очень слаб на растяжение. Но вы не должны верить мне на слово.

Вот демонстрация: эти два бетонных цилиндра были отлиты из одной и той же партии, и мы посмотрим, какую нагрузку они выдержат до разрушения.

Во-первых, испытание на сжатие. При сжатии цилиндр сломался при нагрузке около 1000 фунтов (это 450 кг). Для бетона это довольно мало, потому что я добавил в эту смесь много воды.

Причина в том, что моя установка для проверки прочности на растяжение не такая сложная. Я вставил в этот образец несколько рым-болтов и теперь подвешиваю его к стропилам в магазине. Я наполнил это ведро гравием, но его веса было недостаточно, чтобы проба провалилась.

Итак, я добавил еще одну гантель, чтобы протолкнуть ее через край.Вес этого ведра составлял всего около 80 фунтов или 36 кг — это менее 10% прочности на сжатие.

Все это к тому, что не стоит делать веревку из бетона. На самом деле, без какого-либо способа исправить эту слабость к растягивающему напряжению, вы не должны делать какой-либо конструктивный элемент из бетона, потому что конструктивный элемент редко испытывает только сжатие.

В действительности почти все конструкции испытывают смешанные нагрузки

Это не более очевидно, чем в классическом луче.Эта особая классическая балка сделана мной из чистого бетона здесь, в моем гараже.

Приложение силы к этой балке вызывает развитие внутренних напряжений, и вот как они выглядят: верхняя часть балки испытывает сжимающее напряжение. А нижняя часть балки испытывает растягивающее напряжение.

Вы, вероятно, догадались, где произойдет разрушение этой бетонной балки, поскольку я продолжаю увеличивать нагрузку. Это происходит почти мгновенно, но вы можете видеть, что трещина образуется в нижней части балки, где растягивающее напряжение наибольшее, и распространяется вверх до тех пор, пока балка не разрушится.

Вы видите, к чему я клоню: бетон сам по себе не является хорошим конструкционным материалом. Слишком много источников напряжения, которым он не может противостоять сам по себе.

Итак, в большинстве ситуаций мы добавляем армирование для повышения его прочности.

Армирование внутри бетона создает композитный материал, при этом бетон обеспечивает прочность на сжатие, а арматура обеспечивает прочность на растяжение.

Наиболее распространенным типом арматуры, используемой в бетоне, является деформированная сталь, более известная как арматура.Я сделал новую балку с парой стальных стержней с резьбой, залитых в нижнюю часть бетона. Эти нити должны действовать точно так же, как деформированные гребни в обычном арматурном стержне, чтобы создать некоторое сцепление между бетоном и сталью.

Под прессом первое, что замечаешь, это то, что эта балка намного прочнее предыдущей. Мы уже значительно превзошли силу, которая подвела неармированный образец.

Но второе, что вы заметите, это то, что сбой происходит немного медленнее.Вы можете легко увидеть, как трещина формируется и распространяется до того, как балка выйдет из строя.

На самом деле это очень важная часть армирования бетона сталью.

Изменяет тип разрушения с хрупкого состояния, при котором нет предупреждения о том, что что-то не так, на пластичное состояние, при котором вы видите образование трещин перед полной потерей прочности.

Это дает вам шанс распознать потенциальную катастрофу и, надеюсь, устранить ее до того, как она произойдет.

Арматура отлично подходит для большинства случаев армирования

Относительно дешев, хорошо протестирован и понятен. Но у него есть несколько недостатков, одним из основных является то, что это пассивное подкрепление. Сталь удлиняется при напряжении, поэтому арматура не может начать работать, чтобы противостоять напряжению, пока у нее не будет шанса растянуться.

Часто это означает, что бетон должен треснуть, прежде чем арматурный стержень сможет воспринять какое-либо растягивающее напряжение элемента. Растрескивание бетона не обязательно плохо — в конце концов, мы всего лишь просим бетон сопротивляться сжимающим силам, с которыми он прекрасно справляется с трещинами.

Но в некоторых случаях требуется избежать трещин или чрезмерного прогиба, которые могут возникнуть из-за пассивной арматуры.

В этих случаях вы можете рассмотреть возможность использования активной арматуры, также известной как предварительно напряженный бетон.

Предварительное напряжение означает приложение напряжения к арматуре перед вводом бетона в эксплуатацию. Один из способов сделать это — натянуть арматуру при заливке бетона.

Когда бетон затвердеет, напряжение останется внутри, передавая сжимающее напряжение на бетон за счет трения с арматурой.

Большинство железобетонных мостовых балок предварительно напрягаются таким образом. Проверьте всю эту арматуру в нижней части этой балки.

Другой способ предварительного напряжения арматуры называется пост-натяжением

.

В этом методе напряжение в арматуре создается после затвердевания бетона. Для следующего образца я залил в бетон пластиковые втулки. Стальные стержни могут плавно скользить в этих втулках.

Когда балка затвердела, я затянул гайки на стержнях, чтобы натянуть их.Под прессом эта балка была ничуть не прочнее, чем традиционно армированная балка, но потребовалось большее давление, прежде чем образовались трещины.

Кроме того, это было не так драматично, потому что вместо самих стальных стержней вышла из строя резьба на гайках.

Я надеюсь, что эти демонстрации помогли показать, почему армирование необходимо в большинстве применений бетона — для увеличения прочности на растяжение и изменения режима разрушения с хрупкого на пластичный.

Так же, как и в предыдущем видео, я лишь поверхностно затрагиваю очень сложную и детальную тему.Многие инженеры проводят всю свою карьеру, изучая и проектируя железобетонные конструкции.

Но я развлекаюсь, играя с бетоном, и надеюсь, вам будет интересно. Я хотел бы продолжить эту серию статей о бетоне, поэтому, если у вас есть вопросы по теме, задавайте их в комментариях ниже.

Возможно, я смогу ответить на них в следующем видео. Спасибо за просмотр, и дайте мне знать, что вы думаете!

 

— это видео взято с канала YouTube компании «Практическая инженерия», на котором есть гораздо больше обучающих видео по инженерным вопросам.

 

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

[an error occurred while processing the directive]