Влияние полимерной композиции "Силор" на прочность, деформативность и трещиностойкость железобетонных балок при действии статических нагрузок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние полимерной композиции "Силор" на прочность, деформативность и трещиностойкость железобетонных балок при действии статических нагрузок

Приведенные результаты экспериментальных исследований прочности, деформативности и трещиностойкости железобетонных балок, усиленных и пропитанных полимерной композицией "Силор". Установлено, что использование композиции "Силор" дает возможность полностью восстановить характеристики балки, которые имели повреждение или их усилить.

В последнее время разрабатываются технологии усиления и восстановления железобетонных конструкций и сооружений с использованием ряда специально созданных полимерных материалов. Такие разработки позволяют комплексно решать практически все вопросы, которые возникают при усилении и восстановлении разрушенных в результате коррозии и эксплуатационной перегрузки конструкций и сооружений, а также обеспечить их нормальную эксплуатацию и долговременную работу.

В процессе эксплуатации здания и сооружения под действием нагрузок и факторов окружающей среды постепенно разрушаются и для возобновления их работы необходимо выполнять ремонтные работы, которые нуждаются во времени и значительных расходах, которые часто превышают стоимость нового строительства. Подавляющее большинство зданий и сооружений исчерпали нормативный срок эксплуатации и нуждается в капитальном ремонте.

Одним из эффективных и перспективных методов, предназначенных для ремонта, возобновления и усиления железобетонных элементов есть использование полимерных композиций, которым много внимания уделяли такие ученые, как: Е.П. Александрян, А.Я. Барашиков, Р.А. Веселовский, М.С. Золотов, Л.А. Игонин, В.Г. Микульский, М.Ю. Смолянинов, Л.М. Шутенко и другие [1, 3, 4, 5]. Особенное место среди полимерных композиций занимает композиция «Силор», применение которой определяется ее высокой экономической эффективностью, низкой стоимостью и относительно малыми трудозатратами.

Исходя из опыта применения полимерных композиций, растворов и клеев при ремонте, усилении и возобновленные строительных конструкций, можно отметить, что вопрос работы железобетонных элементов, усиленных или восстановленных полимером "Силор", нуждается в специальном изучении. Следует подчеркнуть, что практически отсутствующие данные относительно работы под действием разных нагрузок(на сжатие, на изгиб) железобетонных элементов, усиленных или восстановленных полимерной композицией «Силор».

Особенности усиления железобетонных элементов полимерными композициями. При восстановлении бетонных и железобетонных конструкций полимерами, чаще всего их пропитывают эпоксидными, акриловыми, полиуретановыми композициями. При этом не учитывается тот факт, что бетон являет собой прекрасный сорбент, который в процессе проникновения разделяет вышеназванные композиции на отдельные ингредиенты, которые нарушают эквивалентность композиции, и в результате они теряют способность отвердевать. Так при пропитке бетона низковяжущей эпоксидной композицией верхние слои пропитанного бетона обогащаются эпоксидной смолой, а более глубокие - затвердителем [1].

Полимерная композиция "Силор" - мономер, который после полимеризации превращается в полимер [2]. В качестве основного материала служит мономер - диізоцианат, что содержит в своей структуре группы -N=C=O. При поверхностном нанесении композиция "Силор" проникает в поверхностные слои и после химического взаимодействия с бетоном образует новый композиционный материал, который своей структурой отличается от необработанного материала и одновременно выполняет следующие функции:

крепит поверхностные слои бетона;

проникает в объем и заполняет структуру пор;

защищает поверхность от проникновения влаги, грибков и других бактерий;

создает вспомогательный адгезионный слой при наложении нового строительного раствора на "старую" поверхность.

Затвердевшая композиция "Силор" не горит и не является токсичной.

Для железобетонных конструкций особенно важной является ее способность пропитывать продукты коррозии металла и в дальнейшем предотвращать возможность коррозии.

Мономер "Силор" отвердевает под действием солей или основ, которые всегда присутствуют в бетоне. Мономер имеет в своем составе краун - эфир, который образует с катионом металло-ионную пару, освобожденный анион катализирует процесс отвердевания мономера [3].

Цель, характеристика образцов и объем исследований.

В данной статье поставлено за цель исследовать прочность, жесткость и трещиностойкость изгибистых железобетонных элементов, усиленных и возобновленных мономером «Силор». В экспериментальных исследованиях поставлены такие задачи: установить особенности работы железобетонных балок, усиленных с помощью полимерной композиции "Силор", при действии статических нагрузок; установить влияние статических нагрузок на развитие прогибов балок, и ширину раскрытия трещин, нормальных к продольной оси элемента.

Для проведения экспериментальных исследований были изготовлении девять железобетонных балок прямоугольного профиля размером 120х140х1400мм. Балки армированы вязаными каркасами с продольной рабочей арматурой 2Ш10 мм класса А400С и поперечной арматурой Ш5 Вр-I с шагом 100 мм (рис. 1). Образцы - балки, кубы, призмы изготовлялись из тяжелого бетона класса В20, для изготовления использовали портландцемент марки М400, щебень - гранитный крупностью от 5 до 20 мм и песка фракции до 1,8 мм

Рис.1. Схема армирования балок

железобетонный балка полимерный

Балки изготовляли в кассетной металлической опалубке. Одновременно с изготовлением балок из той же бетонной смеси изготовляли по шесть бетонных кубиков и призм, которые использовали для определения кубиковой и призмовой прочности. При этом по три кубика и призмы пропитывались полимером «Силор».

Контрольные балки БК-1, 2, 3 (общая марка балок БК) изготовлялись из бетона и не поддавались будь какой обработке полимером. Балки БПС-1, 2, 3 (балки БПС) изготовлялись из такого же бетона, но в возрасте 80 суток пропитывались полимером «Силор».

К началу нанесения композиции со всех граней балок было снято “цементное молочко”, поверхность приобрела шероховатость. Нанесение полимерной композиции осуществлялось с помощью кисти через 10-15 минут до полного насыщения поверхностных слоев. Признаком насыщения бетона было появление на них глянцевой поверхности темно-коричневого цвета [4]. После пропитки опытные образцы выдерживались в течение 10 суток до начала испытаний.

Балки БВ-1, 2, 3 (балки БВ) изготовляли также из бетона и в возрасте 80 суток поддавались нагрузке к возникновению нормальных трещин, ширина раскрытия которых составляла приблизительно 0,3 мм, после чего они полностью разгружались. После разгрузки трещины в балках расшивались с помощью строительного шпателя и со всех граней было снято “цементное молочко”. Расшитые трещины было заработаны строительным раствором. Через одни сутки, когда раствор затвердел, осуществляли пропитку поверхности полимером "Силор". После этого балкам была предоставлена новая маркировка - БВС-1, 2, 3 (балки БВС).

Методика экспериментальных исследований.

Все балки испытывались как свободно лежащие на двух опорах и статически загружались двумя сосредоточенными силами F (рис. 2). Нагрузка на балки прикладывалась степенями по 0,05...0,1 от максимального к самому разрушению. На каждой степени выдержка нагрузки длилась 10...15 минут, в процессе которой снимались показатели по приборам и выполняли визуальный обзор образцов, фиксировали характер трещиности и определяли ширину раскрытия трещин.

Рис.2. Схема испытания балок и расположения измерительных приборов

железобетонный балка полимерный

Прогибы балок и вертикальные перемещения опор измеряли прогибометрами 6ПАО с ценой деления шкалы 0,01 мм, деформации растянутой арматуры тензометром Гугенбергера на базе 20 мм с ценой деления шкалы 0,001 мм, деформации бетона - с помощью тензорезисторов и индикатора часового типа на базе 100 мм с деления шкалы 0,001 мм Также измеряли ширину раскрытия трещин микроскопом с деления шкалы 0,02 мм

Результаты экспериментальных исследований.

Перед испытанием балок опытным путем определялись механические характеристики материалов. Для контрольного бетона кубковая прочность составляла 19,87 МПа, призмова - 17,76 МПа, а для бетона усиленного полимерной композицией "Силор" соответственно 23,19 и 21,48 МПа. Пропитка композитом способствовала повышению кубиковой прочности на 16,7, а призовой - на 20,9 %.

Первыми испытывались контрольные балки БК, которые не покрывались полимерной композицией "Силор". Разрушение происходило по нормальным перерезам в зоне чистого изгиба в результате текучести нижней продольной растянутой арматуры. Средняя разрушительная нагрузка за результатами испытания трех образцов - близнецов составило 2Fu = 41,4 кН (табл. 1).

Балки БПС, которые к испытанию пропитывались полимером "Силор", также разрушались по нормальным перерезам, но для них среднее разрушающее усилие составило 2Fu = 51,3 кН, что на 23,9 % больше, чем среднее для балок БК.

Также большую прочность имели и балки БВС, которые предварительно были нагружены до уровня, когда возникли нормальные трещины шириной 0,3мм, а затем воcстановленные и повторно испытанные кратковременной нагрузкой. Они разрушались также при средней нагрузке 2Fu = 51,3 кН. Следовательно, предыдущая нагрузка и раскрытие трещин после восстановления на прочность балок не повлияла, а в сравнении с контрольными балками БК прочность увеличилась на 23,9 %.

Таблица 1. Характерные показатели работы опытных балок

В контрольных балках БК первые нормальные трещины возникали при нагрузке 2F=6,4 кН (изгибистый момент Мcrc,b = 1,28 кН*м), а ширина их раскрытия составляла acrc,b = 0,02…0,05мм С увеличением нагрузки количество, ширина раскрытия и высота распространения трещин увеличивались (рис. 3). В балках БПС, усиленных полимерной композицией "Силор", нормальные трещины зафиксированы при нагрузке 2F=10,65кН изгибистый момент Mcrc,m = 1,99 кН*м), а ширина раскрытия составляла

acrc,m = 0,04…0,06 мм.

Рис. 3. Изменение ширины раскрытия нормальных трещин

Пропитка балок композицией «Силор» замедлило процесс раскрытия трещин.

Да, при условной эксплуатационной нагрузке, которую можно принять ровным Me = 0,6Mu = 4,97 кН*м (Mu - разрушительный момент для балок БК), ширина раскрытия трещин в балках БК составила acrc,b = 0,22 мм, а в балках БПС - acrc,b = 0,18 мм, что на 18,2 % меньше в сравнении с балками БК. Если же взять Me = 0,6Mu= 6,15 кН*м, приняв Mu для балок БПС, то эта ширина раскрытия окажется ровной acrc,b = 0,24 мм, то есть, практически такой же как и в балках БК при таком же уровне нагрузки.

Испытание балок БВС также подтверждает эффективность использования композита «Силор» для восстановления трещиностойкости элементов. В процессе нагрузки в этих балках наиболее медленно росла ширина раскрытия трещин, а их величина была наименьшей (см. рис. 3). При действии момента Me = 4,97 и 6,15 кН*м ширина раскрытия трещин составляла соответственно acrc,m = 0,15 и 0,19 мм, что на 20,0 и 20,8 % меньше, чем в балках БПС.

Использование композита «Силор» существенно повышает жесткость балок (рис. 4). Прогиб балок БК при нагрузке Me = 4,97 кН*м составил fe = 4,51 мм, а средний прогиб балок БПС - fe = 3,54 мм, что 21,5 % меньше. При Me = 0,6Mu= 6,15 кН*м такой прогиб составил fe = 4,77 мм, что практически такой же, что и в балках БК при уровне нагрузки Me = 0,6Mu = 4,97 кН*м.

В восстановленных балках БВС прогиб на всех степенях нагрузки был меньше, чем в балках БК и БПС (рис. 4).

Использование композита «Силор» существенно повлияло на характер развития деформаций крайнего сжатого волокна, практически не влияя на развитие деформаций в растянутой арматуре (рис. 5).

Рис. 4. Графика развития прогибов в середине пролета балок

Рис. 5. Изменение деформаций растянутой арматуры еb и бетона сжатой грани еs при нагрузке балок: 1 - БК; 2 - БПС; 3 - БВС.

Выводы

железобетонный балка полимерный

Композит «Силор» является эффективным средством усиления и восстановления железобетонных конструкций. Его приложение дает возможность повысить прочность, жесткость и трещиностойкость изгибистых элементов на 15 - 20 %. Это подтверждено экспериментальными исследованиями работы балок при кратковременных нагрузках.

Литература

железобетонный балка полимерный

1. Р.А. Веселовский, Сб. Физическая химия многокомпонентных полимерных систем, том 1 (Киев, Научная мысль, 1986) с. 375-379.

2. ТУ В В.2.7.-24.6-01497391-001-2001 "Покрытия защитное комбинированное на основе связывающих "Силор" и "УТК-М"".

3. Р.А. Веселовский, Регулирование адгезионной прочности полимеров (Киев, Научная мысль, 1988) с. 176.

4. Д.Р. Веселовский, Н.В. Савицкий, Р.А. Веселовский Основные принципы создания мономеров для пропитки бетона.: Сб. научных трудов ПГАСА, г. Днепропетровск, 2006.

5. М.Ю. Смолянинов Усиления железобетонных элементов, которые испытывают изгиб, акриловым полімеррозчином // Ресурсоекономни материалы, конструкции, здания и сооружения: Зб. наук. трудов. - Ровно: Изд-во РДТУ, 2004. - Вип. 12. - с. 432-439.

Размещено на Allbest.ru