Вплив полімерної композиції "Силор" на міцність, деформативність та тріщиностійкість залізобетонних балок при дії статичних навантажень

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний університет водного господарства та природокористування

ВПЛИВ ПОЛІМЕРНОЇ КОМПОЗИЦІЇ "СИЛОР" НА МІЦНІСТЬ, ДЕФОРМАТИВНІСТЬ ТА ТРІЩИНОСТІЙКІСТЬ ЗАЛІЗОБЕТОННИХ БАЛОК ПРИ ДІЇ СТАТИЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ

Бабич Є.М., д.т.н., проф.

Довбенко В.С., аспірант

м. Рівне

Анотація

Наведені результати експериментальних досліджень міцності, деформативності та тріщиностійкості залізобетонних балок, підсилених і відновлених полімерною композицією "Силор". Встановлено, що використання композиції "Силор" дає можливість повністю відновити балки, які мали пошкодження або їх підсилити.

In the article there are the results of experimental research of strength, deformability and crack growth resistance of RC beams, reinforced restored by polymer composition "Silor". It is determined that application of the composition "Silor" enables to completely restore damaged RC beams or to reinforce beams.

Стан питання та мета досліджень. В останній час розробляються технології підсилення та відновлення залізобетонних конструкцій і споруд з використанням низки спеціально створених полімерних матеріалів. Такі розробки дозволяють комплексно вирішувати практично всі питання, що виникають при підсиленні та відновленні зруйнованих внаслідок корозії і експлуатаційного перенавантаження конструкцій і споруд, а також забезпечити їхню нормальну експлуатацію та довготривалу роботу.

В процесі експлуатації будівлі і споруди під дією навантажень і факторів навколишнього середовища поступово руйнуються і для відновлення їхньої роботи необхідно виконувати ремонтні роботи, що потребують часу та значних витрат, які часто перевищують вартість нового будівництва. Переважна більшість будівель та споруд вичерпала нормативний строк експлуатації і потребує капітального ремонту.

Одним з ефективних та перспективних методів, призначених для ремонту, відновлення і підсилення залізобетонних елементів є використання полімерних композицій, яким багато уваги приділяли такі вчені, як: Е.П. Александрян, А.Я. Барашиков, Р.О. Веселовський, М.С. Золотов, Л.А. Ігонін, В.Г. Мікульський, М.Ю. Смолянінов, Л.М. Шутенко та інші [1, 3, 4, 5]. Особливе місце серед полімерних композицій займає композиція "Силор", застосування якої визначається її високою економічною ефективністю, низькою вартістю та відносно малими трудозатратами.

Виходячи з досвіду застосування полімерних композицій, розчинів та клеїв при ремонті, підсиленні і відновлені будівельних конструкцій, можна відмітити, що питання роботи залізобетонних елементів, підсилених або відновлених полімером "Силор", потребує спеціального вивчення Слід підкреслити, що практично відсутні дані щодо роботи під дією різних навантажень стиснутих і згинальних залізобетонних елементів, підсилених або відновлених полімерною композицією "Силор".

Особливості підсилення залізобетонних елементів полімерними композиціями. При відновленні бетонних та залізобетонних конструкції полімерами, частіше всього їх просочують епоксидними, акриловими, поліуретановими композиціями. При цьому не враховується той факт, що бетон являє собою прекрасний сорбент, який в процесі проникнення розділяється на окремі інгредієнти, які порушують еквівалентність композиції, що втрачають здатність твердіти. Так, при просоченні бетону низьков'яжучою епоксидною композицією верхні шари просоченого бетону збагачуються епоксидною смолою, а більш глибокі - затверджувачем [1].

Полімерна композиція "Силор" - мономер, який після полімеризації перетворюється в полімер [2]. В якості основного матеріалу служить мономер - диізоцианат, що містить в своїй структурі групи -N=C=O. При поверхневому нанесенні композиція "Силор" проникає в поверхневі шари і після хімічної взаємодії з бетоном утворює новий композиційний матеріал, який за своєю структурою відрізняється від необробленого матеріалу і одночасно виконує наступні функції: зміцнює поверхневі шари бетону; проникає в об'єм і заповнює структуру пор; захищає поверхню від проникнення вологи, грибків та інших бактерій; створює допоміжний адгезійний шар при накладанні нового будівельного розчину на "стару" поверхню.

Затвердла композиція "Силор" не горить і не є токсичною. Для залізобетонних конструкцій особливо важливим є її здатність просочувати продукти корозії металу і в подальшому запобігати можливості корозії.

Мономер "Силор" твердіє під дією солей чи основ, що завжди присутні у бетоні. Мономер має у своєму складі краун - ефір, який утворює з катіоном метало-іонну пару, звільнений аніон каталізує процес твердіння мономера [3].

Мета, характеристика зразків та обсяг досліджень. В даній статті поставлено за мету дослідити міцність, жорсткість та тріщиностійкість згинальних залізобетонних елементів, підсилених і відновлених мономером "Силор". В експериментальних дослідженнях поставлені такі задачі: встановити особливості роботи залізобетонних балок, підсилених за допомогою полімерної композиції "Силор", при дії статичних навантажень; встановити вплив статичних навантажень на розвиток прогинів балок, та ширину розкриття тріщин, нормальних до повздовжньої осі елемента.

Для проведення експериментальних досліджень були виготовленні дев'ять залізобетонних балок прямокутного профілю розміром 120Ч140Ч1400 мм. Балки армовані в'язаними каркасами з поздовжньою робочою арматурою 2Ш10 мм класу А 400С та поперечною арматурою Ш5 В_р-I з кроком 100 мм (рис. 1). Зразки - балки, куби, призми виготовлялися з важкого бетону класу В 20, для виготовлення якового використовували портландцемент марки М 400, щебінь - гранітний крупністю від 5 до 20 мм і пісок фракції до 1,8 мм.

Рис.1. Схема армування балок.

Балки виготовляли в касетній металевій опалубці. Одночасно з виготовленням балок з тієї ж бетонної суміші виготовляли по шість бетонних кубиків і призм, які використовували для визначення кубикової і призмової міцності. При цьому по три кубика і призми просочувалися полімером "Силор".

Контрольні балки БК-1, 2, 3 (загальна марка балок БК) виготовлялися з бетону і не піддавалися будь якій обробці полімером. Балки БПС-1, 2, 3 (балки БПС) виготовлялися з такого ж бетону, але у віці 80 діб просочувалися полімером "Силор". До початку нанесення композиції зі всіх граней балок було зняте "цементне молочко", поверхня набула шорсткості. Нанесення полімерної композиції здійснювалося за допомогою пензля через 10…15 хвилин до повного насичення поверхневих шарів. Ознакою насичення бетону була поява на них глянцевої поверхні темно-коричневого кольору [4]. Після просочення дослідні зразки витримувалися на протязі 10 діб до початку випробувань.

Балки БВ-1, 2, 3 (балки БВ) виготовляли також з бетону і у віці 80 діб піддавалися навантаженню до виникнення нормальних тріщин, ширина розкриття яких складала приблизно 0,3 мм, після чого вони повністю розвантажувалися. Після розвантаження тріщини в балках розшивалися за допомогою будівельного шпателя та на всіх гранях було зняте "цементне молочко". Розшиті тріщини були зароблені будівельним розчином. Через одну добу, коли розчин затвердів, здійснювали просочення поверхні полімером "Силор". Після цього балкам була надана нове маркування - БВС-1, 2, 3 (балки БВС).

Методика експериментальних досліджень. Усі балки випробовувалися як вільно лежачі на двох опорах і статично завантажувалися двома зосередженими силами F (рис. 2). Навантаження на балки прикладалось ступенями по 0,05…0,1 від максимального до самого руйнування. На кожному ступені витримка навантаження тривала 10…15 хвилин, в процесі якої знімалися показники по приладам і виконували візуальний огляд зразків, фіксували характер тріщиноутворення та визначали ширину розкриття тріщин.

Рис.2. Схема випробування балок та розташування вимірювальних приладів.

Прогини балок та вертикальні переміщення опор вимірювали прогиномірами 6ПАО з ціною поділки 0,01 мм, деформації розтягнутої арматури тензометром Гугенбергера на базі 20 мм з ціною поділки 0,001 мм, деформації бетону - за допомогою тензорезисторів та індикатора годинникового типу на базі 100 мм з ціною поділки 0,001 мм. Також вимірювали ширину розкриття тріщин мікроскопом з ціною поділок 0,02 мм.

Результати експериментальних досліджень. Перед випробуванням балок дослідним шляхом визначалися механічні характеристики матеріалів. Для контрольного бетону кубкова міцність становила 19,87 МПа, призмова - 17,76 МПа, а для бетону підсиленого полімерною композицією "Силор" відповідно 23,19 і 21,48 МПа. Просочування композитом сприяло підвищенню кубикової міцності на 16,7, а призової - на 20,9 %.

Першими випробовувалися контрольні балки БК, які не покривалися полімерною композицією "Силор". Руйнування відбувалося по нормальним перерізам в зоні чистого згину внаслідок текучості нижньої поздовжньої розтягнутої арматури. Середнє руйнівне навантаження за результатами випробування трьох зразків - близнюків склало 2F_u = 41,4 кН (табл. 1).

Балки БПС, які до випробування просочувалися полімером "Силор", також зруйнувалися по нормальним перерізам, але для них середнє руйнуюче зусилля склало 2F_u = 51,3 кН, що на 23,9 % більше, ніж середнє для балок БК.

Таблиця 1. Характерні показники роботи дослідних балок

Також більшу міцність мали і балки БВС, які попередньо були навантажені до рівня, коли виникли нормальні тріщини шириною 0,3мм, а потім відновлені і повторно випробувані короткочасним навантаженням. Вони зруйнувалися також при середньому навантаженні 2F_u = 51,3 кН. Отже, попереднє навантаження і розкриття тріщин після відновлення на міцність балок не вплинуло, а порівняно з контрольними балками БК міцність збільшилася на 23,9 %.

У контрольних балках БК перші нормальні тріщини виникали при навантаженні 2F=6,4 кН (згинальний момент М_crc,b = 1,28 кН*м), а ширина їхнього розкриття складала a_crc,_b = 0,02…0,05 мм. Зі збільшенням навантаження кількість, ширина розкриття і висота розповсюдження тріщин збільшувалися (рис. 3). В балках БПС, підсилених полімерною композицією "Силор", нормальні тріщини зафіксовані при навантаженні 2F=10,65кН згинальний момент M_crc,m = 1,99 кН*м), а ширина розкриття складала a_crc,_m = 0,04…0,06 мм.

Рис. 3. Зміна ширини розкриття нормальних тріщин

Просочування балок композицією "Силор" уповільнило процес розкриття тріщин. Так, при умовному експлуатаційному навантаженні, яке можна прийняти рівним M_e = 0,6M_u = 4,97 кН*м (M_u - руйнівний момент для балок БК), ширина розкриття тріщин в балках БК склала a_crc,_b = 0,22 мм, а в балках БПС - a_crc,_b = 0,18 мм, що на 18,2 % менше порівняно з балками БК. Якщо ж взяти M_e = 0,6M_u= 6,15 кН*м, прийнявши M_u для балок БПС, то ця ширина розкриття виявиться рівною a_crc,_b = 0,24 мм, тобто, практично такою ж як і у балках БК при такому ж рівні навантаження.

Випробування балок БВС також підтверджує ефективність використання композиту "Силор" для відновлення тріщиностійкості елементів. В процесі навантаження в цих балках найбільш повільно зростала ширина розкриття тріщин, а їхня величина була найменшою (див. рис. 3). При дії моменту M_e = 4,97 і 6,15 кН*м ширина розкриття тріщин слала складала відповідно a_crc,_m = 0,15 і 0,19 мм, що на 20,0 і 20,8 % менше, ніж в балках БПС.

Використання композиту "Силор" суттєво підвищує жорсткість балок (рис. 4). Прогин балок БК при навантаженні M_e = 4,97 кН*м склав f_e = 4,51 мм, а середній прогин балок БПС - f_e = 3,54 мм, що 21,5 % менше. При M_e = 0,6M_u= 6,15 кН*м такий прогин склав f_e = 4,77 мм, що практично такий же, що і в балках БК при рівні навантаження M_e = 0,6M_u = 4,97 кН*м. У відновлених балках БВС прогин на всіх ступенях навантаження був меншим, ніж в балках БК і БПС (рис. 4).

Використання композиту "Силор" суттєво вплинуло на характер розвитку деформацій крайнього стиснутого волокна, практично не впливаючи на розвиток деформацій в розтягнутій арматурі (рис. 5).

Висновки

полімерний залізобетонний балка міцність

Композит "Силор" є ефективним засобом підсилення або відновлення залізобетонних конструкцій. Його застосування дає змогу підвищити міцність, жорсткість та тріщиностійкість згинальних елементів на 15 - 20 %. Це підтверджено експериментальними дослідженнями роботи балок при короткочасних навантаженнях.

Рис. 4. Графіки розвитку прогинів в середині прольоту балок.

Рис. 5. Зміна деформацій розтягнутої арматури е_b і бетону стиснутої грані е_s при навантаженні балок: 1 - БК; 2 - БПС; 3 - БВС.

Література

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

2. ТУ У В.2.7.-24.6-01497391-001-2001 "Покриття захисне комбіноване на основі зв'язуючих "Силор" і "УТК-М"".

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

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

5. М.Ю. Смолянінов Підсилення залізобетонних елементів, що зазнають згину, акриловим полімеррозчином // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: Зб. наук. праць. - Рівне: Вид-во РДТУ, 2004. - Вип. 12. - с. 432-439.

Размещено на Allbest.ru