Як бути з усадкою моноліту

Як бути з усадкою моноліту

Доповідь завідувача кафедри Брестського політехнічного інституту, кандидата технічних наук В. В. Тура "Застосування напружуваного бетону в збірно-монолітних конструкціях перекриттів і покриттів", зроблений ним 22 вересня на міжнародній науково-технічній конференції "Багатоповерхові житлові будівлі з монолітними і збірно-монолітними каркасами . Нові опалубні системи, технології та досвід будівництва ".

У практиці будівництва збірно-монолітні конструкції, що поєднують в одному конструктивному вирішенні переваги як збірного, так і монолітного залізобетону, представлені досить широко і різноманітно. Залежно від прийнятого конструктивного рішення монолітний бетон, застосовуваний для об`єднання збірних елементів, може розташовуватися в пазах по контуру плит, на їх поверхні або в поєднанні перших двох варіантів. При використанні для омоноличивания традиційних бетонів на портландцементного в`язкому в складових перетинах виникає додаткове напружено-деформований стан, викликаний дією тривалих процесів (усадкою і ползучестью). Без помітного збитку на міцність конструкції, тривалі процеси сприяють зниженню її експлуатаційних характеристик, в першу чергу тріщиностійкості і жорсткості. Тривалі процеси в статично невизначених системах призводять до появи додаткових зусиль, часто значної величини. Конструктивно-технологічні заходи, спрямовані на виключення несприятливого впливу усадки, виявляються на практиці малоефективними.

Істотно підвищити експлуатаційні характеристики збірно-монолітних конструкцій стає можливим при виконанні монолітної частини з напружуваного бетону. Відмінною особливістю напружуваного бетону є те, що в процесі твердіння він зазнає об`ємне розширення. При обмеженні деформацій розширення (твердіння в умовах обмеженого простору) в напружуючому бетоні з`являються власні напруги стиснення (самонапруження). По суті з`являється можливість виконати попереднє напруження конструкції без додаткових витрат на механічне натяг арматури.

Встановлено, що величина пов`язаних деформацій напружуваного бетону, а як наслідок і його самонапружених, залежать від ряду конструктивно-технологічних факторів, основними з яких є марка енергоактивні напружуваного цементу і його витрата в складі бетонної суміші- ступінь обмеження деформацій розширення, яка характеризується жорсткістю обмежує зв`язку- умови зберігання бетону в конструкції.

Виявлено основні закономірності розвитку процесу самонапруження в збірно-монолітних конструкціях із застосуванням напружуваного бетону, доведені на базі єдиного методологічного підходу до розрахункових залежностей, що дозволяють оцінити вихідне напружено-деформований стан конструкції на стадії її зведення.

При застосуванні напружуваного бетону в збірно-монолітної конструкції на стадії зведення формується напружено-деформований стан, діаметрально протилежне тому, що має місце при усадки в традиційних конструкціях.

При застосуванні ж напружує бетону в якості монолітної частини площинних конструкцій, зокрема перекриттів і покриттів, на стадії розширення можуть бути досягнуті додаткові ефекти, що виражаються в зміні вихідної геометрії конструкції, коли перекриття з плоского перетворюється в просторову оболонку з малою стрілою підйому.

Разом з тим слід постійно пам`ятати про те, що при застосуванні напружуваного бетону на основі активних цементів може бути досягнутий як позитивний, так і негативний результат. Тому проектувати такі конструкції, виходячи з простої заміни портландцементного бетону на напружує, як це роблять в разі забезпечення непроникності конструкції, не можна.

В якості ілюстрації наведемо а priori (без розрахункового обґрунтування) деякі критерії, виходячи з яких слід виконати проектування збірно-монолітних конструкцій, зокрема перекриттів різного призначення з монолітної частиною з напружуваного бетону.

При аналізі збірна частина конструкції розглядається як пасивний елемент (PAS), який умовно не змінює свого об`єму в процесі зведення (приймається допущення, що усадка в збірному елементі повністю завершена). Монолітна частина, яка збільшує свій початковий обсяг, а отже, і лінійні розміри, розглядається як активний елемент (АСТ).

В результаті розширення напружуваного бетону, розташованого по контуру збірного елемента, активна частина відділяється від пасивної, в стику утворюється і розкривається тріщина, конструкція стає непридатною для сприйняття навантаження (рис. 1, а). Більш сприятлива ситуація спостерігається, коли збірно-монолітна конструкція розташовується між упорами, що володіють кінцевої жорсткістю (рис. 1, б), функцію яких виконують, наприклад, стіни. Однак і в таких випадках використання напрягающих бетонів, навіть з високою маркою по самонапружених, не дає відчутного ефекту зважаючи на значну жорсткості обмежують зв`язків. При подальшій усадки самонапружених монолітного бетону може бути в значній мірі або повністю погашено.

У протилежній ситуації, коли монолітний бетон розташовується всередині збірної частини (рис. 1, в), при розширенні досягається обтиснення контакту між монолітним і збірним бетоном. Пасивний контур стримує розширення, піддаючись в свою чергу розтягування, що може привести до його утворення тріщин. Експериментальні дослідження показали, що в цьому випадку обов`язковою умовою працездатності такого перекриття є наявність попереднього напруження в елементах збірного контуру. Незважаючи на те що це дещо знижує ефективність рішення, монолітна самонапружених плита здатна сприймати значні за величиною навантаження, працюючи практично без розрахункового армування. Однак при досить потужному зовнішньому обмеження з боку збірного контуру досягнутий рівень самонапруження, оцінюваний по реакції обмеження, може бути, як і в випадку жорстких упорів, порівняно легко погашений при подальшій усадки монолітного бетону.

Найбільш раціональним є випадок, показаний на рис. 1 (варіант 3), коли початкова напруження, що досягається при розширенні активної частини, відчувають всі елементи перекриття.

У представленому рішенні напружує бетон розташовують не тільки по контуру, але і у вигляді активної вставки в середній частині осередку перекриття, обмеженою сіткою колон. У цьому випадку критерій, при виконанні якого обов`язково буде досягнуто попереднє напруження всього перекриття, може бути записаний у такий спосіб: L a1 і L a2 (cм. Рис. 1), де L a1 і L a2 - відповідно лінійні розміри активних елементів в середній частині перекриття та на контуре- дельта "1" і дельта "2" - абсолютні збільшення лінійних розмірів активних елементів до моменту завершення розширення напружуваного бетону.

Таким чином, при проектуванні конструкцій такого типу необхідно мати обґрунтовану методику визначення додаткових приростів лінійних розмірів активних елементів в умовах зовнішнього обмеження деформацій розширення.

При використанні напружуваного бетону у вигляді монолітного шару, що укладається по поверхні збірної частини, активний елемент розташовується, як показано на рис. 2.

Розглянемо найбільш загальний випадок, коли збірно-монолітна площинна конструкція має активну монолітну плиту на всій поверхні пасивної збірної частини перетину (складеної з окремих раніше виготовлених плит або представляє собою одну нерозрізну плиту). При відсутності зчеплення між збірною плитою і монолітним неармованим бетоном розширення останнього протікає практично вільно, не викликаючи розрахункового самонапруження в монолітному бетоні і додаткових напружень в збірній частини розтину. При розміщенні в монолітній плиті арматури, остання, будучи обмеженням деформацій розширення, призводить до самонапружених тільки монолітного бетону (рис. 2).

Обов`язковою умовою працездатності (придатності до експлуатації) збірно-монолітної конструкції є наявність надійного зв`язку з контакту між монолітною і збірної частинами складеного перерізу. У цих умовах розширення активної частини буде обмежуватися збірними елементами, розташованими з ексцентриситетом по відношенню до монолітної набетонки. В результаті такого позацентрового обмеження в елементах складеного перерізу виникають додаткові внутрішні зусилля, що призводять до самонапружених набетонки, появи додаткових напружень в збірній частини, а конструкція змінює свою геометричну форму. У разі лінійних елементів складова конструкція отримує вигин, а плоска конструкція перетворюється в пологу оболонку позитивної гауссова кривизни.