Легкобетонные слоистые конструкции повышенной эксплуатационной надежности

Баширов Х. Жиров А. Легкобетонные слоистые конструкции повышенной эксплуатационной надежности // Бетон и железобетон. 2003 . №5. C. 2-4

Важнейшими задачами строительного комплекса в области бетона и железобетона на начало XXI века являются расширение применения бетонов с высоким уровнем использования местных материалов, разработка новых конструктивных систем зданий на основе долговечных конструкций и гибких технологий, утилизация строительно-промышленных отходов и др. [1].

На частичное решение этих задач направлены исследования авторов данной статьи. Результаты этих исследований подтверждают, в частности, особую перспективность широкого применения легких бетонов всех видов в слоистых конструкциях. Именно здесь открываются наиболее широкие перспективы для использования местных материалов, включая строительно-промышленные отходы. В слоистых конструкциях удается также наиболее успешно решить проблемы долговечности. В частности, существенно увеличить сроки начальной безремонтной эксплуатации и последующие межремонтные сроки безостановочной работы конструкций в сложных условиях постоянного воздействия различных агрессивных сред [2].

К настоящему времени разработаны экспериментально апробированы и рекомендуются к более широкому применению несколько видов слоистых конструкций повышенной эксплуатационной надежности из легких бетонов (табл. 1). Для покрытий новых типов производственных зданий транспорта [3] предложены двухконсольные арочные плиты с прямолинейным расположением напрягаемой арматуры в пролете и на консолях. Сжатая зона по всей длине плиты может быть усилена сварной рулонной сеткой. Для этой конструктивной системы оптимальным вариантом является однослойное исполнение с использованием бетона на пористых заполнителях плотной структуры классов В20-В30. Повышенная долговечность плит может обеспечиваться в этом случае малыми добавками суперпластификаторов или водорастворимых полимеров, например смолы № 89 (цементнополимерный бетон). В случае повышенной агрессивности эксплуатационной среды в отапливаемой пролетной части здания на растянутую зону арочной плиты дополнительно наносят слой напыляемого пенопласта.






При наличии значительных нагрузок, например, в технологических эстакадах электролизных цехов, балочные конструкции должны выполняться с жесткими армирующими системами, способными воспринимать до 85% длительных нагрузок. Бетон в наружной оболочке, принимая на себя часть нагрузки, пропорционально меняющейся при эксплуатации жесткости, выполняет свою главную функцию по надежной защите традиционных материалов армосистемы от агрессивных воздействий. В средней части на длине 2/3-3/4 пролета под жестким сжатым поясом армосистемы слабо нагруженный бетон исключается полностью за счет введения демпфирующей вставки из спрессованных в деревянной каркасной обойме отходов деревообработки. Балки этого вида успешно эксплуатируются без ремонтов более 20 лет в тяжелых условиях производства хлора и каустика на Стерлитамакском АО "Каустик" [4].

В несущих каркасах зданий и технологических сооружениях с нагрузками средней интенсивности могут эффективно применяться балки и колонны с железобетонным сердечником из конструкционного легкого бетона. После формования и непродолжительной пропарки поверхность горячих сердечников обрабатывается пескоструйным аппаратом, а затем в горячем состоянии их вибропогружают в смесь мелкозернистого полимерцементного (ПЦ-бетон) или полимерного бетона. В зависимости от условий эксплуатации, вида и толщины бетона наружная оболочка может дополнительно армироваться сеточной арматурой по всему контуру сердечника. Для надежности сцепления бетона сердечника и бетона оболочки по верхней плоскости сердечника осуществляют посыпку частично утопленным в легкий бетон керамзитовым гравием. Конструкции этого вида доведены до промышленной апробации и успешно эксплуатируются в течение 15 лет в технологических эстакадах цеха электролиза хлора Волгоградского АО "Каустик".

Для зданий и сооружений многоцелевого назначения со сложными условиями эксплуатации, например, в среднеагрессивных средах, разработана новая технология изготовления слоистых балочно-стоечных конструкций повышенной эксплуатационной надежности. В частности, балки и внецентренно сжатые колонны выполняют с трехслойным сердечником из легких бетонов. Их формуют послойно в основной опалубочной форме с использованием специальных вставок. Бетон размещается в гибкой оболочке, зафиксированной в пространственном каркасе изделия, с использованием специальных зажимов. В готовом сердечнике вся рабочая и монтажная арматура размещается по его контуру, за счет чего существенно повышается надежность совместной длительной работы всех материалов.

В сжатых стойках и колоннах фахверка облегченный сердечник в армооболочке выполняется по той же технологической схеме, но однослойным.

Основные параметры жесткости, длительной прочности, трещино- и химической стойкости рассмотренных слоистых конструкций регулируются в более широком диапазоне по сравнению с возможностями традиционных конструктивных решений.

Одним из основных недостатков известных плоских перекрытий и покрытий из балочных элементов является их сравнительно большая общая строительная высота. Наши поисковые и экспериментальные исследования позволили выявить возможности существенного уменьшения влияния этого недостатка на общие технико-экономические показатели зданий. Такие реальные возможности открываются, в частности, при использовании в покрытиях и перекрытиях зданий слоистых плит низких сводов, выполняемых по новому конструктивно-технологическому решению [5]. Отличительной особенностью плит является то, что они имеют торцевые железобетонные вкладыши с уголковыми закладными деталями и выпусками сеточной арматуры. С выпусками соединена рабочая арматура сварных каркасов, размещенных в боковых слоях, и сварные сетки в верхнем и нижнем слоях. При этом нижний защитный и средний формообразующие слои в поперечном сечении выполнены трапециевидной формы с параболическим очертанием верхней грани среднего слоя. Они формуются с использованием расслаивающейся смеси особолегкого бетона при одновременном воздействии подогретого сжатого воздуха и обжимного профилирующего устройства. Верхние и боковые омоноличивающие слои выполнены из конструкционного легкого бетона плотной структуры в виде сводчатой оболочки, монолитно объединенной с торцевыми вкладышами. Повышенная надежность монолитного объединения всех армирующих частей с вкладышами обеспечивается также тем, что перед установкой пространственного каркаса плиты в опалубочную форму к боковым сварным каркасам и закладным деталям дополнительно присоединяют на сварке арочные стержни.

Надежность транспортировки и монтажа слоистых плит обеспечивается тем, что при предварительном изготовлении железобетонных торцевых вкладышей анкерующие стержни закладных деталей взаимно зафиксированы с гибкими кольцевыми монтажными петлями, выполненными из проволочных прядей или канатов. Повышение надежности длительной совместной работы всех слоев плиты может обеспечиваться дополнительно демпфирующей прослойкой из полимерцементного раствора, равномерно распре-деленного по всей поверхности крупнопористого легкого бетона в среднем слое.

По нижнему защитному слою плита может быть выполнена со строительным подъемом ломаного очертания, причем его максимальная величина в средних 2/4 длины не должна превышать 1/200 пролета. Необходимость выполнения слоистых плит с начальным строительным подъемом при пролетах более 7-8 м обусловливается тем, что эти конструктивные системы выполняются без предварительного напряжения арматуры. Их повышенная жесткость обеспечивается созданием распорной сводчатой системы непосредственно в самом конструктивном решении.

Результаты испытаний опытных конструкций слоистых плит низких сводов, приведенные в табл. 2, показывают, что общая деформативность слоистых плит с торцевыми жесткими стенками при наличии строительного подъема снижается в 2,5-3 раза при примерно одинаковой приведенной жесткости их сечений. Это обеспечивается благодаря сводчатой конструкции верхнего слоя, монолитно объединенного с жесткими торцевыми стенками-упорами, а также вследствие повышения трещиностойкости по нижнему слою и замедления всего процесса разрушения за счет эффекта работы свода. Это подтверждается существенным повышением несущей способности слоистых плит 2-й и 3-й серий при примерно одинаковом расходе растянутой арматуры в плитах всех серий (см. табл. 2).

Таблица 2

Основные показатели

Ед.изм.

Слоистые плиты с обычными

опорами

Слоистые плиты с жесткими торцевыми стенками

плоские

с начальным выгибом

Суммарная нагрузка начала процесса разрушения

кН/%

30/100

51/170

72/240

Снижение темпа приращения относительных деформаций по растянутой грани

%

100

300-350

700-750

Суммарная нагрузка в момент образования первых трещин

кН/%

12/100

36/300

60/500

Полные интегральные деформации (прогибы) к моменту образования первых трещин

мм/%

8,3/100

3,6/43

2,5/31

Таким образом, представленные в данной работе слоистые конструкции плит, балок и колонн позволяют успешно решить проблему комплексного применения конструкций повышенной эксплуатационной надежности в зданиях и сооружениях с агрессивными технологическими средами. При этом существенно повышается эффективность использования в них легких бетонов всех видов на основе местных материалов, включая и строительно-промышленные отходы.

Библиографический список

1. Звездов А.И., Михайлов К.В., Волков Ю.С. XXI век ? век бетона и железобетона//Бетон и железобетон. ? № 1. ? 2001. ? С. 2-6.

2. Жиров А.С., Силин B.C., Баширов Х.З. Повышение эксплуатационной надежности и долговечности зданий и сооружений вагонного хозяйства//Транспортное строительство. ? № 7. ? 1987. ? С. 23-25.

3. Баширов Х.З. Разработка новых типов производственных зданий вагонного хозяйства//Транспортное строительство. ? № 5. ? 1999. ? С. 18-19.

4. Жиров А.С., Ильяшенко В.А., Бабков В.В., Никитин С.Н. Эффективные комплексные конструкции на основе легкого армополимербетона и их внедрение/ /Промышленное строительство. ? № 8. ? 1983.? С. 23-26.

5. Патент России № 2184195. Слоистая плита низких сводов и способ ее изготовления/Баширов Х.З. и Жиров АС. Заявл. 27.12.2000 № 2001327448/03; опубл. ? Бюл. № 18. ? 2002.