Машиностроение ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ

ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЕЛИЧИНЫ СЦЕПЛЕНИЯ БАЗАЛЬТОПЛАСТИКОВОЙ АРМАТУРЫ С БЕТОНОМ

В статье приведены результаты исследований базальтопластиковой арматуры с бетоном и сравнения полученных данных с требованиями для сцепления арматуры периодического профиля. Ключевые слова: ровинг, базальтопластиковая арматура, пультрузия, сцепление, бетон.

В современной мировой практике наряду с традиционной стальной армату­рой все более широкое применение нахо­дит неметаллическая композитная арма­тура. Композитная арматура представля­ет собой материал, который состоит из основы в виде базальтового ровинга (соединенные в пучок тонкие волокна диаметром 14...16 мк) и связующего - термореактивной синтетической смолы (пластика). Композитная арматура изго­товляется методом пультрузии - протяж­кой пропитанных связующим армирую­щих волокон через нагретую формообра­зующую фильеру или методом нидлтру - зии - без применения фильеры. При этом периодический профиль поперечного се­чения формируется путем вдавливания обматывающего жгута в несущий стер­жень, или путем спиральной обмотки ус­тупами несущего стержня обматываю­щим жгутом. Временное сопротивление композитной арматуры, в зависимости от вида ровинга базальтового, составляет соответственно 750...1200 МПа и 600... 800 МПа, модуль упругости 40...43 МПа, плотность - 2,03 т/м3 [2,3].

Отличительной особенностью такой арматуры является высокая стойкость к коррозионным воздействиям агрессивной среды, в частности хлористых солей, углекислого и сернистого газа, оксидов азота и других, что существенно увели­чивает межремонтный цикл эксплуатации по сравнению с железобетонными конст­рукциями, которые эксплуатируются в агрессивных средах [1]. Композитная ба- зальтопластиковая арматура обладает низким коэффициентом теплопроводно­сти, является диэлектриком, радиопро­зрачна, магнитоинертна, и как следствие, в ряде случаев позволяет обеспечить ан­тимагнитные и диэлектрические свойства строительных конструкций.

Совокупность перечисленных выше физико-технических свойств, а также до­статочные для армирования конструкций прочностные и деформативные характе­ристики и обеспечение требуемого сцеп­ления с бетоном, предопределили наибо­лее рациональные области применения композитной базальтовой арматуры, а именно: конструкции морских и припор­товых сооружений, автомобильные доро­ги, фундаменты, конструкции инженер­ных сетей, опоры линий электропередач, теплосберегающие ограждающие кон­струкции.

В современной практике ком­позитная базальтовая арматура наиболее широко применяется в США, Канаде, Японии, странах Европы, где разра­ботаны соответствующие нормативные документы, регламентирующие правила проектирования, испытаний и примене­ния такой арматуры.

В мировой практике основным ме­тодом оценки сцепления арматуры с бе­тоном является балочный метод RILEM/ CEB/FIP [5], который предусматривает испытания образцов бетонной балки на изгиб.

В качестве критерия сцепления ком­позитной базальтовой арматуры с бетоном принимались условия, установ­ленные в EN 1992-1-1 [4] для стальной арматуры, согласно которым при испы­таниях по балочному методу RILEM/ CEB/FIP [2] должны выполняться следующие условия:

Xm > 0,098 (80 -1,2d), (1)

Xr > 0,098(130 -1,9d) , (2)

Где xm - средние значения касательных напряжений в МПа сцепления при сме­щении свободного конца стержня на 0,001 мм, 0,1 мм и 1 мм; xr - касательные напряжения при разрушении (выдергива­нии); d - диаметр стержня в мм.

Этими исследованиями было преду­смотрено проведение испытаний образ­цов базальтопластиковой арматуры по RILEM/CEB/FIP [5] и проверка выпол­нения условий (1) и (2) как критериев сцепления арматуры с бетоном

В качестве опытных образцов были приняты стержни базальтопластиковой арматуры диаметром 8 мм, 10 мм и 12 мм. Всего для проведения испытаний были отобраны 6 образцов композитной арматуры диаметром 8 мм, 10 мм и 12 мм.

Балочный метод испытаний по RILEM/CEB/FIP [5] на сцепление арма­туры с бетоном предусматривает испыта­ние специальных образцов бетонной балки на изгиб. Балка состоит из двух
половинок, соединенных между собой в растянутой зоне испытываемым арматурным стержнем, а в сжатой зоне через закладные детали - стальным цилиндром. Испытываемый арматурный стержень на среднем участке половинок балки длиной 10d (d - диаметр стержня) имеет сцепление с бетоном, а на остальных участках половинок балок помещается в специальные трубки и не имеет сцепление с бетоном.

Балка испытывается двумя сосредоточенными силами. В процессе испытаний измеряется смещение расположенного на торце балки свободного конца испытываемого стержня. Касательные напряжения сцепления с бетоном на длине 10d вычисляются в зависимости от осевого усилия в стержне в сечении соединения половинок балки.

Осевое усилие в испытываемом арматурном стержне при этом вычисляется по формуле

N = M,

Z

Где М - изгибающий момент в сечении, разделяющем балку на половинки; z - плечо внутренней пары в сечении, разде­ляющем балку на половинки, равное рас­стоянию от оси испытываемого стержня до оси цилиндра в сжатой зоне.

Касательные напряжения между арматурными стержнями и бетоном вычисляются по формуле

N.

(4)

A -1

Где As - фактическая площадь поперечно­го сечения арматурного стержня; l - дли­на анкерования арматурного стержня в бетоне (10d).

Опытные образцы (балки) для про­ведения испытаний имели прямоугольное поперечное сечение 120x220 мм, полная длина балки - 1230 мм, длина половинок - 600 мм, зазор между половинками балки - 30 мм. Плечо внутренней пары (расстояние от оси испытываемого стерж-ня до оси цилиндра в сжатой зоне) - 167 мм. На участках без сцепления испытываемый стержень располагался в пластиковых трубках.

Опытные образцы изготавливались из бетона класса В30 с фракцией круп­ного заполнителя 10-20 мм. Твердение образцов происходило в нормальных условиях, распалубливание проводилось на 3-4 день после бетонирования. Для контроля прочности бетона на сжатие (класс бетона) изготавливались образцы- кубы размерами 100x100x100 мм.

Испытание образцов (балок и кубов) производилось в возрасте 30-38 суток. Испытания образцов производилось по схеме свободно опертой балки. При этом одна из опор (шарнирно-неподвижная) обеспечивала только поворот образца, а вторая (шарнирно подвижная) обеспе­чивала поворот и смещение образца в плоскости изгиба. Сосредоточенные силы прикладывались на расстоянии 230 мм от опор, расстояние между силами - 400 мм.

Нагружение образцов осуществ­лялось ступенями по 0,1 от предпола­гаемой предельной нагрузки выдер­гивания арматурного стержня из бетона. Величина нагрузки контролировалась образцовыми динамометрами ДОСМ-3-5 с индикатором часового типа ИЧ-10 и ДОСМ-50 с индикатором часового типа ИЧ-10. Смещение свободных концов испытываемого арматурного стержня измерялись индикаторами часового типа с границей измерений 1 мм и точностью 0,001 мм. На каждой ступени нагрузка выдерживалась 15 секунд, во время которых снимались показания индика­торов.

Результаты проведенных исследова­ний приведены в таблице и на рисунке в виде:

- значений касательных напряжений при деформациях сдвига 0,01 мм, 0,1 мм и 1 мм, контролируемых опытных значе­ний xm, xr, и их нормируемых величин (см. табл.);

- сводного графика зависимостей касательные напряжения-деформации сдвига для композитной арматуры диа­метром 8 мм, 10 и 12 мм (см. рис.).

Обобщение, систематизация и ана­лиз результатов проведенных исследо­ваний сцепления с бетоном композитной базальтовой арматуры позволяют сделать следующие основные выводы.

1. Общий вид кривых зависимостей касательные напряжения - деформации сдвига для композитной базальтовой ар­матуры с периодическим профилем, со­ответствует аналогичным кривым для стальной арматуры традиционного пе­риодического (серповидного) профиля.

2. Полученные контролируемые опытные значения касательных напряже­ний (см. табл.), для композитной базаль­товой арматуры по всем испытанным об­разцам диаметром 8 мм, 10 мм, 12 мм удовлетворяют требованиям EN 1992-1-1 [4] к профилю арматуры, применяемой для армирования бетонных конструкций.

3. Для расчета анкеровки в бетоне композитной базальтовой арматуры с пе­риодическим профилем могут быть при­менены расчетные зависимости для стальной арматуры периодического (сер­повидного) профиля.