Напрягающие цементно-зольные бетоны

Из всех строительных конструкций самыми распространенными являются железобетонные конструкции (ЖБК) благодаря их прочности, жесткости, надежности, долговечности, технологичности и т. д.

Напряженные ЖБК обладают более высокими прочностными и жесткостными характеристиками по сравнению с ненапряженными. Напряжение арматуры может осуществляться перед бетонированием (преднапряженные), после бетонирования на бетон (постнапряженные) и во время твердения бетона за счет его расширения (самонапряженные).

Однако наиболее распространенная в России технология предварительного напряжения арматуры имеет ряд недостатков. Главным образом она применима только в заводских условиях и не позволяет в полной мере реализовать прочностные свойства напрягаемой арматуры, за счет появления потерь напряжения, которые обусловлены как технологией натяжения арматуры, так и свойствами бетона, усадкой и ползучестью.

Одним из способов устранения потерь предварительного напряжения, борьбы с усадкой и напряжения арматуры химическим способом может рассматриваться применение для конструкционных бетонов напрягающего цемента, который представляет собой обычный ПЦ с введением расширяющейся добавки (РД).

РД подразделяются на три группы: оксидные, сульфоалюминатные и оксидно-алюминатные, к последней группе в частности относится высоко-кальциевая зола (ВКЗ).

Цель исследования – выявление зависимости самонапряжения бетона от количества и свойств РД в виде ВКЗ и строительного гипса.

Характеристики использованной ВКЗ приведены в табл. 1.

Исследование самонапряжения бетонов проводилось на составах тяжелого бетона с расходом цемента (ЦЕМ II/А-Ш 32,5Б) 400 и 600 кг на 1 м3.

В качестве расширяющих добавок вводилась высо-кокальциевая зола Барнаульской ТЭЦ-3 (см. табл. 1) в количествах 50, 100, 150 % и строительный гипс (Г-5 А II) в количествах 0 и 10 % от ПЦ.

Самонапряжение бетона вычисляется исходя из связанной деформации кондукторов – Δ (раз- ность между конечным и начальным измерением кондуктора) по формуле [1, 2]:

R bsn = Δ·µ пр ·E ст / l обр ,

где Δ и lобр – полная деформация образца в процес- се самонапряжения бетона и его длина соответст- венно; µпр – приведенный коэффициент армирования образца, принимаемый равным 0,01; Ecт – мо- дуль упругости стали кондуктора, принимаемый равным 200 000 МПа.

Как видно из рисунка, самонапряжение бетона пропорционально количеству вводимой золы. Для бетона с добавкой золы самонапряжение наилучшим образом коррелирует с CaOзакр, что обуславливается расширяющейся способностью пережженной извести. В бетоне с добавкой золы и гипса самонапряжение зависит от CaOсвоб, что объясняется не только поздней гидратацией пережженного оксида, но и большим синтезом эттрин- гита в присутствии гипса, портландита и алюминатных фаз золы и цемента.

Самонапряжение в системе с добавкой гипса выше на 50–80 % чем в системе без него, и составляет 0,5–2,0 МПа после ТВО.

Для выявления влияния самонапряжения на прочность армированных образцов изготовляли образцы призмы размером 100×100×400 мм со спиральным поперечным армированием в 1 %.

Расход цемента в бетонной смеси составлял 600 кг/м3, ВКЗ/ПЦ = 150 %, Гипс/ПЦ = 10 %.

После определения прочности бетона вычислялась расчетная прочность армированного образца по формуле [3]:

R’ bn = R bn + 4· p 0 ·F c / F , (2) где R bn – прочность бетона при сжатии, МПа; p 0 –

Строительные материалы и изделия

Таблица 1

Характеристики ВКЗ

№ пробы	ТНГ, %	Остаток на сите № 008, %	S уд , см2/г	Сроки схватывания, мин		Содержание свободного СаО*, %			∆Т, °С	п.п.п., %
				начало	конец	открытый	закрытый	суммарный
2	25,0	6,8	3700	13	16	5,8	0,5	6,3	7,5	5,9
4	26,7	7,8	3600	12	19	5,7	1,1	6,8	7,0	6,3
5	30,0	11,8	4350	11	45	6,8	1,5	8,3	8,0	9,2
6	26,7	7,0	3850	13	24	9,3	1,8	11,1	7,0	6,3
7	26,7	5,0	3800	14	35	6,0	0,5	6,5	6,0	5,5
8	30,0	8,5	3350	30	135	4,4	–	4,4	6,0	7,6
9	24,0	10,4	1950	20	50	3,6	0,3	3,9	4,5	4,7

*

Содержание CaO определялось по спиртово-сахарат н ой методике.

Rbsn = 0.6441*7.816*С*0.0135*3-3.4513*С,*0,0015*С*3*0.0002*3>

а)

Rten = 1,0 789*1,8174*С*0,0108*3 0.1238*С?*0,0022*С*3»0,0002*3?

б)

Самонапряжение бетона: ПЦ = 400 кг/м3; Гипс/ПЦ = 0 % (а); Гипс/ПЦ = 10 % (б)

Вебер А.В., Хижинкова Е.Ю., Овчаренко Г.И.                     Напрягающие цементно-зольные бетоны напряжение обжатия в сечении, МПа (при армировании в 1 % соответствует самонапряжению - Rbsn); Fc и F - площадь обжатого ядра и сечения образца соответственно, м2.

Из полученных результатов видно (табл. 2), что прочность армированного образца тем выше контрольной прочности, чем больше самонапря-жение бетона. Данный эффект объясняется тем, что напрягающий бетон создаёт обжатие бетонного ядра в стальной обойме, величина напряжения которого пропорционально самонапряжению бетона. Фактическая прочность армированного образца с небольшим отклонением соответствует расчетной прочности образца.

Таким образом, применяя напряженный бетон, например для производства сжатых элементов конструкций: сваи, колонны и т. д., в условиях трехосного армирования можно увеличить несущую способность конструкции, или при той же несущей способности снизить количество рабочей продольной арматуры [4-6].

В случае высоких значений самонапряжения бетона (3,0-5,0 МПа) целесообразно напрягать арматуру конструкции полностью химическим способом как в заводских условиях, так и на строительной площадке при монолитном строительстве.

Выводы

• 1.    Самонапряжение бетона пропорционально количеству РД и содержанию закрытой/свободной извести в ВКЗ.

• 2.    Добавка 10 % гипса увеличивает самона-пряжение на 50-80 %.

• 3.    Применение напрягающего бетона в спи-

• 4.    Применение высококальциевой золы и строительного гипса в качестве расширяющих добавок позволяет получить бетон с величиной са-монапряжения 0,5-4,0 МПа, а также снизить стоимость этого бетона, по сравнению с бетонами на сульфоалюминатных РД за счет использования доступного и дешевого техногенного сырья в виде ВКЗ ТЭЦ-3.

рально армированных образцах увеличивает их прочность на 10-35 % по сравнению с неармиро-ванными образцами, прирост прочности пропорционален самонапряжению бетона.