О способах продления срока службы изделий из предварительно напряженного железобетона

Одним из эффективных способов повышения технико-экономических показателей железобетонных конструкций является метод предварительного напряжения, позволяющий целесообразно применять высокопрочные материалы (бетон и арматуру) и успешно решать сложные технические задачи. Этим и объясняется непрерывное расширение объемов производства предварительно напряженных конструкций во всех странах и большое внимание науки в этой области железобетона.

Предварительное напряжение арматуры непосредственно влияет на трещиностойкость сечений предварительно напряженных железобетонных конструкций. Основной характеристикой предварительного натяжения арматуры, не зависящей от способа ее натяжения на упоры или на бетон, принято напряжение в арматуре до обжатия бетона либо в момент снижения предварительного напряжения бетона до нуля воздействием на элемент внешних фактических или условных сил.

Арматуру для предварительно напряженных конструкций изготавливают из отдельных стержней или проволок, объединенных в арматурные изделия-канаты и пучки. Арматурный канат - наиболее эффективная напрягаемая арматура. Он состоит из группы проволок, свитых так, чтобы было исключено их раскручивание. Периодический профиль арматурных канатов обеспечивает их надежное сцепление с бетоном, а большая длина делает возможным их применение в длинномерных конструкциях без стыков.

В данное время способ натяжения арматурных канатов заключается в том, что один конец арматурного каната закрепляется жестко, а ко второму концу прилагают усилие, чаще всего гидравлика, и арматуру натягивают до установленного предела. Заливают бетон, и после набора им установленной прочности арматурные канаты обрезают, и железобетонное изделие готово к монтажу.

Недостатком данного способа является невозможность проникновения бетона в межпроволочное пространство ввиду того, что при натяжении арматурного каната проволоки так сильно прижимаются друг к другу, что препятствуют проникновению бетона. Но вода имеет возможность туда проникнуть как более текучая, а также проникновение ее возможно с концов арматуры, которые никак не защищены. Таким образом, происходит ржавление проволок в тех местах, куда не проник бетон.

Предлагаемый способ поясняется чертежом (рис .1).

Рис. 1. Схема натяжения арматурного каната: 1 - арматурный канат, 2-3 - зажимы, 4 - вибратор

Прибор работает следующим образом: зажимы 2 и 3 вращаются навстречу друг другу на некоторый угол против направления свивки арматурного каната 1, тем самым ослабляя контакт между проволоками. Угол поворота зажимов 2 - 3 зависит от длины арматурного каната, диаметра и числа проволок, а также вязкости бетона. После того, как проволоки ослабли, заливают бетон и включают вибратор 4. После того как бетон проник в межпроволочное пространство, зажимы 2-3 возвращаются в исходное положение и происходит натяжение арматурного каната.

Ослабление скрутки возможно непосредственно перед натяжкой арматурного каната или уже в залитом (свежем) бетоне, а также в отдельной ванне. Лишний бетонный раствор будет выдавлен из межпроволочного пространства при натяжении арматурного каната. Преимущество данного способа заключается в том, что исключается возможность ржавления арматурного каната изнутри. Способ технологически прост, не требует высококвалифицированного персонала и не занимает много времени.

Существует еще одна проблема - это определение натяжения арматуры, проблема, которая может свести на нет все преимущества способа, предлагаемого авторами. Опытным путем установлено, что в предварительно напряженных конструкциях начальное растягивающее предварительное напряжение, как правило, уменьшается независимо от того, произошло ли натяжение арматуры на упоры или на бетон. Уменьшаются и предварительные напряжения бетона после его обжатия усилиями от натянутой арматуры.

Ни один из существующих способов определения натяжения арматуры не отвечает требованиям, предъявляемым к современным изделиям из предварительно напряженного железобетона. Но вначале остановимся на стационарных способах измерения натяжения (определяем натяжение, когда в форму (опалубку) еще не залит бетон) - это способ измерения натяжения арматурного элемента при помощи динамометра (чаще это гидравлика), и второй способ - это определение натяжения арматуры прибором, действие которого основано на зависимости между частотой собственных колебаний напряженной арматуры и силой натяжения.

Недостатками этих способов являются, во-первых, работа лаборанта непосредственно с натянутым стержнем, нарушая ТБ по всем статьям; во вторых, это неточности измерения. Требуется высокая квалификация лаборанта, процесс отличается дороговизной и сложностью, а также невозможностью определить натяжение в уже готовом изделии. К этому следует добавить еще и то, что эти способы не помогут, если арматура натягивается в расширяющемся бетоне.

Предлагаемый способ измерения натяжения арматуры, по нашему мнению, имеет несколько иной подход к решению этой проблемы - определение натяжения арматуры по ее твердости (чем более натянута арматура, тем она становится тверже - до определенного предела). Способ определения натяжения арматуры поясняется фотографией прибора (рис. 2).

Рис. 2. Твердомер Иванова (название предварительное): 1 - арматура; 2 - индентор; 3 - тензометр;4 - прибор, показывающий усилие, прилагающееся к ручкам; 5, 6 - винт, регулирующий глубину внедрения индентора-2

Вначале необходимо измерить твердость арматуры в свободном состоянии, а затем в натянутом. После нескольких лет эксплуатации предварительно напряженного железобетона арматура теряет свои растягивающие и сжимающие свойства, а вот на что еще можно рассчитывать, может ответить работа этого прибора. Убирается защитный слой (шириной 10–20 мм) и замеряется остаточная твердость арматуры.

Сейчас обследование таких изделий проводится визуально – линейка, щуп. Поэтому выводы об изделии зависят от опыта инженера и тщательности обследования, а это, скорее всего, субъективные выводы, на которые трудно ориентироваться.

Изготовление напряженного железобетона с применением расширяющегося бетона очень ограничено ввиду того, что нельзя проверить натяжение арматуры, и срок эксплуатации таких изделий ограничивают 20 годами. Данный прибор позволяет в корне изменить подход к таким изделиям – оголяя арматуру в любом месте или заранее оставляя место для замера.

Преимущество данного способа от существующих заключается в следующем: простота способа при относительно высокой точности; замер осуществляется за короткое время; дешевизна и простота устройства; замер натяжения арматуры можно осуществлять на любом месте натянутой арматуры и при любой ее длине. Также можно определить натяжение арматуры и в уже работающих изделиях. Способ не требует высококвалифицированного персонала, так как он очень прост и доступен.

Под иглу (индентор) предлагается устанавливать пьезокристалл и при его сжатии (по току) определять степень нагрузки (компактность инструмента).

В заключение хочется отметить, что это только опытный образец, и его совершенствование будет продолжаться. Вместо прибора, измеряющего усилия на ручках, будет применен процессор, который будет учитывать остроту и угол заточки индентора, глубину его проникновения и т.д., также процессор должен будет учитывать температуру прибора и арматуры, хранить в памяти и сравнивать ранее заложенные данные и передавать их на компьютер.

Авторы приглашают к сотрудничеству всех, для кого этот прибор представляет интерес.