книги из ГПНТБ / Кудрявцев, А. А. Предварительно-напряженный керамзитобетон
.pdfА. А. Кудрявцев
ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫЙ КЕРАМЗИТОБЕТОН
МОСКВА
С Т Р О И И З Д А Т 1974
У Д К 624.012.46+691.328.2:666.973.2:666.64-492.3
публичная
I '~‘ KJ
уЦ -Зэь'УУ'
Научный редактор инж. И. Б. СТОМАХИН
Кудрявцев А. А. Предварительно-напряженный керамзитобетон. М., Стройиздат, 1974. 93 с.
В брошюре излагаются результаты исследований работы керамзитобетона в предварительно-напряженных конструкциях, армированных различными сортами арма турной стали. Приводятся сведения о потерях напряже ния в арматуре, по анкеровке и сцеплению арматуры с керамзитобетоном, усадке и ползучести легких бетонов. Значительное внимание уделено прочности, трещиностойкости и деформативности предварительно-напряженных конструкций из конструктивного керамзитобетона. Рас сматривается работа конструкций при кратковременных и длительно действующих нагрузках. Содержатся дан ные по бетонам, изготовленным с применением разно видностей керамзитобетона: зольного гравия, зольного аглопоритового гравия и трепельного гравия.
Брошюра предназначена для работников проектных, научно-исследовательских организаций, а также для инженерно-технического персонала заводов железобе тонных изделий.
Табл. 6, ил. 40., список лит.: 50 назв.
©Стройиздат, 1974.
„30205—375
84-74
047(01)—74
П р е д и с л о в и е
В Решениях XXIV съезда КПСС указано на необхо димость широкого применения в строительстве новых эффективных материалов и облегченных конструкций, на использование местных строительных материалов. В этой связи расширение производства и внедрение лег ких бетонов в строительстве имеет важное народнохо зяйственное значение.
Применение легких бетонов позволяет значительно снизить собственный вес конструкций, улучшить тепло технические показатели зданий, способствует успешному решению проблемы объемного и высотного строительст ва, а также строительства в сейсмических районах.
Объем применения предварительно-напряженного легкого бетона в СССР и некоторых зарубежных стра нах резко возрос в последние годы. Этому способствует накопленный опыт по использованию этого материала, а также большой рост объема производства пористых заполнителей, особенно керамзита для конструктивных легких бетонов.
Несмотря на имеющийся опыт применения в строи тельстве несущих предварительно-напряженных керам зитобетонных конструкций, их расчет еще слабо осве щен в технической литературе. В нормативных докумен тах многих стран данные по расчету конструкций из легких бетонов или отсутствуют, или излагаются не полно.
3
При подготовке книги не ставилась задача обобщения всех материалов по рассматриваемому вопросу. Приве денные в ней данные отражают преимущественно; резуль таты исследований, проведенных в НИИЖБ под руко водством автора.
Автор выражает благодарность сотрудникам лаборатории легких бетонов и конструкций НИИЖБ и Бюро внедрения НИИЖБ Антоненкову Н. Е., Дроновой Л. И., Сурикову В. Н., Цветаевой Р. А., Романо ву Ю. М., принимавшим участие в экспериментальных работах, а также канд. техн. наук Корневу Н. А. за ценные замечания, сделанные им при подготовке ру кописи.
Г Л А В А П Е Р В А Я
КЕРАМЗИТОБЕТОН ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
1. Конструктивный керамзитобетон
Наибольшее распространение в СССР в качестве пористого заполнителя для конструктивных легких бето нов получил керамзит. Это объясняется широким рас пространением сырья для его производства, а также хорошими физико-механическими свойствами керамзи тового заполнителя.
Зерна керамзита, как правило, имеют шаровую фор му с плотной шероховатой оболочкой. В изломе зерна имеют ячеистую структуру с равномерно распределенны ми мелкими порами. На некоторых заводах при исполь зовании сланцевых глин производят керамзит в виде щебня, но и эти зерна имеют прочную внешнюю оболоч ку и ячеистую внутреннюю структуру. Для получения конструктивного керамзитобетона используется керам зит двух фракций: 5—10 и 10—20 мм, удовлетворяющих ГОСТ 9759—71 «Гравий керамзитовый». В некоторых случаях применяется одна фракция 5—20 мм. Мелким заполнителем чаще всего служит кварцевый песок.
Насыпная объемная масса керамзита, используемого для конструктивного легкого бетона, находится в преде лах 400—800 кг/м3. Прочность керамзита, определенная сдавливанием зерен в стандартном цилиндре диаметром 150 мм по ГОСТ 9758—68 «Заполнители пористые неор ганические для легкого бетона. Методы испытаний», составляет 25—75 кгс/см2.
В последние годы в СССР промышленностью строи тельных материалов осваивается производство других разновидностей пористых заполнителей типа керамзита: трепельного гравия, зольного аглопоритового' гравия, зольного гравия, керамзита на основе глин и золы и др.
5
Трепельный гравий — продукт переработки и обжига во вращающихся печах трепельных пород. Зерна трепельного гравия по размеру и структуре мало отлича ются от керамзитового гравия. Однако оболочка зерен трепельного гравия прочнее, а размеры воздушных пор в нем мельче. Благодаря этому прочность трепельного гравия в стандартном цилиндре более высокая по срав нению с керамзитом такой же объемной массы. Напри мер, трепельный гравий, выпускаемый заводом в Орле, имеет при объемной насыпной массе 800—900 кг/м3 прочность в цилиндре 50—100 кгс/см2. На таком трепельном гравии получается легкий конструктивный бетон марки до 500 с объемной массой 1800—1900 кг/м3.
В СССР большое внимание уделяется освоению про мышленного производства зольного аглопоритового гра вия, являющегося продуктом переработки и обжига зол тепловых электростанций, работающих на пылевидном топливе.
В отличие от керамзитового гравия, зольный аглопоритовый гравий обжигают на спекательных решетках, что удешевляет производство такого заполнителя.
По своей структуре зерна зольного аглопорита отли чаются от аналогичных зерен керамзита тем, что у первых внешняя оболочка более толстая и рыхлая, а внутренние поры мельче.
По прочности в бетоне и насыпной объемной массе зольный аглопорит имеет показатели, близкие к керам зиту. На зольном аглопоритовом гравии без перерасхода цемента (по сравнению с тяжелым бетоном) получены легкие конструктивные бетоны марок 200—400.
Другая разновидность пористых заполнителей типа керамзита, получаемых из зол тепловых электростан ций, — зольный гравий. Зольный гравий, в отличие от зольного аглопоритового гравия, получается во вращаю щихся печах. По структуре и прочностным показателям зольный гравий почти не отличается от керамзита при одинаковой их объемной массе.
В настоящее время в связи с тем, что промышленное производство искусственных мелких пористых заполни телей (песка) налажено в небольшом объеме, целесооб разно для конструктивных легких бетонов использовать в качестве мелкого заполнителя кварцевый песок. При менение кварцевого песка улучшает удобоукладываемость легкобетонной смеси, кроме того, легкий бетон на
6
кварцевом песке имеет повышенный модуль упругости,
атакже пониженную ползучесть и усадку по сравнению
слегким бетоном на пористом песке.
Однако у легкого бетона на пористом песке пони женная объемная масса (на 10—20%). В ряде случаев имеет смысл при наличии обожженного пористого песка применять в бетоне смесь пористого и кварцевого песка.
Прочность конструктивного керамзитобетона при сжатии определяется на кубах с размерами ребра 15 см по ГОСТ 11054—64 «Бетон легкий на пористых заполни телях. Методы определения прочности и объемного веса».
Многочисленными испытаниями образцов установле но, что прочность конструктивного керамзитобетона зависит от прочности крупного пористого заполнителя и содержания в бетоне цемента.
По нашим данным, максимальная прочность керам зитобетона, которая может быть получена на керамзите и кварцевом песке при оптимальных составах бетона без перерасхода цемента, может быть выражена эмпириче ской зависимостью
R = k V R ^ |
|
(1) |
||
где Яц — прочность керамзита |
в стандартном |
цилиндре |
||
диаметром 150 мм; |
|
вид |
пористого |
|
6 — коэффициент, |
учитывающий |
|||
заполнителя: для керамзита и трепельного |
||||
гравия 6= 54, |
для |
зольного |
аглопоритового |
|
гравия 6=65; для зольного гравия 6= 58. |
||||
Объемная масса конструктивного |
керамзитобетона |
зависит от насыпной объемной массы крупного пористо го заполнителя, вида применяемого песка и состава бетона. В зависимости от несвязанной воды в бетоне различают объемную массу легких бетонов в сухом состоянии и при установившейся влажности (в эксплуа тационном состоянйи). При оценке легких бетонов по весовым показателям удобнее исходить из объемной массы в сухом состоянии. Объемная масса рассматри ваемых разновидностей конструктивного керамзйтобетона в сухом состоянии приведена на,рис. 1.
Для определения собственного веса конструкций в эксплуатационном состоянии, а также при теплотехниче ских расчетах исходят из объемной массы керамзитобе тона при установившейся влажности.
7
При расчете конструкций зданий с сухим и нормаль ным влажностным режимом внутренних помещений установившаяся влажность (по весу) конструктивных легкихбетонов принимается равной 5%.
Рис. 1. Зависимость объемной массы легкого бетона от его прочности при сжатии
1 _ бетон на керамзитовом |
гравии; |
||
2 — то же, |
на |
трепельном |
гравии; |
3 — то же, |
на |
зольном аглопори- |
товом гравии; 4 — то же, на ке рамзитовом гравии по данным [471 США
Объемная масса конструктивных легких бетонов, применяемых в некоторых зарубежных странах (США, Канада, Австралия и др.), несколько ниже получаемых в СССР, особенно для высоких марок. По данным Аме риканского института вспученных сланцев и глин [47], в США широко используется для предварительно-напря женных конструкций легкий бетон типа керамзитобетона с прочностью на сжатие 200—400 кгс/см2 при объем ной массе 1550—1700 кг/м3. Это объясняется, главным образом, тем, что за рубежом для приготовления бето на применяют фракционированные пористые заполните ли. Кроме того, прочность при сжатии пористых запол нителей принимается более высокая.
2. Конструктивно-теплоизоляционный керамзитобетон
Для уменьшения расхода арматурной стали и созда ния комплексных конструкций в последние годы прове дены исследования и на некоторых заводах освоено производство предварительно-напряженных однослой ных конструкций стен и покрытий из конструктивно-теп лоизоляционного керамзитобетона [27].
К конструктивно-теплоизоляционному керамзитобетону, пригодному для создания предварительно-напря женных конструкций, относится керамзитобетон марок 75—150 с объемной массой в пределах 1000—1300 кг/м3.
8
Заполнителем такого бетона служит керамзит или его разновидности с размером фракций 5—30 мм и насып ной объемной массой 300—500 кг/м3*16.Мелким заполните лем для конструктивно-теплоизоляционного керамзитобетона является керамзитовый песок, получаемый обжигом глины или дроблением крупных фракций керамзита. Целесообразно также применять в качестве мелкого заполнителя для конструктивно-теплоизоляционного ке рамзитобетона вспученный перлитовый песок с насыпной объемной массой в пределах 180—300 кг/м3. В этом слу чае объемная масса керамзитобетона снижается на 15— 20%. Иногда для конструктивно-теплоизоляционного керамзитобетона может использоваться кварцевый песок или смесь кварцевого и керамзитового песка.
Г Л л В А В Т О Р А Я
АНКЕРОВКА АРМАТУРЫ
ВКЕРАМЗИТОБЕТОНЕ
1.Арматура для предварительно напряженных конструкций
Для армирования предварительно-напряженных конструкций из конструктивного керамзитобетона при-- меняются те же виды арматурной стали, что и для кон струкций из тяжелого бетона. К такой арматуре отно сится стержневая горячекатаная сталь периодического профиля классов A-III, A-IV, A-V; стержневая горячека таная термически упрочненная сталь периодического профиля классов Ат-IV, Ат-V и At-VI, диаметром до 25 мм. Для армирования конструктивного керамзитобе тона марки 250 и выше применяются высокопрочная проволока периодического профиля диаметром 3—8 мм (ГОСТ 8480—63) и семипроволочные пряди диаметром 6, 9, 12 и 15 мм (технические условия ЧМТУ/ЦНИИЧМ
426-61).
Из условия совместной работы арматуры и конст руктивного керамзитобетона для всех этих видов стали допускается принимать контролируемое предваритель ное напряжение в тех же пределах, что и для тяжелого бетона.
9