автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Работа железобетонных элементов кольцевого сечения из кислотностойкого бетона при нагреве

'ГОССТРОЙ СССР • ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ШШО^ССЛВДОВАШЬОШЙ, ПРОЕКГНО-КШСТРЖГОРСЖ! И ШНОПОГЙЧНСНШ ИНСТИТУТ БЕТОНА и ЖЕЛЕЗОБЕТОНА СНИШБ)

На правах рукописи УДК 624.9:666.974.6+624.042.5 .

КСБЗЕНКО Сергей Евгеньевич

' РАБОТА таКЯСШСНШ ЭЛЕМЕНТОВ . КОЛЬЦЕВОГО СЕЧЕНИЯ ИЗ КЮОТОСТСЙКОГО БЕТСЙА ПРИ КАГРЕБЕ

Сггекиаяьность 05.23.01 - Строительные конструкции, здания

и сооружения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1990

/у' ') Г) ч /л \

Работа выполнена I Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследонательскси. проектно-кснструнторском и технологическом институте бетона и железобетона (НИИЖБ) Госстроя СССР к в Иакеевскви инженерно-строительной институте Минвуза УССР.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

А.Ё.Мкяованов

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Е.А.Гуэеев - кандидат технических наук • Н.Й. ТуПОЕ ■

Ведущее предприятие - Донецкий ПромстройШИпроект

Зашита состоится " 4 " кос^ьх 1990 г. в 14 часов на заседания специализированного совета К. 033.03.01 по присуждению учёной степени кандидата технических наук б ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском, проектно-конструкторской и технологическом иг-:;л:гуте бетона и железобетона СШИЖБ) Госстроя СССР по адресу: 109423, г.Москва, Ж-428, 2-я Институтская ул„, дом 6.

С диссертацией мокко ознакомиться ь библиотеке института. Автореферат разослан "21" 1990 г.

Учёный секретарь специализированного Совета К.033.03.01, Лл

доктор технических наук Е.А.Чистяков

- г -

ОБЩАЯ ХЛРАКТЕгаСТт РАБОТЫ

Актуальность. При интенсивном развитии строительства я реконструкции объемов энергетической, химической, металлургической» нефтедобывающей и перерабатывающей промышленности в качестве важнейшей и определяющей ставится задача дальнейшего повышения их долговечности. Ряд сооружений, перечисленных отраслей промышленности (дымовые труби, силосные корпуса, грануляционные башни и др.), эксплуатируются а сложных условиях, сочетающих нагрузки и температурные воздействия в условиях агрессивной среда.

Высокая надёжность этих объектов может быть обеспечена при правильном выборе материалов, способных сопрбтивлятьсл температурным и агрессивным воздействиям.

В то же время в условиях быстрого развития тепловой энергетики больвое народно-хозяйственное значение приобретает ро-иение проблемы утилизации эолоилаковых отходов ГЭС. Одним из направлений использования шлаков ТЭС является производство на их основе бетона и Железобетона.

Автоклавная технология изготовления бетонных и железобетонных конструкций даёт возможность эаменьгь дорагоеМящие Известь и портландцемент йеДефйцйтным сырьём - шлаками и золами твёрдых тойлив.

Поэтому разработка составов* исследование свойств бетонов и дальнейшее развитие методов расчета йелезобетошшх конструкций йз новых.видов бетона, работающих в сложных условиях воэдействия температура к агрессии, являются актуальными и первоочередными задачами.

В первую очередь это относится и исследованию физико-механических и коррозионных свойств новых видов бетонов при различных температурных и агрессивных условиях, изучение пли-

вния ВГИ.1 параметров на прочность, жёсткость и треицшостой-кость келеаобетоннлх элементов сооружений.

Цель риссертаидонной работы:

- исследовать фнэико-механйчеокие свойства и коррозионную стойкость бетона на жидком стекле с тонкомолотыи шлаком в различных температурных и агрессивных условиях;

-изучить влияние одностороннего нагрева на прочность ке-яеаоботонник элементов кольцевого сечения иа »того бетона.

Двтор защищает:

- результаты экспериментальных исследований по влиянию нагрева и уровня предварительного кагруяения на прочность при сжатии, модуль упругости, предельную сжимаемость и структурные характеристики бетона на жидком стекле с тонкомолотым шлаком;

- опытные данные по влияние циклического воздействия агрессивной среда в условиях нагрева на прочность бетона;

- експершентальио-теоретические исследования темпера-турно-усадочньга деформаций и деформаций ползучести бетона на жидком стекле с тоикомолотым шлаком пуи повышеннык температурах;

- экспериментальные данные по исследованию температурных усилий в железобетонных элементах и рекомендации по их определению ;

- предложения ш расчёту прочности внецентренносжатых алементов кольцевого сечения из бетона на жидком стекле с тонкомолотым шлаком с учётом воздействия температур до 200°С и агрессивной среда.

Наущгую новизну работу составляют;

- методика экспериментальных исследований коррозионной стойкости бетона при циклической действии агрессивной среды

в условиях нагрева;

- экспериментальные данные физико-шхшшчвских свойств при нормальной и повшенной температурах и коррозионной стойкости бетона на жидком стекле с тонкоколотим шлаком в различных агрессивных средах;

- результаты исследований влияния повышенных температур при различных уровнях нагруяення на прочность при сжатии п деформативние свойства этого бетона;

- экспериментальные данные по температурным усилиям;

- предложения по расчёту прочности элементов кольцевого сечония.

Практическое значение Работа. Полученные опытные дяшпгз физико-меосатщеских и коррозионных свойств бетона на жидком стекле с тошсомолотш шлаком при нормальной температуре и и условиях нагрета позволяют сделать вывод о возмсглости применения данного батона как конструкционного материала. Использование колотого плака в качестве наполнителя позволяет решить проблему утилизации отходов ТЭС и снизить стоимость бетона.

Разработаны предложения по расчёту прочности элементов кольцевого сечения при одностороннем ншреве и условиях агрессивной среда, отражающие реальное налрягшшо-деформированноз состояние и поэлолягарте более оптимально проектировать инженерные сооружения с обеспечением их надёжности и долговечности.

Внедрение результатов работы. Результаты исследований использованы при разработке дополнений и СИлП 2.03.04-84 • "Бетонные и железобетонные конструкции, предназначенные для работы в условиях воздействия повышенных и высоких температур".

Апробация работы.Основные результата работы доложены и обсуткдены на научно-технических конференциях Макеевского пнге-нерно-строительного института (1986-1988 гг.) п на 1Х-Х коор-

данадоонных соьеазашых Комиссии «о монолитным жекезобетсннш сооружениям башьнного тшй Совета по координации НИР п области бетона и келезобетсна Госстроя СССР /Донецк, 1989-1990 гг./.

Объём работа: Диссертация состоит из введения, пяти глав, содэржит 164 страницц, в том число рисунков 38, таблиц 15, фотографий 7, библиография из 110 наименований,

СОДЕРЖАНИЕ РАБОШ

Перьый раздал носвяиён состоянию вопроса и задачам исследовании, который вклйчаог: анаы:з теоретических разработок и практического пршаквния кислотостоПких бетонов на основе жидких силицатшх стёкол; анализ прочностных и дафорыативных свойств кислотостойки* бетоноа на основа кидких силикатных стёкол, ¡шашп влиянии повышенных тешоратур на пронностниа и деформа-5ГКЕШО свойства бетона, из различных композитных материалов; анализ работы внвцеитрикно-скатых элементов кольцевого сечения при воздействии одностороннего нагрева.

В публикациях отечественных и зарубежных специалистов в насуощае время основные наяранления работ связаны с повьшениеи прочности, непроницаеиостн, водостойкости и снижения усадочных деформаций бетонов. Для улучшения вышеуказанных свойств кислотостойких (затонов приыенялись более совершенные инициаторы твер-дешш с использованием модифицирующих добавок и ингибиторов стали. С цель» повышения кислото- и водостойкости бетонов на андаоы стекле рассматривались в качество инициаторов твердения фторйдалшишя, хлорное железо, нефелиновый шлам, а также сое-денсшйя, содержало сложные эфирные груши.

Анализ сведений о разработках кислотостойких бетонов на осноео вндацх силикатных стёкол показал, что наиболее оффек-*ншше результаты а Ьолучейй}! вЫоойспрочнфс и плотник матера-

- б -

алов могут быть достигнуты в условиях гидротермальной обработки.

Кремнебетон, предчозгеннчй В.П.Кирилиишпым, полученный в условиях гидротермальной обработки, имеет высокую кислотостойкость (96%), плотность и прочность на сжатие до 65 МПа. Из-за трудности изготовления высококремнез6м1стой силикатной глыбы, не имеющей в настоящее время промышленной базы, кремнебетон не получил широкой практической реализации.

В отличие от крег<гнебегсня, ¡0.П.Горлон и З.Ю.Буров исследовали бетоны на основе природных вулканических стёкол из группы перлитов. Полученный на их основе бетон является стойким к воздействиям кислот и обладает прочностью 30-t40 lula, однако применения не получил из-за недостаточной плотности и. водостойкости.

Дальнейшая отработка состава и режима термо-влатностной обработки бетона на основе жидкого стекла и природных перлитоа позволили учёным лаборатории коррозии ¡ШИЗ разработать высокопрочный кислостойкиП бетон (ТУ-67-274-79), который имеет проч-• ность 95-100 Ша и обладает достаточной стойкостью ко всем органическим кислотам, ' На основании предварительных исследований D.П.Чернышевым, О.А.Прис^ромко, Е.А.Гузеевым и др. установлено, что шлак и зола тепловых электростанций Донбасса имеют высокую кислогостой-кость и могут быть использованы в качестве тонкомолотых наполнителей кислотостойких бетонов.

Промышленный выпуск кислотостойкого порошка из отходов тепловых электростанций, предложенного учёными .Донецкого Промстрой-НИИпроекта и НИИЯБ в качестве мелкого наполнителя для бетона на жидком стекле с тонкомолотым шлаком, свойства которого изучались автором этой диссертационной работы, освоен на Донецком заводе камнелитных и керамических изделий (ТУ-21 УССР 835-74).

Исследования А.Ф. Миловаиова ж&растоких бетонов tía основе жидкого стекла в нормальных условиях и при нагреве, а также Ю.И.Наншкина, Е.А.Гуэеева, В.П.Кирилишина, Г.П.Тонких и других авторов кислотостойких бетонов в агрессивных средах при нагрузке, позволяют сделать выаод, что батоны на основе кидких силикатных стёкол являются конструкционными материалами, но неполное изученио их физико-ыахаличееких свойств в различных теипературно-влажностнух и агрессивных условиях не обеспечивают их широкого применения.

Во второй главе изложена методика экспериментальных исследований бетона на жидком стекле с тонкомолотым шлаком при изучении тешературно-усадочных деформаций, деформаций ползучести, коррозионной стойкости бетона в различных агрессивных средах, влияния нагрева в условиях воздействия агрессивной среды на свойства бетона, исследования температурных усилий в железобетонных элементах, вызванных односторонним нагревом.

Состав бето1и на жидком стекле с токоыолотым шлаком на I мэ смеси

Таблица I

№ ПП | Наименование материала | Вес, кг

I. Жидкое стекло (натриевое), р» 1,37 г/см3 143

2. Шлак молотый Донецкого завода камнелитньи и керамических изделий 780

3. Щебень гранитный, фракции 5+20 мм 1180

4» Песок речной, краснолиманский 270

6. Замедлитель схватывания бетона,,- водный раствор ЛЬс.0« , 1,4 г/с»г 36

Ори изготовлении опытных образцов бетонная смесь укладывалась в металлические формы послойно .После укладки каждого слоя

- й -

на 1/3 высоты формы производилось уплитчние бетонной сшей ни пибростоле в гвчбнии Йи пик. Чиреа сутки хранения в нормальны* темлери'гурно-вла/ШшУшых услоьинх пСралщ ииныщались в автиюшв. Обработка бчпнш произьодил.чеь при температура 1?3°С и дяилыши

8 а'ГМ. Ь ¡<Г;ДЦ1!1;

'11.и11.:рЦ1:;,];1К)~уеа,Ц'."1111Л'; д. фирмами Л И ДкфорМЙШШ ИОЛЬуЧиОТИ,

и а«!т.!ь к «рлм-иристиии бьтоня м* жидком стекло

с готммоло'Ш! шлаком исследовались ь нориллышх температурно-ьл-ашостны* условиях и при воздействии гюиьиышых температур 90, 120, 1й0 и 200°С на призмах 150x150x600 мм и кубах 100x100x100 мм. Призмы, предназначенные длл исследования ползучими, загружались при нормальной температура постоянной нагрузкой да уровня 0,2 и 0,4 и нагревались одновременно с Приамами, предназначенными для исследования темлературно-усадочных деформаций. Подъём температуры проводился со скоростью 1и°С в час, затем призмы вьь держивались при температуре испытании до полного затухания деформаций усадки и ползучести.

Температурные усилия от одностороннего нагрева исследовались на железобетонных алиментах сечением 120x240 им и длиной 2100 ым, симметрично армированных четырьмя егьршями 0 Ю-А-Ус ( ^ = 1,1%) поперечная арматура ^ 6 А-1. Опытный элемент представлял собой железобетонный брус, лишённый возможности изгиба продольной оси, подвергающийся действии осевой сжимающей силы и одностороннего ндгреаа. Исследования проводились при температурах 90 и 200°С, перед нагревом образцы загружались продольной силой до уровня 0,2 » 0,4 Ар . Контроль положения продольной оси и измерение температурных моментов производились через 1-2 часа нагрева, а при длительном нагреве интервалы между измерениями увеличивались до 5-7 дней. После стабилизации температурных моментов и затухания деформаций ползучести производился цикл

остывания до нормальной температуры и повторного нагрева.

При действии сжимамщей силы и одностороннего нагрева железобетонный брус имитировал сжатую зону гсризонталмюго кольцевого сечения, а при воздействии только одностороннего нагрева имитировалась работа вертикальных сочвний ддаовой трубы.

Иэучениэ коррозионной стойкости бетона на жидком стекле и тонкомологом шлаке проводилось нч прнэм-чх <10х<10х1*>0 мм в воде и водных растворах: ¡20$ Ма».1 и /\/<<,У1г,. Исследования '

проводились при полном погружении образцов п раствор, при частном погружении на 1/4 высоты образца (усл'.?иии иэшшфного подсоса), при периодическом воздействии агрессивной среди в условиях нагрева до 90 и 200°С. Призмы истлтывались на и:? г и'! им трёхточечноП схеме и на сжатие через 1, С, 6, 9 и 12 месяцеи.

В третьей главе, положены рюумьтаты исследование) физико-механических свойств и коррозионной стойкости бетона на жидком стекле я тонкомолотом шлаке.

«Деформации бетонных призм при кратковременном нагреве до 90°С составили Дальне й;мя выдержка в течение 4 часов

привада к увеличению температурных деформаций на 2,5"10",эатом в бетоне начали проявляться деформации температурной усадки,зна-чения которых составили Зг> ,5'10 , а затухание деформаций зафиксировано через 50 суток. При первом нагреве до 120°С тем'нерттур-нне деформации составили 53,8'10 .Выдержи.* в течение 4 часов после достижения температуры 120°С приэела к увеличении? температурных деформаций бетона на 3,2'10'.Длительны? нагрев в точение 35-40 суток привёл к аатуханию деформации температурной усадки,

с.

значения которых составили 46*10 .

При первом нагреве до 200°С температурные деформации состарь

вили 96,4'10 .Выдержка в течение 22 чапоп не привела к увеличении деформаций, так как в бетоне интенсивно начала развиваться

деформации температурная усадки, которип затухли через 12-16 су-

-5

ток, значения которых составили 66,8'10 .

Анализ деформация бетону на участив нагрева и остывания с одновременным контролем его ьлажлости показал, что при нагреве в бетоне развиямтся обратимые, необратимые температурние деформации расширения, а также деформации усадки.

Необратимые температурный деформации развиваются при пераоы нагреве и характеризуются коэффициентом необратимых деформаций , который для бетона на жадном стекле с тонкомолотым шлаком с повышением температуры уменьшается.

Обратишь температурные деформации бетона на жидком стекла с тонкомолотим шлаком, в основном, зависят от температуры нагрева и характеризуются коэффициентом обратимой теипературной деформации , который возрастает с увеличением температуры нагрева.

На деформации температурной усадки бетона на аидхом стокле с тонкомолотны шлаком существенное влияние оказывает температура нагрева и влагопотери.

На основании экспериментальных данных предложены аналитические зависимости для определения коэффициентов температурных деформаций бетона на иидкем стекле с тонкомолотым шлаком /« , Ли и коэффициента температурной усадки Л«« .

Для практических расчётов температурные деформации бетона рекомендуется определять по формуле (I) с использованием коэффициентов и /е» , приведенных в табл. 2.

Значения предельных удельных деформаций ползучести при нормальной температуре и уровнях напряжения 0,2 и 0,4 ^ составила -5 I

4,5*10 Ша , что соответствует предельным деформациям ползучести тяжёлого бетона на цементномвяжущем.

Коэффициенты температурной деформации бетона на жидком стекле с тоиконолотым шлаком Ли и температурной усадки с/с^

Таблица 2

Коэффициенты,!Расчёт на нагрев ! Значения коацфиуиеитов при

град-1 |

нагреве, С

50 100 ! "150 ! 200

кратковременный ы м 6,9

длительный 4,5 4,5 5,2 6,1

кратковременно 0 0,06 0,09 0,1?.

длительный 0, Г» 0,5 0,40 0,30

Предельные удельные деформация ползучести бетона составили, при 90°С 0,2*0/* Я. -1,7•10'^; при 120°С 0,2+0,4^

-4.9-1&"6; при 1В0°С 0,£$« .Ц.ПО"5, при

""11,6*10"®; при 200°С Й-О.аЯ, -13* КГ5 и ¿«-0,4^« -13,6* 'Ю^Ша-1.

Результаты экспериментальных исследований псжавнвапт, что повышенная температуре, оказывает сущоственное влияние га ползучесть Явтоио на жидком стекле с тонкомолотым шлаком при нпгр"ае 180+г00°С, т.е. при томняратуре вше температуры автоклавной обработки.

Для описания удельных деформаций ползучести бетона ¡три повышенных температурах используется зависимость, предложенная Н.Х.Арутюняном и развитая длп иовдаеннмх температур Л ДККрмчев-ск1ш

где Те,гм - приведенное время действия повышенной температуры к моменту его зпгружения, сут.

функция "танп^рптурного стирания" батона по результатам опытов апнроксичировпна вьгражомием

♦С аг >?■ «То -я)}- ехр-гам♦ь^'- .

При температур«» нчгровл бетона менмы- температур»; автоклавной обработки ''(,• е.*""".

9( I, т( гг,< - п) -£5.58- ош-(* -20)] • 10 ! (4)

В результате исследования физико-ычханических свойств бетона на жидком стркле с тонкомолзгкм шлаком установлено, что при нормальной темппратур« прочность (клоня при сжатии составила 4П-50 МПа, предельная сжимаемость 3-ч0~350" 10~°, начальный модуль упругости (1,7Й» 1,84)'10^ МПа, параметрические точки и зафиксированы соответственно на уровнях 0,82 и 0,95 Й« .

Кратковременный нагрев яри 90 и 200°С нннчгруженного бетона привёл к уменьшении прочности на гжатие соответственно на 0+1 0$ и 42445$. После длительного нагрева при 90°С прочность на сжатие не изменилась, а при длительном нагреве 200°С увеличилась на 104-12% по сравнении с кратковременным нчгревом.

При кратковременном нагреве 90°С у призм, нагруженных до уровня 0,2 и 0,4 ^е , прочность на сжатие увеличилась на а при нагреве до 200°С - соответственно на 16 и 21%.

После длитрльного нагрева при 90°С и уровнях нагружения 0,2 и 0,4 1?е прочность на сжатие увеличилась соответственно на 13,5 и 10$, а при 200°С - соответственно на 10 и по сравнению с ненагружеиным бетоном после длительного нагрева.

На основании экспериментальных данных предложены коэффициенты условий работы бетона на жидком стекле с тонкомологым шлаком на сжатие в зависимости от уровня нагружения и температуры нагрева табл.3.

ТьОлица 3

Расчет на' Уровень нагру-| Ки:*4фшйент условия работы fu нагрев в Доля* j при темпи-ратури бетона, °С

! от К» ! 20 1 90 ! 200

Кратковременный 1.0 0,9 0,55

Длительнмй 0 1,0 0,9 0,65

Кратковременный 0,2 I.Ü 0,75

Длительный 1,1 1,05 0,65

Кратковременный 1.0 1,0 0,75

Длительный 0,4 1,1 1.0 0,75

После кратковременного нагрева ийнагруженмого бетона при температурах 90 и 200°С начальный модуль упругости понизился на 21 и Кратковременный нагрев при 90°С и уровнях нагружения 0,2 и 0,4 К, привёл к увеличении модуля упругости на 12%, а ори 200°С - на ¡4,5 Длительный нагрев не привёл к дальнейшему изменению модуля упругости.

На основании экспериментальных данных изменение модуля упругости бетона На жидком стекле с тонкомолотым шлаком при кратковременном и длительном нагреве принято одинаковым и учитывается коэффициентом ji, .(табл.4)

Таблица 4

Расчет на нагрев (Уровень натру-I Коэффициент ¡жения в долях ¡ WD0 бетона. i при темпера-°С

i от К« ¡ ! . 20 ! 90 1 200

Кратковременный 0 1,0 0,8 0,60

Длительный 0,2 1,1 0,92 0,75

0*4 1,1 0,% 0,76

- и -

Нагрев нянагружинного бетона прицел гс увеличению предельной сжимаемости при 90 и 200°С соответственно tin 5ч6 и Пред-

варительное нагруженио бетона пород нагревом приводит к Понижению гтредчльнпй сжимаемости.

Экспериментально установлено, что коррозионная стойкость бетона и.м жидком стекле с томкомолотмм шлаком и f>'* растворчх /VetС? н Mi,Sf\ PMiiio н Гчб pa;j, n и 2ff,i растноре Ц$8,вычю в 4î5 раз но сравнению со стойкостью тяжёлого бетона на цементном вдаугдем. При периодическом воздействии агрессивной сред« п условиях нагрела до 200°С прочность бетона на жидком стекле с тонкомолотчм шлаком через 150 циклоп составило Ы^ от прочности бетона, иахо--днпг(огос;г ч нормальных услоркях. Гаэрушоние призьм из тяжёлого бетот на цементном вяжущем зафиксировано через никла. При периодическом воздействии т>одкг в условии нагрева прочность бетона, пя;<о,ципяегосл п поде и нчд пен, ГБО ¡¡иклоп испытания составила соответственно 00 и 89/, от первоначальной прочности. На основании результатов экспериментальных исследований предложат,! ког>/[ф!|тиента условия работы бетона ля жидком стекле с тонкомолотым ишаком л различит« агрессивных средах.

В .четвёртой главе изложены результаты исследования температурных усилий и деформаций продольной оси нелеэобетоннш злемеч-топ, возникапцих при одностороннем нагреве, которые имитируют работу горизонтальных и вертикальных спчрниЯ кольцевого железобетонного элемента.

Температурный момент при одностороннем нагреве до 90 и W0°G достигает своего максимального значения при выходе на заданный • температурный режим и соогпетстРг'ИН9 рипон Я,35 и O.W "И.м.Дальнейший нагров привел к рплакеттш температурного момента,вследствие интенсивного развития де>;|юрмяг.н(1 усадки и ползучести бетона со стороны нчгрорппмоИ грани.

Через 60 суток нагрева при температурный момент достигает своего минимального значения и меняет знак, дальнейший нагрев к изменению температурного момента не привёл.

Через 6+10 суток нагрева при £00°С температурный момент достигает своего минимального значения, равного 3,56 кН.м, а. затем несколько увеличивается и стабилизируется. Некоторое увеличение температурного момента объясняется первраспредплйииим усилий, вызванных различными скоростями развитии деформаций усади«' и ползучести бетона в более и менее нагретых зонах сечинии злимента, При длительном одностороннем нагреве деформации усадки и ползучести затухают и температурный момент становится постоянным и равен при нагреве до 90°С (-0,6) кН.м у необжатого образца, (-0,8) кН.м при уровнях обжатия 0,2 и 0,4-Р, ; а при нагреве до 200°С соответственно 4,45; 4,0 и 3,9 кН.м. При нагреве.до 200°С в железобетонном элементе образование трещин не зафиксировано.

Температурный момент в железобетонном элементе без трещин определяется по формуле

к - '¿-АКы-и-тьн.). (&)

Сечение элемента разбивается на элементарные части и для каждой части определяются деформации и напряжения в их центре тяжести с учётом физико-механических свойств бетона при нагреве.

Температурные моменты для элементов без трещин, определённые для кратковременного нагрева, удовлетворительно совпадают с опытными данными, а для длительного нагрева и при остывании их значения на 15-20% меньше опытных.

Интенсивное развитие деформаций ползучести и усадки бетона при повышенных температурах приводит к перераспределении усилий между бетоном к арматурой, что изменяет напряженно-дефоршроьан-ное состояние железобетонного элемента.

Сжимающие напряжения в арматуре класса Л-Ус при сяииающей силе 0,4 и одностороннем нагреве до 90°С достигают 287 Ша, а при нагреве до 200°С - 423 Ша.

В пятой главе предложены рекомендации по расчёту прочности железобетонного элемента кольцевого сечения иэ бетона на жидком стекле с тснкомолотмм шлаком при действии постоянной сжимающей силы, переменного изгибающего момента и одностороннего нагрева. Для разработки практических рекомендаций по расчету прочности нормальных сечения кольцевых элементов выполнены теоретические расчёты с использованием следующих предпосылок -и допущений:

- соблюдается закон плоских сечений;

- разрушение железобетонных элементов кольцевого сечения происходит из-за раздробления бетона сжатой зоны;

- в бетоне сжатой зоны принимается действительная эпюра напряжений, вычисляемая с использованием гипотезы плоских сечений, и зависимости между деформациями и напряжениями;

- работа бетона растянуто/! ¡?онм но учитывается .

В основу прочности внецентренносжатьс? элементов кольцевого сечения положены известные условия

(б)

м-м,*м,+м;,. * (7)

где Л4» Л»» - соответственно равнодействующие напряжений в бетоне сжатой зоны и арматуре сжатой и растянутой зон сечения;

М», М,, М, _ соответственно моменты этих равнодействующих

относительно оси, проходящей через центр тяяес-ти кольца и параллельной нейтральной оси;

ь - равнодействующая уоипий во всей рабочей арматуре при напряжениях в бетоне, равных нулю.

^'¿^■к^, ' (в)

где - напряжения в арматуре, вызванные разностью коэффи-

циентов температурных деформаций бетона и арматуры

после автоклавной обработки, усадкой и ползучестью.

¿сое

бетона при нагреве. -тч-

При определении равнодействующей напряжений в бетоне сжатой зоны кольцевое сечение условно разбивается т элементарные

участки по толщине стенки кольца и по длине его окружности.При вычислении равнодействующей напряжений в арматуре от внешней нагрузки эпгру напряжений условно разделяем на два участка:пер-вый - в пределах высоты, где арматура работает упруго; второй -высоты, где напряжения в арматуре достигли предела текучести. Для установления величин, входящих в выражения (6) и (7), был проведён расчёт прочности сборной железобетонной трубы диаметром 2,5 ы с процентом армирования М - 1%. ^

Проведенный анализ теоретических исследований позволил установить, что особенности свойств бетона на жидком стекле с тонкомойотым шлаком привели к уменьшению коэффициента полноты эпюры напряжений сжатой зоны иУ и увеличению деформаций наиболее растянутого стержня арматуры на всём диапазоне изменения высоты сжатой зоны бетона.

Практические расчёты элементов кольцевого сечения из бетона на жидкой стекле с тонкомолотым шлаком предлагается выполнять согласно главе СНиП 2,03.01-04 с использованием аппроксимированных зависимостей для определения равнодействующей напряжений в растянутой арматуре в веде функции У® - (уаг)' и расстояния

от центра тяжести кольцевого сечения до равнодействующей напряжений в растянутой арматуре в виде функции 23 ( ^г) .

0СШВН1Е вывода

1. Зола и шлак тепловых электростанции Донбасса ¡шоюг высокую кислотостойкость и могут быть использованы в качестве заполнителей и тонкомолотых наполнителей нислостойктс ботонов, что позволит решить проблему утилизации эолошлаковых отходов ТЭС и получить эффективный строительный материал.

2. Бетон на жидком стекле и тонкомолотом алане, полученный

в условиях автоклавной обработки, является конструкционным материалом, обладающим необходимыми прочностью и коррозионной стойкостью. В нормальных темпаратурно-влажносгних условиях прочность бетона при сжатии равна 45*50 Ша, предельная сжимаемость 350'10~^, что на 40$ выше, чем у тяжёлого бетона! модуль упругости составляет 17,84.18,5,103 Ша.

3. В условиях нагрева в бетоне на кидком стекле с гонкомоло-тым шлаком развиваются темаературно-усадочные деформации, которые состоят из необратимых и обратимых составляющих. Деформации усадки этого бетона с ростом температуры нагрева увеличиваатсп и

с.

наблюдается болев быстрое их затухание во времени по сравнению с тяжелим бетоном на портландцементе.

4. Коэффициент температурного расширения этого бетона при нагреве до Ю0°С составляет 5,15* град-*, при нагреве до 200°С - 6,9*10"^ град"*, что на 40*45^ ниже, чем у тяжелого бетона на портландцементе.

5. Деформации ползучести бетона на видком стекле с Тонкомолотым шлаком при нагреве до 200°С и напряжениях 0,2 и 0,4 (ч{ носили затухающий характер. При нагреве до температуры автоклавной обработки (173°С) изменение удельных деформаций ползучести в зависимости от уровней обнатия 0,2 и 0,4 й» не зафниснро-еопо. Нелинейность деформаций ползучести наблюдается при нагрзЬэ выше 180°С.

6. Нагрев бетона до привел к снижению его прочности при сжатии, модуля упругости и структурных характеристик

и Кыс . Предварительное нагружение бетона перед нагревом приводит к некоторому повышению этих характеристик.

7. Бетон на жидком стекле с тонкомолотнм шлаком обладает более высокой стойкостью в растворах

по сравнению с тяжелым бетоном на портландцементе, находящимся в аналогичных условиях.

Проведенные исследования коррозионной стойкости этого бэто-,на при полном погружении образцов в среду, при частичном погру-.. жении в условиях капилярного подсоса, при периодическом воздействии агрессивной среды в условиях нагрева показали, что исследуемый бетон может быть использован как коррозионностойкий материал.

8. Односторонний кратковременный нагрзв железобетонного элемента, лишенного возможности изгибаться, вызывает температурные усилия. Длительный нагрев приводит к релаксации температурных моментов за счет развития усадки и ползучести бетона.

При охлаждении и длительном нагреве до 90° появляются температурные моменты обратного знака.

9. Нагружение сжимающей силой железобетонного элемента до уровня 0,2 и 0,4 //р и нагрев до ЖО°С привели к понижёниго температурных моментов на 5*8$.

. 10. Коэффициент полноты эпюры напряжений сжатой зоны бетона на жидком стекле с тонкомолотым шлаком зависит от относительной высоты сжатой зоны бетона элемента кольцевого сечения, что обусловлено изменением коэффициента упругости бетона с увеличением . уровня нагрукения.

'II. Деформации наиболее растянутого стерлшя,арматуры, распо-. Ложенной по кольцу, в элементе из бетона на жидком стекле с тон-• комолотым шлаком больие,. чем у тяжелого бетона на портландцемен-

те, что обясняется большей предельной сжимаемостью бетона на жидком стекле.

12. Практические расчеты элементов кольцевого сечения из бетона на жидком стекле с тонкомолотым шлаком рекомендуется выполнять согласно требованиям СНиП 2.03.01-04 с учётом предлагаемых зависимостей к физкко-механичаскик свойств бетона при нагрева.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Веретенников D.H., Нобзенко С.Е., Голов O.A. Физико-механические свойства золошлакового бетона при нагреве. В сб. Новые технологические решения для строительной промышленности Донбасса.- Киев УЖ ВО 1989, с.120-129.

2. Веретенников В.И., Нобзенко G.E. Гемпературно-усадочные деформации кислотостойкости бетона при нагреве. - Бетон к железобетон, i988, » 10, с.16-17.

3. Нобзенко С.Е. Исследование коррозионной стойкости бетона на шлаковом заполнителе в агрессивных средах. - В сб.Проектирование и строительство инженерных сооружений из монолитного нелезобетона. - Ленинград; ЛенпромстроЙ НИИ проект, 1989,

с.33-40.