Предварительно напряженный железобетон - реферат. Сущность предварительно напряженного железобетона и способы создания предварительного напряжения Материалы для конструкций

Предварительно напряженными называют такие железобетонные конструкции, в которых до приложения нагрузок в процессе изготовления искусственно создаются здачительные сжимающие напряжения в бетоне nyтем натяжения высокопрочной арматуры. Начальный сжимающие напряжения создаются в тех зонах бетона, которые впоследствии под воздействием нагрузок испытывают растяжение. При этом повышается трещиностойкость конструкции и создаются условия для применения высокопрочной арматуры, что приводит к экономии металла и снижению стоимости конструкции.
Удельная стоимость арматуры, равная отношению ее цены (руб/т) к расчетному сопротивлению Rs, снижается с увеличением прочности арматуры. Поэтому высокопрочная арматура значительно выгоднее горячекатаной. Однако применять высокопрочную арматуру в конструкциях без предварительного напряжения нельзя, так как при высоких растягивающих напряжениях в арматуре и соответствующих деформациях удлинения в растянутых зонах бетона появляются трещины значительного раскрытия, лишающие конструкцию необходимых эксплуатационных качеств.
Сущность предварительно напряженного железобетона в экономическом эффекте, достигаемом благодаря применению высокопрочной арматуры. Кроме того, высокая трещиностойкость предварительно напряженного железобетона повышает его жесткость, сопротивление динамическим нагрузкам, коррозионную стойкость, долговечность.
В предварительно напряженной балке под нагрузкой бетон испытывает растягивающие напряжения только после погашения начальных сжимающих напряжений. При этом сила, вызывающая образование трещин или ограниченное по ширине их раскрытие, превышает нагрузку, действующую при эксплуатации. С увеличением нагрузки на балку до предельного разрушающего значения напряжения в арматуре и бетоне достигают предельных значений.
Таким образом, железобетонные предварительно напряженные элементы работают под нагрузкой без трещин или с ограниченным по ширине их раскрытием, в то время как конструкции без предварительного напряжения эксплуатируются при наличии трещин и при больших значениях прогибов. В этом различие конструкций предварительно напряженных и без предварительного напряжения с вытекающими отсюда особенностями их расчета, конструирования и изготовления.
В производстве предварительно напряженных элементов возможны два способа создания предварительного напряжения: натяжение на упоры и натяжение на бетон. При натяжении на упоры до бетонирования элемента арматуру заводят в форму, один конец ее закрепляют в упоре, другой натягивают домкратом или другим приспособлением до заданного контролируемого напряжения. После приобретения бетоном необходимой кубиковой прочности перед обжатием арматуру отпускают с упоров. Арматура при восстановлении упругих деформаций в условиях сцепления с бетоном обжимает окружающий бетон. При так называемом непрерывном армировании форму укладывают на поддон, снабженный штырями, арматурную проволоку специальной навивочной машиной навивают на трубки, надетые на штыри поддона, с заданной величиной напряжения, и конец ее закрепляют плашечным зажимом. После того как бетон наберет необходимую прочность, изделие с трубками снимают со штырей поддона, при этом арматура обжимает бетон.
Стержневую арматуру можно натягивать на упоры электротермическим способом. Стержни с высаженными головками разогревают электрическим током до 300-350 °С, заводят в форму и закрепляют на концах в упорах форм. Арматура при восстановлении начальной длины в процессе остывания натягивается на упоры.
При натяжении на бетон сначала изготовляют бетонный или слабоармированный элемент, затем при достижении бетоном прочности создают в нем предварительное сжимающее напряжение. Напрягаемую арматуру заводят в каналы или в пазы, оставляемые при бетонировании элемента, и натягивают на бетон. При этом способе напряжения в арматуре контролируются после окончания обжатия бетона. Каналы, превышающие диаметр арматуры на 5-15 мм, создают в бетоне укладкой извлекаемых пустотообразователей (стальных спиралей, резиновых шлангов и т. п.) или оставляемых гофрированных стальных трубок и др. Сцепление арматуры с бетоном создается после обжатия инъецированием - нагнетанием в каналы цементного теста или раствора под давлением. Инъецирование производится через заложенные при изготовлении элемента тройники - отводы. Если напрягаемая арматура располагается с внешней стороны элемента (кольцевая арматура трубопроводов, резервуаров и т. п.), то навивка ее с одновременным обжатием бетона производится специальными навивочными машинами. В этом случае на поверхность элемента после натяжения арматуры наносят торкретированием (под давлением) защитный слой бетона.
Натяжение на упоры как более индустриальное является основным способом в заводском производстве.

Под предварительно напряженными понимают железобетонные конструкции, элементы, изделия, в которых предварительно, т. е. в процессе изготовления, искусственно созданы в соответствии с расчетом начальные напряжения растяжения в части или во всей рабочей арматуре и обжатие всего или части бетона .

Обжатие бетона в предварительно напряженных конструкциях на заданную величину осуществляется предварительно натянутой арматурой, стремящейся после отпуска натяжных устройств возвратиться в первоначальное состояние (рис. 14). При этом проскальзывание арматуры в бетоне исключается их взаимным естественным сцеплением, а при недостаточности естественного сцепления - специальной искусственной анкеровкой торцов арматуры в бетоне. Начальное предварительное напряжение арматуры, создаваемое в результате искусственного натяжения арматуры, после отпуска натяжных устройств снижается за счет относительного упругого обжатия бетона.

С течением длительного времени потери предварительного напряжения арматуры существенно увеличиваются за счет усадки и ползучести бетона и арматуры, релаксации напряжений арматуры и многих других факторов.

Сущность предварительно напряженных железобетонных конструкций нетрудно проследить, например, посредством сопоставления диаграмм, центральнорастянутых элементов соответственно с напрягаемой и ненапрягаемой арматурой (рис. 15). Арматура, стараясь возвратиться в первоначальное положение, обжимает бетон с напряжением (рис, 15, б ).

При этом образец (рис. 15, в) сожмется на величину упругого обжатия бетона (для большей наглядности принимаем, что потери предварительного напряжения арматуры от усадки и ползучести бетона, ползучести арматуры, релаксации напряжений стали еще не успели проявиться).

Установившееся предварительное напряжение растяжения в арматуре, (рис. 15, а, точка 2), будет уравновешиваться напряжением предварительного обжатия бетона (рис. 15, б и в).

С этими предварительными напряжениями в арматуре и в бетоне железобетонный элемент (см. рис. 15, в) поступает на строительную площадку.

Рассмотрим принципиальное отличие предварительно напряженных конструкций от конструкций без предварительного напряжения.

Еще до приложения внешней нагрузки в арматуре предварительно напряженных конструкций действуют значительные предварительные напряжения растяжения (см. рис. 15, а, точка 2), обжимающие бетон элементов (см. рис. 15, б и в).

Внешняя растягивающая сила N (рис. 15, г) вызывает относительное удлинение предварительно напряженного элемента. Вследствие этого предварительное обжатие бетона погасится.

С возрастанием внешней нагрузки N будет возрастать е вплоть до величины упругого обжатия бетона.

При величине внешней силы N, равной силе предварительного напряженияарматуры (рис. 15, д), происходит полное погашение предварительного обжатия бетона. С дальнейшим возрастанием внешней нагрузки в бетоне появятся растягивающие напряжения, которые будут возрастать вплоть до расчетного сопротивления (предела прочности бетона на растяжение) (рис 15, е), точно так же, как и в железобетонных элементах (см. рис. 15, а, кривая III), без предварительного напряжения. Как только относительное удлинение бетона достигнет предельной величины, в предварительно напряженном элементе, как и в железобетонном элементе без предварительного напряжения, появится трещина.

Следовательно, трещиностойкость предварительно напряженных конструкций в 2…3 раза больше трещиностойкости железобетонных конструкций без предварительного напряжения. Это обусловлено тем, что предварительное обжатие арматурой бетона, значительно превосходит предельную деформацию натяжения бетона. Точка 9 характеризует образование трещин в железобетонных конструкциях, а точка 11 — в предварительно напряженных конструкциях.

Чем выше натяжение арматуры и сильнее обжатие бетона, тем меньше участок 12... 13, на котором происходит образование и раскрытие трещин. При совпадении точек 12 и 13 трещины в предварительно напряженном элементе не образуются вплоть до разрыва арматуры. При растяжении железобетонного элемента бетон может деформироваться совместно с арматурой только в пределах участка 0...9 (см. рис. 15, а), а на протяжении участка 9...13 и далее в нем происходит образование новых трещин и раскрытие старых.

Прочность предварительно напряженных конструкций не зависит от величин предварительного напряжения арматуры. Вот почему расчет на прочность любых предварительно напряженных конструкций ничем не отличается от расчета на прочность железобетонных конструкций без предварительного напряжения.

Все сказанное позволяет заключить, что природа предварительно напряженных конструкций та же, что и железобетонных конструкций без предварительного напряжения. Создание предварительных напряжений растяжения в арматуре и обжатия бетона до приложения эксплуатационных нагрузок не оказывает значительного влияния на основные физико-механические свойства железобетона.

Предварительно напряженные конструкции являются общим видом железобетонных конструкций, а железобетонные конструкции без предварительного напряжения являются всего лишь их частным случаем. При этом необходимо иметь в виду, что предварительное обжатие бетона существенно повышает трещиностойкость наклонных сечений и границу переармирования и заметно может понизить прочность сжатой зоны сечения.

Преимущества.

В предварительно напряженных конструкциях представляется возможность использовать высокоэкономичную стержневую арматуру повышенной прочности и высокопрочную проволочную арматуру, позволяющих в среднем до 50% сокращать расход дефицитной стали в строительстве. Предварительное обжатие растянутых зон бетона значительно отдаляет момент образования трещин в растянутых зонах элементов, ограничивает ширину их раскрытия и повышает жесткость элементов, практически не влияя на их прочность.

Предварительно напряженные конструкции часто оказываются экономичными для зданий и сооружений с такими пролетами, нагрузками и условиями работы, при которых применение железобетонных конструкций без предварительного напряжения технически невозможно или вызывает чрезмерно большой перерасход бетона и стали для обеспечения требуемой жесткости и несущей способности конструкций. Применение предварительного напряжения позволяет наиболее рационально выполнять стыки сборных элементов конструкций, обжимая их напрягаемой арматурой. При этом существенно сокращается расход дополнительного металла в стыках или совсем отпадает необходимость в его применении.

Предварительное напряжение позволяет расширить использование сборных и сборно-монолитных конструкций составного течения, в которых бетон повышенной прочности применяется только в заранее изготовленных предварительно напряженных элементах, а основная или значительная часть конструкций выполняется из тяжелого или легкого бетона, не подвергаемого предварительному напряжению.

Предварительное напряжение, увеличивающее сопротивление конструкций образованию трещин, повышает их выносливость при работе на воздействие многократно повторяющейся нагрузки. Это объясняется уменьшением перепада напряжений в арматуре и бетоне, вызываемого изменением величины внешней нагрузки. Правильно запроектированные предварительно напряженные конструкции безопасны в эксплуатации, так как показывают перед разрушением значительные прогибы, предупреждающие об аварийном состоянии конструкций.

С возрастанием процента армирования сейсмостойкость предварительно напряженных конструкций во многих случаях повышается (особенно при тавровых сечениях с полкой в сжатой зоне и легких бетонах). Это объясняется тем, что благодаря применению более прочных и легких материалов сечения предварительно напряженных конструкций в большинстве случаев оказываются меньшими по сравнению с железобетонными конструкциями без предварительного напряжения той же несущей способности, а следовательно, более гибкими и легкими. Повышению сейсмостойкости способствует также пространственная работа зданий и сооружений в целом, получаемая обжатием их отдельных частей предварительно напряженной арматурой. Наиболее сейсмостойкими являются напряженные конструкции, обладающие существенным превышением несущей способности над пределом трещиностойкости.

Недостатки.

Железобетонным конструкциям с предварительно напряженной арматурой присущи следующие основные недостатки.

Предварительно напряженные конструкции характеризуются повышенной трудоемкостью проектирования и изготовления. Они требуют большей тщательности в расчете и конструировании, при изготовлении, хранении, транспортировании и монтаже, так как еще до приложения внешних нагрузок в сечениях их элементов могут возникнуть недопустимые сжимающие или растягивающие напряжения, способные привести в аварийное состояние. Например, в торцах предварительно напряженных конструкций при сосредоточенном и неравномерном приложении усилий обжатия могут возникнуть продольные трещины, существенно снижающие их несущую способность. Если не учитывать специфические особенности создания предварительного напряжения, то условия работы под нагрузкой всей конструкции или отдельных ее частей могут ухудшаться.

Большие усилия, передаваемые напрягаемой арматурой на бетон конструкции в момент отпуска натяжных устройств, могут привести к полному разрушению ее в процессе обжатия или местному повреждению, к проскальзыванию напрягаемой арматуры вследствие нарушения ее сцепления с бетоном. Поэтому нормы требуют в обязательном порядке тщательно проверять прочность предварительно напряженных конструкций в стадии обжатия, при хранении, транспортировке и монтаже и выполнять предусмотренные конструктивные требования. Предварительно напряженные конструкции требуют усложнения и повышения металлоемкости опалубки, трудоемкости армирования, увеличения расхода металла на закладные детали и на монтажную арматуру.

За счет применения материалов повышенной прочности масса предварительно напряженных конструкций оказывается значительно меньше массы железобетонных конструкций без предварительного напряжения, однако она остается выше массы металлических и особенно деревянных конструкций. Широкое внедрение в практику строительства конструкций из легких и ячеистых бетонов, армоцемента, ажурных тонкостенных пространственных, сетчатых и висячих конструкций позволяет значительно приблизить массу предварительно напряженных конструкций к массе металлических конструкций.

Большая тепло- и звукопроводность железобетона требует усложнения конструкции и дополнительного применения прокладок из тепло- и звукоизолирующих материалов.

Усиление предварительно напряженных конструкций не сложнее усиления железобетонных конструкций, но значительно сложнее усиления стальных и особенно деревянных конструкций. Производство работ по усилению предварительно напряженных конструкций отличается большой сложностью, трудоемкостью и стоимостью.

Предварительно напряженные конструкции несгораемы, но их огнестойкость ниже огнестойкости железобетонных конструкций без предварительного напряжения. Это связано с тем, что критические температуры, до которых возможно безопасное нагревание предварительно напряженной арматуры, ниже по сравнению с ненапрягаемой арматурой. Например, прочность высокопрочной проволоки, подвергнутой холодной обработке (имеющей наклеп), начиная с температуры 200°С, заметно понижается и при 600°С составляет около 2/3 первоначальной прочности. Стержневая арматура периодического профиля, упрочненная вытяжкой, теряет наклеп при температуре свыше 400 °С. Таким образом, при пожаре огнестойкость предварительно напряженных конструкций окажется обеспеченной, если не будет превышена критическая температура для данного типа арматуры. Достичь этого возможно только при увеличении защитного слоя бетона.

Нормы допускают применение предварительно напряженных конструкцийизтяжелого и легкого бетона на цементном вяжущем при систематическом периодическом воздействии повышенных (температура нагрева не должна изменяться более одного раза в сутки на 30°С и одного раза в неделю — на 100°) и стационарном воздействии технологических температур до 200°С. При больших температурах рекомендуется применение жаростойкого железобетона.

Предварительно напряженные конструкции отличаются недостаточной коррозийной стойкостью .

Коррозия цементного камня в бетоне может происходить за счет:

1) выщелачивания из него извести мягкими водами, обусловливающего образование на поверхности бетона белых подтеков («белая смерть» бетона);

2) образования растворимых и уносимых водой продуктов, связанных с обменными реакциями при действии на бетон растворов кислот и некоторых солей;

3) образования кристаллизующихся солей в порах и капиллярах бетонных элементов, например при действии растворов сульфатов, приводящих к растрескиванию элементов (цементная бацилла). Все три вида коррозии цементного камня снижают защитные свойства бетона по отношению к арматуре и могут вызвать опасную коррозию арматуры.

Коррозия арматуры может вознинуть также вследствие недостаточного содержания цемента в бетоне, наличия в нем вредных добавок (например, поваренной соли), раскрытия трещин более 0,4 мм, недостаточной толщины защитного слоя, малой плотности бетона. Коррозийные поражения резко снижают несущую способность и пластические свойства высокопрочной арматуры, вызывают растрескивание термически упрочненной арматуры, что вызывает внезапное хрупкое разрушение предварительно напряженных конструкций.

Основные мероприятия по защите железобетона от коррозии сводятся к следующему:

Предупреждение образования трещин или ограничение их раскрытия;

Ограничение степени агрессивности окружающей среды;

Применение плотных и водонепроницаемых бетонов на специальных сульфатостойких цементах;

Защита поверхностей разнообразными полимерными материалами, кислотоупорной штукатуркой, керамической облицовкой, оклеечной и обмазочной изоляцией;

Перерасход арматуры до 10...20%; увеличение защитного слоя бетона до 25 мм.

Нефть и ее погоны уменьшают сопротивление бетона растяжению, сжатию и сцепление с арматурой, вследствие чего бетон становится проницаемым для жидкостей.

Растительные и животные масла и жиры, особенно прогорклые, содержат жирную кислоту, которая омыляет известь бетона и образует разрушающее бетон известковое мыло.

Сахар, сиропы, патока образуют с известью растворимые соли — сахараты, которые быстро разрушают свежий бетон.

Спирты сами по себе не вредны, но извлекая из бетона воду, высушивают его и прекращают процесс твердения. Перечисленные основные недостатки железобетонных конструкций незначительны по сравнению с их многочисленными крупными достоинствами. Отрицательное влияние многих недостатков может быть существенно снижено высококачественными проектированием, изготовлением, монтажом и эксплуатацией железобетонных конструкций.

Вот почему, несмотря на короткую историю развития (~ 135 лет), они получили массовое распространение при строительстве самых ответственных и уникальных зданий и сооружений. Нет ни одной области капитального строительства, в которой с успехом не могли бы быть использованы современные железобетонные конструкции и особенно предварительно напряженные. При правильной эксплуатации железобетонные конструкции могут служить длительное время без снижения несущей способности, потому что прочность бетона возрастает с течением времени и он надежно защищает арматуру от коррозии.

ГОСТ 32803-2014

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

БЕТОНЫ НАПРЯГАЮЩИЕ

Технические условия

Self-stressing concrete. General specifications

МКС 91.100.30

Дата введения 2015-07-01

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены в ГОСТ 1.0-92 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-2009 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, применения, обновления и отмены"

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН подразделением Открытого акционерного общества "Научно-исследовательский центр "Строительство" Ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательским, проектно-конструкторским и технологическим институтом бетона и железобетона (ОАО "НИЦ "Строительство" НИИЖБ им.А.А.Гвоздева)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 25 мая 2014 г. N 45-2014)

За принятие проголосовали:

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 26 ноября 2014 г. N 1830-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 32803-2014 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 01 июля 2015 г.

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ


Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

1 Область применения

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на напрягающие бетоны, предназначенные для создания предварительного напряжения (самонапряжения) в конструкциях зданий и сооружений за счет расширения в процессе твердения для повышения трещиностойкости, водонепроницаемости и долговечности конструкций и устанавливает технические требования к напрягающим бетонам.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие межгосударственные документы:

ГОСТ 9.306-85 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Обозначения

ГОСТ 166-89 (ИСО 3599-76) Штангенциркули. Технические условия

ГОСТ 577-68 Индикаторы часового типа с ценой деления 0,01 мм. Технические условия

ГОСТ 5578-94 Щебень и песок из шлаков черной и цветной металлургии для бетонов. Технические условия

ГОСТ 5781-82 Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций. Технические условия

ГОСТ 6958-78 Шайбы увеличенные. Классы точности А и С. Технические условия

ГОСТ 7473-2010 Смеси бетонные. Технические условия

ГОСТ 7798-70 Болты с шестигранной головкой класса точности В. Конструкция и размеры

ГОСТ 8267-93 Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия

ГОСТ 8736-93 Песок для строительных работ. Технические условия

ГОСТ 10060-2012 Бетоны. Методы определения морозостойкости

ГОСТ 10178-85 Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия

ГОСТ 10180-2012 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам

ГОСТ 10181-2000 Смеси бетонные. Методы испытаний

ГОСТ 11371-78 Шайбы. Технические условия

ГОСТ 12730.1-84* Бетоны. Методы определения плотности
________________
* На территории Российской Федерации действует ГОСТ 12730.1-78 , здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.

ГОСТ 12730.5-84 Бетоны. Методы определения водонепроницаемости

ГОСТ 13015-2012 Изделия бетонные и железобетонные для строительства. Общие технические требования. Правила приемки, маркировки, транспортирования и хранения

ГОСТ 17624-2012 Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности

ГОСТ 17711-93 Сплавы медно-цинковые (латуни) литейные. Марки

ГОСТ 18105-2010 Бетоны. Правила контроля и оценки прочности

ГОСТ 22690-88 Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля

ГОСТ 23732-2011 Вода для бетонов и строительных растворов. Технические условия

ГОСТ 24211-2008 Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические требования

ГОСТ 25192-2012 Бетоны. Классификация и общие технические требования

ГОСТ 25820-2000 Бетоны легкие. Технические условия

ГОСТ 26633-2012 Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия

ГОСТ 27006-86 Бетоны. Правила подбора состава

ГОСТ 28570-90 Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций

ГОСТ 30108-94 Материалы и изделия строительные. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов

ГОСТ 30515-97 Цементы. Общие технические условия

ГОСТ 31108-2003 Цементы общестроительные. Технические условия

ГОСТ 32496-2013 Заполнители пористые для легких бетонов. Технические условия.

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 напрягающий бетон: Бетон, содержащий напрягающий цемент или расширяющую добавку, обеспечивающие расширение бетона в процессе его твердения.

3.2 самонапряжение бетона: Величина предварительного напряжения бетона, создаваемого в результате расширения бетона в условиях упругого ограничения деформаций.

3.3 марка напрягающего бетона по самонапряжению: Среднее значение предварительного напряжения сжатия (самонапряжения) напрягающего бетона, МПа, в возрасте 28 сут, создаваемого в результате его расширения в условиях упругого ограничения деформаций, с жесткостью, соответствующей жесткости стальной арматуры при коэффициенте осевого продольного армирования 0,01 и модуле упругости 2·10 МПа.

3.4 расширяющие добавки РД: Минеральная добавка, применяемая для приготовления напрягающих бетонов.

3.5 напрягающий цемент: Минеральное вяжущее вещество, обеспечивающее при твердении бетонов в условиях упругого ограничения деформаций регулируемое самонапряжение.

3.6 линейное расширение: Увеличение линейных размеров стандартного образца.

4 Классификация

4.1 В соответствии с ГОСТ 25192 устанавливают следующие виды напрягающего бетона:

- тяжелые напрягающие бетоны;

- легкие напрягающие бетоны.

В зависимости от значения контролируемого самонапряжения (см. 5.1.3) напрягающие бетоны подразделяют на следующие виды:

- БН - бетон с нормируемой маркой по самонапряжению, изготовленный на основе напрягающего бетона;

- БК - бетон с компенсированной усадкой, изготовленный на основе портландцемента и расширяющей добавки.

4.2 Условное обозначение бетонных смесей, предназначенных для напрягающих бетонов, принимают по ГОСТ 7473 со следующими дополнениями.

Для бетона с нормируемой маркой по самонапряжению марку по самонапряжению указывают после марки по водонепроницаемости.

Пример условного обозначения бетонной смеси для бетона с нормируемой маркой по самонапряжению Sp1,2, класса прочности на сжатие В40, марки по удобоукладываемости П4, марки по морозостойкости F 300, марки по водонепроницаемости W18:

БСТ БН В40 П4 F 300 W18 Sp1,2 ГОСТ 32803-2014

Допускается для бетона с компенсированной усадкой марку по самонапряжению не указывать.

Пример условного обозначения бетонной смеси для бетона с компенсированной усадкой, класса прочности на сжатие В25, марки по удобоукладываемости П3, марки по морозостойкости F 300, марки по водонепроницаемости W16:

БСТ БК В25 П3 F 300 W16 ГОСТ 32803-2014

5 Технические требования

Напрягающие бетоны изготовляют в соответствии с требованиями настоящего стандарта, проектной и технологической документации, технических условий и разработанными технологическими регламентами, утвержденными в установленном порядке.

5.1 Характеристики

5.1.1 Прочность бетона в проектном возрасте характеризуется классами прочности на сжатие, осевое растяжение и растяжение при изгибе.

Для тяжелых напрягающих бетонов установлены следующие классы:

- по прочности на сжатие: В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60; В70; В80; В90;

- по прочности на осевое растяжение: B0,8; 2B1,2; B1,6; B2; B2,4; B2,8; B3,2; B3,6; B4,0;

- по прочности на растяжение при изгибе: B2; B2,4; B2,8; B3,2; B3,6; B4; B4,4; B4,8; B5,2; B6,4; B6,8.

Для легких напрягающих бетонов установлены следующие классы:

- по прочности на сжатие: В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40;

- по прочности на осевое растяжение: B0,8; B1,6; B2; B2,4; B2,8; B3,2.

Допускается при соответствующем обосновании устанавливать более высокие классы напрягающих бетонов по прочности.

5.1.2 В зависимости от средней плотности устанавливают следующие марки напрягающего бетона:

- легкого: D1200; D1300; D1400; D1500; D1600; D1700; D1800; D1900; D2000;

- тяжелого: D2000, D2100, D2200, D2300, D2400, D2500.

5.1.3 В зависимости от значения самонапряжения устанавливают следующие марки напрягающего бетона: Sp0,6; Sp0,8; Sp1,0; Sp1,2; Sp1,5; Sp2,0; Sp3,0; Sp4,0.

Напрягающие бетоны марок по самонапряжению от Sp0,6 до Sp1,0 относятся к бетонам с компенсированной усадкой, от Sp1,2 до Sp4,0 - к напрягающим бетонам с нормируемым самонапряжением.

5.1.4 В зависимости от условий применения тяжелые напрягающие бетоны должны иметь следующие марки по морозостойкости: F200, F300, F400, F600, F800; легкие: F100, F200, F300, F400, F500.

5.1.5 В зависимости от водонепроницаемости тяжелые напрягающие бетоны должны иметь следующие марки: W12, W14, W16, W18, W20; легкие: W8, W10, W12, W14.

5.2 Требования к материалам

5.2.1 Материалы, применяемые для напрягающих бетонов, должны соответствовать требованиям действующих стандартов и технических условий на эти материалы и обеспечивать получение бетона с заданными характеристиками.

5.2.2 В качестве вяжущего применяют:

- напрягающие цементы по действующим нормативным или техническим документам;

- портландцементы, соответствующие ГОСТ 10178 , ГОСТ 30515 и ГОСТ 31108 , с содержанием СА в клинкере не более 8% в сочетании с добавками по ГОСТ 24211 , регулирующими процесс расширения при условии их оценки по критерию обеспечения требуемой марки по самонапряжению.

5.2.3 В качестве крупного заполнителя для тяжелого напрягающего бетона применяют щебень по ГОСТ 26633 , ГОСТ 8267 , ГОСТ 5578 .

5.2.4 В качестве мелкого заполнителя для тяжелого напрягающего бетона применяют пески по ГОСТ 26633 и ГОСТ 8736 .

5.2.5 В качестве крупных и мелких заполнителей для легкого напрягающего бетона применяют заполнители по ГОСТ 25820 и ГОСТ 32496 .

5.2.6 Добавки для напрягающих бетонов должны соответствовать ГОСТ 24211 и действующим нормативным или техническим документам на конкретные виды расширяющих добавок. Добавки вводят в состав бетонных смесей в количестве от 5% до 30% массы цемента в зависимости от назначения бетона.

5.2.7 Вода для затворения бетонной смеси и приготовления растворов химических добавок должна соответствовать требованиям ГОСТ 23732 .

5.2.8 Удельная эффективная активность естественных радионуклидов сырьевых материалов, применяемых для напрягающих бетонов, не должна превышать предельных значений в зависимости от области применения бетонов по ГОСТ 30108 .

5.3 Требования к бетонным смесям

5.3.1 Бетонные смеси для напрягающих бетонов приготовляют в соответствии с требованиями ГОСТ 7473 .

5.3.2 Состав бетонной смеси подбирают в соответствии с ГОСТ 27006 с учетом требований настоящего стандарта и технологической документации, утвержденной в установленном порядке.

6 Правила приемки

6.1 Приемку напрягающего бетона проводят по всем нормируемым в проектной документации показателям качества в соответствии с ГОСТ 7473 и ГОСТ 13015 .

Оценку бетона по морозостойкости, водонепроницаемости, средней плотности проводят при подборе каждого состава бетонной смеси по ГОСТ 27006 , далее не реже одного раза в 6 мес, а также при изменении состава бетонной смеси или используемых материалов.

6.2 Каждая партия бетонной смеси, предназначенной для напрягающего бетона, должна сопровождаться паспортом по ГОСТ 7473 .

7 Методы контроля

7.1 Прочность напрягающего бетона на сжатие, растяжение при изгибе и осевое растяжение определяют в соответствии с требованиями ГОСТ 10180 , ГОСТ 28570 , ГОСТ 17624 , ГОСТ 22690 , ГОСТ 18105 .

7.2 Среднюю плотность напрягающего бетона определяют по ГОСТ 12730.1 , ГОСТ 10181 .

7.3 Морозостойкость напрягающего бетона определяют по ГОСТ 10060 .

7.4 Водонепроницаемость напрягающего бетона определяют по ГОСТ 12730.5 .

7.5 Определение самонапряжения напрягающего бетона

7.5.1 Сущность метода

Сущность метода заключается в измерении упругой деформации, возникающей в процессе расширения образцов-призм из бетона, отформованных и твердеющих в динамометрических кондукторах, жесткость торцевых пластин которых эквивалентна жесткости продольного армирования, равного 1%.

7.5.2 Средства испытаний

При проведении испытаний должны быть использованы следующие средства измерений:

- индикатор часового типа по ГОСТ 577 ценой деления 0,01 мм и диапазоном измерения 10 мм;

- штангенциркуль по ГОСТ 166 ценой деления 0,05 мм.

Для испытаний применяют следующее оборудование:

- динамометрический кондуктор для образца-призмы размерами 100x100x400 мм или 50x50x200 мм (см. рисунки 1, 2);

- измерительное устройство "краб" с индикатором часового типа ценой деления 0,01 мм для замера выгиба одной пластины кондуктора или штатив с аналогичным индикатором (см. рисунки 3, 4) для замера выгиба обеих пластин;

- эталон для поверки измерительного устройства или стальной эталон - стержень для штатива длиной (200±1) мм, диаметром 16 мм с трехгранными кернами 7 глубиной 0,75 мм по торцам (см. рисунок 3). Материал для изготовления эталонов - сталь 3 (Ст3) по ГОСТ 5781 ;

- металлическая форма для изготовления образцов-призм размерами 100x100x400 мм (см. рисунок 5);

- металлическая форма для изготовления образцов-призм размерами 50x50x200 мм (см. рисунок 6);

- емкость с водой для хранения кондукторов с образцами.

7.5.3 Подготовка к испытанию

Отбор проб бетонной смеси при контроле качества бетона проводят один раз в смену. Проба бетонной смеси при применении кондукторов для образцов-призм размерами 100x100x400 мм должна быть не менее 15 л, для образцов-призм размерами 50x50x200 мм - не менее 2 л.

До сборки кондуктора (см. рисунки 1, 2) с формой проводят затяжку гаек 4 на тягах 3 до упора с выборкой зазора. Не допускается зазор между тягами с пластиной 2 . Нулевой замер кондуктора снимают с помощью измерительного устройства "краб" или штатива, предварительно поверенных с помощью эталона на постоянство отсчета. При поверке штатива эталон необходимо выставлять всегда в одном и том же положении - меткой вверх. Отсчеты снимают с точностью до половины деления индикатора часового типа. Температура кондуктора, измерительного устройства и эталона во время замера должна быть одинаковой.

Перед формованием образца-призмы форма должна быть смазана тонким слоем смазочного материала и собрана с помощью скоб на тягах кондуктора с минимальным зазором для исключения деформаций.

Контроль самонапряжения бетона проводят на бетонном заводе или на строительном объекте у места укладки бетона в конструкцию.

Формование образцов-призм проводят в соответствии с требованиями ГОСТ 10180 . Отформованные в кондукторе образцы-призмы укрывают пленкой или другими водонепроницаемыми материалами для защиты от потерь влаги.

Твердение образцов-призм до достижения прочности бетона 7-15 МПа (примерно сутки) должно происходить в помещении с температурой воздуха (20±2) °С, дальнейшее твердение после снятия формы (до 28 сут) - в воде или в обильно влажных опилках, песке и т.п.

7.5.4 Проведение испытаний

Самонапряжение напрягающего бетона определяют при подборе состава бетонной смеси и контроле качества бетона в целях обеспечения расчетного самонапряжения бетона.

Самонапряжение бетона определяют по трем контрольным образцам-призмам размерами 50x50x200 мм (при использовании щебня фракции не более 10 мм) или 100x100x400 мм, отформованных и твердеющих в специальных динамометрических кондукторах, создающих в процессе расширения бетона упругое ограничение деформаций, эквивалентное продольному армированию образцов-призм, равному 1%.

Измерение кондукторов проводят ежедневно для бетона в возрасте 1-7 сут и далее в возрасте 10, 14 и 28 сут каждый раз с поверкой измерительного устройства с помощью эталона. Результаты измерений заносят в журнал испытаний образцов-призм в кондукторах при определении самонапряжения бетона.

Значение самонапряжения образца-призмы , МПа, определяют по формуле

где - полная деформация образца-призмы;

- длина образца;

- приведенный коэффициент армирования образца, принимаемый равным 0,01;

- модуль упругости стали, принимаемый равным 2·10 МПа.

Самонапряжение бетона вычисляют как среднее арифметическое значение двух наибольших результатов измерения трех образцов-призм в кондукторах, отформованных из одной пробы бетона в возрасте от 1 до 7, 10, 14, 28 сут. Вычисления проводят до двух знаков после запятой.

8 Гарантии производителя (поставщика)

8.1 Производитель (поставщик) бетонной смеси, предназначенной для напрягающего бетона гарантирует:

- на момент поставки потребителю - соответствие всех нормируемых технологических показателей качества бетонных смесей заданным в договоре на поставку;

- в проектном возрасте - достижение всех нормируемых показателей качества бетона, заданных в договоре на поставку, при условии, что потребитель бетонной смеси при изготовлении бетонных и железобетонных конструкций обеспечивает выполнение требований действующих нормативных и технических документов по бетонированию конструкций и соответствие режимов твердения бетона по ГОСТ 10180 .

8.2 Гарантии производителя (поставщика) бетонной смеси должны быть подтверждены:

- протоколами определения качества бетонных смесей при подборе их состава и проведении операционного и приемо-сдаточного контроля;

- протоколами определения нормируемых показателей качества напрягающего бетона в проектном возрасте.

1 - верхняя пластина; 2 - нижняя пластина; 3 - тяга; 4 - гайка; 5 6 - репер с продольным керном; 7 - репер с плоским окончанием; 8 - бетонный образец-призма

Примечание - Материал пластин и гайки - Ст.45 по ГОСТ 5781 , тяги - Ст.3; реперов - латунь Л62 по ГОСТ 17711 . Детали кондуктора хромировать Х36 по ГОСТ 9.306 , хром матовый.

Рисунок 1 - Динамометрический кондуктор для образцов-призм размерами 100x100x400 мм

1 - верхняя пластина; 2 - нижняя пластина; 3 - тяга; 4 - гайка; 5 - репер с трехгранным керном глубиной 0,75 мм; 6 - бетонный образец-призма

Примечание - Материал пластин и гайки - Ст.45; тяги - Ст.3; репера - латунь Л62. Детали кондуктора хромировать Х36 по ГОСТ 9.306 , хром матовый.

Рисунок 2 - Динамометрический кондуктор для образцов-призм размерами 50x50x200 мм

(А) Схема измерения, установка измерительного устройства "краб" на кондуктор

(Б) Эталон с измерительным устройством "краб"

1 - кондуктор размерами 100x100x400 мм; 2 - измерительное устройство "краб"; 3 - эталон; 4 - бетонный образец-призма; 5 - индикатор часового типа; 6 - шпилька с припаянным шариком диаметром 5 мм; 7 - трехгранный керн глубиной 0,75 мм; 8 - продольный керн; 9 - стопорный винт.

Рисунок 3 - Измерительное устройство "краб" с индикатором часового типа для определения самонапряжения образцов-призм размерами 100x100x400 мм

1 - основание штатива; 2 - шпилька с шариком; 3 - кондуктор с бетонной призмой; 4 - винт крепления индикаторов; 5 - индикатор; 6 - стойка; 7 - винт крепления консоли; 8 - консоль; 9 - гайка

Рисунок 4 - Штатив с индикатором часового типа для определения самонапряжения образцов-призм

1 - дно формы; 2 - борт формы со скобами; 3 - шайба 12.03.01 ГОСТ 6958 ; 4 - болт M12-6gX30.56.05 ГОСТ 7798

Рисунок 5 - Металлическая форма для изготовления образцов-призм размерами 100x100x400 мм

1 - дно формы; 2 - борт формы со скобами; 3 - шайба 8.03.05 ГОСТ 11371 ; 4 - болт M8-6gX40.56.05 ГОСТ 7798

Рисунок 6 - Металлическая форма для изготовления образцов-призм размерами 50x50x200 мм

УДК 691.328 МКС 91.100.30

Ключевые слова: напрягающие бетоны, бетоны с компенсированной усадкой, напрягающий цемент, расширяющие добавки, самонапряжение, свободное расширение, водонепроницаемость, трещиностойкость, долговечность
__________________________________________________________________________



Электронный текст документа
подготовлен АО "Кодекс" и сверен по:
официальное издание
М.: Стандартинформ, 2015

Страница 2 из 3

Предварительно напряженный железобетон в конструкциях мостов

В железобетоне без предварительного напряжения при правильном проектировании и изготовлении конструкций можно предотвратить раскрытие трещин до предела, опасного с точки зрения коррозии арматуры и бетона, если применять арматуру из стали класса A-I - А-III. Целесообразное использование арматуры более высокой прочности в железобетоне без предварительного напряжения невозможно из-за возникновения уже при эксплуатационной нагрузке трещин недопустимого раскрытия, несмотря на повышение сцепления арматуры с бетоном путем применения стержней периодического профиля.

Для получения экономичной конструкции без трещин или с трещинами ограниченного раскрытия при использовании высокопрочной арматуры применяют предварительно напряженный железобетон .

Идея предварительно напряженного железобетона заключается в том, что при изготовлении в конструкции создают наиболее рациональное напряженное состояние. Применяют в основном два способа создания предварительного напряжения в конструкции: натяжение арматуры на бетон и натяжение арматуры на упоры.

Для изгибаемых элементов наиболее целесообразно создавать в сечении неравномерно распределенные предварительные напряжения так, чтобы максимальные сжимающие напряжения были в наиболее растянутых от внешних сил частях конструкции. Для этого напрягаемую арматуру располагают эксцентрично. От действия усилия преднапряжения в сечении возникает внецентренное сжатие, причем, кроме сжимающего усилия, в сечении действует изгибающий момент, обратный по знаку моменту от внешней нагрузки. При изготовлении элемент получает изгиб, обратный прогибу от внешней нагрузки, для чего предварительно напрягаемую арматуру располагают в сечении у наиболее растянутого волокна. Таким образом, преднапряженная арматура выполняет две функции: при эксплуатации сооружения создает сжимающие напряжения в бетоне, препятствуя появлению трещин, а при нагрузках, близких к разрушающим, когда растянутая зона бетона пересечена трещинами, воспринимает растягивающие усилия, как и арматура в ненапрягаемых элементах.

Предварительное напряжение создают для исключения или уменьшения не только основных растягивающих напряжений в сечениях, перпендикулярных к оси элемента, но и главных растягивающих напряжений, особенно при применении наряду с продольной арматурой также поперечной или наклонной преднапряженной арматуры. Предварительное напряжение препятствует и появлению местных растягивающих напряжений.

В бетоне может быть создано одноосное, двухосное или трехосное напряженное состояние. Размеры поперечного сечения сжатых элементов можно существенно уменьшить, если применить поперечное обжатие в двух направлениях, например, навивкой на бетонный сердечник спирали из высокопрочной проволоки под напряжением (косвенное напряженное армирование). В плите сборных пролетных строений можно создавать горизонтальное поперечное преднапряжение, одновременно объединяя балки в единую конструкцию.

Напряженное состояние элемента можно регулировать в широких пределах, создавая искусственные поля напряжений, благоприятные для конструкции, целесообразно назначая величину, направление и точки приложения усилий преднапряжения.

Таким образом, предварительно напряженный железобетон целесообразно применять в изгибаемых, растянутых и внецентренно растянутых элементах, а также во внецентренно сжатых элементах с большим эксцентриситетом сжимающей силы. В сжатых элементах предварительное напряжение можно создавать в косвенной арматуре.

Предварительно напряженные конструкции мостов имеют преимущества в сравнении с конструкциями из железобетона без предварительного напряжения. К ним относится прежде всего экономия металла (его требуется в 1,5-2,5 раза меньше), достигаемая в основном за счет применения высокопрочной арматуры. Наряду с экономией металла уменьшается расход бетона за счет снижения главных растягивающих напряжений. В результате в ряде случаев уменьшается вес частей сооружения и облегчаются перевозка и монтаж сборных конструкций.

Предварительно напряженная арматура позволяет применять обжатые стыки в сборных конструкциях, что дает экономию металла, идущего на закладные части, и повышает качество стыков. Только при использовании преднапряженной арматуры становится возможным применение таких прогрессивных способов сооружения железобетонных мостов, как навесное бетонирование и навесная сборка, обеспечивающих резкое снижение трудоемкости и сокращение сроков строительства. Однако в балочных конструкциях, проектируемых с исключением растяжения в бетоне под эксплуатационной нагрузкой, требуется увеличение размеров нижнего пояса для восприятия сил преднапряжения. Следует помнить, что высокие предварительные напряжения в бетоне может вызвать появление в нем трещин, направленных вдоль усилия обжатия. Поэтому предварительное напряжение следует применять осторожно, не перенапрягая без необходимости бетон.

Представляется целесообразным в ряде случаев не требовать исключения расчетных растягивающих напряжений в бетоне. Предварительное напряжение может быть задано таким, чтобы обеспечить отсутствие трещин, опасных в отношении коррозии арматуры (неполное обжатие бетона).

Технология изготовления преднапряженных мостовых конструкций сложнее, чем конструкций без предварительного напряжения, так как требует специальных обустройств для натяжения арматуры и квалифицированного обслуживающего персонала. Этот недостаток компенсируют развитием производственной базы для изготовления элементов мостовых конструкций с предварительным напряжением, созданием высокопроизводительного оборудования и совершенствованием технологии изготовления конструкций и монтажа преднапряженных железобетонных мостов.

Предварительно-напряженные конструкции – это конструкции или их элементы, в которых предварительно, т.е. в процессе изготовления, искусственно созданы в соответствии с расчетом начальные напряжения растяжения в арматуре и обжатия в бетоне.

Обжатие бетона на величину σ bp осуществляется предварительно натянутой арматурой, которая после отпуска натяжных устройств стремится возвратится в первоначальное состояние. Проскальзывание арматуры в бетоне исключается их взаимным сцеплением или специальной анкеровкой торцов арматуры в бетоне.

Начальные сжимающие напряжения создают в тех зонах бетона, которые впоследствии испытывают растяжение.

Железобетонные элементы без предварительного напряжения работают при наличии трещин: ,

где
- эксплуатационная нагрузка,

- нагрузка, при которой образуются трещины;

- разрушающая нагрузка.

Железобетонные предварительно-напряженные элементы работают под нагрузкой без трещин или с ограниченным по ширине их раскрытием:
.

Таким образом, предварительное напряжение не повышает прочность конструкции, а увеличивает ее жесткость и трещиностойкость!

Преимущества предварительно-напряженных конструкций:

повышенная жесткость и трещиностойкость конструкции;

возможность использования высокопрочной арматуры (A-IV и выше);

предварительное напряжение приводит к уменьшению сечения элемента

возможность выполнения эффективных стыков сборных элементов;

предварительное напряжение позволяет изготавливать комбинированные конструкции (например, обжимаемую зону выполнять из тяжелого бетона, а остальную – из легкого);

повышенная выносливость при многократно повторяемых, динамических нагрузках;

преднапряженные конструкции более безопасны, т.к. перед разрушением имеют большой прогиб и тем самым сигнализируют, что прочность конструкции почти исчерпана;

повышенная сейсмостойкость;

повышенная долговечность.

Недостатки предварительно-напряженных конструкций:

повышенная трудоемкость и необходимость специального оборудования и классифицированных работников;

большая масса;

большая тепло- и звукопроводность;

усиление преднапряженных конструкций всегда сложнее, чем без преднапряжения;

меньшая огнестойкость;

при коррозии высокопрочная арматура быстрее теряет пластические свойства, возникает опасность хрупкого разрушения.

10.1.1. Способы и методы натяжения арматуры

Способы натяжения арматуры:

На упоры (до бетонирования). Арматуру заводят в форму до бетонирования элемента, один конец закрепляют в упоре, другой – натягивают домкратом до заданного напряжения σ sp . Затем в форму заливают бетон. После достижения бетоном передаточной прочности R bp арматуру отпускают с упоров, при этом она обжимает окружающий бетон. Чтобы избежать разрушения бетона в торцах элементов, отпуск натяжения арматуры производят постепенно, снижая сначала на 50%, а затем до 0.

На бетон . Сначала изготавливают бетонный элемент, в котором предусматривают каналы или пазы. После приобретения бетоном передаточной прочности Rbp, в каналы пропускают рабочую арматуру и натягивают ее на бетон. После натяжения концы арматуры закрепляют анкерами. Для обеспечения сцепления арматуры с бетоном каналы и пазы заполняют под давлением цементным раствором.

Методы натяжения арматуры:

Электротермический – необходимое относительное удлинение арматуры еsp получают электрическим нагревом арматуры до соответствующей температуры.

Механический – необходимое относительное удлинение арматуры получают вытяжкой арматуры натяжными механизмами (гидравлические и винтовые домкраты, лебедки, тарировочные ключи, намоточные машины и т.д.).

Электротермомеханический – совокупность механического и электротермического методов.

Физико-химический – заключается в самонапряжении конструкции вследствие использования энергии расширяющегося цемента.