25.07.2017
Дорожное строительство – непростой многоступенчатый процесс. Положительный результат достигается только тогда, когда на каждом...


25.07.2017
Шелковая штукатурка – одно из самых популярных покрытий, которое наносится на стены или потолок. Свою популярность шелковая...


25.07.2017
Работа в коллективе важна и определена тем, что она повышает уровень предприятия или компании, а также конкурентоспособность,...


25.07.2017
Металлические ключницы настенного размещения представляют собой изделие в виде шкафчика или ящика и предназначены для хранения...


25.07.2017
В модульных картинах воплотились древние традиции и современные технологии, что позволило получить совершенно новые оригинальные...


25.07.2017
Современные оконные конструкции обещают высокий уровень комфорта, но и требуют соответствующих капиталовложений. Чтобы покупка...


Панели перекрытий

27.06.2016

Многопустотные панели перекрытий (настилы) являются самой массовой конструкцией, выпускаемой отечественной промышленностью сборного железобетона. Объем их производства только в Москве превышал 1 млн. м3 в год.
При переходе на изготовление панелей из песчаного бетона наряду со снижением себестоимости изделий решается ряд важных организационнотехнических задач в связи с исключением из производства дорогостоящего и дефицитного мелкого щебня.
Однако переход от использования тяжелого бетона к песчаному только в результате исключения крупного заполнителя приводит к увеличению расхода цемента, что даже при условии получения общего экономического эффекта, как правило, не является приемлемым решением для массового строительства. Кроме того, при использовании для изготовления песчаных бетонов смесей той же удобоукладываемости, что и для тяжелых, увеличиваются потери предварительного напряжения в арматуре, возрастают прогибы и т. д.
Проведенные расчеты показали, что в ряде панелей имеются резервы как по несущей способности, так и по деформативности, облегчающие переход на песчаный бетон для этой номенклатуры изделий.
Возможными конструктивными и технологическими мероприятиями, направленными на обеспечение требуемой несущей способности, уменьшения прогибов под нагрузкой и снижения расхода цемента, являются: снижение марки бетона, например, с М200 до М150 (в первую очередь для «коротких» настилов с ненапряженной арматурой), повышение уровня предварительного напряжения арматуры, снижение контролируемой прочности бетона при отпуске натяжения, увеличение эксцентриситета напрягаемой арматуры в результате уменьшения толщины защитного слоя бетона, повышение жесткости смеси за счет использования лучшей удобоукладываемости цементно-песчаных смесей по сравнению с тяжелыми, а также применения интенсивных способов уплотнения, использования химических добавок, мытых, фракционированных песков, укрупнительных добавок к ним и т.д.
Целесообразность проведения указанных мероприятий на заводе ЖБИ №5 ППО МПСМ, выбранного в качестве базового предприятия для проведения исследовательских работ, анализировалась в зависимости ог тина панелей, выявленных резервов по несущей способности и деформативности, технологии изготовления, используемого песка и ряда других факторов.
Заводом выпускается широкая номенклатура панелей, отличающихся длиной пролета, шириной изделий, количеством и классом преднапряженной арматуры, величиной эксплуатационных нагрузок, уровнем контролируемых напряжений и рядом других параметров. Это обстоятельство потребовало проведения расчетно-исследовательского этапа работ, целью которого являлась оценка указанных выше предложений, позволяющих осуществить перевод на песчаный бетон всей номенклатуры панелей.
Таким образом, в состав комплексной научно-исследовательской работы включены: расчетно-исследовательский этап; подборы составов песчаного бетона; выбор химических добавок и подготовка рекомендаций об их использовании; исследования, связанные с разработкой режимов изготовления панелей; выпуск на заводе опытных партий изделий, их испытания, в том числе и долговременные, оценивающие нарастание прогибов от длительного действия нагрузки; эксплуатационные испытания.
Расчеты выполнялись в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-84, указаниями «Руководства по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжелого бетона», «Рекомендаций по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из мелкозернистого бетона».
Широкая номенклатура панелей и большое количество вариантов возможных конструктивных и технологических изменений, предполагаемых для реализации, делали практически необходимым разработку программы расчета панелей на ЭВМ. Из номенклатуры изделий, выпускаемых заводом, по результатам расчетов были выделены две панели — HB 58-12-12 и 2 УНТ 63-10, которые при изготовлении из песчаного бетона по существующей технологии обладают наименьшими запасами по прочности и деформативности. Эти изделия были приняты в качестве объекта для дальнейших исследований. Указанные выше мероприятия, в том числе направленные на снижение расхода цемента, неоднозначны по «вкладу» в намеченный результат — разработать технологию производства панелей из песчаного бетона без существенного увеличения расхода цемента и усложнения технологического процесса по сравнению с существующим. Поэтому на первом этапе проведения исследований были выбраны три из них как наиболее просто реализуемые в условиях завода и в значительной мере обеспечивающие решение поставленной задачи: использование крупных песков, комплексной химдобавки и повышение уровня контролируемого предварительного напряжения. Требуемая по расчету прогибов ряда настилов из песчаного бетона величина σо = 5200 ±920 кг/см2 для стали AtV была согласована с проектной организацией и принята вместо используемой в настоящее время ап = 4900 ±920 кг/см2.
Подборы составов песчаного бетона М200 с передаточной прочностью Rn = 140 кг/см2 после тепловлажностной обработки, при сохранении основных технологических режимов показали, что при применении песков Тучковского (Mк = 1,8) и Академического (Mк = 2,6) карьеров превышение расхода цемента над заводскими нормами составляет, соответственно, 30 и 18%. Введение в песчаный бетон, приготовленный на крупном песке, комплексной добавки С-3 + Na2SO4 позволило сократить указанное превышение расхода цемента с 18 до 9%.
Исследованиями влияния химических добавок на процесс структурообразования и прочность песчаного бетона показано, что введение добавки С-3 целесообразно при жесткости бетонной смеси до 40 с по ГОСТ 10181-81, и что ее использование увеличивает период структурообразования цементнопесчаной смеси. Это приводит к необходимости увеличить время предварительной выдержки перед термообработкой, что на заводе ЖБИ № 5 не представляется возможным.
Применение комплексной добавки-суперпластификатора С-3 в сочетании с ускорителем твердения Na2SO4 позволило уменьшить период структурообразования и получить требуемую прочность после тепловлажностной обработки, проведенной по режиму, длительность которого равна длительности режима, применяемого на заводе.
В табл. 6.10 приведены существовавшие и рекомендуемые составы бетона на крупном и мелком песках и стоимости материалов франко-завод в ценах 1982 г.
Разработаны альбомы рабочих чертежей панелей перекрытий из песчаного бетона и выпущены опытные образцы изделий: 14 типа 2УНТ 63-10 и 6 типа HB 58-12-12 (изготовлены на мелком песке), 7 панелей тина 2УНТ 63-10 — на крупном песке с использованием химдобавок. В процессе выпуска опытных партий уточнялись параметры отдельных технологических переделов (времени и режима перемешивания цементно-песчаной смеси, времени формования), установлена возможность использования существующего оборудования и трактов подачи бетона, опробованы различные режимы тепловлажностной обработки.
Для оценки прочности и деформативности указанных изделий проведены стандартные испытания (табл. 6.11).
Кроме того, 6 панелей по 3 из серий 1 и 2, нагруженные равномерно распределенной нагрузкой до появления трещин, были затем испытаны в ЦНИИЭПжилища длительно действующей нагрузкой. Данные испытаний на прочность, жесткость и трещиностойкость 14 панелей серий 1 и 2 приведены в табл. 6.12, 6 панелей серий 3 и 4 — в табл. 6.13. Анализ результатов испытаний показывает, что все панели разрушились от текучести продольной арматуры при нагрузках, превышающих контрольную по проверке прочности не менее чем в 1,5 раза.
Панели перекрытий
Панели перекрытий

В процессе нагружения панелей из песчаного бетона отмечено появление большого количества мелких трещин, постепенно раскрывающихся под нагрузкой. Практически до разрушения конструкции затруднительно было выделить трещину, по которой произойдет разрушение. Это обстоятельство может явиться дополнительным фактором, учет которого в расчетах позволит точнее оценить нагрузку, вызывающую нормируемое раскрытие трещин.
14 панелей были загружены контрольной нагрузкой, соответствующей появлению трещин нормируемого раскрытия.
В большинстве изделий типа 2 УНТ 63-10 при расчетном прогибе в δ = 21,1 мм, соответствующем указанной нагрузке, фактический составлял 8-13 мм или 1/800-1/600 Аналогично положение и с раскрытием трещин. Ни в одной из 14 испытанных панелей раскрытие трещин при контрольной нагрузке не достигало допускаемой величины 0,2 мм. В основном появившиеся трещины были волосяными, величина их раскрытия составляла 0,03-0,05 мм. В ряде панелей трещины при контрольной нагрузке вообще не появлялись. Аналогичные испытания были проведены для двух партий панелей, каждая из которых включала по 3 изделия типа HB 58-12-12. Партии изготавливались из песчаного бетона на мелком песке без использования добавки (табл. 6.11) и отличались составом цементно-песчаной смеси: для серии 4 расход воды был увеличен на 6 л/м3 по сравнению с табличным. Жесткость смеси, соответственно, была 30 и 18 сек. Цель эксперимента — оценить влияние нарушений в дозировке воды при изготовлении конструкций (изменение количества воды в замесе наиболее частое нарушение технологического процесса, вызванное практически неконтролируемым в течение смены изменением влажности песка).
Как следует из табл. 6.13, несмотря на соответствие изделий четвертой серии требованиям рабочих чертежей по прочности и трещиностойкости, панели обладают повышенной деформативностью, что, в свою очередь, означает необходимость тщательного контроля жесткости бетонной смеси. Панели 5—8, 11, 14 (табл. 6.12) были подвергнуты испытаниям на длительно действующие нагрузки в течение 193 дней. Длительно действующая нагрузка в 500 кг/м2 составляла примерно четверть от фактической разрушающей нагрузки. Через 193 дня панели 7 и 8 были полностью разгружены, панели 6’ и 14 дополнительно кратковременно нагружались до 1500 кг/м2, а затем также были разгружены. Панели 5 и 11 последовательно увеличивающимися нагрузками были доведены до разрушения.
Принятая методика испытаний позволила более глубоко вскрыть процесс деформирования под нагрузкой, оценить роль выдержки и предварительного нагружения на их последующее деформирование.
На рис. 6.15 приведен характерный график зависимости прогиба от нагрузки для панели 11. На рис. 6.16 дан график нарастания прогиба панелей 6, 8 и 11 во времени под нагрузкой 500 кг/м2.
Панели перекрытий

Анализ результатов испытаний показал, что при вторичном нагружении панелей, т. е. после образования в них трещин, кратковременной нагрузкой 500 кг/м2 (без учета собственной массы) прогибы увеличились по сравнению с первоначальными значениями на 20-40% и стали равны 10-16 мм.
Последующее выдерживание панелей под нагрузкой в течение 193 суток привело к увеличению прогибов на 4—6 мм, что составило 40% кратковременных перемещений или 1/800-1/1000 пролета. Приращения перемещений во времени имели затухающий характер и хорошо апроксимировались логарифмическими кривыми видa Δf=alg(bt + c), где Δf — приращение перемещений, t — время выдержки в сутках, а, b, с — коэффициенты для отдельных изделий. По полученным зависимостям были вычислены возможные приращения прогибов панелей через 50 лет, которые оказались в пределах от 10 до 16 мм. Учитывая, что кратковременный прогиб от длительно действующей нагрузки 500 кгс/см2 примерно равен выгибу, можно заключить, что ожидаемый суммарный длительный прогиб панелей будет находиться в пределах 1/600-1/380 от величины пролета, т.е. менее нормируемого 1/200.
Сравнение деформативных характеристик панелей двух серий (начальный выгиб, перемещение под кратковременной нагрузкой, приращение перемещения во времени) показало, что деформативность изделий серии 1 несколько больше, чем серии 2. Отличие отдельных характеристик составляло до 20 %.
Испытанные панели работали в упруго-пластической стадии с образованием трещин и пластических (необратимых) деформаций. Так, доля остаточных перемещений после приложения нагрузки образования трещин была равна 14-17%, она увеличилась при выдержке под нагрузкой до 30-40%, при дальнейшем нагружении до 1500 кг/м2 уменьшилась до 20 % достигнутого прогиба.
В процессе испытаний панелей на нижней (потолочной) поверхности и боковых гранях появлялись многочисленные поперечные трещины, по мере увеличения нагрузки ширина их раскрытия постепенно увеличивалась, появлялись новые трещины ближе к опорам на равном расстоянии друг от друга. Однако на расстоянии от опор плит до 1,2 м трещины не наблюдались даже в момент разрушения. Что же касается несущей способности панелей, испытанных после выдержки иод нагрузкой, то она соответствует несущей способности панелей, разрушенных кратковременной нагрузкой.
Под нагрузкой 1500 кг/м2 прогиб составлял около 10 см. Разрушение началось с интенсивного раскрытия трещин в середине панели. Разрушение было зафиксировано под нагрузкой 1840 кг/м2 (№ 11) и 2040 кг/м2 (№5) при прогибе предыдущего этапа загружения 9,5 см (1/650 11 13,5 см (1/46/1).
Разрушение панелей произошло от текучести арматуры и последующего раздробления бетона сжатой зоны, отмечена потеря сцепления бетона с арматурой в срединной части изделия. В опорной части панелей сцепление бетона с арматурой не нарушилось. В табл. 6.14 приведены экспериментальные и теоретические (расчетные) данные испытаний.
Панели перекрытий

Сравнение полученных в испытаниях данных по приросту прогибов панелей из песчаного бетона под нагрузкой с аналогичными результатами для панелей из тяжелого и легкого бетона свидетельствует о том, что по этому показателю изделия из песчаного бетона занимают промежуточное положение: прогиб их меньше, чем у панелей из керамзитобетона, и больше, чем в панелях из тяжелого бетона.
Таким образом, исследования, оценивающие прочность, деформативность, трещиностойкость многопустотных панелей перекрытий из песчаного бетона с прогнозированием их прогиба на 50 лет эксплуатации, подтвердили правильность предпосылок расчетно-исследовательского этапа работ и позволили рекомендовать их для применения в экспериментальном строительстве.
В соответствии с приведенными рекомендациями заводом ЖБР1 № 5 был произведен выпуск опытно-промышленной партии панелей.
Выпуск панелей HB 58-12-12п (п — песчаный бетон) ставил целью: проведение эксплуатационных испытаний, уточнение технологических режимов производства, разработку технологической карты, оценку возможности организации производства изделий из песчаного бетона без снижения производительности цеха и др.
Хронометраж операций подтвердил, что при соответствующей организации процесса производства изготовление многопустотных панелей перекрытий из песчаного бетона занимает не больше времени, чем изготовление аналогичных панелей из тяжелого бетона. В процессе транспортировки, установки настилов в здании и двухлетней эксплуатации (Лианозовский гормолзавод) каких-либо особенностей, отличающих опытные изделия от стандартных, нe наблюдалось. Многопустотные панели перекрытий, изготовленные из песчаного бетона, имели хороший товарный вид и потолочную поверхность, практически не нуждающуюся в отделке.