Поведение арматуры в конструкциях, изготавливаемых роликовым формованием

В настоящее время в отечественной практике накоплен определенный опыт промышленного изготовления конструкций из песчаного бетона роликовым формованием. Однако это были в основном малоразмерные неармированные изделия: бортовой камень, тротуарные плиты и др. Представляется целесообразным расширение круга конструкций, изготавливаемых роликовым формованием, на крупногабаритные армированные конструкции. Одним из препятствий на этом пути является отсутствие сведений о поведении арматуры в процессе их изготовления. В НИИЖБ сделана попытка применения технологии роликового формования для изготовления дорожных плит размерами 3,0х1,75 м. Институту не удалось массовое внедрение, из-за нестабильного качества получаемых изделий, главным образом, потому, что при приложении силовых воздействий на бетонную смесь в процессе формования происходят смещения арматурных элементов, приводящие к:
— появлению вблизи арматурных стержней зон с недостаточным уплотнением бетона и, как следствие, нарушению сцепления арматуры с бетоном;
— несоответствию действительного расположения арматуры проектному;
— появлению трещин недопустимого раскрытия.
Были проведены исследования для разработки рекомендаций о целесообразных типах фиксаторов и способах фиксации арматурного каркаса, о предпочтительном варианте армирования, диаметре, шаге стержней и др.
Для решения указанных задач были проведены 3 группы экспериментов, позволяющих определить:
— величины прогибов арматурных стержней в зависимости от диаметра, типа фиксаторов и расстояния между ними;
— возможное снижение несущей способности изделия из-за разуплотнения бетона вблизи стержней;
— причины появления трещин большого раскрытия на поверхности изделий.
Эксперименты включали изготовление роликовым формованием армированных образцов размерами 1000х200х80 мм и 1000х1000х100 мм.
В экспериментах использованы приспособления, позволяющие измерять прогибы арматурных стержней по вдавливанию мастики (рис. 3.11).
При проведении первой группы экспериментов на образцах 1000х200х80, армированных одинарной сеткой, варьировались следующие параметры:
— диаметр арматурных стержней,
— расстояние между фиксаторами,
— тип фиксатора.
Всего проведено 36 опытов, причем в каждом опыте измеряли от 8 до 24 величин прогибов арматурных стержней. Использовали 2 типа фиксаторов: стандартные пластмассовые и бетонные кубы.

Установлено, что воздействие роликов через бетонную смесь на арматуру и фиксаторы вызывает прогибы стержней и разрушение фиксаторов при их недостаточной прочности. Стандартные пластмассовые фиксаторы оказались непригодными, они легко сминались и не обеспечивали необходимую толщину защитного слоя. Усилие, действующее на каждый фиксатор, оценивается величиной 50-70 кг. Эти усилия вызывали в ряде случаев разрушение бетонных фиксаторов.
Величины прогибов арматурных стержней зависят от диаметра стержня и расстояния между фиксаторами, но не зависит от высоты фиксаторов, т. е. толщины защитного слоя.
При опирании каждого стержня на 2 фиксатора и расстоянии между ними 90-95 см наибольшие прогибы стержней диаметром 10 мм достигали 5-8 мм. Для того чтобы эти прогибы не превышали 0,5 мм (показано, что при δ = 0,5 мм трещины на наружных гранях изделий не появляются) потребовалось уменьшить расстояние между фиксаторами до 30 см для стержней диаметром 10 мм и до 45 см для стержней диаметром 16 мм. Для стержней других диаметров минимальный шаг расположения фиксаторов был определен расчетом.
При проведении второй группы экспериментов в тех же формах были изготовлены балки, армированные парными стержнями диаметром 10 и 16 мм с различным расстоянием между фиксаторами. Парные продольные стержни были объединены в сетку поперечными стержнями Ø 6 мм. Всего было изготовлено 4 серии образцов по 4 балки в каждой серии. Серии I и II армированы продольными стержнями Ø 10 мм, серии III и IV — Ø 16 мм. В сериях I и III фиксаторы были расположены только по концам балок, а в сериях II и IV установлены с шагом 30 см, т. е. практически в балках этих серий прогибы арматурных элементов при формовании не превышали 0,5 мм. Балки были изготовлены из песчаного бетона группы Б на установке для формования газонных камней и прошли тепловлажностную обработку по производственному циклу.
После распалубки в ряде изделий серий I и III были обнаружены горизонтальные трещины, проходящие по боковым граням на уровне арматуры.
Все опытные конструкции были испытаны на изгиб по схеме «балка на двух опорах».
Испытания показали, что в балках серий I и III фактическая величина момента трещинообразования несколько превышала расчетную и была не ниже, чем в сериях II и IV.
Таким образом, прогибы арматурных элементов при формовании не привели к сколько-нибудь заметной потере сцепления арматуры с бетоном.
Для выяснения причин образования продольных трещин по боковым поверхностям балок были проведены дополнительные эксперименты. В форму для изготовления тротуарных плит 1000x1000x100 мм помещалась арматурная сетка из стержней Ø 6 мм с квадратными 100x100 мм ячейками. Сетку укладывали на жесткие фиксаторы высотой 3 см, расположенные в углах сетки, посредине каждой стороны и в центре формы.
Сразу после формования открывали борта формы и обследовали поверхность изделия.
На боковых гранях всех плит были видны горизонтальные трещины на уровне арматурной сетки раскрытием до 0,3 мм. Эти трещины легко закрывались от нажатия рукой на верхнюю грань изделия и опять раскрывались после снятия усилия.
Причиной образования этих трещин и аналогичных трещин в опытных балках являлись начальные искривления стержней сетки из плоскости, которые приводили к тому, что сетка опиралась только на часть фиксаторов. В местах установки остальных фиксаторов образовывались зазоры между ними и днищем формы. Усилие, передающееся при формовании на бетон, выбирает эти зазоры и прижимает сетку к фиксаторам. После снятия усилия сетка пружинит и приподнимает бетонную смесь.
Для исключения описанного явления необходимо обеспечить опирание сетки на все фиксаторы либо непосредственно на бетонную смесь. Один из возможных способов был проверен экспериментально и дал положительные результаты.
Способ включал в себя следующие операции:
— укладку в форму бетонной смеси в количестве, которое после уплотнения обеспечивает заданную толщину защитного слоя,
— укладку арматурной сетки,
— подачу формы на пост формования и уплотнение смеси обычным порядком.
Для ряда изделий может быть применен способ фиксации пространственных арматурных каркасов, учитывающий особенности формования изделий из сверхжестких смесей, имеющих при немедленной распалубке высокую структурную прочность, в результате чего трещины появляются только на краях изделий (по боковым и торцевым граням). Усилия, возникающие от деформаций арматуры, как правило, недостаточны для образования трещин вдали от края изделий. Поэтому жесткая фиксация крайних стержней каркаса позволяет получить конструкцию, не имеющую трещин.
При закрывании формы элементы, жестко соединенные с ее бортами, с усилием прижимают каркас (через крайние стержни) к дну формы. Отформованное изделие с зафиксированными крайними прутками арматуры поступает в термообработку. После распалубки трещины не появляются, т. к. силы упругости, действующие на арматуру, малы но сравнению с прочностью затвердевшего бетона.
Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы по армированию конструкций, изготавливаемых способом роликового формования.
По способам армирования:
— предпочтительно использование способов армирования, обеспечивающих минимальные деформации арматурных элементов в процессе уплотнения смеси — предварительно напряженная арматура, плавающие сетки и т. д.,
— рекомендуется по возможности использовать арматурные элементы из стержней большего диаметра как менее деформируемых нагрузкой, приложенной в процессе уплотнения,
— рекомендуется использование пространственных каркасов с «нежесткой связью» между сетками, например, вязаных вместо сварных.
По типу фиксаторов и требованиям к ним:
— не допускается использование стандартных пластмассовых фиксаторов как не обеспечивающих требований к защитному слою в процессе формования,
— прочность бетонных фиксаторов должна быть не менее 150 кг/см2,
— способ установки фиксаторов должен учитывать наличие горизонтальных сил, действующих на арматуру в процессе формования, и обеспечивать восприятие этих сил.
По расстоянию между фиксаторами:
— для каркасов, включающих стержни рабочей арматуры диаметром от 16 до 20 мм — не более 50 см,
— для каркасов, состоящих из стержней диаметром 8-10 мм — не более 30 см,
— любые способы фиксации должны обеспечивать невозможность для арматурных элементов каркаса перемещений в любой плоскости более чем на 1,0 мм, а для стержней, расположенных вблизи торцевых граней — на 0,5 мм.