НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА Н И И Ж Б

ИССЛЕДОВАНИЕ

АРМИРОВАННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ЯЧЕИСТЫХ БЕТОНОВ

ГОССТРОЙИЗДАТ

Москва—1963

АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ СССР

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА Н И И Ж Б

Кандидаты техн. наук В. В. Макаричев и К. М. Милейковская

ИССЛЕДОВАНИЕ

АРМИРОВАННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ЯЧЕИСТЫХ БЕТОНОВ

щ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО ЛИТЕРАТУРЫ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ, АРХИТЕКТУРЕ И СТРОИТЕЛЬНЫМ МАТЕРИАЛАМ

Москва — 1963

Продолжение табл. I

о. о и 2 Марка опытных конструкций Вих ячеистого бетона Характеристика ячеистого бетона Характеристика арматуры Формованные кубы Вьшиленные кубы Вид и класс стали ? Б S* о 1 ~ ег в* о Ц_ в«т & о:2" & £ ОКАП-1 92 940 А-И 3785 1 л ОКАП-2 Газозоло- 85 980 — — А -Ш 9100 1 Л ОКАП-3 бетон 80 1025 — А-III 8300 ОКАП-4 47 712 34,2 700 A-1II 8715 ОНП-1 Газобе- 63,7 660 38 584 5720 ю ОНП-2 тон 39,4 587 48 657 А-П 6440

Примечания. I. R ■ и ?у —прочность и объемный вес ячеистого бетона получены испытанием кубов размерами 100XW0X ХЮО мм в высушепном состоянии. 2. Для плит СП <jm взято по нормам.

На этом графике отражено влияние способов изготовления— заводского и лабораторного — на прочность ячеистого бетона в опытных конструкциях, которая определялась испытанием контрольных образцов, полученных различным способом. Каждой точке на графике соответствует среднее значение прочности трех и более образцов, испытанных на центральное сжатие. Кривая / на рис. 1 показывает зависимость между прочностью и объемным весом ячеистого бетона, принятию в технических условиях СН 99—60 [14]. Эта зависимость построена по эмпирической формуле, предложенной Н. И. Левиным [51,

= (1)

где

— кубическая прочность в кПсм²;

Тсух — объемный вес в т1м^г.

Как видно из рис. 1, кривая / в основном соответствует прочности, полученной по испытаниям формованных кубов заводского изготовления. Следовательно, за-

10

Рис. 1. Зависимость между объемным весом и Кубиковой прочностью ячеистого бетона

J-Якуб =^|01) ТсухОе**; 2 - «куб =83 Icy* *Псм'; сух 2

3—R куб*"¹⁴⁰ Т сух^к^1см^ч‘, I — формованные кубы заводского

изготовления; // — то же, лабораторного изготовлении; ///— выпиленяые кубы

висимость прочности от объемного веса, полученная испытанием формованных кубов в заводских условиях, в СН 99—60 отвечает действительности.

Прочности, полученные по испытаниям кубов лабораторного изготовления, оказались несколько выше (расположены в зоне кривой 3), что также соответствует предложенной Н. И. Левиным [5] зависимости

Якуб = ¹⁴°_Тсух в кг!см?.    (2)

Прочности бетона, полученные по испытаниям кубов, выпиленных из конструкций, лежат несколько ниже прочности формованных образцов и для них может быть выведена эмпирическая зависимость

^б⁵^⁸⁵^ ^в    (³)

П

Из этих сопоставлений видно, что отношение прочности ячеистого бетона в конструкциях к прочности формованных кубов может быть принято в среднем приблизительно равным

= 0,85,    (4)

К

где R — прочность бетона, полученная испытанием формованных кубов;

Яконстр — прочность бетона в конструкциях.

Указанное обстоятельство следует учитывать при контроле прочности ячеистого бетона на заводах. Для обеспечения требуемой прочности ячеистого бетона в конструкциях необходимо, чтобы прочность его по формованным кубам была примерно на 15% выше заданной.

Такой вывод получен при сопоставлении прочности кубов с прочностью конструкций одного определенного типа (главным образом в виде плит толщиной 240 мм с размерами 1,5x6 м). Возможно, что отношение прочности ячеистого бетона в конструкциях другого типа к прочности формованных кубов будет иным, отличным от коэффициента 0,85. При этом должно учитываться, что прочность кубов, выпиленных из различных мест конструкций, различна. Кубы,- расположенные в середине (по толщине) конструкции, имеют меньшую прочность, а кубы, расположенные ближе к поверхности конструкции,— большую прочность.

Изложенный выше фактический материал должен быть в дальнейшем дополнен; однако полученные данные уже сейчас позволяют более точно анализировать результаты других экспериментов.

2. ВЛАЖНОСТЬ ЯЧЕИСТОГО БЕТОНА В ОПЫТНЫХ

КОНСТРУКЦИЯХ И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА ПРОЧНОСТЬ

Многочисленные исследования показали, что прочность ячеистого бетона зависит от его влажности. Установлено также, что нарастание прочности автоклавного ячеистого бетона после автоклавной обработки в основном зависит от снижения его влагосодержания. С этой точки зрения очень важно установить влияние влажности ячеистобетонных конструкций на их прочность. Такие исследования были проведены Н. И. Левиным [5],

12

который проверял действительную влажность ячеистобетонных стеновых блоков и выявил влияние ее на прочность ячеистого бетона. Эти работы позволили определить расчетную влажность в стеновых ячеистобетонных конструкциях, нашедшую отражение в действующих нормативных документах. Что касается ячеистобетонных панелей покрытий промышленных зданий, то их расчетная влажность была установлена на основании натурных обследований покрытий эксплуатируемых зданий. В СН 99—60 расчетная влажность ячеистого бетона в покрытиях принята равной 15%.

Влагосодержание конструкций из ячеистых бетонов важно знать не только в условиях их эксплуатации, но •и при отпуске конструкций с завода на строительную площадку и при монтаже, когда конструкции испытывают некоторые динамические воздействия.

В свое время в государственных стандартах на некоторые конструкции из ячеистых бетонов их отпускная влажность в момент отпуска с завода была ограничена 10—12%. Но по мере развития производства и внедрения конструкций из ячеистых бетонов было отмечено, что это условие трудно выполнимо. Следовательно, нормирование влажности меньшей величиной, чем это бывает в действительности, может привести к некоторой переоценке прочности ячеистого бетона в конструкциях в момент отпуска их с завода.

Для оценки теплотехнических качеств смонтированных конструкций важно учитывать фактическое влагосодержание конструкций, поступающих на строительство для монтажа. Поэтому при испытании опытных конструкций панелей покрытий из ячеистых бетонов определяли также и относительную влажность бетона. Обычно опытные плиты испытывали не ранее чем на третьи и не позже чем на 12-е сутки после автоклавной обработки. Влагосодержание же бетона определяли по формованным и выпиленным кубам значительно позднее — примерно на 15—30-е сутки, т. е. в сроки, примерно соответствующие минимальному периоду выдерживания готовых изделий на складе, после которого они отправляются на строительную площадку.

Опытные данные, характеризующие влияние влажности ячеистого бетона на его прочность в конструкциях, представлены на рис. 2. Каждой точке соответствует среднее влагосодержание не менее трех контрольных

13

образцов при среднем отношении их прочностей в естественном состоянии к высушенному до постоянного веса.

Из этого графика видно, что влажность, определенная по формованным образцам, гораздо меньше, чем влажность у образцов, выпиленных из плит. Зависимость между прочностью и влажностью у выпиленных образцов подтверждает правильность принятого соотношения этих показателей в СН 99—60.

'If т

<ь

I

$

0

1

Рис. 2. Влияние влажности ячеистого бетона на его прочность

I — зависимость, принятая в технических условиях СН 99—60; 2, $ и 4 — зависимость, полученная при испытании кубов, выпиленных из опытных плит; / — выпиленные кубы из пенозолобетона; II — формованные кубы из пенозолобетона;. /// — выпиленные кубы из пенобетона: /У — формованные кубы из пенобетона; V — выпиленные кубы из газобетона; VI — формованные кубы из газобетона

Для формованных образцов снижение прочности в зависимости от влагосодержания гораздо больше, чем для выпиленных образцов. Такое несоответствие действительного влияния влажности на прочность ячеистого бетона в конструкциях еще раз подтверждает целесообразность перехода в дальнейшем к контролю прочности ячеистого бетона по выпиленным кубам и* контрольных образцов (блоков) большого размера, соответствующего изготовляемой конструкции.

О влиянии вида ячеистого бетона на влажность можно судить по рис. 2. Влажность пенозолобетона несколько больше, чем у пенобетона и газобетона; однако влажность всех конструкций была значительно выше — от 15 до 40%, чем это принято в различных нормативных документах (до 15—20%). При этом из графика видно, что

14

возрастание влажности ячеистого бетона с 15 до 40% не вызывает снижения его прочности. Эти данные подтверждают правильность принятых в СН 99—60 коэффициентов снижения прочности ячеистого бетона в зависимости от его влажности.

Однако в теплотехнических расчетах ограждающих конструкций из ячеистых бетонов необходимо учитывать, что влажность конструкций перекрытий колеблется для пенобетона и газобетона от 15 до 30%, для пенозолобе-тона от 20 до 40%. При этом следует также иметь в виду, что в покрытиях условия эксплуатации не всегда обеспечивают снижения влажности ячеистобетонных конструкций во времени. Поэтому весьма важно обращать внимание проектировщиков на необходимость расчета проектируемых ограждающих конструкций и особенно покрытий на паропроницание по соответствующим нормам строительной теплотехники.

Таким образом опытные данные подтвердили принятые в СН 99—60 коэффициенты для учета влияния влажности ячеистого бетона на его прочность, т. е. что влажность конструкций покрытий из пено- и газобетона после автоклавной обработки колеблется от 15 до 30%, а из пенозолобетона — от 20 до 40% и что определение влажности ячеистобетонных конструкций по формованным образцам-кубам не дает действительного представления о фактическом влагосодержании ячеистого бетона в конструкции.

3. МОДУЛЬ УПРУГОСТИ ЯЧЕИСТОГО БЕТОНА В ОПЫТНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ

Модуль упругости ячеистого бетона принято определять испытанием призм размерами 100X100X300 мм на центральное сжатие по формованным образцам. Величина модуля упругости вычисляется, как отношение величины напряжений к величине упругих деформаций при °б< 0,5/?_пр.

Модуль упругости ячеистого бетона для опытных образцов в основном определялся для серий образцов, изготовленных в НИИ бетона и железобетона АСиА СССР.

На рис. 3 приведены зависимости между модулем упругости ячеистого бетона, его прочностью и объемным весом, полученные на опытных газо- и пенобетон-

15

Научный редактор — инж. Л. Е. Темкин

В брошюре рассмотрены вопросы прочности и жесткости однородных плоских, ребристых и двухслойных плит покрытий промышленных зданий из различных видов ячеистых бетонов с обычным армированием. Из ложены результаты экспериментальных исследований анкеровки арматуры в ячеистом бетоне. Даны рекомендации по расчету прочности, жесткости и скалывания крупноразмерных конструкций из ячеистых бетонов.

Брошюра предназначена для инженерно-технических работников проектных и строительных организаций, а также может быть полезна аспирантам и студентам строительных вузов.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Армированные конструкции из ячеистых бетонов начали применяться сравнительно недавно. Широких экспериментальных данных для разработки методов их расчета (подобно тем методам, которые имеются для расчета конструкций из обычного железобетона) пока еще не накоплено. Все же приобретенный опыт строительства и исследований прочности и деформативности армированных конструкций позволил разработать практические методы расчета и конструирования однородных конструкций из ячеистых бетонов. В результате были составлены «Технические условия проектирования армированных конструкций из автоклавных ячеистых бетонов» (СН 99—60) *.

Некоторые расчетные положения, принятые в СН 99—60, подлежали дальнейшему уточнению как с точки зрения проверки граничных значений расчетных величин, так и исследования их на различных видах ячеистого бетона, которые к тому же имеют широкий диапазон прочностей, объемных весов и характеристик упругости.

Настоящая работа посвящена уточнению наиболее актуальных задач расчета — деформативности, прочности сцепления и анкеровки арматуры в конструкциях из ячеистого бетона.

Уточнение расчета деформативности конструкций из ячеистого бетона проведено в соответствии с требованиями новых строительных норм и правил [17], в которых дается несколько иной подход к определению жесткости и деформаций железобетонных конструкций, чем в ранее действовавших «Нормах и технических условиях проектирования бетонных и железобетонных конструкций» (НиТУ 123—55).

Г осстройиздат, 1960.

3

Исследования, проводимые в этом направлении, были также связаны с разработкой новых конструкций и: ячеистого бетона и широким внедрением их в практик^ строительства. Такими конструкциями, в частности, являются однослойные плиты покрытий промышленных зданий ГКП размерами в плане 6X1,5 м, разработан ные НИИ бетона и железобетона АОиА СССР совместно с проектным институтом Ленинградский Пром-стройпроект и внедренные в строительство в гг. Свердловске, Новосибирске, Ступино и Пензе.

Методы расчета уточнялись в основном испытанием реальных конструкций — однослойных и ребристых плит покрытий промышленных зданий длиной 6 м — и небольшого чйсла специальных опытных образцов плит и балок, которые изготовлялись из различных видов ячеистых бетонов: газобетона, пенозолобетона, газозо-лосиликата, (пенобетона, пеносиликальцита.

Институт просит все замечания и предложения по содержанию настоящей брошюры направлять в НИИЖБ по адресу: Москва, Ж-389, 2-я Институтская ул., д. 6.

Дирекция НИИЖБ

L ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРИАЛОВ В ОПЫТНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ

I. ПРОЧНОСТЬ ЯЧЕИСТОГО БЕТОНА В ОПЫТНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ

Вопрос о методике контроля прочности ячеистого бетона в конструкциях неоднократно обсуждался различными исследователями. Наряду с оценкой прочности ячеистого бетона испытанием формованных образцов-кубов размерами 100X100x100 мм в высушенном состоянии предлагалось определять прочность таких образцов в естественно-влажном состоянии, а также испытанием формованных образцов-кубов размерами 200Х X 200X200 мм, как это принято для обычного бетона.

Однако по техническим причинам эти предложения трудно выполнимы. Если определять прочность ячеистого бетона на образцах в естественно-влажном состоянии, то для различных видов и составов ячеистого бетона естественная влажность будет различной. В этом случае результаты испытаний были бы несопоставимы, так как изменение влажности ячеистого бетона существенно сказывается на его прочности. С другой стороны, если определить прочность бетона при естественной влажности, приняв за эталон естественной влажности некоторую определенную величину, то технически почти невозможно высушивать контрольные образцы до влажности* соответствующей принятому эталону. Поэтому было принято решение высушивать контрольные образцы-кубы до постоянного веса.

Что же касается размеров контрольных образцов, то по принятой единой методике для железобетонных конструкций возможно было бы удобней контролировать прочность по испытанию кубов размерами 200Х200Х ¹

X200 мм. Однако для высушивания таких образцов до постоянного веса потребовалось бы много времени, а также значительное увеличение размеров лабораторного сушильного оборудования, что практически затруднило бы осуществление контроля прочности.

Поэтому в нормативных документах^{2 3 4 5 6 7} был принят единый метод определения прочности ячеистого бетона путем испытания на центральное сжатие формованных кубов размерами 100X100X100 мм в высушенном состоянии.

Однако, как показала практика изготовления ячеистобетонных конструкций на заводах и в лабораторных условиях, прочность ячеистого бетона, полученная испытанием формованных кубов, может значительно отличаться от прочности его в самой конструкции. Объясняется это технологией получения ячеистобетонной смеси, при которой ее плотность в затвердевшем состоянии является функцией не только состава, но и температуры ее в процессе твердения и многих других факторов. При значительно отличающихся размерах, как это имеет место в крупнопанельных конструкциях и контрольных образцах, остывание ячеистобетонной смеси в формах для кубов происходит быстрее, что вызывает либо усадку смеси (из пенобетона), либо недостаточное вспучивание ее (из газобетона). В результате плотность смеси и прочность ее в контрольных образцах-кубах обычно бывают больше, чем в конструкции. Такое различие может повлечь за собой неправильную оценку прочности конструкций, выпускаемых на заводах.

Поэтому все чаще находит применение дополнительный контроль прочности конструкций из ячеистого бетона путем испытания кубов, выпиленных непосредственно из конструкции. Так как выпиливание образцов из готовых изделий не всегда возможно, некоторые исследователи предлагают определять прочность ячеистого бетона испытанием кубиков, выпиленных из специальных контрольных образцов, более близко отвечающих действительным размерам ячеистобетонных конструкций, чем формованные кубы. Эти взгляды нашли свое отра-

жение в ГОСТ 8462-62 «Материалы стеновые и облицовочные. Методы определения пределов прочности при сжатии и изгибе». В этом ГОСТе в качестве контрольных образцов рекомендуется принимать кубы с размером ребра 100 мм или цилиндры диаметром и высотой 50—70 мм, выпиленные из готовых изделий либо из контрольных блоков. Между тем последний способ контроля не всегда правильно оценивает прочность ячеистого бетона в конструкции, так как по технологическим причинам в контрольном блоке она также может быть отличной от прочности его в изделии.

Из этого следует, что контроль прочности ячеистого бетона в конструкциях надо производить дифференцированно в зависимости от того или иного конкретного способа их изготовления. В качестве одного из способов контроля может служить определение прочности по формованным кубам размерами 100X100X100 мм с введением поправочных коэффициентов, корректирующих прочность ячеистого бетона в конструкции. Такие коэффициенты могут быть определены по результатам сравнения прочностей, полученных испытанием на сжатие кубов размерами 100X100X100 мм, формованных и выпиленных из конструкции.

Подобное сравнение проведено в наших исследованиях. Было испытано значительное количество большеразмерных конструкций: плит покрытий промышленных зданий размером в плане 6x1,5 м, изготовленных из различных видов и составов ячеистых бетонов на заводах и в НИИ бетона и железобетона АСиА СССР. Вид испытанных ячеистых бетонов, их прочность и объемные веса приведены в табл. 1.

Как видно из этой таблицы, контроль прочности всех опытных конструкций производился двумя способами — испытанием формованных и выпиленных из конструкций кубов размерами 100X100X100 мм в естественном и высушенном состоянии.

Результаты испытания показали, что вид ячеистого бетона, как правило, не влияет на зависимость прочности бетона от его объемного веса. Исключение составлял только пеносиликальцит, прочность которого несколько ниже прочности других ячеистых бетонов. Поэтому на рис. 1, где графически представлена зависимость прочности от объемного веса, вид ячеистого бетона не фиксировался.

Физико-механические характеристики материалов по испытаниям опытных балок и плит

Таблица 1

Характеристика ячеистого Характеристика бетона арматуры Марка Вид Формованные Выпиленные X ячеистого кубы кубы Вид V X конструкций бетона х о ; &х = Х X С. V у 2 © х * >» -1 о с 0** " ч * it V5 й п а * X V» 4-8 н класс стали ПБ-1 85 1090 , - _ Обыкно- 6100 венная арматурная про- волока 1 ПБ-2 153 3315 ПБ-3 Пенобе- 134 3725 ПБ-4 тон 206 1158 _ — A-I 2735 ПБ-5 159 2570 ПБ-б 150 3840 ПБ-7 150 3550 ГА-1 62 638 3390 2 ГА-2 Газобе- _- — 62 712 A-I 2450 ГА-3 тон 56 579 39 676 2500 ГА-4 92 738 47 617 2630 3 СП-1 СП-2 СП-3 Пеноси- ликаль- 25.5 25.5 68.5 686 686 919 — 776 776 1050 A-I 2800 СП-4 цнт 68.5 919 — 1050 КГП-25-1 51,4 830 50 - А-Ш 4480 КГП-25-2 40 760 42,5 — А-Ш 4375 КГП-25-3 Газобе- 40 695 39.5 695 A-I 2290 4 КГП-25-4 тон 58,7 752 45.7 752 А-Н 2700 КГП-25-5 61 794 50 794 А-И 2830 КГП-25-6 — —■ 55 735 А-Н 2845 ГКП-220-1 50 707 53 695 ГКП-220-2 46.5 705 50.7 760 ГКП-220-3 Пенозо- 47 690 42,5 750 A-I 6000 о ГКП-220-4 лобетон 55 660 32,1 700 ГКП-220-5 29 550 32,6 600 ГКП-220-6 29 550 34,6 665

Продолжение табл. /

| М серии Марка опытных конструкций Вид ячеистого бетона Характеристика ячеистого бетона Характеристика арматуры Формованные кубы Выпиленные кубы Вид и класс стали >» 1 1 Н О % ш* 2 bV* С р * “г? z д у к Q:* >» ~-> or* И V* £ -гг 6 Г КП-92 ГКП-93 ГКП-94 ГКП-1 ГКП-96(2) ГКП-99 ГКП-240-2 ГКП-240-3 Газобе- бетон 39.6 26,9 36.3 38.4 35.6 30.5 739 663 723 705 724 659 Длите; 40 23.8 27.8 43.8 36.4 27.5 1Ьно за 709 617 680 640 624 700 692 гружен A-I ная плита 3360 3360 3360 3360 3360 3360 5270 7 ПЗ-1 ПЗ-2 ПЗ-З ПЗ 4 ПЗ 5 ПЗ-6 Пенозо- лобетон 58 62 67 64 76 64 713 777 781 781 736 690 57.3 49.3 46,7 41.4 27,1 26.4 820 748 758 727 767 794 А-И 4050 4050 4050 4050 3700 3700 8 ГКП-1-а ГКП-И-а Газобе тон 50 800 _ — А-Н 4000 3820 9 ГКП-2-1 ГКП-2-2 ГКП-2-3 Газобе тон 88 76.8 63.8 750 744 795 88,47 63.9 67,0 __ А-И 2900 7000 3100 10 ГКП-IV-l ГКП-1У-2 ГКП-1У-3 ГКП-1\М ГКП-1У-5 ГКП-1У-6 ГКП-1У-7 ГКП-1У-8 ГКП- IV-9 ГКП-IV-IO Газобе тон 50.5 50.5 690 690 53.6 52.7 42.8 26,6 35.8 52.5 35,2 52,7 56.6 56,0 676 650 А-И 3320 3340 3300 3550 3230 3160 3340 3940 2400 2400 11 ГКП-IV-B-l ГКП-1У-Б-2 ГКП-1У-Б-3 Газозоло- силикат 56 730 45 65 47 712 732 740 А-1 А-И А-1 А-И А-1 А-И 2500 3000 2470 3160 2900 3500

9

1

2

Согласие главе СНиП Н-А.10-62 лроектная марка бетона по

3

прочности на сжатие определяется для всех видов бетона по разме

4

рам образцов-кубов 200x 200x 200 мм, в связи с чем для ячеистых бетонов установлены коэффициенты для перехода от контрольной

5

прочности бетона, получаемой испытанием образцов размерами

6

100X100X100 мм, к проектной марке этого бетона.

7