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

РУКОВОДСТВО

ПО ИНЪЕЦИРОВАНИЮ КАНАЛОВ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

МОСКВА —1962

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА Н И И ЖБ

РУКОВОДСТВО

ПО ИНЪЕЦИРОВАНИЮ КАНАЛОВ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО ЛИТЕРАТУРЫ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ, АРХИТЕКТУРЕ И СТРОИТЕЛЬНЫМ МАТЕРИАЛАМ

Москва —196 2

Рис. 8. График водоотделен ия цементно-песчаных растворов (25% молотого песка) в зависимости от В/Ц

1—без пластифицирующей добавки; 2 — ССБ 0,15%; 3— мылонафта 0.1%.

Прочность инъекционного раствора

Прочность раствора на сжатие должна быть не менее 300 кг/см² по испытанию кубиков размером 7X7X7 см на 28-й день после изготовления и нормального хранения. Прочность инъекционного раствора зависит от марки цемента, водоцементного отношения, режима перемешивания, а также от добавок.

На рис. 9 и 10 приведены результаты испытания на сжатие кубиков размером 7X7X7 см из раствора. Кубики изготовлялись на портландцементе активностью 550 кг/см², с различными ВЩ, добавками пластификаторов и молотого песка.

11

При подборе состава инъекционного раствора прочность его должна проверяться испытанием кубиков на сжатие, изготовленных из пробных замесов на принятых материалах.

Рис. 10. График прочности растворов с добавками молотого песка (25%) и пластификаторов в зависимости от В/Ц 1 — без пластифицирующих добавок; 2 — ССБ 0.15ОД; 3 — мыло-0,5    0А5    0,4    0,35    0,3    нафта    0.1%

Для ускоренного получения данных о прочности раствора рекомендуетея определять ее на образцах в суточном возрасте. Образцы изготовляются в формах с крышкой и через 6—10 часов пропариваются по режиму (в час.) 3—4—1 (подъем температуры до кипения воды, изотермический нагрев, остывание). Изготовленные кубики испытываются, причем прочность их должна быть не менее 300 кг!см².

Морозостойкость инъекционного раствора

Морозостойкость определяется путем измерения деформаций замороженных образцов, изготовленных из испытуемого раствора. Образцы представляют собой

призмочки сечением 4X4 см и длиной 16 см. По торцам они снабжены металлическими штифтами (рис. 11). Испытанию подвергаются три образца в трехдневном возрасте.

Морозостойкость растворов определяется в лабораториях, имеющих морозильные камеры и соответствующие приборы.

Рис. 11. Образец инъекционного раствора для испыта ния на морозостойкость

До замораживания испытуемого образца при применении прибора «Гипроцемент» определяется его длина (расстояние между штифтами). Затем этот образец помещается в морозильную камеру на 3 часа при температуре —20°. Извлеченный из камеры замороженный образец помещается в указанный прибор, где производится измерение его длины. Если замороженный образец не увеличил своей длины, то раствор считается морозостойким.

Рекомендуемые составы инъекционных растворов

На основании исследовательских работ и производственного опыта рекомендуются следующие ориентировочные составы инъекционных растворов по весу:

цементные:

1:0,35:0,001; (цемент + вода + пластификатор — мылонафт или ССБ 0,0015);

1:0,4 (цемент-(-вода);

1:0,45 (цемент-{-вода);

цементно-песчаные:

1:0,25:0,4:0,001 (цемент + мелкий песок крупностью до 1 мм + вода + пластификатор — мылонафт или

ССБ 0,0015);

1:0,25:0,45 (цемент -{- мелкий песок -f- вода).

13

Этим составам свойственна необходимая вязкость и малое водоотделение; их прочность на 28-день составляет не менее 300 кг!см² при применении портландцемента активностью не менее 400 кг/см².

Пользуясь этими ориентировочными соотношениями, следует на практике подбирать составы инъекционного раствора применительно к имеющимся условиям инъецирования, с определением вязкости, водоотделе-ния и прочности раствора.

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ИНЪЕКЦИОННОГО РАСТВОРА

После того как путем пробных замесов и испытаний, указанных в главе I, будет подобран состав инъекционного раствора, производится подсчет количества его, необходимого для заполнения всех каналов конструкций, предназначенных к инъецированию, и материалов для его приготовления. Определение объема раствора в канале производится без учета объема, занимаемого арматурой. Некоторый образовавшийся при этом избыток покрывает вытекание раствора при инъецировании и другие потери.

Расчет количества цемента, песка и воды для приготовления растворов разных составов может быть произведен по табл. 1.

Таблица 1

Количество цементного и цементно-песчаного раствора и расход цемента для разных составов раствора

Приготовление раствора должно производиться только в механических мешалках. Ручное перемешивание не должно применяться. Механическое перемешивание обеспечивает высокое качество раствора — снижает водоотделение и вязкость и повышает прочность по сравнению с ручным перемешиванием.

Из опытов были получены следующие результаты по водоотделению и прочности раствора при механическом перемешивании. Для раствора с В/Ц, равным 0,46, при 5-минутном перемешивании в механической мешалке водоотделение составило 0,6%, а при ручном за то же время — 2%.

Прочность раствора на 28-й день, изготовленного в механической мешалке, на 60% выше прочности при ручном перемешивании.

Число оборотов вала мешалки задается в зависимости от конструкции перемешивающего устройства. Оно может меняться в широких пределах (от 200 до 3000 об/мин). Для приготовления инъекционного раствора могут применяться следующие механизмы, показавшие хорошую работу:    установка    СоюздорНИИ

(НУ-100), растворомешалки-нагнетатели Мостоотрядов № 1 и 2 и др.

Весьма целесообразно для приготовления и нагнетания инъекционного раствора в каналы применять специальный агрегат, который совмещает в себе механическую мешалку, резервуар для готового раствора и насос. Общий вид агрегата показан на рис. 12, а детали его— на рис. 13¹.

Агрегат состоит из двух резервуаров вместимостью каждый 100 л раствора, расположенных один над другим. Перемешивание раствора производится в верхнем резервуаре 1. Готовый раствор сливается в нижний резервуар 2, из которого ручным диафрагмовым насосом 6 с колпаком 7 раствор нагнетается в каналы пред-напряженных конструкций. Перемешивание раствора производится путем вращения лопастей 3. В верхнем баке лопасти могут вращаться со скоростью 200 или 300 об/мин. В нижнем резервуаре лопасти вращаются

ПРЕДИСЛОВИЕ

При изготовлении предварительно напряженных железобетонных конструкций широко применяется способ натяжения арматуры на отвердевший бетон. В этом случае арматура размещается в каналах или бороздах, образуемых при изготовлении конструкции, и может в них свободно перемещаться при натяжении. После натяжения арматуры и анкеровки ее каналы заполняют (инъецируют) цементным или цементно-песчаным раствором.

Инъецирование производится для обеспечения сцепления арматуры с бетоном конструкции и для защиты арматуры от коррозии. Инъецирование является важной и ответственной операцией при изготовлении железобетонных предварительно напряженных конструкций. При применении раствора с большим содержанием воды, приготовленного вручную, из него отделяется вода, образующая на арматуре участки, не покрытые раствором.

Кроме того, с наступлением зимнего времени отделившаяся вода замерзает и, увеличиваясь в объеме, разрывает бетон конструкции, образуя вдоль арматурных пучков продольные трещины. В эти трещины проникает воздух, вызывающий коррозию напряженной высокопрочной проволоки, что приводит к снижению прочности и долговечности конструкции.

Как показали исследования, проведенные в СССР и за рубежом, а также практика наших строительных организаций, при правильном подборе состава раствора, надлежащей технологии его приготовления и нагнетания можно получить высококачественные предварительно напряженные конструкции.

В Руководстве, наряду с подробным описанием работ по инъецированию преднапряженных конструкций, приведен новый лабораторный и производственный опыт, а также дано описание приборов по определению вязкости и морозостойкости инъекционных раство-

3

ров, новых механизмов для приготовления этих растворов, технологии инъецирования каналов длиной до 100 м и др.

Для обоснования отдельных вопросов инъецирования в Руководстве приведены графики результатов опытов по изучению свойств растворов, технологии приготовления и нагнетания растворов, выполненных в НИИЖБе.

Материалы Руководства помогут строителям избежать ряд ошибок на производстве и улучшить качество изготовления железобетонных преднапряженных конструкций.

Руководство разработано лабораторией сборного и сборно-монолитного железобетона НИИ бетона и железобетона АСиА СССР (кандидаты техн. наук В. С. Булгаков и Н. Г. Матков и инж. В. А. Беликов под руководством и редакцией канд. техн. наук А. П. Васильева).

Директор НИИ бетона и железобетона В. В. МАКАРИЧЕВ

Глава I

СВОЙСТВА И СОСТАВЫ ИНЪЕКЦИОННЫХ РАСТВОРОВ И МЕТОДЫ ИХ ПРОВЕРКИ

Для обеспечения хорошего качества инъецирования каналов предварительно напряженных железобетонных конструкций инъекционный раствор должен обладать соответствующими свойствами.

1.    Вязкость раствора должна обеспечивать свободное продвижение раствора и плотное (без пустот) заполнение каналов конструкции на всем их протяжении. При таком заполнении канала арматурный пучок или стержень, окруженный со всех сторон раствором, будет надежно защищен от коррозии и получит необходимое сцепление с раствором и бетоном конструкции.

2.    Водоотделение раствора должно быть минимальным, не более 2%.

Водоотделение происходит вследствие оседания твердых частиц (зерен цемента), содержащихся в растворе. Если количество отделившейся воды превышает указанный предел (2%), то создается опасность разрыва бетона конструкции вследствие увеличения объема ее при замерзании в зимний период. Кроме того, избыточная вода образует в канале пустоты, обнажая арматуру и создавая этим условия для развития коррозийных процессов в ней.

3.    Прочность раствора должна обеспечивать достаточное сцепление его с арматурой и бетоном конструкции.

4.    Отвердевший раствор в каналах конструкции должен быть морозостойким, т. е. при замораживании он не должен увеличиваться в объеме. Это требование имеет существенное значение. Если затвердевший раствор, особенно в раннем возрасте, содержит большое количество влаги, то при действии отрицательных температур он, увеличиваясь в объеме, может разрывать

5

бетон конструкции, вызывая образование трещин вдоль каналов. Эти трещины опасны тем, что через них может проникнуть воздух и влага и вызвать коррозию арматуры.

Кроме этих свойств, часто выдвигается требование малой усадки инъекционного раствора, основанное на предположении ослабления вследствие усадки, сцепления раствора с бетоном конструкции. Это требование не имеет серьезных оснований, так как высыхание раствора, заключенного в закрытых каналах, невелико и усадка в таких условиях очень мала. Кроме того, поверхность каналов имеет много неровностей, что улучшает условия сцепления. Испытания конструкций с заполненными |раствором каналами показывают, что нарушений оцепления раствора с арматурой и бетоном конструкции не наблюдалось.

Рассмотрим свойства инъекционных растворов и методы испытания их.

Вязкость раствора

Вязкость инъекционного раствора зависит прежде всего от количества воды в нем, т. е. от ВЩ, и от вида применяемого портландцемента. Чем больше ВЩ, тем раствор имеет меньшую вязкость, более подвижен и легче продвигается по каналу.

С другой стороны, при большем ВЩ будет большее водоотделение, вызывающее указанные выше опасные явления. Эти противоречия могут быть устранены рациональным подбором состава раствора, выбором цемента и добавлением в раствор пластификаторов.

Большое влияние на вязкость раствора оказывает нормальная густота цементного теста. Вязкость растворов, приготовленных на портландцементах с разной нормальной густотой цементного теста при одном и том же ВЩ, может быть различной.

Чем больше нормальная густота цементного теста, тем меньше водоотделение, но соответственно возрастает вязкость раствора. Знание нормальной густоты цементного теста способствует правильному подбору инъекционного раствора.

Для инъекционных растворов рекомендуется применять портландцементы с нормальной густотой цементного теста в пределах 22—28%.

6

Как видно из рисунка, вязкость инъекционных растворов состава 1 :0 (без песка), приготовленных на портландцементе с нормальной густотой цементного теста 25, 75%, изменялась в зависимости от В/Ц в пределах от 1,5 до 8 пуаз.

Вязкость для состава 1:0 при В/Ц, равном 0,4, составила 4 пуаза, тогда как для состава 1:0,25 (с песком) она соответственно (равна 5,4 пуаза. Добавление к цементному тесту мелкого песка более 50% не рекомендуется, так как это может привести к повышению вязкости и созданию пробок в канале.

Для снижения В/Ц в инъекционные растворы добавляются пластификаторы. Хорошим и дешевым .пластификатором является мылонафт (натриевая соль нефтяных кислот — отход от очистки керосинового дистиллята). Добавление его в раствор в количестве 0,1% от веса цемента значительно повышает подвижность раствора. Кроме того, эта добавка благодаря образованию мелких пор

улучшает морозостойкость отвердевшего цементного раствора. Кроме мылонафта, в качестве пластификатора может применяться сульфитно-спиртовая барда (ССБ) в количестве до 0,2% от веса цемента.

На рис. 2 приведены графики зависимости вязкости

7

раствора с пластифицирующими добавками от ВЩ, а на рис. 3 — график зависимости вязкости раствора с добавками пластификаторов и молотого кварцевого песка (25% от веса цемента) от ВЩ. На рисунках видно, что раствор становится менее вязким (более подвижным) при введении в него мылонафта или ССБ. При введении в раствор молотого песка вязкость значительно повышается, т. е. он становится менее подвижным.

В производственных условиях вяз-в/и кость растворов оп-ojs 0,45 ом    о,35    о,зд ** ределяется или вре

менем (в сек) истечения определенного объема раствора через насадку диаметром до 15 мм, или временем (в сек) погружения

творов (25% молотого песка) с пластифицирующими добавками в зависимости от ВЩ

1 — цементно-песча ный раствор без до- ^ бавки пластификато- й ра; 2 — то же. с до- ^ бавкой пластифика- § гора ССБ (0.2% от £ веса цемента): 3 — 2 то же. с добавкой 5 пластификатора мы-лонафта (0.1% от веса цемента);

цилиндра (плунжера) в раствор, заполняющий вертикальную стеклянную трубу определенного диаметра и высоты. На рис. 4 показан прибор типа вискозиметра для определения условной вязкости инъекционного ра-

8

створа. Истечение (отмеченного на рисунке) объема раствора через насадку диаметром 15 мм не более чем за 10 сек показывает, что раствор имеет нужную вязкость. На рис. 5 показан другой прибор для опреде-пения вязкости раствора.

В стеклянный цилиндр с внутренним диаметром 61,5 мм и высотой 890 мм напивается раствор, вязкость <оторого нужно определить. Установленный сверху ци-пиндра плунжер диаметром 58 мм, высотой 250 мм и

2—16

Измерение вязкости раствора в указанных приборах производится три раза и из полученных значений берется среднее. Перед испытанием прибор протирается влажной ветошью.

Водоотделение Для определения водоотделения в механической мешалке приготовляется часть раствора, и 1 л заливается в стеклянный цилиндр с внутренним диаметром 50 мм и высотой 600 мм. Цилиндр закрывается крышкой и оставляется на 3 часа для отстаивания (рис. 6). Отделившуюся воду сливают в мензурку и определяют ее объем. Из трех измерений берется среднее значение. Отношение отделившейся воды к объему раствора, выраженное в процентах, характеризует величину водоотделения, которая не должна превышать 2%. Водоотделение зависит от В/Ц и вида портландцемента. Эта зависимость представлена на графике рис. 7 для цементного и на графике рис. 8 для цементнопесчаного раствора с добавкой 25% (от веса цемента) молотого кварцевого песка. Как видно из графика рис. 7, с уменьшением В/Ц уменьшается водоотделение. Для В/Ц в пределах 0,3—0,45 оно не превышает 1,3%, т. е. меньше допускаемого. Добавка молотого кварцевого песка в количестве 25% от веса цемента значительно снижает водоотделение, в особенности для составов с В/Ц •= 0,45; 0,5. На рис. 7 и 8 показаны также кривые зависимости водоотделения от В/Ц растворов с пластифицирующими добавками. Как видно из графиков, пластифицирующие добавки при В1Ц=0,45 несколько повышают водоотделение, а при В/Ц = 0,4 и 0,35 — несколько понижают его. Однако в обоих случаях водоотделение не превышает 2%.

10

1

Чертежи агрегата разработаны НИИЖБом и ЭКБ АСиА СССР. Агрегаты изготавливаются Экспериментально-механическим заводом АСиА СССР (Москва).

16