Коэффициенты линейного термического расширения арматуры 2 страница

Стендовая технология наиболее эффективна при изготовлении длинномерных конструкций (12…36 м): плит покрытий, стеновых панелей для производственных зданий, стропильных ферм различной конфигурации, стропильных балок, в том числе решетчатых, тонкостенных пластин для составных конструкций покрытий, плит длиной 12, 15 и 18 м для облицовки мелиоративных каналов, а также при изготовлении короткомерных конструкций с напрягаемой арматурой, расположенной в двух направлениях и в несколько ярусов, подрельсовых оснований рамного и плитного типа и двухосно преднапряженных плит для аэродромных и дорожных покрытий.

Технологическая линия для изготовления преднапряженного арматурного каркаса способом непрерывной навивки должна иметь следующее дополнительное оборудование: арматурно-намоточный агрегат, упоры для навивки арматуры, формы (стенды) для изготовления изделий. Применяемые при непрерывном армировании упоры служат для навивки арматуры, закрепления ее концов, а также позволяют изменить направление навивки (как правило, под углом 90 или 180^о). Конструкцию упоров необходимо принимать в зависимости от технологии и с учетом конструктивных особенностей изделия.

Упоры для непрерывной навивки делятся:

– по расположению относительно изделия на наружные (располагаемые вне габаритов изделия) и внутренние (располагаемые в пределах изделия),

– по расположению в пространстве на вертикальные и наклонные,

– по конструкции на цельные и составные,

– по способности обеспечить плавную передачу напряжения на бетон на подвижные и неподвижные.

При изготовлении одного изделия могут применяться упоры различных типов (например, при навивке двухосного преднапряженного каркаса поперечные упоры могут быть неподвижными, а продольные – подвижными). Внутренние упоры рекомендуется использовать при армировании конструкций по эпюре изгибающих моментов, а также при необходимости сокращения длины зоны передачи напряжения с упоров на

бетон, для уменьшения количества отходов и улучшения товарного вида изделия. Навивка арматуры осуществляется либо непосредственно на упор, либо на надетую на него втулку. Передача напряжения с упора на бетон осуществляется путем выпрессовки упора, а оставшееся в бетоне отверстие заполняют раствором на безусадочном или напрягающем цементе. Выпрессовка упора может осуществляться либо путем его поворота в направлении натяжения арматуры (при подвижных упорах), либо путем извлечения вверх или вниз (в направлении его продольной оси).

При использовании вертикальных упоров распеределение арматуры по их высоте осуществляется путем вертикального перемещения пиноли. При использовании наклонного упора пиноль остается в горизонтальной плоскости на одном уровне относительно поддона, а арматура в процессе навивки соскальзывает вниз. Этот прием наиболее эффективен при использовании форм с глубокими пазами. Для рассредоточения арматуры по сечению два или несколько наклонных упоров разной длины могут располагаться друг за другом, при этом наибольшую высоту имеет ближний к изделию упор.

Подвижные упоры могут быть: поворотными, перемещаемыми вдоль вертикальной или наклонной оси, либо вдоль своего основания. Подвижные упоры могут быть объединены в группы, тогда перемещать можно всю группу упоров одновременно. При стендовой технологии для продольной навивки рекомендуется применять, как правило, упоры с объединением в групповое спускное устройство. Рабочая зона упора, то-есть поверхность, соприкасающаяся с навиваемой арматурой, во избежание перенапряжения при огибании упора должна иметь криволинейную (как правило, цилиндрическую) поверхность с минимальным радиусом 23 мм; при необходимости уменьшения радиуса кривизны требуется экспериментальное обоснование.

Способ крепления упоров к форме или стенду может быть различным: их можно приваривать непосредственно к основанию или вставлять в специально предусмотренные гнезда.

Закрепление начала и конца арматуры может осуществляться автоматически (при навивке стационарным агрегатом) или вручную. Автоматическое закрепление начала армирования осуществляется следующим образом. Когда начальный конец арматуры , пропущенный через блоки агрегата, удерживается носителем, пиноль обходит наклонный упор. Достигнув его поверхности, арматура соскальзывает вниз и попадает в кольцевую выемку. При этом каждый последующий виток арматуры зажимает предыдущий, а все вместе прочно зажимают начальный конец.

Автоматическое закрепление конца навивки осуществляется следующим образом. Обогнув последний упор, пиноль в процессе движения постепенно опускается к основанию последнего упора, огибает его под углом 90⁰ и останавливается с другой стороны на расстоянии 120…200 мм. При этом последний виток должен занять крайнее нижнее положение относительно предыдущих. Предусмотренный на мосту агрегата пуассон, выполненный в виде цилиндра, внутренний диаметр которого соответствует внешнему диаметру вертикального цилиндрического упора, опускается и сдвигает навивку вниз. В результате последний виток попадает в кольцевую выемку и зажимается вышележащими витками, после чего нить на участке между упором и подающим роликом пиноли автоматически перерезают электроножом, предусмотренным на мосту агрегата.

Ручное закрепление начала и конца навивки осуществляется с помощью клинового зажима (конусной вставки), состоящего из разрезанной втулки, закрепленной на поддоне, и клина, который забивается вручную. Для закрепления начала нити могут быть использованы инвентарные зажимы, применяемые для натяжения арматуры.

Сращивание концов проволочной арматуры может выполняться механизированным способом с помощью оплеточной машины и вручную. В первом случае очищенные от смазки и грязи концы арматуры складывают внахлестку с перекрытием на длину, равную 50…60 диаметрам арматуры, и весь участок нахлестки обматывают оплеточной проволокой. Для каната диаметром 6 мм сращивание концов допускается выполнять вручную морским узлом.

Начальное (механическое) напряжение арматуры для обеспечения безопасности навивки и надежности работы арматуры в условиях повышенной температуры не должно превышать 65 % от временного сопротивления. Величина груза для механического натяжения арматуры (Р в кН) определяется:

Р = s_spmA_spnh10^-3,

где s_spm – предварительное напряжение за счет механического растяжения, Н/мм²,

A_sp – площадь сечения арматуры, мм²,

n – число ветвей в полиспасте грузовой клети,

h – коэффициент полезного действия блочной системы, направляю-щей арматуру, в пределах 0,84…0,86.

Электротермическое напряжение арматуры рассчитывается:

s_spэ = a(t_р – t_о)Е_s,

где a – коэффициент линейного удлинения арматуры при нагреве, принимается по табл. 16,

t_р – температура нагрева арматуры, обычно не более 350 ⁰С,

t_о – начальная температура арматуры, ⁰С,

Е_s – модуль упругости арматурной стали, МПа, по табл. 2.

Параметры электронагрева арматуры следует определять с учетом скорости навивки V_а м/с, длины участка нагрева l_н м и температуры нагрева t_р ⁰С:

А) среднее значение величины тока Icр, А,

Icр = Ö Сg_Dt V_а/0,24r_срl_нhk_эп,

где С – удельная теплоемкость арматурной стали, С = 0,504*10³Дж/кг⁰С,

g – масса 1 погонного метра арматуры, кг (по табл. 4),

_Dt – повышение температуры при нагреве, ⁰С,

r_ср– среднее значение электрического сопротивления одного погонного метра арматуры,ом/м:

r_ср = r(1 + a_1Dt)/ А_sp,

r – удельное сопротивление арматурной стали, r = 0,12 ом*мм²/м,

a₁ – температурный коэффициент сопротивления арматурной стали, a₁=0,048 1/⁰С,

A_sp – площадь поперечного сечения арматуры, мм²,

h –коэффициент полезного действия нагревательной установки с учетом потерь тепла в окружающую среду, 0,89…0,91,

k_эп – коэффициент поверхностного эффекта, характеризующий увели-чение активного сопротивления проводника при прохождении через него переменного тока различной частоты, для частоты 50 Гц, k_эп = 1.

Амперметр арматурно-намоточного агрегата устанавливают на получен-ную расчетом величину тока. По окончании навивки контролируют величи-ну напряжения остывшей арматуры с точки зрения ее соответствия проект-

ной и в случае необходимости корректируют путем изменения величины тока.

б) вторичное напряжение преобразователя (трансформатора), В:

U = I_ср r_ср.

в) полная (кажущаяся) мощность трансформатора источника питания, кВт:

W = I_срU/1000.

Арматурно-намоточный агрегат стационарного типа входит в состав конвейерных и поточно-агрегатных линий по производству предварительно напряженных каркасов плитных железобетонных изделий массового применения. Агрегат типа 6281 производит без участия оператора все операции по навивке арматуры, в том числе закрепление начала и конца нити и ее обрезку. В его состав входят: бухтодержатель, механизм выдачи арматуры, натяжная станция, порталы, мост, каретка с распределительным рабочим органом – пинолью, комплект аппаратуры для электронагрева арматуры, пульт управления. Заводскую бухту арматуры устанавливают на бухтодержатель, один конец пропускают последовательно через блоки механизма выдачи, натяжной станции, моста, верхний и нижний ролики пиноли и закрепляют в держателе носителя арматуры, смонтированном на мосту. Форма, поступившая на пост навивки, фиксируется гидродомкратами. Процесс начинается с навивки арматуры на первую пару упоров путем перемещения каретки с пинолью по мосту. Перевод навивки на следующую пару упоров осуществляется перемещением моста с кареткой по порталу (поперек оси конвейера). Электронагрев осуществляется на участке постоянной длины путем пропускания тока через подводящие контакты. Скорость навивки арматуры 36 м/мин, мощность двигателей 45 кВт, трансформатора – 72 кВт.

Арматурно-намоточный агрегат самоходного типа 6540 предназначен для изготовления преднапряженных каркасов при формовании длинномерных железобетонных плит, стержневых и линейных конструкций как на стендах, так и на поточных линиях. Мощность электрических двигателей 50 кВт, трансформатора – 100 кВт. Арматурно-намоточный агрегат с вращающейся платформой предназначен для эксплуатации на агрегатно-поточных линиях, выпускающих объёмные элементы элеваторов. Сматывание арматуры с бухты и навивка на сердечник формы осуществляется в процессе вращения платформы, её раскладка по высоте сердечника – с помощью пантографа. Скорость вращения платформы 2,4 об./мин, скорость навивки арматуры до 60 м/мин, диаметр платформы 3,5 м.

3.6 Технология самонапряжённых железобетонных конструкций основана на применении напрягающего цемента (НЦ), который представляет собой тонкомолотую смесь портландцементного клинкера (65 %), глиноземистого шлака (20 %), гипса (10%) и извести (5 %). Начало схватывания НЦ должно наступать не ранее 20 мин, конец – не позднее 4 ч с момента затворения. Линейное расширение образцов через 28 суток твердения должно быть не более 1,5 % первоначальной величины. Бетоны на НЦ марок 400 и 500 при твердении не сразу расширяются, а только после набора первоначальной прочности не менее 15 МПа, что обеспечивает необходимую прочность сцепления с арматурой. Благодаря этому химическая энергия, связанная с перекристаллизацией низкосульфатной формы гидросульфоалюмината кальция в высокосульфатную, используется для механической работы напряжения арматуры. При этом наблюдается трехосное напряжение, которое механическим путем достигается с большим трудом.

Самонапряженные железобетонные конструкции изготавливаются из тяжелого, в том числе мелкозернистого, и легкого бетонов марки по плотности не ниже D1400, естественного твердения или подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении и предназначены для работы при систематическом воздействии температур не выше 50 и не ниже минус 70 ^оС.

Предварительное напряжение этих конструкции создается в процессе твердения напрягающего бетона за счет его расширения и натяжения в результате этого находящейся в конструкции арматуры.

Самонапряженные железобетонные конструкции следует применять исходя из их технико-экономической эффективности в конкретных условиях строительства и с учетом следующих особенностей данных конструкций:

повышения трещиностойкости или уменьшения размеров сечений элементов за счет самонапряжения конструкций в результате расширения напрягающего бетона без применения дополнительных устройств, машин и механизмов (например, элементов, воспринимающих давление жидкостей или газов; конструкций, эксплуатируемых в грунте ниже уровня грунтовых вод; емкостных сооружений и стыков элементов этих сооружений; оболочек покрытий, безрулонных кровель и т. п.);

обеспечения повышенной водонепроницаемости конструкций при действии гидростатического давления без устройства гидроизоляции ¾ за счет плотной структуры данного бетона;

увеличения расстояния между деформационными швами и сокращения их количества в протяженных сооружениях за счет самонапряжения и повышенной прочности данного бетона на осевое растяжение (например, в спортивных сооружениях).

Самонапряженные железобетонные конструкции целесообразно применять также в тех случаях, когда предварительное напряжение поперечной и косвенной арматуры выполнить другими способами трудоемко и технически сложно (например, в колоннах со спиральной арматурой в зданиях и сооружениях под большими нагрузками).

Самонапряженные железобетонные конструкции следует проектировать как железобетонные конструкции из тяжелого или легкого бетона в соответствии со СНиП 2.03.01-84.

При воздействии на самонапряженные железобетонные конструкции внешней среды с содержанием сульфатов в пересчете на ионы до 5000 мг/л допускается не предусматривать специальную изоляцию. При более высоком содержании сульфатов защитные слои конструкций следует выполнять с добавкой 1 ¾ 2 % асбестового или базальтового волокна. В массивных сооружениях взамен этого целесообразно использовать плиты-оболочки, изготовленные с добавкой асбестового или базальтового волокна.

Применение НЦ обеспечивает высокую водонепроницаемость бетона и трещиностойкость самонапряжённых изделий и конструкций. Различают три случая применения НЦ в железобетонных изделиях:

1) использование НЦ только для придания бетону изделия водоне-проницаемости, когда его трещиностойкость обеспечена другими мероприятиями, в том числе преднапряжением арматуры механическим или иным способом,

2) использование НЦ для повышение водонепрницаемости и компенсации усадочных деформаций и напряжений в бетоне, при этом самонапряжение не учитывается в расчете конструкции,

3) использование НЦ для обеспечения водонепроницаемости бетона и повышения трещиностойкости под влиянием самонапряжения. В этом случае величина самонапряжения вводится в расчет трещиностойкости и указывается в проекте.

Бетон на напрягающем цементе обладает защитными свойствами по отношению к стальной арматуре и характеризуется классами по прочности при сжатии в пределах В20...В70, классами по прочности на осевое растяжение В_t1,6...В_t4,8, марками по морозостойкости F100… F500, марками по самонапряжению S_p0,6…S_p4, марками по водонепрони-цаемости не ниже W12. Складирование, хранение и транспортирование НЦ должно исключить смешивание его с другими видами цементов, в противном случае он теряет свои свойства.

Самонапряженные железобетонные конструкции и изделия следует изготавливать в соответствии со СНиП 3.09.01-85. Для конструкций, к которым предъявляются требования по самонапряжению, рекомендуется применять напрягающие цементы НЦ-20 и НЦ-40, в остальных случаях (для повышения водонепроницаемости и компенсации усадки) рекомендуется НЦ-10. Замена портландцемента и шлакопортландцемента при производстве сборного железобетона на НЦ позволяет экономить металл, цемент, обеспечивая при этом проектные марки по прочности, водонепроницаемости и морозостойкости. В качестве заполнителей используются материалы, применяемые для тяжелого и легкого бетона на обычных цементах.

В бетонах на НЦ могут применяться химические добавки, улучшающие свойства бетонной смеси и бетона и соответствующие требованиям ГОСТ 24211. Рекомендуемые добавки приведены в табл. 37 другие добавки допускается применять после экспериментальной проверки.

Таблица 37

Рекомендуемые химические добавки при производстве сборных самонапряженных железобетонных конструкций и изделий

Подбор состава бетона на НЦ производится аналогично бетонам на портландцементе с учетом несколько повышенной водопотребности НЦ. Подобранный состав напрягающего бетона корректируется в части удельного расхода НЦ с учетом проектного класса по прочности и самонапряжения по результатам стандартных испытаний. Расход цемента НЦ для бетонных смесей с маркой по удобоукладываемости П-1 (осадка конуса 1…4 см) на плотных заполнителях

Ц = 550(R_bsn/R_ср)² + 450,

где R_bsn – нормативное самонапряжение напрягающего бетона, численно равное проектной марке Sp.

Для бетонных смесей с маркой по удобоукладываемости П-2 (осадка конуса 5…9 см) и П-3 (осадка конуса 10…15 см) величина R_bsn вводится с коэффициентом 1,1 и 1,2. При использовании пластифицирующих добавок для обеспечения требуемой удобоукладываемости смеси коэффициент не вводится.

Расход воды затворения в л на 1 м³ бетонной смеси марки по удобоукладываемости П-1 определяется: В =0,2Ц +100,

а для смесей с маркой П-3: В = 0,18Ц + 135.

Для сохранения расчетной средней плотности бетонной смеси одновременно корректируется расход заполнителей.

Приготовление бетонной смеси на НЦ как правило производится на бетоносмесительных установках гравитационного или принудительного действия. Использование бетоносмесительных установок непрерывного действия (шнековых) с продолжительностью перемешивания 0,5 мин и менее допускается только после проверки однородности получаемой смеси.

В случае необходимости увеличения сроков схватывания бетонной смеси можно производить замедление схватывания с помощью пластифи-цирующих добавок (по табл.37 одной из наиболее эффективных является декстрин), а также методами предварительной частичной гидратации или двухстадийного перемешивания.

Способы подачи, дозирования материалов, порядок их загрузки в бетоносмесители, продолжительность перемешивания бетонной смеси и способы ее транспортировки к месту укладки, а также время от выгрузки бетонной смеси из смесителя до формования изделий должны соответствовать указаниям СНиП 3.09.01-85.

Формование изделий из бетонной смеси на НЦ производится по тем же технологическим переделам, что и изготовление железобетонных изделий из обычных бетонов. Уплотнение бетонной смеси может осуществляться вибрационными способами, центрифугированием, прессованием или другими известными методами. Для формования самонапряженных изделий применяют стальную формооснастку, могут использоваться и неметаллические формы, в любом случае они должны обеспечивать получение изделий с размерами в пределах допускаемых отклонений. Формовочные свойства бетонных смесей на НЦ должны строго соответствовать технологическим параметрам оборудования. Не допускается повышение подвижности или уменьшение жесткости смесей для облегчения обслуживания формовочного оборудования добавлением воды.

Тепловую обработку самонапряженных изделий можно производить любым известным способом с применением режимов, обеспечивающих минимальный расход энергоресурсов и достижение бетоном на НЦ заданных распалубочной и отпускной прочностей, получение проектных марок по самонапряжению при минимальных расходах НЦ, а также сокращение общего цикла оборота форм и другого оборудования. Следует учитывать, что НЦ относится к цементам 1 и 2 групп эффективности при пропаривании. Рекомендуемые режимы тепловой обработки самонапрягающихся изделий приведены в табл. 38 и являются ориентировочными, так как должны уточняться в зависимости от конкретного вида и партии НЦ, а также использованных добавок. После тепловлажностной обработки изделия на НЦ должны проходить водное или влажное выдерживание для обеспечения требуемой марки по самонапряжению. Допускается не производить влажный уход после тепловлажностной обработки для конструкций с нормируемой величиной самонапряжения, если проектная марка по самонапряжению достигнута в процессе тепловлажностной обработки.

Таблица 38

Режимы тепловлажностной обработки самонапрягающихся изделий

Оптимальной температурой для развития процессов самонапряжения является 50…60 ⁰С при относительной влажности воздуха более 90 %. По мере увеличения температуры прогрева сверх оптимальной (до 100 ⁰С) скорость развития самонапряжения увеличивается, но затухает она в более короткие сроки, достигнув меньших значений. Относительную влажность среды в период изотермической выдержки необходимо поддерживать в пределах 90…100 %. Не рекомендуется изотермический прогрев тяжелого бетона на НЦ свыше 5…6 ч при относительной влажности среды менее 90 % и температуре 80…85 ⁰С, а также свыше 4…5 ч при температуре 85…100 ⁰С, так как это приводит к снижению прочности и самонапряжения бетона после тепловой обработки.

Значительные неопалубленные поверхности прогреваемых в термоформах изделий следует изолировать от окружающей среды влагонепроницаемыми материалами для предотвращения потерь влаги из бетона. Особо благоприятные температурно-влажностные условия для развития процессов самонапряжения бетона в термоформах в период прогрева могут быть созданы путем изоляции открытых поверхностей слоем воды толщиной до 3 см. В этом случае заливка воды должна производиться после приобретения свежеотформованным бетоном начальной прочности 0,3…0,5 МПа.

По окончании прогрева и при остывании изделий необходимо исключить потерю воды из бетонной смеси.

Для конструкций из бетона на НЦ, эксплуатируемых в условиях сухого и жаркого климата, в целях снижения потерь самонапряжения от усадки, рекомендуется предварительная выдержка перед тепловой обработкой 6 ч и прогрев при температуре 60 ⁰С.

Тепловую обработку изделий из теплоизоляционного и конструкционно-теплоизоляционного керамзитобетона на НЦ рекомендуется проводить путем паропрогрева с температурой 60…70 ⁰С. При этом требуется более продолжительный (на 20 %) период изотермического прогрева при прочих равных условиях.

Для получения изделий с определенной маркой по самонапряжению (если она не достигнута в период тепловой обработки) следует дополнительно предусматривать после ТВО дождевание изделий или их водное выдерживание.

Самонапряжение бетона на НЦ определяется при подборе состава и контролируется с целью обеспечения расчетного самонапряжения. Самонапряжение бетона определяется на контрольных образцах-призмах размером 5х5х20см (при использовании щебня с наибольшей крупностью больше 20 мм следует применять призмы размером 10х10х40 см), отформованные и твердевшие в динамометрических кондукторах вместе с изделиями (Рис. 65).

Рис.65 Схема динамометрического кондуктора для испытания бетонных образцов самонапрягающего бетона.

1 – динамометрический кондуктор,

2 – измерительное устройство с индикатором часового типа.

3 – бетонный образец призма размером 100х100х400 мм.

Испытание производят в соответствии с методикой, изложенной в справочном пособии к СНиП «Производство сборных самонапряженных железобетонных конструкций и изделий». Величина самонапряжения образца бетона в МПа определяется:

R_bsn = D m_n E_s/L_o ,

где D и L_o – соответственно полная деформация образца в процессе самонапряжения бетона и его первоначальная длина, мм,

m_n – приведенный коэффициент армирования образца, принимаемый равным 0,01,

E_s – модуль упругости стали, принимаемый равным 2.10⁵ МПа.

Самонапряжение бетона вычисляется с точностью 0,1 МПа как среднее арифметическое по двум наибольшим результатам трех испытанных образцов в кондукторах, отформованных из одной пробы бетонной смеси. Маркой напрягающего бетона по самонапряжению является величина R_bsn в возрасте 28 суток.

Контроль прочности образцов бетона на НЦ производят по ГОСТ 10180 не ранее 4 ч после окончания тепловой обработки, а также после окончания увлажнения конструкций или их водного выдерживания и в проектном возрасте.

3.7 Потери предварительного напряжения.

При изготовлении железобетонных конструкций с натяжением арматуры на упоры можно выделить следующие стадии состояния железобетонного растянутого элемента при его изготовлении и загрузке внешними силами:

1. арматурный стержень не имеет внутреннего напряжения,

2. стержень натянут и закреплён в упорах формы, напряжение ,

3. элемент забетонирован, проходит тепловлажностную обработку, первоначальное напряжение уменьшилось до из-за потерь от релаксации напряжения в стали, податливости анкеров или зажимов арматуры и температурных деформаций форм, ползучести бетона (первые потери ),

4. арматура отпущена с упоров, произошло обжатие бетона до и понижение предварительного напряжения до величины , где п ­– отношение модулей упругости стали и бетона,

5. произошли деформации усадки и ползучести бетона – арматура укорачивается и теряет ещё часть напряжения (вторые потери ), напряжение в бетоне ,

6. к элементу приложена внешняя растягивающая нагрузка – сжимающее напряжение от напряжённой арматуры в растянутом бетоне уменьшилось до нуля, арматура удлиняется и растягивается совместно с бетоном, напряжение в ней ,

7. внешняя нагрузка возросла до величины, при которой в бетоне появляются трещины – напряжение в бетоне соответствует его прочности на осевое растяжение . Дальнейшее увеличение нагрузки вызывает раскрытие трещин в бетоне, напряжение в арматуре достигает предела текучести , при большей нагрузке происходит обрыв арматуры и обрушение конструкции (рис.66).