Обоснованность применения высокоэффективного железобетона в условиях сухого жаркого климата

Аширбаев Шохрух Бахрам оглы – магистрант Инженерно-строительного института Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого.

Аннотация: Развитие современного строительного производства много лет стремится к созданию высокоэффективных и технологичных материалов. Данная тенденция оправдана не только высокими экономическими показателями, но также снижением трудозатрат и повышению надежности строительных конструкций. Зарубежные страны, следуя этим требованиям, ведут активную научную деятельность в исследовании высокоэффективного железобетона принимая во внимание климатические особенности региона строительства.

В данной научной статье обосновывается и обобщаются результаты ранее проведенных исследований по поведению высокоэффективного бетона в условиях сухого и жаркого климата.

Ключевые слова: Строительное производство, железобетон, Высокопрочный бетон, строительные изделия.

Высокоэффективный бетон обладает прочностью на сжатие до 140-150 МПа. Широкое применение данных бетонов позволяет добиться вышеизложенных целей, а именно: снижение материалоемкости, что ведет к значительным экономическим затратам, а, следовательно, высокая доступность жилья для населения; повышения долговечности и надежности конструкций из данного материала. Высокопрочным бетоном называют тяжелые, мелкозернистые смеси марок М600-М1000, минимальная прочность на сдавливание которых равняется В60 и выше. Применение высокопрочных растворов позволительно для строительства различных уровней сложности. На сегодня получение бетонов прочностью до 100 МПа уже не представляет большой проблемы, а в научных кругах речь идет о возможности создания бетонов прочностью 400÷800 МПа. Любой архитектурный проект можно воплотить в реальность при помощи такого стройматериала. [2,3]

Международными организациями, регламентирующими строительство, приняты новые термины и их определения относительно бетонов с повышенной прочностью. Высокопрочный бетон (HighStrengthConcrete) – это бетон, который характеризуется прочностью при сжатии образцов-цилиндров с усилием 60÷130 МПа или образцов-кубов с усилием 72÷156 МПа.

Высокопрочный бетон отлично взаимодействует с крепким армирующим материалом (рис.1). Их тандем высоко ценится и пользуется широким спросом у мастеров, особенно при возведении железобетонных строений. Наборные железобетонные сооружения возводятся натяжелвых бетонах марок 400-500. Применение стройматериалов больших марок разрешает уменьшить массу строений, сократить диаметр в разрезе, изготовить максимально подходящие по параметрам изделия.

Рисунок 1. Бетонные работы.

Однако, применение высокоэффективного бетона необходимо применять с учетом климатических условий в самом начале проектирования строительного объекта. В странах Центральной Азии климат обладает следующими особенностями: резкоконтинентальность, а именно в значительных колебаниях температуры и относительной влажности воздуха в зависимости от времени суток. Суточные колебания температуры и относительной влажности воздуха могут достигать соответственно 20°С и 50%, а сезонные -45°С и 80% и выше. Так, летом температура воздуха может превысить +40°С, а относительная влажность воздуха понизиться до 10…15%. Поверхность железобетонных конструкций летом от действия прямых солнечных лучей нагревается до 70-80°С; зимой же температура воздуха может снижаться ниже -20°С. Бетонные работы преимущественно ведутся в дневное время суток. [1]

При указанных колебаниях температуры и влажности воздуха происходит нарушение формирования структуры бетона; снижение прочности и модуля упругости, увеличение деформации усадки и ползучести вследствие гидратации и обезвоживания материала. Большая амплитуда в температуре также оказывает неравномерное распределение температурных деформаций и напряжений по сечениям бетона, вследствие чего неизбежно снижается трещиностойкость, несущая способность, а также жесткость и долговечность бетона в целом. Данные факторы оказывают негативное воздействие на предварительно напряженном и напряженно-деформированном состоянии железобетонных конструкций, а в целом, снижению эксплуатационных качеств и надежности зданий.

Обследования строительных конструкций, работающих в нестационарных температурно-влажностных условиях, показали, что большинство находятся в ограниченно-работоспособном или неработоспособном состоянии через 15-20 лет. [10] Эти конструкции помимо заданной нагрузки, воспринимают воздействие солнечной радиации, температуры и влажности воздуха, которые влияют на свойства высокоэффективного бетона и могут ограничивать их срок службы. В конструкциях, которые подвергаются прямой солнечной радиации, могут появиться трещины продольные и поперечные трещины до приложения нагрузки, которые вызваны температурно-влажностными деформациями и усадкой материала, что так же касается и высокоэффективного бетона.

Исходя из вышеизложенного, необходимо совершенствование методов расчета, а именно исследование влияния сухого и жаркого климата на напряженно-деформированное состояние на монолитные железобетонные конструкции из высокоэффективного бетона.

За последние 30 лет защищены несколько докторских диссертаций по исследованиям бетона в условиях сухого жаркого климата в России и странах СНГ.

Анализ существующих исследований по изменению прочности и деформативности материалов в нестационарных средах показал, что реологические уравнения ползучести теории старения, упругой наследственности и теории упруго-ползучего тела не всегда применим для расчета конструкций, работающих в нестационарных средах, так как неинвариантные ядра реологических уравнений не учитывают влияние температурно-влажностного состояния материала на изменение деформаций.[4]

Установлено, что прогибы железобетонного элемента, работающего в условиях сухого жаркого климата Средней Азии, ниже нормативных значений при загружении материала в предварительно высушенном состоянии, и выше нормативных значений в высыхающем бетоне. [5]

Однако, получено, что в условиях сухого жаркого климата прочность поверхностных слоев бетона уменьшается на 20-40%, потеря которой компенсируется повышенной прочностью нижележащих слоев, вследствие чего, в целом несущая способность железобетонного элемента обеспечивается.

Данные экспериментов показывают, что в условия сухого жаркого климата деформация усадки бетона в естественных условиях на 24% больше, чем при постоянном температурно-влажностном режиме.

По данным исследований можно отметить, что учет температурных и влажностных воздействий сухого жаркого климата на напряженно-деформированное состояние изгибаемых железобетонных элементов позволяет оценить расчетом их фактическое состояние и надежность. При этом расчет изгибаемых элементов по прочности, жесткости и трещиностойкости с учетом влияния сухого жаркого климата необходимо проводить, как показали результаты исследований и их анализ, по строительным нормам и правилам.

Список литературы

1. Темкин Е.С. «Повышение стойкости и эффективности бетонов в условиях сухого жаркого климата». Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук.
2. Калашников В.И. Что такое порошково-активированный бетон нового поколения // Строительные материалы. — 2012. - № 10. — С. 70-71.
3. Калашников В.И. Порошково-активированные сверхвысокопрочныефибробетоны с улучшенной дуктильностью / В.И. Калашников, В.М. Володин, М.О. Коровкин, М.Н. Мороз // Материалы VIII Академических чтений РААСН – Международной научно-технической конференции. Механика разрушения строительных материалов и конструкций. — Казань: КГАСУ, 2014. — С.105-111.
4. Тарасов О.Г. Расчет железобетонных элементов в условиях совместного изменения температуры и влажности среды с учетом ползучести материалов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Москва – 1990.
5. Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции, Киев – 2001.