Лекция №11. Расчетные характеристики бетона и арматуры. Гидроизоляционные материалы и клеи, применяемые в мостостроении.

Расчетные характеристики бетона и арматуры.Кубиковая проч­ность бетона является условной характеристикой его прочности. Действительная прочность бетона в конструкции более полно оце­нивается прочностью на сжатие бетонных образцов в виде призм, высота которых превышает поперечный размер в 3,5 раза и более. Призменная прочность бетона составляет 70—75% его кубиковой прочности. Прочность бетона на растяжение обычно в 10—15 раз меньше его кубиковой прочности. Предел прочности бетона на срез примерно в 2,5 раза больше предела его прочности на растяжение. Расчетные сопротивления бетона на осевые сжатие и растяже­ние для расчета мостовых конструкций по первой группе предель­ных состояний определяют делением соответствующего норматив­ного сопротивления на коэффициенты надежности по бетону и на коэффициент надежности конструкции.

Коэффициент надежности конструкции, учитывающий степень ответственности мостовых конструкций, 'принимают для бетона равным γ_н = 1,1.

Расчетные сопротивления бетона для расчета по второй группе предельных состояний устанавливают при коэффициенте надеж­ности по бетону γ_σ = 1.

Расчетные сопротивления арматуры растяжению для расчета по первой группе предельных состояний определяют делением их нормативных сопротивлений на соответствующие коэффициенты надежности по арматуре и на коэффициенты надежности конструк­ции. Их принимают различными для автодорожных и железнодо­рожных мостов. Этим учитывают степень ответственности этих сооружений.

Значения расчетных сопротивлений арматуры растяжению при­ведены в табл. 31 СНиП 2.05.03-84.

Расчетные сопротивления ненапрягаемой арматуры сжатию, используемые в расчете по первой группе предельных состояний, при наличии сцепления арматуры с бетоном принимают равными соответствующим расчетным сопротивлениям арматуры растяже­нию R_s. Наибольшие сжимающие напряжения R_рс в напрягаемой арматуре, расположенной в сжатой зоне сечения элемента и имею­щей сцепление с бетоном, следует принимать из условия предель­ной сжимаемости бетона не более 500 МПа.

Для расчета железобетонных конструкций мостов и труб важ­ны также упругие характеристики бетона и арматуры — модули упругости и коэффициенты Пуассона. Бетон является упруго-вязкопластическим материалом. Его полные деформации от на­пряжений включают упругие, вязкоупругие и пластические дефор­мации, которые зависят от уровня напряжений. В связи с этим модуль упругости зависит от уровня напряжений и времени дей­ствия нагрузки. Кроме того, модуль упругости зависит от класса прочности бетона, возрастая с его повышением, он также зависит от возраста бетона, вида его напряженного состояния. Он умень­шается при температурно-влажностной обработке бетона, при работе бетона в условиях попеременного замораживания и оттаи­вания, воздействия солнечной радиации.

При проектировании железобетонных конструкций мостов и труб трудно учесть реальные значения модуля упругости бетона, поэтому для расчета применяют средние, условные значения моду­ля упругости Е_b на сжатие по табл. 28 СНиП 2.05.03-84. Для бето­на, подвергаемого тепловлажностной обработке, а также для бе­тона, работающего в условиях попеременного замораживания и оттаивания, эти значения модуля упругости уменьшаются на !0%, а для бетона конструкций, не защищенных от солнечной радиации, — на 15%.

Модуль сдвига бетона G_b принимают равным 0,4Е_Ь, а коэффи­циент Пуассона v=0,2.

Модули упругости арматуры принимают по табл. 34 СНиП 2.05.03-84. По мере возрастания прочности стали модуль упру­гости ее уменьшается с 206000 МПа до 196000 МПа. Модуль упругости пучков из параллельных проволок принимают равным 177000 МПа, а пучков из арматурных канатов К-7, канатов спи­ральных и двойной свивки— 167000 МПа.

Материалы для гидроизоляции бетона мостов. Гидроизоляция предотвращает проникновение атмосферной влаги или грунтовых вод к бетону пролетных строений или опор и предохраняет бетон от разрушения, а арматуру от коррозии.

Гидроизоляционные материалы, применяемые в мостостроении, делятся на обмазочные и оклеечные. Для обмазочной гидроизо­ляции применяют холодные окраски и горячие обмазки. Для холодных окрасок используют битумы марок III и IV, разжиженные лигроином «ли керосином, а также дегтевые лаки. Холодная окрас­ка является первым грунтовочным слоем, по которому наносят горячую обмазку слоем толщиной 2—3 мм. Материалом для горя­чих обмазок служат специальные мастики — смеси битума с мел­ким асбестовым волокном.

Для оклеечной гидроизоляции применяют традиционные рулон­ные материалы на основе битума и новые материалы на основе синтетической резины (бутилкаучука).

Простейшим рулонным материалом на основе битума является рубероид. Он имеет невысокие изоляционные качества и недолго­вечен, так как состоит из бумажной упрочняющей основы. Значи­тельно лучшими свойствами обладает гидроизол. Его гидроизоля­ционной основой также является битум, но он упрочен асбесто­вым или асбесто-целлюлозным картоном. Благодаря хорошим гидроизоляционным качествам и долговечности он нашел широкое применение в мостостроении. Применяется также гидростеклоизол, который имеет армирующую основу из стеклоткани. Ее стойкость в щелочной среде вызывает сомнения.

Лучшими гидроизоляционными свойствами и технологическими достоинствами обладает фольгоизол, выпускаемый на основе рифленой или гладкой алюминиевой фольги толщиной до 0,3 мм. В качестве покровного слоя для фольгоизола применяют битумно-резиновую мастику. По гидроизоляционным свойствам он лучше других материалов, но значительно дороже. Фольгоизол приме­няют только в наиболее ответственных сооружениях: больших мостах и тоннелях.

Проходит опытную проверку новый рулонный материал на основе льно-джуто-кенафной ткани и битумной мастики — мостоизол.

Основной способ ведения работ с битумными гидроизоляцион­ными рулонными материалами — безмастичная приклейка с обяза­тельной предварительной грунтовкой бетона. Для оплавления би­тумного покровного слоя применяют нагревательные горелки на всю ширину укладываемого материала.

Температурные ограничения в использовании битумных гидро­изоляционных материалов вызвали необходимость разработки но­вых гидроизоляционных материалов. Для изоляции автодорожных мостов разработан бутизол — эластичный морозостойкий (до —70°С) резиноподобный материал на основе бутилкаучука. Резиноподобные рулонные материалы приклеивают к изолируемому материалу холодными мастиками или клеями.

Перспективны в качестве изолирующих слоев синтетические материале в виде листов из поливинилхлорида, полипропилена и полиэтилена.

Клеи для склеивания элементов конструкций. Клей как кон­структивный материал для склеивания бетонных конструкций экономически целесообразно применять только в том случае, если он имеет связующую прочность не ниже прочности бетона соеди­няемых элементов, а модуль упругости в отвержденном состоянии и коэффициент расширения близки по значению к характеристикам склеиваемого бетона. Клеевые соединения должны быть долговеч­ны, устойчивы к воздействию среды в процессе эксплуатации. Этим- требованиям соответствуют клеи на основе эпоксидных смол. В них, кроме смолы, входят отвердитель, пластификатор, наполнитель и модифицирующие добавки. Основным компонентом клеев в отечественном мостостроении служили эпоксидные смолы марок ЭД-5, ЭД-6 и ЭД-40. С 1973 г. налажен выпуск новых эпоксидных смол марок ЭД-22, ЭД-20, ЭД-16 и ЭД-14, имеющих некоторые технологические преимущества.

Полимеризация (отверждение) смолы происходит под воздей­ствием отвердителя. В зависимости от вида отвердителя эпоксид­ные смолы могут быть отверждены при нормальной температуре или при нагревании. В мостостроении применяют отвердители хо­лодного процесса полимеризации: гексаметилендиамин, полиэти-ленполиамин и триэтанолдиамин.

Технологические свойства клея регулируют изменением коли­чества и вида отвердителя, пластификатора и наполнителя. Коли­чество отвердителя обычно составляет 10—25% массы эпоксид­ной смолы. В качестве пластификаторов при склеивании исполь­зуют дибутилфталат, полиэфиркрилат. Обычно их вводят в преде­лах 5—30% к массе эпоксидной смолы. При избытке пластифика­тора понижается прочность и увеличивается деформативность клеевого шва.

Наполнитель не влияет на процесс полимеризации смол и тех­нологическую жизнеспособность клея и используется в основном для изменения коэффициента температурного расширения клея и уменьшения расхода эпоксидной смолы. В качестве наполните­лей в мостостроении используют портландцемент, молотый квар­цевый песок, андезитовую или диабазовую муку.

Необходимое условие высококачественного клеевого шва — хорошая подготовка стыкуемых поверхностей к склеиванию. По­верхность бетона должна быть чистой, сухой, прочной. Очистку поверхностей необходимо производить пескоструйными аппаратами или механическими щетками.

Жизнедеятельность клеев на эпоксидной смоле при t = 20÷25°С около 2-2,5 ч. При более низкой температуре жизнедеятельность клея увеличивается.

Имеются клеи, предназначенные для склеивания бетонных сты­ков при низких положительных и отрицательных температурах с использованием обогрева. Разработаны также клеи, которые используют для улучшения сцепления свежеуложенного бетона с ранее уложенным отвердевшим бетоном.