Способ снижения усадочных деформаций в монолитных железобетонных перекрытиях и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области строительства, а именно к строительству зданий и сооружений с монолитными железобетонными перекрытиями и покрытиями. Техническим результатом изобретения является снижение или полное исключение растягивающих напряжений в бетоне, возникающих в конструкции в результате проявления усадочных деформаций. В способе снижения усадочных деформаций путем придания перекрытию обратного выгиба последний выполняют при бетонировании посредством опалубки в виде герметичной подвижной камеры, основание которой выполняют жестким. Камеру заполняют жидкостью и тем самым придают рабочей поверхности форму оболочки с расчетной стрелой подъема, выдерживают ее при постоянном давлении до набора прочности бетоном, затем для снижения усадочных деформаций и закрытия усадочных трещин уменьшают стрелу подъема оболочки путем поэтапного скачивания жидкости, этапы выбирают на стадиях набора прочности бетоном более 25%, более 40%, более 60%, а после набора бетоном 80% прочности осуществляют распалубку. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 1 табл., 3 ил.

Изобретение относится к области строительства, а именно к строительству зданий и сооружений с монолитными железобетонными перекрытиями и покрытиями.

Известен способ снижения вредного влияния усадочных деформаций технологическим путем - бетонированием по ″захваткам″. Однако этот технологический прием не позволяет уменьшить влияние усадочных деформаций, связанных с наличием сцепления арматуры с бетоном.

Известен способ компенсации усадочных деформаций путем создания предварительных напряжений в железобетонных элементах. Однако для монолитных покрытий и перекрытий данный способ сложен в исполнении по техническим и экономическим причинам.

Известен способ исключения усадочных деформаций путем применения безусадочного или расширяющегося цемента. Однако безусадочный и расширяющийся цементы дороги и обладают рядом особенностей, препятствующих их широкому распространению.

Известен способ снижения усадочных деформаций бетона путем вакуумирования свежеуложенного бетона. Однако этот способ удорожает строительство и только лишь частично уменьшает усадочные свойства бетонной смеси.

Известен способ по авторскому свидетельству СССР №337482, кл. Е 04 G 23/02, 1972 г., принятый заявителем за прототип. Согласно этому способу с целью устранения прогиба плиту перекрытия подвергают обратному выгибу посредством воздушной подушки, соприкасающейся с нижней поверхностью плиты перекрытия.

Данный способ, усиливая железобетонные плиты перекрытия зданий и сооружений, окончательно не избавляет их от усадочных напряжений и образующихся при этом трещин.

Известна опалубка для бетонирования монолитных перекрытий в виде различных оболочек, в том числе и пологих (см. Инженерные конструкции под редакцией Ермолова В.В., М., Высшая школа, 1991 г., стр. 283-287). Она предназначена для формирования покрытий, которые и после распалубки не теряют форму оболочки с тем, чтобы в бетоне проявлялись в основном сжимающие напряжения, на которые он хорошо работает. Кроме того, эта опалубка предназначена для формирования конструкций лишь с относительно малыми стрелами подъема ƒ<0,1 пролета, но она не предусматривалась не только для стрел подъема с исключительно малыми величинами ƒ<0,01, но и с регулируемыми величинами координат изготавливаемой оболочки. А также не предусматривалась регулировка ее параметров, тем более в зависимости от усадочных свойств применяемого бетона.

Известна подвижная опалубка для бетонирования перекрытий по свидетельству Российской Федерации на полезную модель №12892, кл. Е 04 G 11/38, 2000 г., принятая заявителем за прототип для опалубки. Она содержит плоский настил, установленный на поперечных балках, продольные балки, закрепленные на поперечных балках, и стойки.

Недостатком этой опалубки является невозможность ее использования для создания строительного подъема в виде пологой оболочки с малой стрелой подъема.

Являясь прогрессивными, с точки зрения экономики и комфортности по устройству жилья и административных сооружений, монолитные железобетонные перекрытия обладают, тем не менее, рядом недостатков. Серьезным недостатком, снижающим надежность работы сооружения и нарушающим его сплошность, является проявление в монолитном перекрытии усадочных деформаций. Усадочные деформации бетона вызывают растягивающие напряжения в бетоне, с одной стороны, в результате статической неопределимости самого перекрытия, объединенного в каркас здания, а с другой (что наиболее значимо), в связи с наличием сцепления арматуры с бетоном. Величина усадочных деформаций бетона колеблется в пределах ξ_sh ≈ 0,0002...0,0008, при предельной растяжимости бетона ξ_sh ≈ 0,0002...0,0004. Для монолитных перекрытий применяется подвижная бетонная смесь и значение усадочных деформаций достигает как минимум средних значений: 0,0005...0,0006. Сравнивая величину предельной растяжимости бетона с величиной усадочных напряжений, становится очевидным, что, если задержать развитие усадочных деформаций либо в результате статической неопределимости конструкции, либо в результате совместной работы бетона и арматуры, то процесс образования усадочных трещин неизбежен.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение или полное исключение растягивающих напряжений в бетоне, возникающих в монолитном перекрытии или покрытии в результате проявления усадочных деформаций.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом решении обратный выгиб выполняют при бетонировании посредством опалубки с рабочей палубой в форме оболочки, причем рабочую палубу выполняют в виде герметичной подвижной камеры.

Кроме того, основание камеры выполняют жестким, а рабочую поверхность - эластичной, камеру заполняют жидкостью и тем самым придают рабочей поверхности форму оболочки с расчетной стрелой подъема, выдерживают ее при постоянном давлении до набора прочности бетоном, затем для снижения усадочных деформаций и закрытия усадочных трещин уменьшают стрелу подъема оболочки путем поэтапного скачивания жидкости, этапы выбирают на стадиях набора прочности бетоном более 25%, более 40%, более 60%, а после набора бетоном 80% прочности осуществляют распалубку.

Кроме того, обратный выгиб перекрытия выполняют в форме оболочки, образованной поверхностью второго порядка.

Кроме того, стрелу подъема оболочки определяют в зависимости от значений величины усадочных деформаций бетона, решая совместно следующую систему уравнений:

где R - радиус оболочки;

S - длина образующей оболочки между неподвижными точками;

ε_sh - относительная величина усадочных деформаций бетона;

L - расстояние между неподвижными точками;

α - угол между радиусами, соединяющими центр оболочки и концы образующей;

ƒ - стрела подъема оболочки.

Кроме того, рабочая палуба выполнена в форме оболочки и в виде герметичной подвижной камеры, основание которой выполнено жестким, а рабочая поверхность - эластичной, причем рабочая поверхность выполнена с расчетной стрелой подъема, а камера заполнена жидкостью.

На фиг.1 изображена опалубка с рабочей палубой в виде герметичной подвижной камеры;

на фиг.2 - узел I на фиг.1;

на фиг.3 - схема определения зависимости для ƒ, R и α.

Устройство для снижения усадочных деформаций в монолитных железобетонных перекрытиях выполнено в виде опалубки 1, содержащей стол 2 с рабочей палубой, которая выполнена в форме оболочки и в виде герметичной подвижной камеры. Основание 3 камеры выполнено жестким, а ее верх, рабочая поверхность 4 - эластичной. Причем рабочая поверхность 4 выполнена с расчетной стрелой подъема ƒ.

Снижение усадочных деформаций осуществляют следующим образом.

Перекрытию 5 придают обратный выгиб 6, который выполняют при бетонировании посредством опалубки 1 с рабочей палубой в форме оболочки. Причем рабочую палубу выполняют в виде герметичной подвижной камеры. Основание 3 камеры выполняют жестким, а рабочую поверхность 4 - эластичной. Камеру заполняют жидкостью и, тем самым, придают рабочей поверхности 4 форму оболочки с расчетной стрелой подъема ƒ так, что после снятия опалубки 1 перекрытие 5, получая прогиб, равный величине стрелы подъема, становится плоским, обеспечивая компенсацию усадочных деформаций возникающим распором по контуру оболочки.

Кроме того, с помощью предлагаемого устройства обратный выгиб 6 перекрытия 5 могут выполнять в форме оболочки, которая образована поверхностью второго порядка, например, эллиптического параболоида, гиперболического параболоида, эллиптического цилиндра, гиперболического цилиндра, параболического цилиндра и т.п.

Значительная часть усадочных деформаций может происходить еще до распалубки изделий. Для исключения образования трещин или значительных растягивающих напряжений в бетоне, набирающем прочность, используют предлагаемое устройство с возможностью регулирования координат формообразующего листа опалубки. Камеру заполняют жидкостью 7. При закачке жидкости 7 в герметичную полость камеры рабочая поверхность 4 принимает форму оболочки. Бетонирование можно осуществлять как до подъема рабочей поверхности 4, так и после. Форму рабочей поверхности 4 с расчетной стрелой подъема ƒ выдерживают при постоянном давлении до набора прочности бетоном. Затем для снижения усадочных деформаций и закрытия усадочных трещин уменьшают стрелу подъема оболочки путем поэтапного скачивания жидкости 7. Этапы выбирают на стадиях набора бетоном более 25% прочности, более 40% прочности и более 60%. После набора бетоном 80% прочности осуществляют распалубку. Уменьшение при этом стрелы подъема ƒ оболочки приводит к компенсации растягивающих усадочных деформаций и закрытию трещин.

Параметры стрелы подъема оболочки определяют из условия равенства абсолютного значения усадочных деформаций и различия между длиной образующей 8 рабочей поверхности 4 оболочки между неподвижными точками перекрытия 5 и расстоянием между неподвижными точками перекрытия 5. При этом тип оболочки определяет принимаемый ею радиус. Для этого решают совместно систему уравнений.

Для компенсации усадочных деформаций по предлагаемому способу необходимо, чтобы длина S образующей 8 равнялась

где L - расстояние между осями колонн или длина проекции между несущими стенами.

С другой стороны, из фиг.3 следует

Из фиг.3 также следует, что

и стрела подъема оболочки будет равна

В результате четыре уравнения 1, 2, 3 и 4 с четырьмя неизвестными: S, α, R, ƒ позволяют определить их значения. Проектируя расстояние L и зная величину усадочных деформаций ε_sh, из совместного решения системы уравнений 1-4 определяют значения необходимых величин.

Для примера в таблице 1 приведены значения ƒ, R и α при L=6000 мм для бетонов с различными значениями усадочных деформаций ε_sh.

Использование предлагаемого изобретения позволяет исключить или, по крайней мере, снизить растягивающие напряжения в бетоне, приводящие к образованию трещин в монолитном перекрытии в результате проявления усадочных деформаций.

Формула изобретения

1. Способ снижения усадочных деформаций в монолитных железобетонных перекрытиях путем придания перекрытию обратного выгиба, отличающийся тем, что обратный выгиб выполняют при бетонировании посредством опалубки с рабочей палубой в виде герметичной подвижной камеры, основание которой выполняют жестким, а рабочую поверхность – гибкой, камеру заполняют жидкостью и, тем самым придают рабочей поверхности форму оболочки с расчетной стрелой подъема, выдерживают ее при постоянном давлении до набора прочности бетоном, затем для снижения усадочных деформаций и закрытия усадочных трещин уменьшают стрелу подъема оболочки путем поэтапного скачивания жидкости, этапы выбирают на стадиях набора прочности бетоном более 25%, более 40%, более 60%, а после набора бетоном 80% прочности осуществляют распалубку.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обратный выгиб перекрытия выполняют в форме оболочки, образованной поверхностью второго порядка.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что стрелу подъема оболочки определяют в зависимости от значений величины усадочных деформаций бетона, решая совместно следующую систему уравнений:

где R - радиус оболочки;

S - длина образующей оболочки между неподвижными точками;

ε_sh - относительная величина усадочных деформаций бетона;

L - расстояние между неподвижными точками;

α - угол между радиусами, соединяющими центр оболочки и концы образующей;

f - стрела подъема оболочки.

4. Устройство для снижения усадочных деформаций в монолитных железобетонных перекрытиях, содержащее стол с рабочей палубой, отличающееся тем, что рабочая палуба выполнена в форме оболочки и в виде герметичной подвижной камеры, основание которой выполнено жестким, а рабочая поверхность - эластичной, причем рабочая поверхность выполнена с расчетной стрелой подъема, а камера заполнена жидкостью.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3