Разнообразие и особенности вяжущих, способов их применения, обработки и укладки бетонной смеси с механическим, тепловым, влажностным и химическим воздействием на нее в различных стадиях технологического процесса изготовления всегда вызывают необходимость внимательного и обоснованного выбора вида вяжущего. При приготовлении бетонных смесей должны быть известны и учтены: химический состав цемента; активность, интенсивность роста прочности его в раннем и последующих возрастах в различных условиях твердения; стойкость в условиях эксплуатации, а также тонкость помола цемента, водопотребность, водоудерживающая способность, сроки схватывания, изменения в объеме при схватывании и твердении, размеры тепловыделения при гидратации и т. д.
В соответствии с технологией изготовления предварительно напряженных конструкций, особенно при машинных методах производства, требуется более быстрое нарастание прочности бетона для передачи на него усилий предварительного напряжения. В связи с этим наилучшим для изготовления предварительно напряженных конструкций считается быетротвердеющий портландцемент. В заводском производстве сборных предварительно напряженных конструкций можно применять и обычный портландцемент, преимущественно марок 400, 500 и 600.
Бетоны, применяемые для изготовления предварительно напряженных конструкций, в зависимости от их физико-механических и иных свойств различаются по следующим признакам.
X. По заполнителям (включая естественные и искусственные):
а) особо тяжелые, на плотных заполнителях с утяжеляющими и уплотняющими добавками, объемным весом более 2600 кгм3-,
б) тяжелые, на плотных заполнителях, объемным весом 1800— 2600 кгм3-,
в) легкие, на пористых заполнителях, объемным весом 600—- 1800 кгм3, в том числе шлако-, керамзито-, перлито-, туфо-, пемзито- бетон и др.;
г) крупнопористые (тяжелые и легкие) без мелких заполнителей;
д) мелкозернистые на одних мелких заполнителях;
е) ячеистые с замкнутыми воздушными порами объемным весом до 1200 кгм3.
XI. По величине временного сопротивления сжатию, т. е. по проектной марке бетона:
а) для тяжелых бетонов —50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 500 и 600 и в ближайшем будущем 700 и 800;
б) для легких, крупнопористых и ячеистых бетонов — 25, 35, 50, 75, 100, 150, 200, 250 и 300 и в ближайшем будущем —400 и 500.
XII. По величине временного сопротивления растяжению, т. е. по проектной марке бетона на растяжение: Р11, Р15, Р18, Р20, Р23, Р27, Р31 и Р35 и в ближайшем будущем — Р40 и Р50.
XIII. По морозостойкости, определяемой числом циклов замораживания и оттаивания: Мрз 10, Мрз 15, Мрз 25, Мрз 35, Мрз 50, Мрз 75, .Мрз 100, Мрз 150, Мрз 200 и Мрз 300 и в специальных случаях — Мрз 500, Мрз 1000.
I. По водонепроницаемости, определяемой величиной наибольшего давления воды при испытании образцов: выдерживающие соответственно не менее: 2 ати (В2) и 4 ати (В4), 6 ати (В6) и 8 ати (В8), а также при применении в напорных трубах и подземных хранилищах 10 ати (В10), 15 ати (В15), 20 ати (В20) и п ати (В„).
II. По степени усадки, или расширения, определяемой относительной деформацией укорочения или удлинения:
а) сильно усадочные с показателем относительного укорочения от 200 10-5 до 500 105 ;
б) нормально усадочные — от 0 до 200 105 ;
в) безусадочные—от удлинения 10-10~5 до укорочения 20- Ю-5 . г) расширяющиеся — от удлинения 20-105до удлинения 4000-Ю-5-
III. По способам укладки и уплотнения бетонной смеси: трамбованный, вибрированный, прессованный, виброштампованный, вибропрокатный, вибропрокатный с давлением (силовой вибропрокат), центрифугированный, торкретный, вакуумированный, виброактивированный и др.
IV. По способам тепловлажностной обработки и выдерживания бетона в период твердения: нормальный, пропаренный, прогретый в воде при температуре 100° С, прогретый с помощью электроэнергии (электронагрев), автоклавный или запаренный, комбинированный, специально обработанный и др.
V. По степени сопротивления агрессивному химическому воздействию окружающей среды, определяемому специальной методикой: сульфатостойкий, стойкий в морской воде, кислотостойкий и др.
VI. По степени сопротивления действию высокой температуры и огня (жаростойкие бетоны):
а)высокоогнеупорные с огнестойкостью выше 1770°С
б)огнеупорные от 1580 до 1770°С
в)жароупорные до 1580°С
Можно предположить что Ro = 0,8R.
Выбранное количество бетона растянутой зоны фермы площадью Fб будет работать в момент перед образованием трещины на растяжение.
Усилие, воспринимаемое бетоном в этот момент, принимая. В этот момент перед возникновением трещины арматура несет нагрузку, приблизительно равную усилию предварительного напряжения
Таким образом, общее усилие, воспринимаемое растянутой зоной фермы, будет
Следовательно, усилие от внешней нагрузки распределится между материалами растянутой зоны фермы следующим образом,
что и подтверждает высказанные выше соображения о малом удельном весе восприятия нагрузки бетоном растянутой зоны конструкции (в момент, предшествующий образованию трещин), которую следует выбирать по возможности в минимально необходимых размерах. Аналогичный приближенный подсчет можно было бы сделать и для изгибаемой балки.
Такое соотношение количества материалов бетона и стали наглядно показано на графике рис. 2.5,а кривой; здесь нагрузка, приходящаяся на бетон, составляет небольшую часть общей нагрузки.
Для второй группы конструкций усилие, воспринимаемое бетоном, может быть значительным, иногда даже больше величины нагрузки, воспринимаемой арматурой. Это наглядно видно на графике; здесь, на кривой деформации участие бетона в восприятии нагрузки больше усилия, воспринимаемого арматурой, что вполне естественно, скажем, в случае устройства перекрытий жилых зданий, в которых большая площадь потолка при сравнительно небольших нагрузках дает большую относительную площадь растянутого бетона.
В данном случае количество арматуры в растянутой зоне будет относительно малым и, следовательно, р незначительным.
По соотношению материалов в растянутой золе предварительно напряженные конструкции можно разделить на:
VIII. конструкции, в которых размеры растянутой зоны назначают из расчетных соображений, по условиям предельно допустимого обжатия бетона этой зоны при предварительном напряжении;
IX. конструкции, в которых размеры растянутой зоны продиктованы строительными особенностями сооружения или здания.
Первая группа конструкций охватывает область железобетона большой части инженерных сооружений, сборных элементов промышленных и других аналогичных зданий. Для любой группы размеры растянутой зоны выбирают в строгом соответствии (по расчету) с количеством предварительно напряженной арматуры в конструкции, допуская высокие напряжения обжатия этой зоны до NH.6 = 0,7NP в период передачи на нее усилия предварительного натяжения. В связи с этим суммарное усилие, которое может воспринять бетон растянутой зоны в момент, предшествующий образованию трещин, будет во много раз меньше действующего усилия в арматуре в момент возникновения трещин, поскольку прочность бетона на растяжение в 10—12 раз ниже его прочности на сжатие. Поэтому изгибающий момент, воспринимаемый бетоном растянутой зоны, будет составлять в среднем 10— 15% момента внешних сил, воспринимаемого конструкцией. Остальные 85—90% момента в предельном состоянии появления трещины воспринимает арматура. Это может быть легко пояснено следующим примером расчета растянутой зоны фермы. Зона растяжения бетона фермы может воспринять усилие обжатия в момент отпуска предварительно напряженной арматуры.
При анализе роли бетона и арматуры в зоне растяжения предварительно напряженной железобетонной конструкции и их участия в восприятии нагрузки было показано, что изменение, т. е. количества арматуры (или, что то же самое, площади поперечного сечения бетона) в конструкции, создает условия, при которых каждый материал по-разному участвует в восприятии нагрузки. Одновременно было показано, что бетон в этой зоне необходим преимущественно для сохранения в арматуре высокого значения предварительного напряжения. Известно, что бетон растянутой зоны конструкции перестает воспринимать нагрузку задолго до разрушения мгновенно (в предварительно напряженных конструкциях вообще) либо выбывает постепенно (в сборно-монолитных конструкциях); поэтому в зоне растяжения конструкции экономически выгодно располагать минимально необходимое количество бетона.
Однако в практике строительства бывают случаи, когда из конструктивных соображений в зоне растяжения конструкции необходимо помещать значительно большее количество бетона, чем это требуется по расчету. Такое размещение бетона характерно для плитных конструкций перекрытий, когда по ряду соображений требуется гладкая плоскость потолка. Случаи развитой растянутой зоны конструкции встречаются нередко и в гидротехнических сооружениях.