2.5. Слоистые композиционные конструкции
В том случае, когда на поверхность железобетонной конструкции наносят полимербетонное покрытие, по толщине сопоставляемое с размерами сечения ЖБ конструкции, то такие элементы называют слоистыми композиционными конструкциями. Слои могут наноситься на нижние и боковые грани бетона и железобетона по схеме, показанной на рис. 2.8.
Рис.2.8. Схемы поперечных сечений СКИК при нанесении полимербетона на грани
железобетонных балок: а) нижней; б) двух боковых; в) нижней и двух боковых;
г) по всем граням
Для схемы, предоставленной на рис. 2.8, а, прочность нормального сечения СКИК проверяется:
(2.2)
(2.3)
где M - разрушающий момент композиционной балки; Rs,n – нормативное сопротивление арматуры; Аs – поперечное сечение арматуры СКИК; ho– полезная высота железобетонного сечения; X – сжатая зона бетона;𝛾pb–коэффициент условий работы полимербетона растянутой зоны СКИК, учитывавший усадочные напряжения, появления трещин в полимербетоне до разрушения и т.д. (в нашем случае он равен 0,65); Rbt.n, Rb. п – соответственно нормативные сопротивления полимера на растяжение в бетона на сжатие; As, Ap – площади поперечных сечений арматуры и полимера.
Трещиностойкость нормального сечения этого СКИК имеет выражение:
(2.4.)
где Mсrc– момент, при котором образуется трещина; bp, 𝛿p, Ep – напряжение в полимере, толщина полимера, модуль деформаций полимера; Rbt.n, Rbt– соответственно нормативное и расчетное сопротивление бетона растяжению;
h – высота СКИК; 𝛾– удельная поверхностная энергия бетона; Wсrс– момент сопротивления приведенного сечения, определяемый с учетом неупругих деформаций бетона и полимербетона.
Как показал опыт эксплуатации подобных СКИК, прочность их по сравнению с базовыми железобетонными возрастает на 100...200 %, трещиностойкость увеличивается и того более, до 300...400 %,. а в некоторых случаях и до 600...700 %.
Повышение трещиностойкости железобетонных конструкций при применении полимерных (полимербетонных) покрытий объясняется:
1) предварительным напряжением поверхностных слоев бетона, вызванных усадкой полимера;
2) уменьшением пиковых напряжений в слабых местах бетона при помощи полимера;
3) физико-химическим взаимодействием на контакте бетона с полимером;
4) выравниванием деформаций бетона и включением в работу покрытия на перегруженных участках.
В ряде случаев используют высокие адгезионные способности полимерных композиций, в том числе и полимербетонов, для восстановления железобетонных конструкций, пришедших в негодность, а также для укрепления дефектного бетона. По сути дела это не что иное, как усиление железобетона при помощи полимерных покрытий или иными словами, создание новой конструкции композиционного типа. Эффект в этом случае трудно переоценить, ибо воссоздание «трудоспособной» и подчас даже более «грузоподъемной» конструкции из уже «отработанной» часто оказывается единственно возможным и применимым.
Набольший опыт и эффект в этом отношении достигнут при использовании в качестве слоев для железобетона различных составов эпоксидных полимербетонов.
В некоторых случаях, как показал опыт эксплуатации, полимербетонные покрытия при соприкосновении с особо агрессивными средами (сильные окислители органического и неорганического происхождения) недопустимо корродируют. И в этом случае требуется применение новых приемов, увеличивающих химическую стойкость полимербетонов. С этой целью используют специальные добавки при изготовлении полимербетона.
Специальные добавки подразделяются на:
– взаимодействующие с агрессивными средами с получением нерастворимых соединений;
– ослабляющие воздействие химической среды благодаря своей активности;
– нейтрализующие действие агрессивной среды из-за электрохимических процессов, возникающих между разными металлами(«жертвенные» добавки)
– вещества, которые в процессе химического взаимодействия способны обменивать свои ионы на ионы агрессивных сред.