Приложение А. Альбом технических решений по применению конструкционных композитных анкеров для устройства поперечных и продольных деформационных швов вместо стальных анкерных стержней в покрытиях жесткого типа

Приложение А

Альбом технических решений по применению конструкционных композитных анкеров для устройства поперечных и продольных деформационных швов вместо стальных анкерных стержней в покрытиях жесткого типа

Основные положения

В силу определенных причин жесткие дорожные покрытия разрезают в поперечном и продольном направлениях швами на отдельные плиты. Совместная работа смежных плит обеспечивается с помощью стыковых соединений. Наибольшее распространение получили швы с использованием металлических анкерных стержней.

С целью исключения возможности образования ступенек между плитами (клавишного эффекта) и для передачи части нагрузки с одной плиты на другую, края плит вдоль швов объединяются металлическими анкерными стержнями. При этом известно [14-15], что металлические стержни в жестких дорожных одеждах в процессе эксплуатации корродируют. Деградация металлических анкеров происходит особенно быстро при применении противогололедных средств, в связи с чем, долговечность таких покрытий уменьшается.

Применение композитных анкеров в дорожных покрытиях жесткого типа позволит повысить их долговечность и надежность, обеспечить заданную пропускную способность и безопасность движения.

1.1 Обоснование применения композитных анкеров вместо стальных.

В композитной арматуре применяемой для изготовления анкеров ровинг воспринимает основные напряжения, возникающие в бетонных слоях, и обеспечивает жесткость и прочность. Роль термореактивного связующего заключается в объединении ровинга в непрерывные армирующие элементы и обеспечении им эффективной совместной работы.

Композитные анкеры отличаются долговечностью, атмосферной и коррозийной стойкостью, малым весом, снижением транспортных расходов и простотой монтажа.

Основными свойствами композитных материалов являются:

- высокая удельная прочность;

- высокая жёсткость (модуль упругости);

- высокая износостойкость;

- высокая усталостная прочность;

- не подвержены коррозии;

- хорошие диэлектрические свойства;

- устойчивость к низким температурам;

- экологическая безопасность.

Анкеры из композитной арматуры обладают хорошей химической стойкостью. Испытания показали:

- в 10% растворе гидрооксида натрия устойчивость к воздействию химического раствора - хорошая;

- в 10% растворе серной кислоты устойчивость - хорошая;

- в морской воде стойкость к воздействию химического раствора - хорошая.

Композитные анкеры [16-18] по сравнению с металлическими аналогами:

- прочнее стальных в 1,5-2 раза;

- легче стальных в 3,5-4 раза;

- имеют высокий модуль упругости при небольшом коэффициенте относительного удлинения;

- не теряют свои прочностные свойства под воздействием низких температур и агрессивных веществ;

- коэффициент теплового расширения анкеров из гладкой композитной арматуры соответствует расширению бетона, что исключает порывы армирования и трещинообразование в бетоне под воздействием температурных циклов.

В результате проведенных испытаний установлено, что снижение прочностных характеристик образцов композитных гладких арматурных стержней после воздействия на них циклических замораживания и оттаивания составил 1,5%, что соответствовало требованиям установленным по ГОСТ Р 55032 и показало, что представленные образцы арматурных стержней, рекомендуемые для изготовления анкеров обладают высокой морозостойкостью.

1.2 Характеристики композитных анкеров.

Анкеры из композитной гладкой арматуры для обустройства швов в жестких дорожных одеждах по показателям физико - механических и физико-химических свойств должны соответствовать требованиям ГОСТ 31938, ГОСТ 32487, ГОСТ 32492.

По результатам испытаний прочности композитных стержней на срез установлено, что среднее значение предельных касательных напряжений () находятся в диапазоне от 188,0 до 203,9 .

В целом, величины предельных касательных напряжений среза () составляют 0,23 - 0,31 от временного сопротивления ().

Величина предельных касательных напряжений стеклокомпозитной гладкой арматуры не зависит от диаметра стержня и составляет 190 МПа, что соответствует 0,29 - 0,34 от временного сопротивления разрушению арматуры.

Величина предельных касательных напряжений базальтокомпозитной арматуры не зависит от диаметра и составляет 190 - 200 МПа, что соответствует 0,22 - 0,28 от временного сопротивления разрушению арматуры.

При прочих равных условиях величина предельных касательных напряжений при срезе и относительных деформаций сдвига стеклопластиковой и базальтопластиковой арматур имеют близкие значения, а характер их деформации подчиняется общим закономерностям.

1.3 Технология применения композитных анкеров для обустройства поперечных и продольных деформационных швов.

Анкерные стержни в продольных и поперечных швах согласно [1] располагают в соответствии с рис. А.1.

Выбор диаметров композитных анкерных стержней, равнопрочных стальным осуществляется по Таблице 2.

Конструкции швов расширения и сжатия приведены на рис. А.2 - А.4. Конструкция контрольных швов аналогична швам сжатия. Положение анкерных стержней в шве расширения обеспечивается за счет металлического каркаса и прокладки (рис. А.2), а в шве сжатия только за счет металлического каркаса (рис. А.4 - А.5). Длина зоны обмазывания анкерных стержней расплавом битума в поперечных швах составляет 2/3 длины анкерных стержней, толщина обмазки не должна превышать 0,3 мм.

Рисунок А.1 - Схема расположения композитных анкерных стержней в швах в плане, [1]:

1 - шов стыка в плане на основании из грунта, укрепленного вяжущим; 2 - шов расширения; 3 - анкерные стержни; 4 - шов стыка в плане на основании из материалов, не обработанных вяжущими (песок, щебень, шлак, гравийно-песчаная смесь). Размеры показаны в см.

Рисунок А.2 - Схема сечения шва расширения, [1, 2]:

1 - анкерные композитные стержни; 2 - каркас-корзинка из арматуры диаметром не менее 4 мм; 3 - прокладка (сосна, ель и пр.); 4 - паз, заполненный мастикой; 5 - битумная обмазка; 6 - полимерный колпачок; 7 - зазор.

Рисунок А.3 - Схема шва сжатия, обустроенного по технологии погружения на глубину h/2

Рисунок А.4 - Схема сечения закладного элемента шва сжатия, обустроенного по технологии расстановки закладных элементов

Рисунок А.5 - Общий вид закладного элемента шва сжатия, обустроенного по технологии расстановки закладных элементов

1.4 Обустройство поперечных деформационных швов сжатия [1, 2].

Обустройство поперечных швов сжатия заключается в предварительной расстановке закладных элементов в местах будущих швов с последующей нарезкой паза в свежеуложенном или затвердевшем бетоне. Закладные элементы закрепляют с каждой стороны путем забивки металлических анкерных стержней в слой основы для обеспечения вертикального их расположения и прямолинейности в плане при укладке бетонной смеси (рис. А.6).

Рисунок А.6 - Расположение металлических анкерных стержней для закрепления закладных элементов шва сжатия

Закладной элемент поперечного шва сжатия устанавливают не на всю ширину бетонирования, а на (100 - 140) мм короче ширины покрытия, поскольку необходимо обеспечить свободный проход бетоноукладчика со скользящей опалубкой.

Изготовление паза над закладными элементами шва сжатия в затвердевшем бетоне выполняется нарезчиком с алмазным диском, при достижении бетоном прочности при сжатии не менее (8 - 10) МПа.

Нарезка паза над закладными элементами контрольного поперечного шва сжатия выполняют в два этапа. На первом этапе нарезают на всю ширину покрытия паз шириной 4 мм на ранней стадии твердения бетона при достижении им прочности (5 - 7) МПа. Уменьшение количества сколов, образующихся при нарезке шва на ранней стадии твердения бетона достигается повышением скорости вращения алмазного диска.

На втором этапе при достижении бетоном прочности (8 - 12) МПа тонкий паз шириной 4 мм расширяют на глубину (20 - 30) мм нарезчиком с алмазным диском толщиной 10 мм. Глубина паза швов сжатия должна быть не менее 0, 25h.

1.5 Устройство поперечных деформационных швов расширения [1, 2].

Устройство поперечных швов расширения заключается, как и в случае швов сжатия, в предварительной расстановке закладных элементов в местах будущих швов с последующей нарезкой паза в свежеуложенном или затвердевшем бетоне. Закладные элементы закрепляют с каждой стороны путем забивки металлических анкерных стержней в слой основы для обеспечения вертикального их положения и прямолинейности в плане при укладке бетонной смеси.

Температурные колпачки, которые одевают на анкерные стержни швов расширения, должны обеспечивать свободное передвижение анкерных стержней в бетоне не менее чем на 20 мм. Ширина паза над поперечным швом расширения принимается равной (33 - 35) мм, глубина до верха доски (40 - 60) мм.

Закладочный элемент поперечного шва расширения устанавливают на (100 - 140) мм короче ширины покрытия, поскольку необходимо обеспечить свободный проход бетоноукладчика со скользящей опалубкой. После прохода бетоноукладчика бетонную смесь на торцах закладных прокладок удаляют и устанавливают продолжение закладных прокладок аналогичной толщины и высоты до боковых граней слоя покрытия.

Нарезку паза над закладными элементами поперечного шва расширения выполняют двумя основными способами.

По первому способу паз нарезают в затвердевшем бетоне. Для этого верх закладной прокладки заостряют на конус. После бетонирования и набора прочности бетоном над верхней частью закладного элемента на поверхности покрытия образуется трещина, которая служит ориентиром для нарезания паза. После этого нарезчиком с алмазным диском выполняют нарезку паза шириной, равной ширине закладного элемента.

По второму способу паз устраивают в свежеуложенном бетоне. Обустройство паза заключается в разборке бетонной смеси после прохода бетоноукладчика над закладною прокладкой, на которую нашивают деревянную рейку или резиновый шаблон в уровень с поверхностью покрытия. В зоне шва отделку поверхности бетона выполняют вручную. Через (3 - 5) часов шаблон осторожно снимают и используют на других швах.

1.6 Обустройство продольных швов [1, 2].

Продольный шов представляет собой непрерывную линию, которая расположена посередине покрытия. В зависимости от ширины бетонирования продольный шов может иметь конструкцию шпунтового типа или типа ложного шва сжатия.

Шпунтовый тип продольного шва обустраивается при бетонировании смежных полос. Технология заключается во вдавливании арматурных анкерных стержней в боковую грань слоя покрытия с помощью специального механизма, монтируемого на бетоноукладчике со скользящей опалубкой. Анкерные стержни в продольных швах устанавливают без битумной обмазки.

Обустройство продольного шва типа ложного шва сжатия выполняют в случае бетонирования слоя покрытия шириной, которая достаточна для двух или более полос движения. Перед бетонированием выполняют расстановку закладных элементов продольного шва или бетонирование осуществляют по технологии погружения анкерных стержней на необходимую глубину с помощью специального дополнительного оборудования, которое монтируется на бетоноукладчике.

После выполнения всех технологических операций по укладке и уходу за бетоном выполняют нарезку паза продольного шва глубиной 1/3h и шириной (3 - 5) мм по технологии, аналогичной технологии нарезки шва сжатия. Паз нарезают вдоль трещины, образовавшейся между смежными полосами бетонирования, или между полосами движения в случае обустройства покрытия на две и более полосы.

После нарезки пазов выполняют их очистку и герметизацию. Герметизацию пазов деформационных швов необходимо выполнять в сухую погоду при температуре воздуха не ниже 5°С с использованием холодных или горячих герметиков или мастик, которые предотвращают проникновение влаги в паз.

1.7 Расчетные параметры стержней анкерных композитных.

Расчет элементов по несущей способности нормальных сечений при действии изгибающих моментов и продольных сил

Расчеты элементов бетонных конструкций с неметаллической композитной арматурой должны выполняться в соответствии с СНиП 52-01, [20]. При конструировании можно руководствоваться положениями [18].

В типовых проектных решениях сборных бетонных конструкций массового или повторного применения допускается замена стальной арматуры на неметаллическую при условии соблюдения требований [17] и проведения необходимых расчетов.

Для расчетов конструкций с неметаллической арматурой следует использовать характеристики, приведенные в ГОСТ 31938, ГОСТ 32487 и ГОСТ 32492.

При проведении расчетов бетонных конструкций с неметаллической арматурой прочностные показатели, приведенные в ГОСТ 31938, ГОСТ 32487, ГОСТ 32492, должны применяться при работе арматуры в интервале температур от -50°С до +60°С.

Величину прогибов до момента образования трещин (в упругой стадии) следует рассчитывать по формулам СНиП 52-01.

Величину прогибов после образования трещин следует рассчитывать по формулам СНиП 52-01, с увеличением рассчитанных величин прогибов "f" в 1,25 раза.

Несущую способность армированных бетонных элементов при действии изгибающих моментов и продольных сил следует, как правило, определять по деформационной методике. При этом усилия и деформации в сечении, нормальном к продольной оси элемента, определяют в соответствии с СНиП 2.03.01.

При расположении неметаллической композитной арматуры в сжатой зоне бетона расчетное сопротивление такой арматуры на сжатие следует принимать в соответствии с формулой (А.1):

(А.1)

В элементах с неметаллической композитной арматурой в растянутой зоне и стальной арматурой в сжатой зоне бетона расчетное сопротивление арматуры на сжатие следует принимать в соответствии с ГОСТ 26633.

При выполнении расчета разрешается использовать упрощенные зависимости напряжения - деформации для бетона и равномерный характер распределения нормальных сжимающих напряжений в сжатой зоне в соответствии с СНиП 52-01 соответственно.

Для слабоармированных элементов, в которых несущая способность оказывается меньше усилия образованию трещин, площадь сечения продольной неметаллической композитной арматуры должна быть увеличена по сравнению с той, что требуется из расчета по прочности не менее чем на 15 % или соответствовать усилию за образованием трещин.

Расчет элементов по несущей способности при продавливании.

Расчет элементов с продольной неметаллической арматурой при продавливании следует выполнить в соответствии с ГОСТ 26633 (раздел 3).

1.8 Транспортировка и хранение композитных анкеров.

Анкеры транспортируют всеми видами транспорта в соответствии с правилами перевозки грузов, действующими на транспорте данного вида и техническими условиями погрузку и крепление грузов.

Загрузки и выгрузки должны выполняться ручным или механизированным способами с соблюдением правил ГОСТ 12.3.009.

При погрузке, транспортировке и разгрузке должны выполняться мероприятия, обеспечивающие их сохранность от повреждения. Способы выполнения погрузочно-разгрузочных работ должны соответствовать правилам безопасности в строительстве.

Композитные анкеры течение 30 суток должны сохранять свои механические и иные характеристики при хранении на открытой строительной площадке (при соблюдении условий, исключающих механические воздействия).

Композитные анкеры должны хранится в крытом помещении, исключающем воздействие прямых солнечных лучей при температуре от минус 40°С до плюс 60°С. Пакеты с следует хранить раздельно по маркам в штабелях высотой не более 2 м.

Предприятие-изготовитель гарантирует соответствие анкеров требованиям технических условий при соблюдении потребителем правил транспортировки, хранения и применения, установленных техническими условиями, рекомендациями, регламентами.

Гарантийный срок хранения композитных анкеров 12 месяцев с даты изготовления.

По истечении гарантийного срока хранения анкеры могут быть использованы после предварительной проверки их свойств на соответствие требованиям технических условий изготовителя.