Бамбукобетон. бамбук как арматура.

Бамбук —быстрорастущее растение, имеющее прямолинейный стебель. Обладает следующими преимуществами перед древесиной (ель, пихта, сосна), используемой в качестве арматуры:

высокой сопротивляемостью растяжению (/.о 100...120 МПа), которая почти в 3 раза превосходит таковую для сосны и ели;
наличием наростов и диафрагм, увеличивающих сцепление (природные анкера) арматуры с бетоном;
деформируемостью в горячем состоянии, позволяющей изгибать концы бамбуковых стержней крюком радиусом до 2.3 см и создавать дополнительные анкера;
большим процентом выхода арматуры по сравнению с деревянной и меньшей трудоемкостью подготовки по сравнению с
сосновой;

химической стойкостью, предохраняющей бамбук от легкого загнивания.

Для изготовления арматуры использовались стволы бамбуковой древесины «Моссо» трехлетнего возраста. Арматура применялась в расщепленном виде.

В опытах передача растягивающих усилии на арматуру достигалась устройством крюков на ее опорных концах (рис. 11.5). Обеспечению совместной работы арматуры с бетоном в значительной степени способствовали также выступы, представляющие собой часть имеющихся в бамбуковом стволе естественных диафрагм.

Бамбук легко поддается выгибанию при нагревании или про-париванни. В этих опытах для устройства крюков нагревание бамбука производилось с помощью горелок. Предварительно, до использования бамбука, изучались вопросы трещинообразования
бамбукобетона, а также сцепления между бамбуком и бетоном. Опытами установлено, что при применении бамбуковой арматуры в воздушно-сухом состоянии происходит разбухание бамбука, в результате чего на поверхности бетона появляются трещины. Поэтому при введении бамбука в бетонные конструкции для обеспечения трещиноустойчивости бетона необходимо использовать предельно насыщенную водой арматуру при толщине защитного слоя не менее 2 см.

Для исследования прочности сцепления бамбука с бетоном были изготовлены образцы размером 15X1-5X15 см и 15Х15Х ХЗО см из бетона нормальной консистенции со средней кубико-вой прочностью /?2в=6 МПа. По центру образца в бетон заделывались расщепленные бамбуковые стержни длиной 50 см как в воздушно-сухом, так и в предельно насыщенном состоянии. Применялась арматура с поверхностями гладкой, строганой, шероховатой (с наличием естественных диафрагм), обмазанной битумом. В некоторых образцах использовались стержни с крюками на концах. Через 24 ч образцы освобождались из форм, хранились 7 дней во влажной среде и 21 день в лаборатории при средней температуре в помещении 15... 17 "С.

В 28-дневном возрасте образцы испытывалнсь на 50-тонном прессе, специально приспособленном для этой цели. Результаты испытаний приведены в табл. 11.4.

При испытании применялся обычный бетон состава 1 :3, 25:6. Влажность бамбуковой арматуры составляла 33...40%. При наличии на концах бамбуковой арматуры крюков прочность ее заделки в бетоне была настолько значительной, что позволила полностью использовать временное сопротивление бамбука растяжению, при достижении которого арматура разрывалась. Опытами установлено, что временное сопротивление на растяжение бамбука в предельно насыщенном состоянии равно 120 МПа, модуль упругости Е= 12000 МПа.

Испытание и осмотр бамбукобстонных балок сечением 170Х 230 мм показал, что сцепление крюков с бетоном нигде не нарушено и естественные диафрагмы сидят в бетоне плотно.

Проведенные исследования позволили опровергнуть утверждения некоторых зарубежных специалистов о том, что при устройстве бамбуковых крюков сцепление их с бетоном не обеспечивается и пол воздействием растягивающих усилий крюки выскальзывают из бетона. Появилась возможность сделать следующие выводы:

1. Воздушно-сухая арматура в бамбукобетоне разбухает,
причем разбухание протекает настолько интенсивно, что даже
при устройстве защитного слоя достаточной толщины бетон разрывается.

Опытами установлено, что при применении предельно насыщенной арматуры трещиноустойчивость бетона полностью обеспечивается.

2. Для совместной работы арматуры и бетона опорные концы стержней должны быть снабжены крюками. Сцеплению арматуры с бетоном в значительной степени способствуют также выступы на стержнях, представляющие собой части имеющихся в бамбуке естественных диафрагм.

3. Испытанием балок на изгиб установлено, что бамбукобетон дает лучшие результаты при применении легкого бетона, чем обычного. Так, например, появление первой трещины в обычном бетоне М90 наблюдалось при напряжении в арматуре 11,8 МПа, в легком бетоне М70 первые трещины появились значительно позже, при напряжении в арматуре 21,4..26,2 МПа.

Имеется освещенный Т Г. Ковальским зарубежный опыт армирования бамбуком конструкций пролетом от 3 до 6 м, рассчитанных на сравнительно небольшие нагрузки. При этом использовался бетон с прочностью на сжатие до 20 МПа.

Малые значения модуля упругости и сцепления с бетоном, ограниченный диапазон применения стержней (нужного диаметра и длины), а также существенные различии по содержанию влаги — все это проблемы, сдерживающие применение бамбука в качестве арматуры.

Поглощение влаги необработанными или неправильно обработанными стеблями бамбука являлось в прошлом главной причиной их повреждения. Следует заметить, что для обеспечения его долговечности необходима соответствующая обработка поверхности стеблей. Существуют проблемы практического характера, связанные с физическими размерами стержней из бамбука, что имеет важное значение при строительстве из бетона. Очевидно из-за сбсжистости бамбука вверху и внизу определенные стержни бамбуковой арматуры могут оказаться либо недостаточно зрелыми (с малым диаметром), либо слишком большими по отношению к полезной высоте сечения элемента.

Учитывая сказанное, можно предположить следующее. Стержни из бамбука целесообразно применять лишь в качестве распределительной арматуры. Вся рабочая арматура должна состоять из полустержней бамбука, и утолщение их надо обращать срезом вверх для увеличения сцепления с бетоном. Поэтому рационально выбирать сорта бамбука с наибольшим ко­личеством утолщений. Во избежание избыточного содержания влаги все стебли следует срезать на высоте около 50 мм от уровня земли. Затем их надо складывать в вертикальном положении для просушивания и выдерживать до тех пор, пока в них не останется 20% влаги, прежде чем приступить к обработке поверхности. Каждый высушенный и разрезанный вдоль стебель с целью придании ему влагонепроннцаемости и обеспечения сцепления должен быть обработан путем погружения обоих концов (на 250 мм) в вяжущий раствор. Затем оба конца уогут быть слегка посыпаны крупнозернистым песком (избыточный материал удаляют). Считается, что полиэфирные смолы, применяемые для этих целей, гораздо дешевле, чем эпоксидные, при том же эффекте. В целях снижения затрат в оба клеящих раствора можно добавлять мелкий песок или кремнеземистый тонкомолотый порошок, тем самым увеличивая объем клеящего состава. После выполнения описанного выше процесса обработки оставшаяся часть разрезанного вдоль стебля бамбука (кроме концов, которые должны выступать из погружной ванны) должна быть погружена в соответствующий дешевый гидрофобный раствор. Для этой цели применяют смесь льняного масла со скипидаром в пропорции 1 : 1 или смесь битума с керосином. Возможно ис­пользование и других составов; при применении веществ, препятствующих сцеплению, их избытки должны быть тщательно удалены. Для подготовки распределительной арматуры целые бамбуковые стебли погружают в герметик без обработки концов.

Фактические напряжения бамбуковой арматуры могут быть точно определены лишь на основе большого опыта, подкрепленного испытаниями.

Разрезанные пополам стебли, привязанные проволокой к целым стеблям, сами по себе образуют сравнительно жесткую конструкцию. Такая решетка, имеющая опоры примерно через каж­дые 300 мм, способна выдерживать значительные нагрузки. Бетон следует тщательно укладывать с механической вибрацией, используя для этого небольшие вибраторы малой мощности. Применение растрескавшейся или имеющей вмятины бамбуковой арматуры не допускается.

Применение бамбука для армирования бетона пока еще не способно решить проблему нехватки материалов. Однако хорошо отлаженная технология, подкрепленная научными исследова­ниями и усовершенствованиями в данной области, несомненно, будет способствовать широкому использованию указанного материала, особенно во многих тропических районах Азии.

Преимущества применения арматуры из бамбука очевидны, их много и ©ни отличаются разнообразием. Это становится особенно понятным, если учесть тот факт, что в тропических райо­нах большинство сортов бамбука обладает быстрым ростом и отличается прямизной стеблей при наличии достаточного количества влаги и удобрений. Посадки бамбука к тому же замед­ляют эрозию почвы, сдерживают порывы ветра, дают тень и могут служить своего рода ограждением. Производство бамбуковой арматуры не требует особых технологических затрат, по­скольку технология большинства операций проста.

Применение бамбука в качестве арматуры отвечает стремлению к разработке строительной технологии, основанной на использовании местных строительных материалов. Даже частичная замена стальной арматуры бамбуком может дать существенную экономию финансовых затрат и в то же время обеспечить занятость сельского населения. Следует отметить и то. что в большинстве районов Азии (особенно в тропической части) бамбук есть и будет впредь традиционным ценным местным (сельским) строительным материалом, поэтому следует лучше познакомиться с особенностями его применении.