Експериментальне дослідження міцності на згин деревозалізобетонної панелі перекриття

Abstract

UK: Постановка проблеми. Сучасний розвиток будівельної галузі характеризується активним пошуком конструктивних рішень, що поєднують високі експлуатаційні показники з підвищеною екологічною ефективністю. Одним із перспективних напрямів є використання перехресно-клеєної деревини (ПКД) у складі композитних систем перекриття. Такі конструкції забезпечують зменшення маси будівель, зниження вуглецевого сліду та ефективне використання відновлюваних ресурсів. Водночас для підвищення жорсткості та несучої здатності дерев’яні елементи доцільно поєднувати з бетонним шаром, формуючи деревобетонні композитні конструкції. Додатковим напрямом підвищення екологічності таких систем є застосування рециклінгових матеріалів у складі бетону, зокрема крупних заповнювачів, отриманих шляхом переробки будівельних відходів. Попри потенціал цього підходу, експериментальні дані щодо роботи композитних конструкцій з перехресно-клеєної деревини та бетону на рециклінговому заповнювачі залишаються обмеженими, що обумовлює необхідність проведення відповідних досліджень. Мета статті. Метою роботи є експериментальне дослідження несучої здатності деревозалізобетонної композитної панелі перекриття на основі плити з перехресно-клеєної деревини та бетонного шару з використанням крупного заповнювача рециклінгового походження при роботі на згин. Методика. Для досягнення поставленої мети було розроблено дослідний зразок композитної панелі перекриття, що складається з плити з перехресно-клеєної деревини товщиною 90 мм та монолітного бетонного шару товщиною 50 мм на рециклінговому крупному заповнювачі. Спільна робота шарів забезпечувалася системою Г-подібних анкерних елементів, встановлених у масив деревини. Перед виготовленням композитної конструкції проведено експериментальне визначення фізико-механічних характеристик рециклінгового бетону шляхом випробування стандартних кубів і призм на стиск та визначення модуля пружності. Після набору міцності бетонного шару виконано випробування композитної панелі на згин за стандартною методикою. У процесі випробувань фіксувалися значення навантаження, прогинів та характер руйнування конструкції. Висновки. За результатами експериментальних досліджень встановлено, що рециклінговий бетон, використаний у складі композитної панелі, відповідає класу міцності С32/40. Руйнівне навантаження дослідженої деревозалізобетонної панелі перекриття становило 52 кН, що перевищує відповідний показник аналогічної плити з перехресно-клеєної деревини без бетонного шару приблизно на 15 %. Отримані результати підтверджують ефективність використання композитної системи на основі перехресно-клеєної деревини та бетону з рециклінговим заповнювачем для підвищення несучої здатності перекриття. Проведені дослідження створюють передумови для подальшого чисельного моделювання напружено-деформованого стану таких конструкцій і розширення практики використання екологічно орієнтованих композитних систем у сучасному будівництві.

EN: Problem statement. The modern development of the construction industry is characterized by an active search for structural solutions that combine high performance with improved environmental efficiency. One of the promising directions is the use of cross-laminated timber (CLT) in composite floor systems. Such structures ensure a reduction in the weight of buildings, a decrease in the carbon footprint, and efficient use of renewable resources. At the same time, in order to increase stiffness and load-bearing capacity, timber elements are advisable to combine with a concrete layer, forming timber–concrete composite structures. An additional approach to improving the environmental performance of such systems is the use of recycled materials in concrete mixtures, particularly coarse aggregates obtained from the processing of construction waste. Despite the potential of this approach, experimental data on the performance of composite structures made of cross-laminated timber and concrete with recycled aggregates remain limited, which necessitates further research. Purpose of the article. The aim of this study is the experimental investigation of the load-bearing capacity of a timber–reinforced concrete composite floor panel based on a cross-laminated timber slab and a concrete layer with recycled coarse aggregate under bending. Methodology. To achieve the stated objective, an experimental specimen of a composite floor panel was developed, consisting of a 90 mm thick cross-laminated timber slab and a 50 mm thick monolithic concrete layer made with recycled coarse aggregate. Composite action between the layers was ensured by a system of L-shaped anchor elements installed in the timber body. Prior to manufacturing the composite structure, the physical and mechanical properties of the recycled concrete were experimentally determined by testing standard cubes and prisms in compression and by evaluating the modulus of elasticity. After the concrete layer had reached the required strength, the composite panel was tested in bending according to a standard testing procedure. During the tests, the applied loads, deflections, and the failure pattern of the structure were recorded. Conclusions. The results of the experimental study showed that the recycled concrete used in the composite panel corresponds to strength class C32/40. The ultimate load of the investigated timber–reinforced concrete floor panel reached 52 kN, which exceeds the corresponding value of a similar cross-laminated timber slab without a concrete layer by approximately 15 %. The obtained results confirm the effectiveness of using a composite system based on cross-laminated timber and concrete with recycled aggregate to increase the load-bearing capacity of floor structures. The conducted research creates a basis for further numerical modeling of the stress–strain state of such structures and for expanding the practical application of environmentally oriented composite systems in modern construction.