Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях


Влияние напряжений сжатия на морозостойкость бетона

Инж. Л. Л. ГОНЧАРОВ, канд. техн. наук В. С. ГЛАДКОВ

В практике морского гидротехнического строительства нее более широкое применение находят бетон п железобетон По условиям службы в сооружении значительная часть конструкций, пересекающих зону переменного уровня воды, находится под действием сжимающих напряжений н подвергается многократному замораживанию и оттаиванию. Долговечность бетона в этих условиях до настоящего времени практически не изучалась.

В то же время в ряде исследований установлено влияние напряженного состояния на морозостойкость бетона [I—4].

Для падежного обеспечении долговечности конструкций морских гидротехнических сооружений необходимо исслсдоватъ влияние напряжений сжатия на морозостойкость бетона При оттаивании в морской воде. С этой целью в ЦНППС под руководством канд. техн. наук Ф. М. Иванова проводится исследование, результаты которого частично излагаются ниже.

Для опытов использовали бетоны двух составов (табл. 1), одинаковых по удобоукладываемости смеси и по прочности, по отличающихся но морозостойкости, благодаря применению в одном из них добавок СНВ н ССБ.


Для приготовления бетонных образцов 10Х10X40 и 1Г)Х 15X90 см использовался портландцемент Белгородского завода с активностью 540 кг/см2, щебень гранитный крупностью 5-т-Ю и 10—20 мм, песок кварцевый с модулем крупности 2,88. Расход материалов на I м бетона в кг: цемент— 360, песок — 620. щебень — 1250 Воздухововлечеиие в бетоне с добавками составило 2,4—2,6%, в бетоне без добавок— 0,6%.

Нагружение бетонов в призмах 15x15x90 см осуществилось путем передачи напряжений от предварительно напряженной арматуры на бетон в возрасте 3 суток, когда он имел более 70% проектной прочности Напряжения передавались ступенями. При этом на каждой ступени измеряли продольные и поперечные деформации призм, а также скорость ультра звука поперек образца. По изменению скорости ультразвука и коэффициента поперечной деформации определялись границы трещинообразования [6]

Б табл. I приведены данные о границе трещинообразования А° в бетоне в момент передачи напряжений на бетой в долях от его призменной прочности. За время хранения до начала испытаний на морозостойкость относительный уровень напряжений в призмах понизился за счет увеличения призменной прочности бетона и за счет ползучести

Деформации ползучести измерялись в период хранения с помощью съемных деформометров и по ним были подсчита- таны потери напряжений, которые к началу испытаний составляли 0,1—0,15 R Пр.

Бетонные призмы 10x10x40 были установлены непосредственно перед испытаниями в пружинные нагружающие устройства и нагружены до заданных степеней сжатия (см. табл. 1)

Б процессе испытаний иа морозостойкость в образцах измерялись продольные остаточные деформации, скорость ультразвука перпендикулярно продольной осп образцов в динамический МОДУЛЬ упругости.

При испытаниях образцов 10X10X40 см из бетона без добавок наибольшую морозостойкость (140 циклов) показали призмы с С = 0,3 Апр Быстрее всех (после 20 циклов) разрушились образцы с максимальной степенью нагрузки — сг=0,6 Аир- Призмы ссг = 0.5 Аир и ненагруженные выдержали соответственно 95 и 75 циклов Скорость разрушения хорошо иллюстрирует график изменения скорости ультразвука (рве. 1). После прохождения 35 циклон и образцах с панряжении 0,3 и 0,4 А были измерены потери, которые составили в а=0 — 57%; 0=0.3— 17%;о =0,4 — 30%

По данным испытаний построен график изменения морозостойкости в зависимости от напряжений сжатия и показана кривая изменения скорости ультразвука при кратковременном загружении. Как видно из рис. 2, наибольшую морозостойкость имеют образцы с напряжениями, не превышающими границу R°. При нагруженных до больших величии напряжений морозостойкость бетона понижается. Такой характер изменения морозостойкости находит объяснение в работе О. Я. Берга (7].

Призмы с небольшой степенью напряжений (0,3 АПр) имеют деформации расширения (рис. 3), а остальные показывают сокращение размеров тем большее, чем больше нагрузка.



Необходимо отметить, что продольные деформации сокращения не сопровождаются уплотнением бетона, о чем свидетельствует падение динамического модуля упругости и скорости ультразвука поперек образца (см. рис. 1).

В железобетонных призмах I5X15X90 см из бетона без добавок с первых же циклов началось интенсивное разрушение торцов, чему, вероятно, способствовали растягивающие напряжения, возникающие в зоне анкеровки арматуры. При этом средняя часть призм, где производились замеры деформаций и скорости ультразвука, оставалась в удовлетворительном состоянии. Изменение скорости ультразвука показано на рис. -1. Ашскитский характер разрушения предварительно напряженных железобетонных балок отмечался рядом исследователей, в частости С. В. Шсетоисровым при исследовании морозостойкости предварительно напряженных железобетонных шпал.


Наиболее папряженные призмы (0—0,7) хрупко разрушились после 18 циклов с раскрытием трещин вдоль арматуры. В остальных призмах разрушение носило характер округления углов и осыпания бетона и шло постепенно от торцов к середине.

Образцы с о=0,5 Rnp окончательно разрушились после 80 циклов. Образцы с напряженном сг = 0,3 Ар и ненапряженные выдержали соответственно 100 н 90 циклоп н после 60 циклон имели продольные деформации расширения е, равные 4 10-4 и 20- 10-5.

Следует отмстить, что в армированных призмах величина изменяется от цикла к циклу не только в зависимости от величины потери прочности Лир, по и от величины и знака остаточных деформаций. Кроме того, она может изменяться п и течение одного цикла вследствие различия температурных коэффициентов бетона в стали.

В начале испытании были замеры деформации призм и ходе одного цикла при замораживании до —15°С и подсчитаны действительные напряжения в призмах при этой температуре. Средняя замеренная деформация при изменении температуры от 0° до —5°С составила величины 8 10~5. Вели бы при этом коэффициенты линейного расширения бетона и стали были одинаковы.

Таким образом, в наших опытах при замораживании до 15°С величина напряжений в бетоне в одном из первых циклов увеличилась на 12 кг/см2 (при F=6%). При замораживании до более низких температур, когда ag резко уменьшается и даже меняется знак, а также при увеличении коэффициента армирования, эта величина может быть значительно больше [11] и оказывать отрицательное влияние на морозостойкость бетона при нагрузках, превышающих границу трещинообразования.

Образцы состава с добавками показали резко отличающиеся результаты. Все они выдержали около 900 циклов замораживания и оттаивания и продолжают оставаться в хорошем состоянии.

В течение первых 100—150 циклов в призмах I5XI5X Х90 см, нагруженных до с=0,7 АПр. произошло незначительное шелушение поверхности бетона, но при последующих циклах увеличения разрушения не наблюдалось, и к настоящему времени образцы 15x15x90 см с разными степенями обжатия различии по внешнему виду не имеют.

Изменений в скорости ультразвука в течение первого испытательного сезона (300 циклов) в образцах состава с добавками обнаружить не удалось. За время второго сезона (600 циклов) произошли незначительные потери скорости ультразвука, показанные на рис. 5.

В образцах 10X10X40 после 240 циклов был измерен динамический модуль упругости. Его изменение в процентах по отношению к первоначальному показано в табл. 3.



После 900 циклов образны с нагрузкой о =0,6 незначительные поверхностные разрушения.

При наибольших напряжениях) величина деформации составила всего 5-10 эта величина па целый порядок величин остаточных деформаций, имевших место при разрушении образцов состава без банок.

??????????

??????? ?.?., ??$B!`(B?????? ?.?., ??????? ?.?., ?????????????? ???????????

?????? ?.?., ???????????? ??????????? ?????????? ????????????

?.?. ???????, ????????????? ???????????

?.?. ???????, ???????? ?????? ?? ??????? ???????????

?. ???????, ????????$B!`(B????? ???????????? ???????????

???????? ?.?., ??????????? ?.?., ???????? ?.?., ???????????????? ?????????? ???????????

?.?. ???????, ?????????? ???????????

?.?. ?????????, ?. ????, X. ???????, ????? ???????????? ?????

?.?. ???????, ?????? ???????

?????? ?.?., ??????????: ??? ??? ???????? ? ??? ??? ??$B!`(B?????

?. ????????, ???????????? ????????????? ???????????? ??????

?.?. ???????, ?????????????$B!`(B????? ?????????

?.?. ???????, ????????? ??????????$B!`(B?????? ? ?????????????????? ?????????????

??????????$B!`(B????? ??????????. $B!_(B. I. ?????? ???????

??????????$B!`(B????? ??????????. $B!_(B. II. ??????????? ???????

???????????? ??????????$B!`(B????? ?????

?.?. ???????, ??????????$B!`(B????? ??????????

?. ?. ????, ????????????????

????????????$B!`(B????? ??????????????? ???????

????????????? ?????????????? ???????

????? ? ???????????, ????????? ??????

??????????? ????????? ? ??????????? ???????? ??????????