Влияние однородности керамзита на свойства керамзитобетона
Для изучения влияния однородности свойств отдельных гранул керамзита на деформативные характеристики бетона и его долговечность исследовали образцы размером 10X10X40 см из бетона марок М 150, М 200 и М 300. В качестве вяжущего использовали портландцемент Алексеевского завода активностью 58,4 МПа. Мелким заполнителем служил кварцевый песок Сурсхого месторождения керамзитовый песок, крупным — керамзит Октябрьского завода Куйбышевской области и Пачелмского завода Пензенской области объемной насыпной массой Yo=550—600 кг/м, прочностью при сжатии в цилиндре Яц=4,1—4,2 МПа, водопоглощением за 48 ч 17—18%, в цементном тесте — 7,5—8%.
Стандартная однородность в соответствии с 1(1) у обоих керамзитов была в пределах допускаемых (коэффициенты вариации). В то же время однородность их гранул по объемной массе в куске и модулю деформации была различной, коэффициент вариации указанных свойств К,
Бетонные образцы уплотняли на виброплощадке с нормальной частотой колебаний с пригрузом 40 г/см. Тепловую обработку проводили по режиму 12+ +4+8+12 ч при /=80°С. В таблице приведены данные кратковременных испытаний на 28 сут твердения бетона.
Требуемые режимы, моделирующие суровые климатические условия, осуществлялась в термобаракамере TBV- 1000 («Нема»), необходимый уровень напряжений достигался в специальных пружинных установках.
Расход цемента в бетоне серий 1-ОК и 1-ПК составляет 303 кг/м, серий 3-ОКВ и 3-ПКВ —456 кг/м3. В бетоне серий 1-ОК и 1-ПК используют дробленый керамзитовый песок, серий 3-ОКВ я 3-ПКВ — кварцевый.
Деформации бетона в процессе замораживания измеряли по методике (2). Образцы загружали до уровня напряжений в условиях нормальной температуры на 35 сут после ускоренного твердения бетона.
Исследования проводили исходя из положений работ 3, 4). Соотношение модулей деформации компрнентов изменялось в зависимости от марок бетона (МИ50 я М300) и повышения упругости растворной части. Марку бетона принимали в соответствии с и свойствами используемых заполнителей, насыпная объемная масса и прочность в цилиндре которых практически равны, а по однородности отдельных гранул они отличались в два раза.
В соответствии с исследованиями (5) получены данные для бетона, с различной степенью водонасыщения в течение 2 сут и под вакуумом.
Изменение температурных деформаций бетона в зависимости от степени его водонасыщения и однородности заполнителя показано на рис. 1 и 2. Совокупность кривых, представленных на рис. I
Более существенно влияние степени водонасыщения, подтверждающее значимость предложенного В. М. Москви-ным показателя критического водонасыщения. Отрицательное действие глубокого водонасыщения усугубляется различием упругих характеристик компонентов, например в бетоне марки М300.
Таким образом, с повышением марки бетона негативное влияние неоднородности свойств гранул керамзита на его деформативность усиливается.
Сопоставление рис. Ч и 2 показало, что на кривых «температура — деформация» для бетонов всех серий наиболее выражен второй подъем в области отрицательных температур. У ненагруженных образцов первый подъем на кривой деформаций наблюдается при температуре — 5-f-20°C, у нагруженных образцов он отсутствует, а второй подъем менее выражен.
При анализе конфигурации кривой деформаций следует учитывать многофакторный характер ее связи с независимо действующими факторами. По Г. И. Горчакову, основным является фазовый переход воды в лед. Для отдельно взятых зерен керамзита и цементного камня им установлено, что аномалии в деформациях этих компонентов бетона могут происходить в примерно одинаковых температурных интервалах: около —ilO и —40°С. Однако это совпадение не имеет закономерного характера, поскольку показатели дифференциальной пористости зерен керамзита и цементного камня различны. Деформации бетона, представленные на рис. 1, отображают деформации его компонентов. Температурные интервалы зафиксированных нами аномалий совпадают с данными лишь при —il0°C.
Интенсивность аномалий связана также со степенью насыщения лор водой и уровнем отрицательных температур. Деформации расширения бетона интенсифицируются при температуре ниже —30°С, степень насыщения керамзита водой повышается благодаря вакууму. Температуру —30°С и ниже можно считать критической, так как при ней значительно ухудшаются деформативные свойства бетона, особенно на керамзите пониженной однородности.
Усиливающаяся концентрация напряжений при возрастании разности модулей деформаций компонентов существенно влияет на процесс замораживания, в результате чего у бетона марки М 300 деформации расширения интенсивно возрастают.
Это подтверждается и кривыми продольных деформаций нагруженных образцов (см. рис. 2), Естественно, что интенсивность деформаций расширения в результате действия сжимающих напряжений снизилась. Часть капилляров и пор растворной части бетона, ориентированных перпендикулярно действию нагрузки, закрывается. Одновременно с этим интенсифицируется процесс микро- трещинообразования в целом.
Анализ кривых на рис. 3,4 показывает, что ползучесть, бетона в сухом состоянии (кривые 1) у всех серий бетона проявляется в большей степени, чем ползучесть бетона (кривые 2). Насыщение бетона водой в первые сутки (кривые 2), сопровождается его набуханием, что приводит к сдерживанию деформаций ползучести на 7—13% по сравнению с сухим бетоном.
Кривые 3, 4, отображают деформации ползучести бетонных образцов, в разной степени насыщенных водой. Ползучесть бетона, подвергнутого цикличному замораживанию, возрастает при увеличении степени насыщения пор водой и уровня напряжений, а также при использовании худшего по однородности заполнителя.
При высоком напряжении обжатия т=0,7 образцы серии 3-ПКВ разрушались уже после 7—8 циклов испытания. На соответствующей кривой 4 (см. рис. 4,6) можно отметить два участка: первый — до 3—4-го цикла — характеризуется умеренным ростом деформаций ползучести, второй — в 3—4 раза более быстрым. Характерно, что после 3—4-го цикла замораживания в центре призм появилась продольная трещина шириной 0,1—0,2 мм, которая постепенно раскрывалась, и после 7—8 циклов следовало разрушение.
При испытании бетонов серии 3-ОКВ при уровне обжатия а—0,7 таких нарушений не происходило. Испытуемые образцы выдерживали 110—42 циклов испытаний.
После замораживания в напряженном и ненапряженном состоянии образцы испытывали на сжатие до разрушения. Анализ полученных данных показал, что у бетона, подвергнутого циклическому замораживанию-оттаиванию, в зависимости от степени однородности гранул керамзита значительно снижается прочность, начальный модуль упругости и параметрические уровни микротрещинообразования RJ и R% по сравнению с контрольными. Эти показатели влияют и на морозостойкость бетона и тем больше, чем ниже однородность свойств гранул заполнителя, и более отличны между собой модули деформаций компонентов Ярде и Язап.
Выводы
От однородности свойств гранул керамзита зависит деформативность керамзитобетона, особенно при действии циклического замораживания-оттаивания. Деструктивные явления в бетоне усиливаются при повышении уровня напряжений, степени насыщения бетона водой и возрастании разницы в упругих свойствах компонентов бетона.
Керамзйтобетон высокой прочности марок М 300 и выше для работающих в суровых климатических условиях конструкций необходимо изготовлять на заполнителе, удовлетворяющем требованиям 1(1), с учетом отдельных гранул. (Предельный коэффициент вариации объемной массы гранул рекомендуется принимать не выше Vv =20%.