книги из ГПНТБ / Кудрявцев, А. А. Предварительно-напряженный керамзитобетон

ли, что у образцов с неизолированной поверхностью мо­ дуль упругости за два года снизился на 13—18%. У та­ ких же изолированных образцов происходило нарастание модуля упругости на 21% по сравнению с Eq образцов 28-суточного возраста.

Таким образом, модуль упругости снижается в основ­ ном в результате высыхания бетона. Поэтому изменение модуля упругости керамзитобетона с течением времени будет зависеть от температурно-влажностных условий эксплуатации конструкций. Наиболее неблагоприятны в этом отношении нормальная и сухая среда для конст­ рукций, находящихся в закрытых помещениях, и сухой и жаркий климат для конструкций, размещенных на открытом воздухе.

В связи с отмеченным при сопоставлении ползучести различных видов бетонов необходимо учитывать такое изменение модуля упругости.

Согласно работе С. В. Александровского [1], между функциями удельных деформаций С (tx) и мерой ползу­ чести бетона С* (tx) существует следующая зависи­ мость:

Таким образом, для бетонов, у которых с течением времени модуль упругости возрастает, второй член в правой части уравнения имеет положительное значение, а для бетонов со снижающимся Е§ — отрицательное значение.

Для количественной оценки удельных деформаций С и меры ползучести С*, а также характеристики ползуче­ сти ср и установления влияния на эти показатели ряда факторов автором проведены опыты на образцах без изоляции поверхностей размером 15x15x60 и 10Х10Х Х40 см. Для сравнения образцы трех серий испытывали с изоляцией боковых граней воздухонепроницаемой пленкой [26].

Напряжения обжатия бетона в образцах принимали в пределах 0,2—0,5 призменной прочности. Для нагру­ жения образцов использовали пружинные установки [21].

Пропаренные образцы загружали в возрасте 3—30 суток с момента окончания пропарки, а образцы естест­ венного твердения — в возрасте 20—30 суток с момента изготовления. Для измерения усадки одновременно с

30

загруженными образцами устанавливали незагруженные образцы. На отдельных образцах периодически опреде­ ляли изменение модуля упругости керамзитобетона с те­ чением времени.

Относительные деформации ползучести еп вычисляли как разность полных деформаций е0, нагруженных об­ разцов (за вычетом упругих деформаций в момент загружения), деформаций усадки еу и дополнительных упругих деформаций Аеуп:

Ев и Еб — соответственно начальное и конечное значе­ ния модуля упругости керамзитобетона.

Меру ползучести легкого бетона на основании экспе­ риментальных данных определяли как отношение

Характеристику ползучести ср вычисляли как отно­ шение

80—еу

ф= — —

8уп

где 8уп — упругая деформация бетона, возникающая при загружении образцов.

На рис. 9 приведены кривые относительных дефор­ маций ползучести (ео—еу) конструктивного керамзито­ бетона различных составов и прочности при сжатии. Здесь же нанесены кривые относительных деформаций ползучести тяжелого бетона [46]. Из расположения кри­ вых видно, что ползучесть конструктивного керамзитобе­ тона мало отличается от ползучести тяжелого бетона такой же прочности. Отмечено, что у изолированных образцов ползучесть в 2—2,5 раза меньше по сравнению

31

с неизолированными образцами. По нашему мнению, более правильно вести исследования н анализ деформа­ ций неизолированных образцов, так как на них более

Рис. 10. Влияние технологических факторов на ползучесть керамзи­ тобетона

Ц=260 кг/м3, й,,р=202 кгс/см2

С-10Ь

Рис. И . Удельные деформации ползучести легких бетонов

товом гравии; 5 — бетон на трепельном гравии

R,кгс/см2

достоверно моделируются натурные конструкции здании и сооружений (за исключением массивных конструкций, гидротехнических и других сооружений).

32

Рассмотрим влияние отдельных факторов на ползу­ честь керамзитобетона.

Чтобы установить влияние содержания цемента на ползучесть керамзитобетона, испытали образцы трех серий, приготовленные на керамзите с одинаковой на­ сыпной объемной массой — 710 кг/м3 и одинаковым содержанием крупного заполнителя в бетоне. Расход цемента для образцов этих серий составлял 300, 400 и 485 кг/м3. Мелким заполнителем служил кварцевый пе­ сок. Твердение образцов происходило в естественных условиях.

Результаты этих исследований представлены на

рис. 10.

Из графика видно, что с повышением содержания це­ мента, а следовательно, и с увеличением прочности пол­ зучесть конструктивного керамзитобетона заметно снижается. Так, при увеличении содержания портланд­ цемента с 300 до 485 кг/м3 (т. е. в 1,6 раза) удельные деформации ползучести керамзитобетона снизились при­ мерно в 1,5 раза.

Чтобы установить влияние условий твердения легкого бетона на ползучесть, испытывали образцы, пропаренные по стандартному режиму, а также образцы, твердевшие в естественных условиях. Состав бетона и материалы, из которых его изготовляли, были одинаковыми.

Характер нарастания деформаций ползучести у этих образцов представлен на рис. 10, б. Как следует из этого графика, у образцов естественного твердения значитель­ но большая ползучесть, превосходящая ползучесть про­ паренного керамзитобетона на 25—30%. Аналогичные данные о ползучести керамзитобетона, твердевшего в разных условиях, были получены другими исследовате­ лями [31, 47].

Ползучесть керамзитобетона в основном зависит от ползучести растворной части бетона. Поэтому следует ожидать, что на его ползучесть большое влияние оказы­ вает вид применяемого мелкого заполнителя, входящего в состав растворной части. Для выяснения влияния вида песка на деформации ползучести керамзитобетона испы­ тывали образцы на кварцевом и керамзитовом песке, полученном дроблением крупных фракций керамзита, а также на вспученном перлитовом песке. Образцы изго­ товляли при одинаковом расходе цемента, равном 400 кг/м3. После пропаривания призмы загружали дли-

тельной сжимающей нагрузкой, равной 0,3 и 0,5 приз­ менной прочности Rnv. Начальная призменная прочность образцов равнялась: на кварцевом песке

.Rnp=179 кгс/см2, на керамзитовом песке i?np= 130 кгс/см2, на вспученном перлитовом песке ^ Пр=145 кгс/см2.

Полученные данные показывают, что керамзитобетон на керамзитовом и вспученном перлитовом песке имеет повышенную ползучесть по сравнению с керамзитобетоном на кварцевом песке. Удельные деформации керамзитобетона на дробленом керамзитовом песке на 20— 25%, а керамзитобетона на перлитовом песке в 2 раза больше по сравнению с керамзитобетоном на кварцевом песке.

Влияние разновидностей крупных пористых заполни­ телей на ползучесть бетона изучали на образцах, изго­ товленных на керамзите, зольном гравии, зольном аглопоритовом гравии и трепельном гравии. Образцы испытывали по одинаковой методике [21]. В результате проведенных исследований получены значения удельных деформаций ползучести указанных разновидностей лег­ ких бетонов в зависимости от марки бетона. Эти данные приведены на рис. 11. Как видно из расположения кри­ вых на графике рис. 11, наибольшая ползучесть у керам­ зитобетона на перлитовом песке. Так, для бетона марки 200 удельная деформация ползучести равна С=15-10_6. Керамзитобетон на кварцевом песке имеет наименьшую ползучесть по сравнению с другими разновидностями легких бетонов. Такая же ползучесть и у бетона на золь­ ном гравии. Удельная деформация ползучести керамзи­ тобетона и бетона марки 300 на зольном гравии состав­ ляет С= 5,4-10~6. Бетон на зольном аглопоритовом гра­ вии имеет повышенную ползучесть. Для бетона марки 300 удельная деформация равна С= 8,4-10_6.

Как отмечалось, на ползучесть керамзитобетона влияют многие факторы. Поэтому при сопоставлении ползучести керамзитобетона и тяжелого бетона необхо­ димо рассматривать их при сопоставимых условиях по прочности на сжатие, условию твердения, возрасту бето­ на к моменту загрузки, виду образцов (с изолированны­ ми или неизолированными поверхностями) и др.

При сравнении ползучести легкого и тяжелого бето­ нов нами проанализированы результаты исследований тяжелого бетона, выполненные другими авторами

[30, 46].

34

Наиболее характерные данные по ползучести керамзитобетона и тяжелого бетона приведены на рис. 12 [30]. Как видно из расположения кривых, удельные деформа­ ции керамзитобетона на кварцевом песке близки, а в возрасте более 200 суток несколько больше удельных деформаций тяжелого бетона.

—300 кгс1см2, т=23 сут

При сопоставлении ползучести легкого и тяжелого бетонов нужно учитывать, как указывалось выше, изме­ нение их модулей упругости с течением времени. В этом случае наиболее показательной характеристикой явля­ ется мера ползучести С*. Учитывая, что модуль упруго­ сти керамзитобетона с течением времени снижается, а модуль упругости тяжелого бетона возрастает, мера ползучести керамзитобетона на кварцевом песке в воз­ расте более 50 суток оказывается ниже меры ползучести для тяжелого бетона.

Что касается других разновидностей легких бетонов, отмеченных ранее, то у них удельные деформации и мера ползучести заметно выше по сравнению с тяжелым бетоном.

На основании опытных данных автором получена для использования в практических расчетах эмпирическая формула определения удельных деформаций ползучести керамзитобетона

Формула для вычисления меры ползучести кераМзйтобетона имеет вид

где р — параметр, зависящий от времени выдержки эле­

вания и k = \,3 при естественном твердении;

R — кубиковая прочность керамзитобетона в 28-днев­ ном возрасте;

т — коэффициент, учитывающий вид крупного и мелкого заполнителя.

В зависимости от разновидностей пористых заполни­ телей коэффициент т рекомендуется принимать: для ке­ рамзитобетона и бетона на зольном гравии и кварцевом

т = 1,35.

Изменение характеристик ползучести конструктивно­ го керамзитобетона проанализировано по результатам испытаний образцов естественного твердения и пропа­ ренных. Кривые характеристик ползучести керамзитобе­

тона приведены на рис. 13.

Характеристику ползучести керамзитобетона как функцию времени t можно определять по нижеприведен­ ным эмпирическим формулам, полученным автором на основании изложенных экспериментальных данных.

Для пропаренного керамзитобетона

Обобщенные данные о ползучести керамзитобетона приведены в табл. 2.

36

4. Потери предварительного напряжения от усадки и ползучести керамзитобетона

При установлении потерь предварительного напря­ жения в арматуре от усадки и ползучести материала требуется учитывать падающий характер напряжений обжатия и перераспределение напряжений сжатия бето­ на по высоте сечения образца. В связи с этим более до­ стоверные данные о потерях напряжений в арматуре от усадки и ползучести' бетона можно получить лишь при длительном испытании элементов, армированных пред­ варительно-напряженной арматурой.

Потери напряжения в арматуре от усадки и ползу­ чести керамзитобетона изучали на балках, армирован­ ных прядями, проволокой и стержневой арматурой пе­ риодического профиля. Опытные элементы в зависимо­ сти от диаметра прядей и стержней имели различные напряжения обжатия бетона, которые находились в пре­ делах 27—70% прочности керамзитобетона при обжа­ тии R0.

До отпуска натяжения прядей на середине элемен­ тов на уровне центратяжести арматуры закрепляли реперы для изменения деформаций сжатия ес индика­ торным прибором. После отпуска натяжения арматуры балки выдерживал^ в производственном помещении при температуре 15dr7°C и влажности воздуха 70± 10%.

По деформациям сжатия балок на уровне центра тя­ жести напряженной арматуры (исключая упругое обжа­ тие и пластические деформации) были определены ве­ личины потерь напряжения от усадки и ползучести керамзитобетона из выражения

Следует сказать, что при проведении экспериментов потери непосредственно от усадки бетона практически трудно выделить из общих потерь от усадки и ползуче­ сти. Поэтому потери от усадки и ползучести бетона рассматриваются как суммарные потери. Результаты определения общих потерь напряжения от усадки и ползучести керамзитобетона представлены на рис. 14— 16. Из них видно, что в испытанных элементах общие потери напряжения в арматуре от усадки и ползучести керамзитобетона находились в пределах 1400— 2400 кгс/см2, или в размере 15—24% начального напря­ жения арматуры.

38

а)

Рис. 14. Потери напряжения в арматуре от усадки и ползучести керамзитобетона

39