книги из ГПНТБ / Бетон для строительства в суровых климатических условиях

ментный камень с влажностью, установившейся после 28-дневного нормального хранения:

оттаивании бетона с высокой влажностью. В настоящей ра­

пени понижения температуры представляют практически пря­

пературных деформации -^- во всем исследованном интер­

вале остается постоянным.

Деформации замораживаемого материала при понижении температуры существенно зависят от его влажности. Тем­ пературные деформации влажного цементного камня и бе­ тона изменяются в широких пределах как по величине, так

138,

мают прямолинейный характер, что свидетельствует о пере­ ходе основной массы воды в лед. Льдистость при этих темпе^ ратурах в исследованных материалах практически равна 100%.

Ранее проведенными исследованиями [49] было показано, что важное значение для получения морозостойкого бетона, эксплуатируемого в условиях отрицательных температур (до

—60°С), имеет водоцементное отношение и химико-минерало­ гический состав применяемого цемента.

В данной работе были проведены исследования по влия­ нию химико-минералогического состава цемента и величины водоцементного отношения на деформации цементного кам­ ня и бетона при охлаждении до —196°С. Результаты экспе­ риментальных данных в виде зависимостей относительных

деформаций цементного камня и бетона от степени пониже­ ния температуры при различном водоцементном отношении приведены на рис. 42 и 43.

Как видно из приведенных графиков, при понижении тем­ пературы от 0 до —60° С закон изменения деформаций сокра­ щения не является прямолинейным, т. е. коэффициент тем­ пературных деформаций материала величина переменная. Деформации сокращения цементного камня больше, чем у бетона. Это соотношение сохраняется во всем исследуемом интервале температур (от +20 до —196°С). Деформации со­ кращения цементного камня и бетона увеличиваются при по­

При увеличении количества циклов замораживания и от­ таивания материала возрастают деформации расширения.

На рис. 44 приведены результаты исследований по влия­ нию минералогического состава цемента * на деформации бе­ тонов при охлаждении от +20 до —196°С. Наибольшие де­ формации расширения, определяющие развитие деструктивных процессов в материале, наблюдаются у бетонов на пуццолановом портландцементе. Для бетонов," изготовленных на чистоклинкерных портландцементах, деформации расширения

* Влияние минералогического состава цемента на деформации бетонов при охлаждении до —196° С до сего времени не изучалось.

140

зависят от содержания силикатных минералов. Наибольшие деформации отмечены в бетоне на белитовом портландце­ менте, наименьшие — на сульфатостойком. Наиболее сущест­ венные изменения коэффициента температурных деформаций наблюдаются при охлаждении до —60° С. При дальнейшем понижении температуры вплоть до —196° С коэффициент тем­ пературных деформаций остается постоянным для всех видов исследуемых бетонов.

Значительное изменение коэффициента температурных де­ формаций у бетона на пуццолановом портландцементе, оче­ видно, объясняется замерзанием повышенного количества воды, адсорбционно связанной гидравлическими добавками этих цементов.

Таким образом, температурные деформации бетонов, опре­ деляющие его стойкость при отрицательных температурах,

141

зависят от влажности, структуры, водоцементного отношения, состава бетона, химико-минералогического состава цемента и других факторов. Эти положения распространяются и на ин­ тервал температур от —60 до —196° С. Температурные дефор­ мации бетона при охлаждении ниже —60° С вплоть до —196° С подчиняются прямолинейному закону.

Те м п е р а т у р н ые деформации ж е л е з о б е т о н а

Врасчетах железобетон в области положительных темпе­ ратур по отношению к температурным воздействиям условно считается как бы гомогенным материалом. При отрицатель­ ных температурах вышеотмеченное несоответствие коэффи­

циента линейного расширения стали и бетона может приве­ сти к возникновению значительных температурных напряже­ ний в железобетоне.

Для определения температурных деформаций железобето­

при замораживании в торцах образцов при формовании устанавливались стальные упорные шайбы размером 5 х 5 Х

142

1

16

20

Рис. 45. Деформации арматуры железобетонных образцов (при р = 1 , 1 3 % ) в зависимости от температуры при различ­ ной влажности бетона

X 1 см. Замер деформаций арматуры железобетонных образ­ цов производился по такой же методике, как и для бетонных образцов. На рис. 45 представлены полученные эксперимен­ тальным путем зависимости относительных деформаций арма­ туры железобетонных образцов от степени понижения тем­ пературы.

и значительно отличаются от деформаций свободного тем­ пературного сокращения стали. Абсолютная величина разно­ сти между деформациями арматуры в железобетонных образ­ цах и свободным температурным сокращением стали является мерой расширения арматуры в железобетоне, происходящего вследствие фазовых превращений воды в бетоне. Значитель­ ное удлинение арматуры в железобетонных образцах на­ блюдается в интервале температур —20-;—60° С. Чем больше влажность бетона (кривая /, рис. 45), тем больше удлинение арматуры. Деформации расширения железобетон­ ных образцов, насыщенных водой в течение двух суток

143

(кривая 2), а также насыщенных под вакуумом (кривая / ) , начинают проявляться при температуре —10° С. Ліаксимальные деформации расширения наблюдаются при температуре —60° С. При дальнейшем понижении температуры вплоть до —196° С деформации расширения практически остаются по­ стоянными.

Напряжения в арматуре, рассчитанные по деформациям расширения армированного бетона в зависимости от степени понижения температуры, возрастают до — 60ч — 100°С . Так,

Для образцов с влажностью, установившейся после тверде­

напряжения сжатия в бетоне для образцов, насыщенных во­

в арматуре зависят от процента армирования. Результаты из­ мерений деформаций железобетонных образцов, насыщенных водой под вакуумом, при различных коэффициентах армиро­ вания представлены на рис. 46.

Расширение насыщенного под вакуумом бетона вызывает значительное расширение арматуры. Деформации расширения

расширение железобетонных образцов было установлено при

валась постоянной, во всем исследуемом интервале темпера­ тур деформации расширения бетона были больше, чем де­ формации расширения у железобетонных образцов.

Общее усилие растяжения в арматуре при одинаковой влажности бетона и одной и той же температуре заморажи­ вания тем больше, чем больше процент армирования, а имен­

144

при ц = 2,01%

Анализ результатов исследований температурных дефор­ маций бетонных и железобетонных образцов при охлаждении до —196° С позволяет сделать следующие выводы.

Коэффициенты температурных деформаций бетона при от­

ч

8

12

-к.

J

16

Рис. 46. Деформации арматуры железобетонных образцов, насыщенных водой под вакуумом, в зависимости от темпе­ ратуры при различных коэффициентах армирования

І — іі—0%; 2 — ц = 1 , Ш ; 3 - Ц = 2 , 0 1 « ; 4-(1=5,24%; 5 —сталь марки Ст. 3

145

—60ч—100° С не связаны прямолинейной зависимостью с температурой. Несоответствие температурных деформаций бетона и стальной арматуры может оказать существенное влияние на развитие деструктивных процессов в железобе­ тоне, эксплуатируемом в условиях низких температур до —100° С. Дальнейшее понижение температуры вплоть до тем­ пературы — 196° С практически не вызывает изменения коэф­ фициента температурных деформаций.

Расширение водонасыщенного бетона железобетонных элементов при замораживании приводит к возникновению в арматуре растягивающих напряжений. В температурном ин­ тервале — 6 0 - і — 1 0 0 ° С рост напряжений в арматуре прекра­ щается, что обусловлено полным замерзанием воды в бетоне.

§ 4. ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕТОНА ПРИ

МНОГОКРАТНОМ ЦИКЛИЧЕСКОМ ГЛУБОКОМ ОХЛАЖДЕНИИ

Вопрос влияния попеременного замораживания и оттаи­ вания бетона при замораживании до —196° С на его стой­ кость или долговечность у нас и за рубежом практически не изучался. Только в последнее время в США и во Франции появились отдельные труды, посвященные этой теме.

В настоящей работе были проведены испытания бетона естественной влажности на многократное циклическое охла­ ждение при температуре кипения жидкого азота. Для ис­ ключения температурных напряжений в сооружениях, под­ вергнутых длительному воздействию отрицательных темпе­ ратур, заливка хладоагента (жидкие газы — азот, пропан, кислород) обычно занимает длительное время (до 15 суток). Для ускорения испытаний в настоящей работе эксперимент проводился со значительно меньшим временем охлаждения. Были взяты образцы малых размеров: 4X4X16 см и 7Х X 7 X 7 см. Испытания проводились в следующем порядке.

Образцы (перед опусканием в специальную емкость с жид­ ким азотом) помещали на 20—30 мин над парами испаряю­ щегося азота. Затем их опускали в жидкий азот и выдержи­ вали в емкости до установления температуры —196° С (до прекращения бурного кипения азота); температура контроли­ ровалась по заложенным в образцах термопарам. Выдержка образцов обычно продолжалась 1,5—2 ч. После охлаждения образцы вынимали из емкости и оттаивали при комнатной температуре. После каждого такого цикла их испытывали на сжатие. Результаты испытания представлены в табл. 24.

Установлено, что циклическое охлаждение до —196° С и оттаивание бетонных образцов приводят к снижению призменной прочности, а также прочности бетона на сжатие и на растяжение при изгибе. Падение прочности бетона обус­ ловлено, с одной стороны, фазовыми переходами воды (моро-

146

Таблица 24

Влияние многократного циклического глубокого охлаждения (до—196° С) на прочностные характеристики бетона

7X7X21)

-