книги из ГПНТБ / Бетон для строительства в суровых климатических условиях

[43], А. С. Шаевичем и Г. И. Гориным [74], за рубежом — Шульцем и Альтнером [113], Монфоре и Лентцем [101], Маньелем [42].

Все исследователи определяли в основном кубиковую прочность бетона; только в опытах Монфоре и Лентца испытывались цилиндры. Опыты всех без исключения исследова­ телей показали значительное увеличение прочности заморо­ женного бетона: от 27%, по данным Шульца и Альтнера, и до 200%, по данным С. А. Миронова.

Первые данные по прочности замороженного бетона на растяжение при изгибе приводятся в работах Маньеля [42], Шульца и Альтнера [113]. Испытания Маньелем предвари­ тельно напряженной железобетонной балки длиной 6 м по­

чены Монфоре и Лентцем [101]. Согласно этим данным, за­ мораживание бетона приводит к увеличению динамического модуля упругости £ д (величина £ д определялась авторами по скорости прохождения ультразвуковых волн).

Уже в этих первых исследованиях прямо или косвенно вы­ явилась зависимость прочностных характеристик заморажи­ ваемого бетона от величины температуры замораживания, возраста бетона, от его состава, В/Ц и влажности. В дальней­ шем результаты вышеперечисленных исследований получили отражение и в других работах. Это проведенные под руко­

в которых исследовалось влияние возраста бетона на изме­ нение его прочностных характеристик при замораживании до различных температур.

В работе Н. В. Свиридова [63] изучалось влияние степени понижения температуры замораживания бетона, а также его влажности на изменение таких характеристик, как кубиковая R и призменная Rap прочности бетона, статический модуль упругости. Данные характеристики определялись в бетоне в интерв-але температур + 20ч-—50° С, как в однократно за­ мороженном, так и в оттаянном состояниях. Результаты

21

При этом было установлено, что на изменение указанных характеристик бетона существенное влияние оказывает его

к весовой влажности бетона вводится другая его характери­ стика. Это степень водонасыщения бетона, или степень за­ полнения водой его пор и капилляров, без которой, как будет видно из дальнейших исследований, невозможна оценка тем- пературно-влажностного состояния бетона с точки зрения его морозостойкости.

Результатами рассматриваемой работы подтверждается в широком интервале отрицательных температур (до —196° С) тот ранее установленный факт, что с повышением влажности бетона рост прочности при его замораживании увеличивается. При этом здесь по существу впервые замечено, что эта за­ кономерность имеет место при повышении влажности только до определенного предела. В данной работе этим пределом являлась влажность между 5,8 и 6,4%, что соответствовало степени водонасыщения бетона от 81 до 90%. Заморажива­ ние бетона с большей степенью водонасыщения до темпера­ туры —40° С и ниже приводило к снижению всех его иссле­ дуемых прочностных характеристик R, RNP, RH.

Таким образом, результаты работ [61, 63, 37] по исследова­ нию температурных деформаций и некоторых низкотемпера­ турных прочностных характеристик бетона выявили зависи­ мость их прежде всего от влажности бетона, а также от сте­ пени заполнения водой его пор и капилляров.

Результаты этих исследований получили развитие в ра­ боте В. М. Москвина, M . М. Капкина и Л. Н. Антонова [48]. Здесь впервые вводится понятие о «критическом водонасыщении бетона» как о наименьшей величине заполнения объ­ ема пор водой, при которой наблюдается относительное сни­ жение прочности и модуля упругости бетона в замороженном состоянии. Эта величина определена экспериментально как функция степени понижения отрицательной температуры. При замораживании бетона до температуры —10 -. 60° С она из­ меняется от 90 до 65% от предельного водонасыщения объ­ ема пор.

22

Разрушение бетона при одноосном сжатии начинается с об­ разования и развития микротрещин, ориентированных в на­

ний, вызванными нагрузкой в неоднородных по своим деформативньщ характеристикам компонентах бетона.

Установлена начальная несплошность строения бетона, вы­ ражающаяся в том, что уже в ненагруженном бетоне имеются микротрещины на границе цементно-песчаного камня и круп­ ного заполнителя («микротрещины зоны сцепления»), а так­ же в самом цементно-песчаном камне.

Основными прочностными характеристиками напряженнодеформированного состояния бетона следует считать:

которой начинается интенсивное развитие «микротрещин сцепления». Величина R° является по существу верхним пре­ делом области относительно упругой работы бетона при крат­ ковременном действии нагрузки или пределом области ли­

которой начинается развитие микротрещин в цементном кам­

тия пластических деформаций второго рода при кратковре­ менном действии нагрузки или верхним пределом области не­ линейной ползучести бетона, в которой развитие пластиче­ ских деформаций второго рода со временем прекращается при долговременном ее действии.

В целях наиболее полной оценки закономерностей раз­ рушения бетона под нагрузкой необходимо изучение зависи­ мостей от напряжений сжатия следующих его характеристик: линейных деформаций (продольных и поперечных); объемных деформаций; коэффициентов поперечной деформации (диф­ ференциального и полного) ; скорости прохождения ультра­ звуковых волн через бетон.

Анализ результатов работ по изучению закономерностей разрушения бетона под нагрузкой приводит к выводу о не­ обходимости введения в практику проектирования бетонных и железобетонных конструкций расчета по четвертому пре­ дельному состоянию, учитывающему требования долговечно­ сти бетона (в частности, требования его морозостойкости).

24

При этом основными расчетными характеристиками предпо­ лагаются величины напряжений, определяющие границы об­ ласти образования микротрещин в бетоне Rl и R?.

Анализ работ по изучению влияния напряженного состоя­ ния бетона на его морозостойкость позволяет предположить, что прочностные характеристики процесса микротрещинообразования бетона R?, R% могут служить одними из основных расчетных критериев стойкости бетона под нагрузкой к воз­ действию отрицательных температур.

Установлено, что изменение практически всех ранее ис­ следованных прочностных и деформативных характеристик бетона (R, Rnp, Ест, Rv, Ra) при отрицательных температурах является функцией прежде всего его влажности или точнее степени водонасыщения, функцией температуры заморажива­ ния бетона, величины и характера его пористости.

Для определения предельно допустимых эксплуатацион­ ных напряжений в бетонных и железобетонных конструкциях сооружений, эксплуатирующихся в суровых климатических условиях, необходимо исследовать влияние воздействия отри­ цательных температур в различных температурно-влажност- ных режимах на изменение прочностных и деформативных характеристик, определяющих области напряженно-деформи­ рованного состояния бетона.

В связи с вышеизложенным целью настоящей работы яв­ лялось изучение влияния низких отрицательных температур на изменение следующих прочностных и деформативных ха­ рактеристик, определяющих основные этапы процесса дефор­

характеристик бетона, а также скорости прохождения ультра­ звукового импульса через бетон при увеличении напряжений сжатия предусматривалось оценить закономерности разруше­ ния бетона под нагрузкой в условиях воздействия отрица­ тельных температур.

Исследованные при отрицательных температурах прочно­ стные и деформативные характеристики областей напряжен­ ного состояния бетона предполагалось оценить в качестве но­ вых критериев его морозостойкости, а также с точки зрения использования в практике проектирования бетонных и желе­ зобетонных конструкций сооружений, предназначенных для эксплуатации в суровых климатических условиях.

25

Г л а в а II

М Е Т О Д И К А И С С Л Е Д О В А Н И Й П Р О Ч Н О С Т Н Ы Х И Д Е Ф О Р М А Т И В Н Ы Х Х А Р А К Т Е Р И С Т И К О Б Л А С Т Е Й Н А П Р Я Ж Е Н Н О Г О С О С Т О Я Н И Я Б Е Т О Н А

§ 1. ОСНОВЫ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ МЕТОДИКИ

За основу для разработки методики по исследованию прочностных и деформативных характеристик областей на­ пряженного состояния бетона в условиях воздействия отри­

тодикой исследуемые характеристики бетона определялись по результатам испытаний образцов-призм на кратковременную нагрузку с осевым сжатием. При этом на каждой ступени нагружения производились измерения приращений продоль­ ных Абпрод и поперечных ДеПоп деформаций образцов (упру­ гих и пластических), а также времени прохождения через образец продольных ультразвуковых волн.

Согласно обобщенной методике, по результатам указан­ ных испытаний определялись (рис. 3):

1. Удельные поперечные деформации " A ^ o n , где Аа — при­

ращение напряжений сжатия на данной ступени нагружения. 2. Дифференциальный коэффициент поперечной деформа­

ции

перечные деформации образцов, вызванные определенной ве­ личиной напряжений сжатия.

4. Приращение внешнего объема на каждой ступени на­

26 5. Сокращение времени прохождения ультразвукового им­ пульса в направлении, нормальном по отношению к сжимаю-

звукового импульса через бетонный образец на данной сту­

испытаний определялись прочностные характеристики, или «границы» областей напряженного состояния бетона. Так, граница области условно упругой работы бетона /?? опреде­ лялась величиной напряжений сжатия, при которой сокра­ щение времени прохождения ультразвукового импульса AT

чины удельных поперечных деформаций или дифференциаль­ ного коэффициента поперечной деформации от более или ме­

речной деформации бетона достигает значения 0,5, т. е. наи­ большего теоретически возможного значения для сплошного тела. Этому моменту должно соответствовать также наиболь­ шее сокращение внешнего объема образца или начало уве­

мощью ультразвукового метода [4], а именно: по моменту, когда величина AT после прохождения своего максимального значения снова приближалась к 0.

27

§ 2 ХАРАКТЕРИСТИКИ ИССЛЕДУЕМЫХ СОСТАВОВ БЕТОНА И ОПЫТНЫХ ОБРАЗЦОВ

28

Перед испытанием в термокамере бетонные образцы всех четырех серий выдерживались каждый в определенном влажностном режиме с целью получения различной степени водо-

временем последующего водонасыщения при атмосферном

Водонасыщение образцов в трех режимах под вакуумом преследует здесь цель получения возможно большей инфор­ мации по влиянию влажности на изменение исследуемых прочностных и деформативных характеристик бетона при его замораживании в области степени водонасыщения, близкой

ктак называемой «критической».

§3. НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ

БЕТОНА В ТЕРМОКАМЕРЕ

В целях определения низкотемпературных прочностных и деформативных характеристик бетона опытные образцы за­ мораживались до различных температур (до —65° С) в тер­ мокамере TBK-1000 (рис. 4) и в замороженном состоянии испытывались под нагрузкой осевого сжатия на гидравличе­ ском прессе. Время, необходимое для промораживания об­ разцов, определялось для каждой серии и группы водонасы­ щения тремя способами:

1) с помощью заложенных в образцы при бетонировании термопар хромель — алюмель;

2) по результатам измерения температурных деформаций бетонного образца. Измерение деформаций производилось непосредственно в термокамере с помощью индикаторов ча­ сового типа, смазанных незамерзающим маслом МН-65;

3) по результатам измерения скорости распространения продольных ультразвуковых волн в замораживаемом образце.

Последний способ основан на том, что увеличение от­ носительного содержания льда в бетоне при понижении

29