книги из ГПНТБ / Бетон для строительства в суровых климатических условиях
..pdf§ 4. СПЕЦИФИКА ИСПЫТАНИЯ БЕТОНА ПОД НАГРУЗКОЙ ПРИ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ
В целях определения низкотемпературных прочностных и деформативных характеристик областей напряженного со стояния бетона опытные образцы-призмы, предварительно за мороженные в термокамере до заданных температур (—25, —45 и — 65°С), испытывались на кратковременную нагрузку осевого сжатия на гидравлическом прессе.
О б щ и й х а р а к т е р и последовательность п р о ц е с с а испытаний
Для того чтобы свести к минимуму повышение темпера туры в замороженных бетонных образцах за период испыта ния на прессе (до 1,5 ч), необходимо было обеспечить их надежную теплоизоляцию. Эта цель достигалась использова нием теплоизоляционной рубашки из двойного слоя поролона толщиной 30 мм, не исключая и торцов призм (рис. 5).
Вполне понятно, что обеспечить совершенную теплоизоля цию в условиях настоящих испытаний практически было не возможно. Происходило некоторое повышение температуры
замороженного |
образца |
(рис. 6) при испытании его на прессе |
|||
(в среднем |
до |
17,5% |
по |
отношению к градиенту |
температур: |
температура |
замораживания бетона — температура окружаю |
||||
щего воздуха |
в цехе |
испытаний). Контроль за |
повышением |
температуры осуществлялся с помощью термопар хромель — алюмель.
Оказалось, что средние (за период испытания на прессе) температуры в бетонных образцах различных серий и групп водонасыщения незначительно отличаются друг от друга. Принимаем за среднюю температуру испытания под нагруз кой бетона всех серий и групп водонасыщения, заморожен
ного до —65° С, |
величину |
t[p = |
— 53° С; для |
бетона, замо |
||||
роженного |
до |
температур |
—45 |
и |
—25° С, |
соответственно |
||
tip = — 36° |
С и |
4 |
= — 21° С |
(рис. |
6). |
|
||
Вполне |
понятно, |
что за |
счет |
вышеотмеченного повышения |
температуры в испытываемых на сжатие замороженных об разцах на определяемые деформации бетона и изменение скорости прохождения ультразвуковых волн от воздействия силовых нагрузок накладывались погрешности соответственно за счет температурных деформаций бетона и за счет изме нения Ѵу при частичном плавлении льда в порах и капилля рах бетона.
31
Рис. 5. Схема испытаний бетонной призмы на |
сжатие |
в замороженном |
состоянии |
1, 3 — фиксирующий уголок; 2 — образец; 4, б—втулки; 5 —фикси
рующий |
болт; 7—анкерные |
болты; |
8 — опорная |
металлическая |
|
пластина; |
9 — подушка |
из |
цементного раствора; |
10 — теплоизо |
|
ляция; И —индикаторы |
часового типа; |
12 — ультразвуковые дат |
|||
|
чики; 13, 15 — измерительный шток; 14 — термопары |
Чтобы исключить эти погрешности, были предусмотрены специальные испытания, моделирующие испытания бетонных призм в замороженном состоянии на прессе. С этой целью бетонные призмы всех групп водонасыщения замораживали в термокамере до температур последовательно —25, —45 и
—65° С. Затем образцы вынимали |
из камеры |
и |
выдерживали |
||||
в |
теплоизоляционной рубашке |
без |
нагрузки |
в |
течение 1,5 ч. |
||
За |
этот период |
времени с помощью индикаторов часового |
|||||
типа |
определяли |
температурные деформации |
(продольные и |
||||
поперечные) бетона, а с помощью прибора |
УЗП-61—изме |
||||||
нение |
скорости |
прохождения |
продольных |
ультразвуковых |
волн в бетоне. Отсчеты по приборам снимали через интер валы времени, соответствующие этапам нагружения образца на прессе. По данным этих испытаний строили необходимые корректировочные графики.
На втором этапе работы проводились исследования влия ния на прочностные и деформативные характеристики обла стей напряженного состояния бетона многократного попере менного замораживания и оттаивания последнего. Для этой цели бетонные образцы всех серий и групп водонасыщения замораживались в термокамере до температуры —65° С. От таивание образцов I группы происходило в естественных условиях при температуре окружающего воздуха 20 ± 1°С и влажности 50 ± 5 % , а образцов всех остальных серий и групп — в емкости с водой.
В таком порядке образцы всех серий I и I I групп водона сыщения подвергались последовательно 10 и 30 циклам по переменного замораживания и оттаивания, а затем в оттаян ном состоянии испытывались на кратковременную нагрузку осевого сжатия. Количество циклов замораживания было вы
брано |
в соответствии |
с данными Центральной лаборатории |
||||
коррозии Н И И Ж Б а |
[32], |
согласно |
которым |
соответственно |
||
10 и 30 циклов испытаний |
в вышеописанном режиме для |
бе |
||||
тонных |
образцов I I |
группы водонасыщения |
эквивалентны |
|||
приблизительно 100 |
и 300 |
циклам |
испытаний |
тяжелого |
бе |
тона при определении морозостойкости по ГОСТ 10060—62.
Образцы всех |
серий |
I I I группы водонасыщения |
разруша |
||||
лись уже после |
7—10 |
циклов |
замораживания — оттаивания. |
||||
В соответствии |
с этим |
образцы |
данной группы испытывались |
||||
под нагрузкой |
после 1 |
и 5 |
циклов |
замораживания |
и оттаи |
||
вания, т. е. при |
количестве |
циклов, |
меньшем, чем |
образцы |
|||
I и I I групп водонасыщения. |
Оттаявшие водонасыщенные об |
разцы испытывались на прессе в гидроизолированном со стоянии.
Испытание бетонных образцов-призм на кратковременную нагрузку осевого сжатия производилось в соответствии с «Временной инструкцией по определению призменной проч ности бетонов» [16].
2 Зак, 417 |
33 |
а)
б)
Рис. |
6 К |
определению времени |
промораживания |
бетонной призмы в |
термокамере |
и величины |
повышения |
температуры |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в |
замороженном образце |
при испытании на прессе |
|||||
а - б е т о н |
естественной |
влажности; |
б — водонасыщенный |
бетон; X — X 0 —/ — at, |
0 — 2 — а2 , 0 — 3 — а3 — понижение температуры |
в термокамере по |
||||||||||||
заданному |
режиму |
до |
температур |
соответственно —65; —45 и —25° С; О—О 0 —а,, |
0 —а2 > |
0 — а3 — понижение |
температуры |
в бетонной призме |
||||||||||
при |
замораживании |
ее в термокамере |
до температур соответственно |
—65, —45 и —25° С; О |
— О |
M Î . bsds |
— повышение температуры |
в замо |
||||||||||
роженной бетонной призме за |
период |
испытания ее на прессе; О - О |
Ьхси |
Ъгсг, bscs — повышение температуры |
в замороженной |
бетонной |
призме |
|||||||||||
при |
моделировании |
испытаний |
ее на прессе; О - О a i * u " 2 6 2 , а,Ьг — оборудование замороженной |
призмы приборами и центрирование ее на прессе; |
Измерение деформаций бетона
В большинстве работ отечественных исследователей, по священных изучению закономерностей разрушения бетона под нагрузкой в обычных условиях положительных темпера тур, для измерения деформаций опытных образцов исполь зовались в основном электротензодатчики.
В температурно-влажностных условиях испытаний, про водимых в настоящей работе, электротензодатчики не могли обеспечить требуемую надежность и точность измерений по ряду причин: во-первых, ввиду недостаточного сцепления клеевой основы датчика с поверхностью водонасыщенного бе тона, не только замороженного, но и испытываемого при по ложительной температуре; во-вторых, ввиду различия в вели чине коэффициентов линейного расширения бетона и клеевой основы датчика, используемого в условиях знакопеременных температурных воздействий.
В настоящей работе для измерения деформаций призм при бетонировании образцов закладывалось 16 анкерных болтов М5 по всем четырем граням. На этих болтах впослед ствии монтировались индикаторы часового типа. Стержниудлинители к индикаторам изготавливались из специальной стали «Инвар», обладающей весьма малым коэффициентом линейного расширения, что позволило свести к минимуму по грешности в измерении деформаций замороженных бетонных призм, которые могли бы иметь место за счет собственных температурных деформаций удлинителей.
Для обеспечения надежности работы индикаторов часо вого типа при испытании замороженной бетонной призмы индикаторы предварительно смазывались маслом МН-65, за мерзающим при температуре ниже —65° С. База измерения продольных и поперечных деформаций опытной бетонной призмы составляла соответственно 250 и МО мм. При этом зона сложного напряженного состояния бетона была практи
чески исключена из области |
измерений. |
|
|
|
|
Принятая |
в настоящей |
работе методика |
измерения |
де |
|
формаций проверялась на |
серии бетонных |
призм естествен |
|||
ной влажности |
размерами |
1 5 Х 1 5 Х 5 5 С Л І |
в |
условиях |
поло |
жительных температур. С этой целью при испытании призмы под нагрузкой осевого сжатия измерение продольных и по перечных деформаций по всем четырем ее граням произво дилось одновременно тремя способами (рис. 7): с помощью электронного измерителя деформаций типа АИД-1М и электротензодатчиков, рычажных тензометров, индикаторов ча
сового типа, укрепленных на образце по описанному |
выше |
|||
способу. |
|
г = f(a/Rnp), |
|
a/Rnp— |
Анализ графиков |
зависимостей |
где |
||
уровни напряжений |
в нагружаемом |
бетоне, а |
е — его |
линей- |
зѳ
У л ь т р а з в у к о в о й |
метод определения |
начала |
процесса |
трещинообразования |
бетона |
Согласно вышеописанной обобщенной методике, основным методом определения начала процесса трещинообразования бетона (01 = і?т ) является ультразвуковой метод. Надежность его подтверждается многочисленными работами исследовате лей, применяющих акустические методы при испытании
строительных |
материалов. Это, |
прежде |
всего, |
работы |
|
Ю. А. Нилендера [52], В. В. Дзениса |
[24], И. |
В. Защука [29], |
|||
Г. Я- Почтовика |
и Р. О. Красновского |
[59], а |
также |
зарубеж |
|
ных исследователей Л. Бергмана, |
Р. |
Джонса |
[92] и |
др. |
В настоящей работе для определения скорости прохожде ния ультразвуковых продольных волн через бетон использо вался ультразвуковой прибор УЗП-61. В комплекте с ним применялся 20-точечный переключатель, 12 датчиков с пьезокристаллами из сегнетовой соли, рассчитанными на рабочую частоту 80 кГц, а также керамические датчики.
Ультразвуковые датчики крепились на боковых гранях призмы с помощью упругих резиновых связей, обеспечиваю щих достаточно плотный контакт и в то же время практи чески не стесняющих развитие поперечных деформаций об разца при его нагружении. Рабочие поверхности датчиков
смазывались |
тонким слоем солидола, хорошо передающего, |
||
как известно |
[29], |
продольные ультразвуковые |
колебания. |
Средняя |
база |
времени распространения |
ультразвуковых |
волн в контрольных бетонных образцах, испытываемых в на
стоящей |
работе, |
в |
направлении, |
нормальном |
по |
отношению |
||||||
к сжимающей |
силе, составляла |
т с р |
= |
40 мксек. |
Учитывая, что |
|||||||
точность |
отсчета |
используемого |
прибора |
УЗП-61 |
составляет |
|||||||
At — 0,1 мксек, |
|
ошибка |
в измерении |
скорости |
УЗВ |
могла |
||||||
быть Ат = -^--юо% |
= 0,25% , что |
вполне |
удовлетворяет |
тре- |
||||||||
бованиям |
Тср |
|
|
|
испытаний. |
|
|
|
|
|
|
|
проводимых |
|
|
|
|
|
|
||||||
Прозвучивание бетонной призмы производилось по шести |
||||||||||||
направлениям: четырем — поперечным |
по |
отношению к |
сжи |
|||||||||
мающей |
силе |
и двум диагональным |
(см. рис. 5). Направле |
|||||||||
ния были |
выбраны |
таким образом, чтобы при помощи 12 дат |
чиков область распространения ультразвуковых волн охва тывала практически всю исследуемую зону одноосного
напряженного состояния призматического |
образца. |
В заключение необходимо отметить, что |
результаты про |
веденных по разработанной методике предварительных испы таний на осевое сжатие бетонных образцов-призм показали, что при этом с достаточной степенью точности и достоверно
сти фиксируются |
различные |
этапы процесса |
деформирования |
|
и трещинообразования бетона (естественной |
влажности |
и во- |
||
донасыщенного) |
в условиях |
как положительных, так и |
отри |
|
цательных температур. |
|
|
|
Г л а в а III
Н И З К О Т Е М П Е Р А Т У Р Н Ы Е П Р О Ч Н О С Т Н Ы Е И Д Е Ф О Р М А Т И В Н Ы Е Х А Р А К Т Е Р И С Т И К И Б Е Т О Н А
§ I. ЛИНЕЙНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ
В соответствии с изложенными выше задачами и методи кой исследований на настоящем этапе работы были прове дены испытания опытных образцов, изготовленных из бетона различных составов и имеющих различную влажность или степень водонасыщения. В результате были определены основные деформативные и прочностные характеристики бе тона в замороженном до различных температур (до —65° С) состоянии.
На рис.8—11 представлены построенные по данным указан ных испытаний графики зависимостей е П р 0 д , е П оп=/(<т, v/Rkp)- Здесь еп род и 8цоп — полные (упругие и пластические), соответ ственно продольные и поперечные, деформации бетона; а — напряжение сжатия; Rip — призменная прочность бетона в заданном температурно-влажностном состоянии. -
Сопротивляемость бетона развитию деформаций, статический модуль у п р у г о с т и , призменная прочность бетона
Из рассмотрения графиков зависимостей еп р0 д, е П О п = /(о), построенных по результатам испытаний бетона В/Ц = 0,7, видно, что величины и продольных, и поперечных деформа ций замороженного до —65° С бетона всех трех групп водо насыщения (бетон естественной влажности, водонасыщенный при атмосферном давлении и водонасыщенный под вакуу мом) существенно меньше деформаций бетона контрольных
образцов |
(при |
+ 2 0 ° С ) , вызванных |
одинаковыми |
величинами |
|||||
напряжений осевого сжатия |
(рис. 8). |
|
|
|
|||||
|
Увеличение |
влажности |
бетона |
с W\ = |
3,66% |
* |
до W2 = |
||
= |
4,84%, |
как |
видно |
из рассматриваемого |
рисунка, |
приводит |
|||
к |
заметно |
большему |
уменьшению |
его линейных |
деформаций |
* Wi — средняя весовая влажность бетона і-той группы водонасыще ния, определенная по пробам, взятым из различных по сечению участков опытных призм, испытанных на сжатие.
39
6,кгс/см1
_ / 2 "
|
|
2' |
Ч |
|
250 |
|
\\ |
|
|
\ |
|
2 |
\ |
V \ \!
х \ |
Vu |
4 |
V |
|
|
|
|
|
2 \ |
|
|
|
|
|
'<--^2" |
WO |
|
|
/ |
/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
*' |
|
|
i |
/ |
/ / / |
/ . |
150 |
/ ' / • |
|
|
||
/ |
/ |
' V |
|
|
|
|
1J |
|
//A |
|
|
WO î |
h |
|
i |
|
|
|
AC |
|
|
|
|
Ч
if
|
|
|
|
|
|
|
iff |
|
|
|
|
|
|
|
|
28 |
2Ц- |
20 |
16 |
12 |
8 |
4 |
О |
« |
б3 |
« |
16 |
20 |
2k |
28 |
32 |
Рис. 8. |
Зависимость |
линейных |
продольных |
е п р о д |
и поперечных |
е п о п |
деформаций |
от |
напряжений |
сжатия |
в бетоне |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с В/Ц = 0,7 |
1. |
/" — бетон контрольных образцов с влажностью соответственно №, = 3.66%, » ' , = 4,84%, №3 =6,24%, испытываемый при +20° С; 2, 2', 2"-то |
же, |
|
при - 6 5 ° |
С |