книги из ГПНТБ / Бетон для строительства в суровых климатических условиях
..pdfРис. 10. Зависимость деформаций от напряжений сжатия в бетоне с В/Ц = 0,4 и влажностью W — 4,05%
и — линейных; б — объемных; / - б е т о н контрольных образцов, испытываемый при +20° С; 2 - то же. при - 25° С; 3-_ то |
^ |
I ^ V g |
|
|
6!8ва |
|
|
ч |
ч |
ч |
|
|
s - |
|
|
|
|
|
\ |
ч» |
|
|
|
|
\ |
|
|
|
|
\ |
1 |
|
|
|
|
0,6 |
|
|
|
* |
V |
|
|
|
^ |
Я |
|
|
|
\ |
1 |
|
|
|
\ |
|
a* |
|
|
|
|
г
2 - - |
V |
1— |
|
M |
,< |
|
ff |
• |
|
/"M |
S SS |
|
k Y / |
г / |
|
/ |
||
|
||
/ |
|
\і!
28 |
2¥ |
20 |
16 |
12 |
8 |
12 |
16 |
20 |
2k |
28 |
32 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Lnpad•Ю |
|
Рис. 11. Зависимость линейных деформаций от уровней напряжений сжатия в бетоне с В/П = 0,7
/ - б е т о н контрольных образцов с влажностью Г , = 3 , 6 6 » , испытываемый при + 2 0 ° С; 2, 2', 2 " " ™ ^ ' 8 4 = ВЛ™™ЪІІ% |
испьТтываемый npiT—^èP'c |
в замороженном состоянии. Так, при замораживании бетона
с влажностью Wx продольные деформации, вызванные на |
|||||||
пряжениями сжатия а = 0,92^п р = 168 кгс/см2 {rIP |
— призмен- |
||||||
ная |
прочность |
бетона |
контрольного |
образца), |
уменьшаются |
||
на |
32,6%, а при замораживании бетона с влажностью |
W2— |
|||||
на |
53,5% *• Степень |
уменьшения |
поперечных |
деформаций |
|||
при этом еще больше: для бетона |
с влажностью |
W\ |
она |
||||
равна 62,5%, а для бетона с W2 составляет 84,5%. |
|
|
|||||
|
Повышенной |
сопротивляемости |
замороженного |
бетона |
развитию под сжимающей нагрузкой линейных деформаций соответствует повышенное значение статического модуля
упругости Ест |
и призменной прочности бетона Rnv. |
Так, за |
|
мораживание до —65° С |
бетона с влажностью W\ |
приводит |
|
к увеличению |
на 7%, Rnp — на 22%, а замораживание до |
||
этой же температуры бетона с влажностью W2— к |
увеличе |
||
нию £ C T на 21%; JRnp — на 67% (табл. 4 и 5). |
|
||
Повышение |
влажности |
бетона с В/Ц = 0,7 от W2 |
= 4,84% |
до W3 = 6,24% |
приводит |
при его замораживании, |
казалось |
бы, к дальнейшему росту его призменной прочности |
(на 107% |
относительно бетона контрольного образца, табл. 4). На са
мом же деле, как будет |
показано ниже, при этом происходит |
||
падение величины ^ п р |
относительно |
замороженного |
до той |
же температуры бетона |
с влажностью |
Wnp, величина |
которой |
больше влажности W2, какую приобретает бетон данного со става, водонасыщенный при атмосферном давлении, и меньше влажности бетона W3, водонасыщенного под вакуумом.
Здесь Wnp — предельная («пороговая») величина влажно сти бетона, превышение которой приводит при его заморажи вании до определенной температуры к относительно прогрес сирующему развитию деструктивных процессов. О причинах развития этих процессов в бетоне и о физической сущности «предельной влажности» будет сказано ниже, в § 5 настоя щей главы.
На относительное развитие деструктивных процессов в бетоне с В/Ц = 0,7, влажностью W3 = 6,24% при заморажи вании его до —65° С может указывать:
1)падение величины статического модуля упругости (на 16% относительно бетона контрольного образца);
2)понижение сопротивляемости бетона развитию под на грузкой линейных деформаций (относительно бетона с мень шей влажностью, замороженного до той же температуры).
Так, |
например, |
если |
замораживание |
бетона |
с |
влажностью |
||
^ 2 = |
4,84% приводит |
к уменьшению |
продольных |
деформа |
||||
ций, |
вызванных |
напряжениями сжатия |
а = |
0,927?пр, на |
||||
53,5%, а поперечных |
деформаций — на |
84,5%, |
то |
заморажи- |
||||
* Разница в величинах деформаций вычисляется в процентах относи |
||||||||
тельно полной деформации |
бетона контрольного |
образца. |
|
|
|
44
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 4 |
|
|
|
|
Прочностные характеристики областей напряженного состояния бетона |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
при положительных и отрицательных |
температурах |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Характеристики бетона |
|
|
|
||
|
|
|
|
#пр, |
кгс/см2 |
R^, |
кгс/см'4 |
*;/^ п р |
|
кгс/см2 |
|
^ п р |
|
в/ц |
|
wt, % |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Температура бетона в °С |
|
|
|
||
|
|
|
|
+20 |
-65 |
+20 |
-65 |
+20 |
-65 |
+20 . |
-65 |
+20 |
-65 |
|
1 ^ |
= |
3,66 |
183 |
223 |
58 |
72 |
0,32 |
0,32 |
133 |
167 |
0,73 |
0,75 |
0,7 |
№ 2 |
= |
4,84 |
167 |
279 |
57 |
96 |
0,34 |
0,345 |
126 |
219 |
0,755 |
0,785 |
|
W3 |
= |
6,24 |
150 |
310 |
54 |
120 |
0.36 |
0,39 |
111 |
214 |
0,74 |
0,69 |
|
Wi = |
3,30 |
246 |
292 |
91 |
109 |
0,37 |
0,375 |
188 |
225 |
0,765 |
0,77 |
|
0,5 |
W2 |
= |
4,38 |
225 |
362 |
88 |
144 |
0.39 • |
0,40 |
176 |
290 |
0,78 |
0,80 |
|
Wz |
= |
5,06 |
211 |
420 |
82 |
170 |
0,39 |
0,405 |
169 |
353 |
0,80 |
0,84 |
|
W4 |
= |
5,35 |
206 |
396 |
84 |
156 |
0,405 |
0,39 |
163 |
298 |
0,79 |
0,75 |
|
TT, = |
3,12 |
292 |
344 |
112 |
131 |
0,385 |
0,38 |
228 |
273 |
0,78 |
0,79 |
|
|
Wt |
= |
4,05 |
261 |
412 |
105 |
177 |
0,40 |
0,43 |
204 |
334 |
0,78 |
0,81 |
0,4 |
W3 = |
4,90 |
248 |
469 |
100 |
182 |
0,405 |
0,39 |
196 |
383 |
0,79 |
0,82 |
|
|
W, = |
5,11 |
240 |
505 |
106 |
202 |
0,44 |
0,40 |
185 |
364 |
0,77 |
0,72 |
|
|
Г 5 |
= |
5,20 |
238 |
340 |
102 |
170 |
0,43 |
0,50 |
186 |
232 |
0,78 |
0,68 |
У с л о в н ы е о б о з н а ч е н и я ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
^ п р ' ^т ' ^ т ~ в е |
л и ч и н ь І |
напряжений, определяющие соответственно |
призменную |
прочность, |
нижнюю и верхнюю границы области микротре- |
||||||||
щинообразования |
бетона:при данной температуре; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Wt |
— весовая |
влажность |
бетона і-той |
группы |
водонасыщения. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 5 |
|
|
|
Деформативные |
характеристики |
областей напряженного состояния бетона при положительных |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
и отрицательных температурах |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Характеристики |
бетона |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
я с т . ю - |
3 , |
Е с ж - ! ° 4 "Р " |
е с ж ' 1 0 * п р и |
|
ес Р ж -Ш< при |
"еж |
0" при |
ö max - 1 0 < |
||||
в/ц |
|
|
|
кгсісм2 |
|
о - 0 , 9 2 « п р |
|
|
|
a=0,92Rn p |
а-- |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
температура |
бетона в °с |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
+20 |
-65 |
+20 |
-65 |
+20 |
-65 |
|
+20 |
-65 |
+20 |
-65 |
+20 |
-65 |
0,7 |
Г , = 3 , 6 6 |
322 |
345 |
9 85 |
10,1 |
5,8 |
6,6 |
- |
4,05 |
4,25 |
1,3 |
1,6 |
3,17 |
3,48 |
||
|
№ 2 =4,84 |
343 |
417 |
9,5 |
11,2 |
5,5 |
7,3 |
|
4,6 |
6,0 |
1,3 |
1,8 |
2,82 |
3,95 |
||
|
«73 =6,24 |
368 |
321 |
9,1 |
25,9 |
4,8 |
12,9 |
|
4,9 |
18,5 |
1,2 |
4,7 |
2,50 |
3,71 |
||
0,5 |
И7,=3,30 |
340 |
354 |
10,8 |
11,1 |
7,7 |
8,2 |
|
4,05 |
4,2 |
1,7 |
1,95 |
4,36 |
4,48 |
||
|
Г 2 = 4 , 3 8 |
350 |
414 |
11,25 |
13,05 |
7,95 |
9,85 |
|
4,7 |
5,9 |
2,0 |
2,6 |
3,95 |
4,69 |
||
|
Ц73 =5,06 |
369 |
467 |
10,7 |
16,3 |
8,05 |
13,6 |
|
4,95 |
7,7 |
2,2 |
3,8 |
3,60 |
6,02 |
||
|
1^4=5,35 |
375 |
424 |
10,9 |
22,4 |
7,75 |
14,9 |
|
5,05 |
13,8 |
2,1 |
5,1 |
3,67 |
4,82 |
||
0,4 |
№,=3,12 |
353 |
366 |
11,3 |
11,5 |
8,35 |
8,75 |
|
3,90 |
4,02 |
2,0 |
2,2 |
4,50 |
4,55 |
||
|
1}72=4,05 |
357 |
420 |
11,6 |
13,45 |
8,5 |
10,2 |
|
4,3 |
5,25 |
2,1 |
2,8 |
4,29 |
4,76 |
||
|
Г 3 = 4 , 9 0 |
372 |
460 |
11,65 |
14,5 |
8,3 |
11,8 |
|
4,45 |
5,5 |
2,3 |
3,2 |
3,76 |
5,53 |
||
|
Г 4 = 5 , П |
393 |
405 |
10,95 |
32,0 |
7,7 |
20,6 |
|
4,2 |
18,2 |
2,0 |
7,0 |
3,65 |
6,77 |
||
|
U75 =5,20 |
402 |
391 |
10,5 |
18,8 |
7,65 |
10,4 |
|
3,95 |
11,5 |
2,0 |
4,0 |
3,66 |
2,15 |
||
У с л о в н ы е о б о з н а ч е н и я : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
статический |
модуль |
упругости |
бетона |
на сжатие; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Е „ |
• |
|
— деформации |
соответственно сжатия и растяжения при сжатии бетона, вызванные напряжениями a=0,92R и a=R • |
|
|||||||||||
|
Ѳ т |
а х |
— максимальная величина объемных деформаций сжатия |
бетона |
(при а = R^); |
|
|
|
|
|||||||
|
ß n P i |
Я т — величины напряжений, определяющие |
соответственно |
призменную |
прочность и верхнюю |
границу |
области |
микротрещинообразо- |
||||||||
вания бетона, |
нагружаемого |
осевым сжатием |
в определенных температурных |
условиях. |
|
|
|
|
|
вание бетона с влажностью W3 = 6,24% приводит при той же относительной величине напряжений к существенно мень шему сокращению этих деформаций, а именно: продольных — на 37%, поперечных — на 67,5%.
Существование «предельной влажности», определяющей изменение прочностных и деформативных характеристик за мораживаемого бетона, подтверждается и результатами испы таний бетонов двух других серий: В/Ц == 0,5 и В/Ц = 0,4.
Следует при этом заметить, что если в бетоне с В/Ц = 0,7 влажность больше предельной для данной температуры за
мораживания (—65° С) устанавливалась |
при |
водонасыщении |
под вакуумом в первом режиме {W2<. |
Wnp < |
W3), то в бе |
тонах с меньшим В/Ц этого удалось добиться |
только при бо |
лее интенсивном режиме водонасыщения, а именно: при во
донасыщении |
под вакуумом |
во втором |
режиме (W3 < |
W n p |
< |
||||||
|
Действительно, как можно видеть из табл. 4—6, увеличе |
||||||||||
ние влажности бетона с |
В/Ц = 0,5 |
от |
W\ = |
3,3% до |
W2 |
— |
|||||
= |
4,38% |
и |
^ з = |
5,06%, |
а |
бетона |
с В/Ц = |
0,4 —от |
№, |
= |
|
= |
3,12% |
до |
№2 = |
4,05% |
и |
№3 = 4,9% |
приводит при их за |
мораживании до —65° С ко все более значительному увеличе нию призменной прочности и статического модуля упругости, повышению сопротивляемости бетона развитию под нагруз кой линейных деформаций. При дальнейшем увеличении влажности (до Wt и W$) снижаются все исследуемые харак теристики по сравнению с бетонами тех же составов с мень шей величиной влажности, замороженных до той же темпера туры. Снижение это тем существенней, чем в большей степени влажность бетона превышает предельную.
Так, например, замораживание до —65° С бетона с В/Ц = = 0,4 и влажностью Wz — 4,9% приводит к уменьшению раз виваемых под нагрузкой сг = 0,92#п р продольных деформаций на 48,5%, поперечных деформаций — на 72,2%, к увеличению
£ с т |
на 24%- С увеличением влажности бетона этой серии до |
|
W4 |
= 5,11 % при его замораживании указанные |
характерис |
тики изменяются в меньшей степени: продольные |
деформации |
уменьшаются на 28,4%), поперечные — на 45,2%, Ест увели чивается всего на 3%. При дальнейшем увеличении влажно
сти до |
1^5 = 5,2% |
продольные деформации |
бетона умень |
шаются |
на 10,2%, |
поперечные — на 11,1%, |
статический мо |
дуль упругости снижается на 3%. |
|
Существование «предельной влажности» подтверждает и характер изменения призменной прочности замораживаемых
бетонов |
с В/Ц = 0,4 и В/Ц = 0,5. Так, например, |
увеличение |
|||||
влажности бетона |
с В/Ц = |
0,5, замораживаемого |
до —65° С, |
||||
от Wz = |
5,06% |
до |
= |
5,35% приводит |
к падению его приз |
||
менной |
прочности |
с 420 |
до |
396 кгс/см2; |
казалось |
бы, совсем |
|
незначительное |
увеличение |
влажности |
бетона с |
В/Ц = 0,4, |
47
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 6 |
|
Коэффициенты изменения прочностных и деформативных характеристик |
областей |
|
|
||||||||
напряженного состояния бетона, замораживаемого до —65° С |
|
|
|
|
|||||||
|
В/Ц = 0,7 |
|
|
В/Ц=0,5 |
|
|
|
В/Ц = 0,4 |
|
|
|
Коэффициенты |
|
Весозая влажность бетона в % соответственно по группам |
водонасыщения |
|
|
||||||
№, = 3,66 |
№2 =4,84 |
№3 = 6,24 |
•IF,=3,30 |
№: =4,38 №3 =5,06 |
№4 =5,35 №,=3,12 №2 =4,05 |
№3 =4,90 |
№<=5,11 |
№s =5,20 |
|||
1,22 |
1,67 |
2,07 |
1,19 |
1,61 |
1,99 |
1,92 |
1,18 |
1,58 |
1,89 |
2,10 |
1,43 |
1,23 |
1,69 |
2,23 |
1,20 |
1,64 |
2,07 |
1,86 |
1,17 |
1,69 |
1,82 |
1,91 |
1,67 |
1,26 |
1,74 |
1,93 |
1,20 |
1,65 |
2,09 |
1,83 |
1,20 |
1,64 |
1,95 |
1,97 |
1,25 |
«1 = £ с т / £ с т |
1,07 |
1,21 |
0,87 |
1,04 |
1,18 |
1,26 |
1,13 |
1,04 |
1,17 |
1,24 |
1,03 |
0,97 |
1 1 1 1
« 2 = 8 с ж / е с ж п р и ° = 0 ' 9 2 « п р |
1,03 |
1,18 |
2,85 |
1,03 |
1,16 |
1,52 |
2,05 |
1,01 |
1,16 |
1,25 |
2,93 |
1,79 |
«3 = е с ж / е с ж П Р И |
ст==Ят |
1,14 |
1,32 |
2,69 |
1,08 |
1,24 |
1,69 |
1,93 |
1,05 |
1,20 |
1,42 |
2,68 |
1,36 |
« 4 = < / C п Р и а = 0 , 9 2 « п р |
1,05 |
1,31 |
3,78 |
1,04 |
1,25 |
1,56 |
2,73 |
1,02 |
1,21 |
1,24 |
4,34 |
2,91 |
«5 = е ? 4 / < ж п Р и °=RT |
1,23 |
1,38 |
3,91 |
1,15 |
1,30 |
1,73 |
2,43 |
1,10 |
1,28 |
1,39 |
3,50 |
2,00 |
У с л о в н ы е о б о з н а ч е н и я :
к0к Ѵк
і? П р . ß, r . R T — величины напряжений, определяющие соответственно призменную прочность, нижнюю и верхнюю границы области кикротрещинообразования бетона при +20° С;
Д п р , R®, Д ^ - т о же, при —65° С;
Е ^ т , — статический модуль упругости на сжатие бетона соответственно при +20° С и при —65° С;
^сж' Е с ж ~ л и н е й н ы е деформации соответственно сжатия и растяжения при сжатии бетона при +20с С, вызванные напряжениями 0 = « ^ и o = 0,92Rn p ;
есж'1 eсжpt —то же, при —65° С.
замораживаемого |
|
также до —65° С, от W4 = |
5,1 % |
до W5 |
= |
||
= 5,2% |
приводит |
к существенному падению |
величины |
/?п р |
|||
(с 505 |
до.340кгс/см2 ). |
|
|
|
|
||
Если |
учесть, |
что продольные деформации, |
развиваемые |
||||
при осевом сжатии бетона, являются по существу |
деформа |
||||||
циями |
сжатия, |
а |
поперечные — деформациями |
растяжения |
|||
бетона |
при его сжатии, то на основании результатов |
испыта |
ний бетона всех трех исследуемых серий можно сделать сле дующий вывод.
Замораживание бетона до —65° С во всем исследуемом диапазоне влажностей (в том числе и при влажности, превы шающей предельную) приводит к общему повышению сопро тивляемости его развитию под нагрузкой линейных деформаций сжатия и растяжения при сжатии. Причем при влажностях, меньших по величине предельной, увеличение сопротив ляемости бетона тем значительней, чем больше величина его влажности. Особенно существенно повышается сопротивляе мость бетона развитию деформаций растяжения при сжатии.
Сравнение характера изменения зависимостей |
еп р 0 д, еП О п = |
||
= /(а) для бетонов с различным В/Ц, но одной |
группы |
водо- |
|
насыщения (см. рис. 10, 11), показывает, что |
замораживание |
||
бетона с большим значением В/Ц в большей |
степени |
повы |
шает сопротивляемость его развитию под нагрузкой линей ных деформаций, способствует большему росту его призменной прочности и статического модуля упругости (табл. 6).
Как будет видно ниже (см. § 5 настоящей главы), объяс нение последнему следует искать в том, что бетон с большим значением В/Ц обладает большей общей пористостью и боль шим относительным содержанием крупных пор, а следова тельно, при прочих равных условиях должен обладать и большей льдистостью.
О влиянии величины температуры замораживания бетона с влажностью меньше предельной на изменение его прочно
стных и |
деформативных |
характеристик |
можно судить |
из |
рис. 10 и табл. 7, где в |
качестве примера |
представлены |
ре |
|
зультаты |
испытания бетона с В/Ц = 0,4, |
водонасыщенного |
при атмосферном давлении. Можно видеть, что заморажива ние этого бетона до температур последовательно —25, —45, —65° С приводит:
1) к сокращению линейных деформаций сжатия, вызы ваемых напряжениями а = 0,92^п р , соответственно на 32; 41,6 и 45,7%;
2)к сокращению линейных деформаций растяжения при сжатии соответственно на 51; 64,5 и 70,8%;
3)к увеличению ' призменной прочности бетона соответ ственно на 22; 44 и 58%;
4)к увеличению статического модуля упругости бетона соответственно на 12, 19 и 20%.
50
Прочностные и деформативные характеристики областей напряженного состояния бетона, замороженного до различных температур
|
|
Прочностные характеристики |
|
|
|
|
|
Деформативные |
характеристики |
|||||||
Темпера |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тура бе |
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тона |
Rnp, |
|
|
|
|
|
|
н с т - ю - 3 , |
|
|
Е -104 |
е р |
.10« |
£ |
Р -10« |
|
в °С |
*?• |
|
<• |
|
|
|
|
|
СЖ |
сж |
|
сж |
||||
|
кгс/см2 |
2 |
2 |
R |
n p |
кгс/см2 |
при |
n p |
при |
при |
|
при |
||||
|
|
кгсісм |
|
R np |
кгс/см |
|
|
|
o- = 0,92R |
|
|
а=0,92/? п р |
|
|
||
+20 |
261 |
105 |
|
0,40 |
204 |
|
0,78 |
357 |
11,6 |
|
8,5 |
4,3 |
|
2,2 |
||
- 2 5 |
320 |
134 |
|
0,42 |
256 |
|
0,80 |
395 |
12,35 |
|
9,3 |
4,45 |
|
2,5 |
||
- 4 5 |
377 |
157 |
|
0,41 |
299 |
|
0,79 |
418 |
13,1 |
|
9,7 |
4,95 |
|
2,6 |
||
—65 |
412 |
177 |
|
0,43 |
334 |
|
0,81 |
420 |
13,45 |
|
10,2 |
5,25 |
|
2,8 |
Таблица 7
Bmax-lO'
4,29
4,37
4,53
4,76
П р и м е ч а н и е . 1. Приведенные данные относятся к бетону с В/Ц=0,4, водонасыщешюку при атмосферном давлении (№=4,05%). 2. Условные обозначения те же, что к табл. 4 и 5.