книги из ГПНТБ / Бетон для строительства в суровых климатических условиях

Таким образом, чем ниже температура замороженного бе­ тона в диапазоне влажностей, меньших предельной, тем в большей степени может он сопротивляться развитию под нагрузкой линейных деформаций, особенно деформаций рас­ тяжения при сжатии и, в соответствии с этим, тем значитель­ ней увеличение ^?пр и £ с т ' Наиболее существенное увеличение указанных характеристик бетона наблюдается в температур­ ном интервале от —25 до —45° С. Это объясняется, очевидно, тем, что при таких температурах, как правило, замерзает вода, находящаяся в крупных порах — капиллярах (см. § 5 настоящей главы).

С ж и м а е м о с т ь и р а с т я ж и м о с т ь бетона

Кроме изменения сопротивляемости бетона развитию под нагрузкой деформаций сжатия и растяжения, определенный практический интерес представляет влияние отрицательных температур на изменение предельной сжимаемости и растя­

зависимостей линейных деформаций епрод, епоп от уровней на­

что линейные деформации сжатия и растяжения при сжатии бетона всех трех групп водонасыщения, замороженного до

номерности в изменении величин линейных деформаций мож­

второй и третьей групп водонасыщения контрольных образцов не пока­ заны ввиду их близости к кривой / тех же зависимостей для контрольных образцов первой группы водонасыщения.

** Rlnp — призменная прочность бетона в заданном температурно-влаж-. постном состоянии.

52

Коэффициенты изменения деформативных характеристик бетона различных серий п2 и я4 , приведенные в табл. 6, по­ казывают, что увеличение линейных деформаций заморожен­ ных бетонов одной группы водонасыщения при равных зна­ чениях о/ЯІр тем больше, чем больше величина В/Ц.

Таким образом, сжимаемость и растяжимость при сжатии бетона, замороженного до —65° С, во всем исследуемом диа­ пазоне влажностей при нагрузках, близких к разрушающим, превышает соответствующие характеристики бетона при по­ ложительных температурах, причем тем значительней, чем больше В/Ц и величина влажности. Растяжимость бетона при этом увеличивается в большей степени, чем сжимаемость.

О влиянии величины температуры замораживания бетона с влажностью меньше предельной на изменение его сжимае­

живания бетона в диапазоне влажностей меньше предельной, тем больше увеличиваются его сжимаемость и особенно рас­ тяжимость при сжатии.

Представляет определенный интерес влияние заморажива­ ния бетона на изменение его сжимаемости и растяжимости при напряжениях, определяющих верхнюю границу области

образования микротрещин a = R%. Если величину R% счи­ тать своеобразным прочностным критерием долговечности бетона, то деформации бетона, вызванные такими напряже­ ниями, можно характеризовать как «предельные по его дол­ говечности» (в отличие от деформаций, вызванных напряже­ ниями о = Rup, являющихся по существу «предельными по несущей способности бетона»).

Принимая вышесказанное во внимание, при анализе табл. 6 можно сделать вывод, что замораживание бетона во всем исследуемом диапазоне влажностей и температур при­ водит к увеличению сжимаемости и растяжимости бетона при сжатии, предельных по его долговечности; при этом в случае W <С № п р эти деформативные характеристики бетона увеличиваются в большей степени, чем соответствующие ха­ рактеристики, предельные по его несущей способности, а в

53

изменениям в его структуре при замораживании выше чув­ ствительности соответствующих характеристик, определяю­ щих конечную прочность бетона на сжатие.

§ 2. ОБЪЕМНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ

Анализ результатов испытаний бетонов исследуемых со­ ставов показывает, что общий характер зависимостей полных (упругих и пластических) объемных деформаций бетона Ѳ от величин напряжений о или от уровней напряжений o/R„p осевого сжатия во всех принятых в работе температурновлажностных условиях нагружения бетона приблизительно одинаков.

Действительно, как видно из рис. 12, при нагружении бетона с различной влажностью в условиях положительных

6,кгсІсм-

54

и отрицательных температур с увеличением напряжений сжа­ тия до определенного предела а п р происходит уменьшение внешнего объема бетона. Этот предел напряжений и в тех и в других температурных условиях нагружения с определен­ ным приближением соответствует верхней границе области

объема образца кривых зависимостей Ѳ = / ( а ) . Оказывается, что таким же образом можно определить величину Ri и в за­ мороженном бетоне (точка К')-

Наибольший интерес при рассмотрении графиков зависи­ мостей Ѳ = f(a, в/Rnp) представляет ветвь сокращения объ­ ема образца, положение которой относительно осей координат может существенно изменяться в зависимости от температур- но-влажностных условий нагружения бетона. Ветвь увеличе­ ния объема бетона соответствует процессу его самоускорен­ ного разрушения, характер которого в зависимости от темпе- ратурно-влажностных условий нагружения изменяется незна­ чительно.

С о п р о т и в л я е м о с ть бетона развитию объемных деформаций

Как видно из графиков зависимостей Ѳ = f(o) (рис. 12, 13), замораживание бетона во всем исследуемом диапазоне влажностей приводит к увеличению сопротивляемости его развитию под нагрузкой -объемных деформаций сжатия, причем тем в большей степени, чем больше величина влажности бетона. Сравнение относительных величин изменения этих деформа­ ций ЛѲ, вызванных напряжениями а = 0,5/?пР, в бетонах раз­ личных составов (табл. 8) показывает, что в отличие от харак­ тера изменения линейных деформаций здесь практически не наблюдается влияния В/Ц.

Кроме того, если сопротивляемость замораживаемого бе­ тона развитию линейных деформаций увеличивается с повы­ шением его влажности только до определенного предела Wap, то сопротивляемость бетона развитию объемных деформаций сжатия растет с увеличением его влажности во всем иссле­

55

область влажностей больше предельной *. Таким образом, определяющая роль «предельной влажности» оказывается выраженной и в изменении объемных деформаций заморажи­ ваемого бетона, хотя и в меньшей степени, чем это наблю­ дается при изменении линейных деформаций.

На рис. 10 представлены графики зависимостей Ѳ — / ( а ) , построенные по результатам испытания бетона с В/Ц = 0,4, влажностью № = 4,05%, замораживаемого до различных температур. Анализ кривых показывает, что сопротивляемость замороженного бетона с влажностью меньше предельной развитию под нагрузкой объемных деформаций сжатия тем значительней, чем ниже температура его замораживания.

Так, замораживание бетона до температур —25, —45 и —65° С приводит к уменьшению объемных деформаций сжа­ тия, вызванных напряжениями а = 0,5Япр соответственно на_

* Здесь имеется в виду «предельная влажность», определенная рас­ смотренным выше образом по характерному изменению призменной проч­ ности, статического модуля упругости и линейных деформаций заморажи­ ваемого бетона.

66

20,6; 26,7 и 27,6%; уменьшение максимальных объемных де­ формаций сжатия бетона, вызванных напряжениями о « R™, составляет соответственно 10; 20,6 и 24%.

2.Л„р, Rn p - призменная прочность бетона соответственно контрольных образцов

ибетона, замороженного до —65 °С.

3.— величина напряжений, соответствующая верхней границе области образо­ вания микротрещин в бетоне, подвергнутом сжатию в определенных температурновлажностных условиях.

Аналогично характеру изменения линейных деформаций,

Таким образом, сравнение зависимостей изменения линей­ ных и объемных деформаций бетона с увеличением напряже­ ний сжатия при положительных температурах и в бетоне, за­ мороженном до различных температур, приводит к следую­ щим выводам.

Замораживание бетона во всем исследуемом диапазоне влажностей и температур (до —65° С) приводит к повышению его сопротивляемости развитию под сжимающей нагрузкой

57

линейных деформаций сжатия и растяжения, объемных де­ формаций сжатия и при влажности, не превышающей пре­ дельной, к соответствующему увеличению статического мо­ дуля упругости бетона.

Сопротивляемость бетона развитию под нагрузкой линей­ ных и объемных деформаций, статический модуль упругости бетона с влажностью W < Wnv увеличиваются при его замо­ раживании тем в большей степени, чем больше его влаж­ ность, величина В/Ц и чем ниже температура замораживания.

Увеличение влажности замораживаемого бетона выше предельной приводит к снижению сопротивляемости его раз­ витию линейных деформаций, к снижению величины стати­ ческого модуля упругости относительно соответствующих ха­ рактеристик замороженного бетона с влажностью W < Wnp. Снижение это тем существенней, чем больше влажность бетона превышает предельную. Такой характер влияния отрицательных температур на деформативность бетона объяс­ няется действием ряда конструктивных и деструктивных про­ цессов, сопровождающих фазовые переходы воды в лед. Дей­ ствие этих процессов при замораживании бетона, которое под­ робно будет рассмотрено ниже (см. § 5 настоящей главы), происходит, как правило, одновременно.

Влажность бетона, или точнее степень его водонасыще­ ния, и определяет, какие из этих процессов имеют в каждом конкретном случае доминирующее значение.

Об ъ е м н ая сжимаемость бетона

Вцелях наиболее полной оценки закономерностей дефор­ мирования бетона, нагружаемого в замороженном состоянии,

целесообразно рассмотреть зависимости Ѳ = /(ст//?п р ) (рис.14) совместно с данными табл. 8. Анализ их дает такую небезын­ тересную информацию, как изменение объемной сжимаемо­ сти нагружаемого бетона в зависимости от температурных условий нагружения.

Замораживание бетона во всем исследуемом диапазоне влажностей и температур приводит к увеличению объемных деформаций сжатия, вызванных напряжениями, составляю­ щими одинаковую долю от призменной прочности бетона, т. е. замораживание бетона приводит к увеличению его объ­

Из этого примера видно, что объемная сжимаемость бе­ тона увеличивается при замораживании прямо пропорцио-

58

ние составляет только случай наибольшего полного водонасыщения бетона, когда влажность последнего существенно превосходит предельную. Влияние влажности замораживае­ мого бетона особенно заметно проявляется в изменении пре­ дельной величины объемных деформаций сжатия, вызывае­

69

при сжатии, объемная сжимаемость замороженного бетона во всем исследуемом диапазоне влажностей и температур, как правило, существенно превышают соответствующие характе­ ристики бетона при положительных температурах. При ус­

замороженного бетона можно объяснить: во-первых, за счет общего упрочнения структуры бетона при замораживании, а во-вторых, за счет обнаруженного исследователями [57] на­ личия сцепления льда с поверхностью цементного камня, а также за счет пластических свойств льда [15].

§ 3. КОЭФФИЦИЕНТ ПОПЕРЕЧНОЙ ДЕФОРМАЦИИ

Прежде чем перейти к анализу результатов исследований по влиянию отрицательных температур на коэффициент по­ перечной деформации бетона ѵ, целесообразно кратко остано­ виться на современных представлениях об этой характери­ стике.

Анализ современных представлений о коэффициенте поперечной деформации бетона

В первых работах отечественных исследователей [7, 8, 17] рассматриваемая характеристика бетона именовалась и изу­ чалась как коэффициент Пуассона ц,. В физике твердого тела [35] этот коэффициент определен как «константа, о которой имеет смысл говорить лишь в том случае, если сила, дейст­ вующая на решетку кристалла, вызывает в ней деформацию, подчиняющуюся закону Гука». Закон же Гука определяет только упругие деформации частиц кристаллов.

Результаты последних исследований по изучению законов деформирования и разрушения бетона показали неправомер­ ность допущения упругой его работы как сплошного твердого тела вплоть до разрушения [90, 116]. Очевидно, в связи с этим О. Я. Берг предложил «различать коэффициент Пуассона бе­ тона, который относится только к упругой его деформации, от коэффициента поперечной деформации, под которым пони-

60

взависимости от уров­

них работах) считается величиной неизменной. Последнее представляется нам не совсем правомерным.

Действительно, несплошность строения бетона, выражаю­ щаяся в том, что в нем еще до нагружения имеются микро­ трещины в цементно-песчаном камне (см. рис. 2) и на грани; це цементно-песчаного камня с заполнителем [90, 91, 116], практически исключает возможность существования упругой зоны работы этого хрупкого тела.

Это подтверждается результатами некоторых работ за­ рубежных исследователей. В частности, в работе А. Невилла [102] установлено, что зависимость деформаций сжатия бето­ на от напряжений сжатия во всех областях его напряженного

ной. Отсюда следует, что исключается возможность сохране­ ния коэффициентом поперечной деформации постоянного

61