книги из ГПНТБ / Бетон для строительства в суровых климатических условиях

а)

і - 3 230

M ж*

s > * A

y"

I 150

m -Л

iІ

\200

4*

1 цикл замораживания и оттаивания бетона этой серии, во­ донасыщенного под вакуумом (W^ = 4,90%; | н = 87,2%), приводит к увеличению продольных деформаций, вызванных

влажностью может приводить к весьма существенному сни­ жению сопротивляемости материала развитию под нагрузкой

деформаций попеременное замораживание и оттаивание бе­ тона исследуемых составов приводит к существенному, а при

* /?„р — призменная прочность бетона контрольных образцов 1-ой группы водонасыщения при 0 циклов замораживания,

101

всех исследуемых составов и влажностей, подвергнутых по­ переменному замораживанию и оттаиванию, больше по ве­ личине соответствующих деформаций бетона контрольных образцов, вызванных напряжениями сжатия, составляющими одинаковую долю от призменной прочности испытываемого бетона.

Характер влияния количества циклов замораживания и оттаивания и величины влажности бетона здесь приблизи­ тельно тот же, что и отмеченный выше при рассмотрении за­ висимостей е п Р од , бпоп = / ( а ) .

Таким образом, одновременно с уменьшением сопротив­ ляемости бетона развитию под нагрузкой линейных дефор­ маций сжатия и растяжения при сжатии, попеременное замо­ раживание и оттаивание бетона всех исследуемых составов и влажностей приводит к увеличению сжимаемости и особенно растяжимости его при сжатии. Такой характер изменения тех и других характеристик бетона является следствием одного процесса — разуплотнения структуры материала.

Действительно, соответственно многократно повторяемому замораживанию бетона в цементном камне могут возникать многократно повторяемые силовые нагрузки на стенки пор, капилляров и микротрещин, развивающиеся за счет действия при этом избыточных давлений различного вида. Даже в том случае, если величины напряжений, вызванных этими нагруз­ ками, не превышают прочности стенок пустот бетона на раз­ рыв, многократное их повторение может приводить к даль­ нейшему развитию микродефектов и последующему развитию процессов разрушения материала за счет действия только усталостного эффекта.

Разуплотнению структуры бетона должно также способ­ ствовать многократное действие знакопеременных темпера­ турных напряжений, возникающих на поверхности раздела составляющих бетона в области «микротрещин зоны сцепле­ ния» за счет разницы в величинах их коэффициентов темпе­ ратурного расширения X.

Если принять во внимание существенное различие в пори­ стости заполнителя и цементного камня, то естественно пред­ положить, что повышение влажности или степени водонасыщения бетона должно приводить при его замораживании к увеличению разницы в величинах «льдистости» его состав­ ляющих. Если же далее учесть, что коэффициент линейного расширения льда в среднем в 5 раз больше, чем бетона, и что между льдом и гидратированной поверхностью цемент­ ного камня действуют силы сцепления, сравнимые по вели­ чине с прочностью последнего на растяжение, то можно сде­ лать следующий вывод.

Повышение степени водонасыщения бетона должно при­ водить при отрицательных температурах к увеличению

103

разницы между величинами X его составляющих и, следова­ тельно, к более существенному ослаблению сил сцепления между последними при попеременном замораживании и от­ таивании бетона.

Различие в коэффициентах температурного расширения льда и бетона создает, кроме того, предпосылки для возник­ новения давления льда на стенки пор и капилляров мате­ риала во время повышения температуры до момента таяния льда.

Итак, усталостные явления в структуре бетона могут воз­ никать и при его многократном замораживании (за счет действия отмеченных выше избыточных давлений) и при мно­ гократном нагревании (за счет давления расширяющегося льда). В обоих случаях величины напряжений, вызывающих эти явления и, следовательно, вероятность разрушения бето­ на, тем больше, чем больше степень его водонасыщения или величина «льдистости».

Таким образом, рассмотренные выше процессы, которые сопровождают фазовые переходы воды в лед и обратно, про­ исходящие при многократном попеременном замораживании и оттаивании бетона, действительно должны приводить к раз­ уплотнению или к разрушению его структуры, причем к тем более интенсивному, чем больше влажность или степень водо­ насыщения материала. Это подтверждают и данные снижения начальной скорости Ѵн * распространения ультразвуковых волн в бетоне исследуемых составов после определенного ко­ личества циклов замораживания и оттаивания (рис. 28). Та­ кая оценка степени развития деструктивных процессов в бе­ тоне вполне допустима, поскольку установлено [29, 105], что между скоростью ультразвуковых волн, проходящих через бетон, и его прочностными показателями существует прямая корреляционная связь.

Действительно, из табл. 16 и рис. 28 можно видеть, что характер изменения величины Ѵн в бетоне, подвергаемом по­ переменному замораживанию и оттаиванию, в зависимости от количества циклов и влажности бетона, близок к харак­ теру изменения его призменной прочности. При этом сле­ дует заметить, что рассматриваемая ультразвуковая характе­ ристика более чувствительна к происходящим в бетоне де­ структивным процессам.

Так, например, 30 циклов замораживания и оттаивания бетона с В/Ц = 0,7, водонасыщенного при атмосферном дав­ лении, приводят к снижению величины Ѵн в 3 раза, тогда как величина /?Пр уменьшается в 1,83 раза. Из табл. 14 и 15 мож­ но видеть, что сжимаемость и растяжимость при сжатии бе-

* Имеется в виду скорость распространения ультразвуковых волн в ненагруженном бетоне, т. е. при напряжениях сжатия а = 0.

104

тона, подвергаемого попеременному замораживанию и оттаи­ ванию, определяемая при а — 0,92#П р, изменяется приблизи­ тельно на такой же порядок, как и величина Ѵн.

При значительном разуплотнении структуры бетона его сжимаемость и растяжимость при сжатии могут в оттаянном состоянии увеличиваться в несколько раз. Так, например, сжимаемость бетона с В/Ц = 0,7, водонасыщенного под ва­ куумом, после 5 циклов замораживания и оттаивания при oJRnp = 0,92 увеличивается в 4,85 раза, а растяжимость при сжатии — в 8,6 раза. Данному случаю соответствует уменьше­ ние призменной прочности бетона в 3,2 раза и величины на­ чальной скорости прохождения ультразвукового импульса — в 4,5 раза.

Таким образом, рассмотренные выше процессы, сопровож­ дающие фазовые переходы воды в лед и обратно при много­ кратном попеременном замораживании и оттаивании бетона, а также данные изменения скорости распространения ультра­ звукового импульса в бетоне вполне объясняют происходящее при этом:

1) снижение сопротивляемости бетона развитию под на­ грузкой линейных деформаций сжатия ц растяжения при сжа­ тии;

105

2)соответствующее снижение статического модуля упру­ гости и призменной прочности бетона;

3)увеличение линейной сжимаемости и растяжимости бе­ тона под нагрузкой осевого сжатия.

Изменение всех этих характеристик бетона, как будет

Представляют определенный интерес данные о влиянии многократного попеременного замораживания и оттаивания бетона на изменение под нагрузкой сжатия не только линей­ ных, но и объемных деформаций. Эти данные помогут соста­ вить более полную картину закономерностей деформирования и разрушения под нагрузкой бетона, подвергнутого воздей­ ствию знакопеременных температур.

Рассмотрение графиков зависимостей Ѳ = f(a, a/Rnp) (рис. 29—31) показывает, что объемные деформации сжатия бетонов всех исследуемых составов и групп водонасыщения в оттаянном состоянии, подвергнутых знакопеременным тем­ пературным воздействиям Ѳ(, как правило, больше по вели­ чине соответствующих деформаций бетона контрольных об­ разцов Ѳк, вызванных напряжениями сжатия, как равными по абсолютной величине, так и составляющими одинаковые доли от величины /?п р .

При этом разница между деформациями Ѳ( и Ѳк во всех случаях тем существенней, чем большему количеству циклов замораживания подвергается образец и чем больше началь­ ная влажность бетона.

Из табл. 14 и 15 можно видеть, что приблизительно таков же характер изменения и предельных объемных деформаций сжатия бетона Ѳтах, которые обычно наблюдаются при напря­ жениях, близких к верхней границе области образования микротрещин о »

Таким образом, попеременное замораживание и оттаива­ ние бетона исследуемых составов и групп водонасыщения приводит к уменьшению сопротивляемости бетона развитию под нагрузкой объемных деформаций сжатия и одновременно к увеличению его объемной сжимаемости, причем тем в боль­ шей степени, чем выше начальная влажность или степень во­ донасыщения бетона. Исключение составляют только случаи испытания бетона естественной влажности наиболее морозо­ стойких серий (В/Ц = 0,5 и 0,4), в которых изменения дан­ ных деформативных характеристик практически не проис­ ходит.

106