книги из ГПНТБ / Кудзис А.П. Предварительно-напряженный полимерцементный бетон

ощутимым, чем при хранении их в полиэтиленовых мешках. Это вы­ звано пониженной прочностью обычного бетона, твердеющего во влаж­

тем, что нарушение его структуры при сжатии происходит менее интен-

сивно, чем при отсутствии добавки. В связи с этим эффект обоймы для полимерцементного бетона проявляется в меньшей степени. Кроме то­ го, введение полимерных добавок позволяет получать более качествен­ ную структуру и равномерную текстуру бетона.

Согласно данным Р. С. Подагеля [81], средние значения коэффи­ циента п полимерцементного бетона прочности 15—40 МПа, под­ вергнутого инфракрасному облучению, составили 0,82 и 0,84 в возрасте соответственно 2 и 28 сут. Они несколько превышают значения коэф­ фициента п обычного бетона и незначительно уменьшаются с повы­ шением прочности полимерцементного бетона.

Опыты И. Ю. Мотеюнаса показали также, что при введении в бе­ тонную смесь добавки ДЭГ-1 прочность конструктивного бетона на рас­ тяжение увеличивается на 10—35%.

Г. В. Марчюкайтис [56] проводил опыты с целью изучения влия­ ния тепловой обработки на сопротивление растяжению Rp и растяжи­

40

наличии 2%-ной полимерной добавки № 89 величины Rp и ер практи­ чески не уменьшались даже при жестком режиме тепловой обработки бетона, т. е. при Д^= 66 °С в ч. Этим подтверждается тот факт, что добавки водорастворимых полимерных смол эффективно препятствуют испарению воды из твердеющего бетона. Следует полагать, что при на­ личии таких добавок прочность и долговечность бетона вследствие его тепловой обработки не будет уменьшаться.

Для определения влияния полимерной добавки № 89 на проч­ ность пропаренного бетона при сжатии проводился полный факторный эксперимент типа 23 [57]. Управляемыми факторами были Хг — коли­ чество цемента при уровнях варьирования 340 и 420 кг/м3; Х% — ко­ личество воды 150 и 185 кг/м3; Х3 — количество смолы 0 и 2% от веса цемента. Образцы — кубики и призмы подвергались тепловлажностной

Опыты показали, что фактор полимерной добавки является значимым. Из математических моделей (2.2) и (2.3) нетрудно заметить, что в за­ данных интервалах варьирования полимерная добавка увеличивает прочность бетона. Ее положительное влияние не снижается с ростом возраста бетона.

Опыты Р. А. Гаралявичюса [17, 18] подтвердили, что положитель­ ное влияние добавок эпоксидных смол ДЭГ-1 и ТЭГ-1 на механические свойства бетона особенно сильно проявляется в более старом возрасте. Кроме того, как показывают опыты, из всех полимерных добавок смо­ ла № 89 наиболее эффективно повышает прочность пропаренного бе­ тона непосредственно после его тепловой обработки. Поэтому такую полимерную добавку целесообразно использовать для приготовления смесей бетонов сборных предварительно-напряженных элементов. Ин­ тересно отметить, что спустя 3,5 года не было замечено уменьшения положительного эффекта полимерных добавок.

41

Х80 см, 12 из которых изготовлены из полимердементного и 12 из обычного бетона. Состав бетона Ц :П:Щ = 1:1,6:2,8 при водоцементном отношении 0,49. Водорастворимая эпоксидная смола ДЭГ-1 применя­ лась в количестве 2% от веса цемента. Половина всех образцов каж­ дого вида бетона подвергалась инфракрасному облучению при темпе­ ратуре 65 °С на поверхности образцов. Предварительная выдержка образцов до начала облучения составила 2 ч. Для предотвращения ин­ тенсивного испарения воды при тепловой обработке образцы были покрыты полиэтиленовой пленкой.

Часть теплообработанных балок испытывалась по схеме чистого изгиба на вторые сутки. Остальные образцы вместе с балками из бето­ на нормального твердения до испытания хранились в герметических мешках из полиэтиленовой пленки при относительной влажности среды 95—100% и подвергались испытанию в возрасте 28 сут.

Опыты [52] показали, что тепловая обработка не снижает проч­ ности полимерцементного бетона на растяжение при изгибе Rp.u- При отсутствии полимерной добавки инфракрасное облучение снижало ве­ личину Rp.u примерно на 20%.

В. И. Вайткявичюс [16] изучал влияние состава полимерцементно­ го бетона, подвергнутого инфракрасному облучению, на прочность при осевом сжатии и растяжении. Для приготовления опытных образ­ цов применялась бетонная смесь трех видов: Б — без полимерной до­

Таким образом изучался эффект полимерной добавки второго рода: случай 1 при сопоставлении результатов исследований над бетонами П и Б и случай 2 — над бетонами П' и Б. Жесткость всех смесей была одинаковой (около 30 с). После тепловой обработки в течение 100 сут образцы хранились в помещении при комнатной температуре и влаж­ ности внешней среды 50—60%. Основные опытные данные даются в табл. 12.

Р. С. Податель исследовал влияние режима внешней среды после инфракрасного облучения бетона на его прочностные свойства. Для изготовления образцов применялись смеси вида Б и П. Бетонные об­ разцы находились в среде нормальной влажности до возраста 7 сут. После этого они выдерживались длительное время в камерах при от­ носительной влажности среды 30 или 80%. Основные результаты ис­ следования приведены также в табл. 12.

42

Т а б л и ц а 12

Влияние полимерной добавки ДЭГ-1 на прочность бетона, подвергнутого инфракрасному облучению и с последующим твердением в условиях различной влажности внешней среды

Примечание. 1. Состав бетона Ц : В : П : Щ : ПД =400: 184 : 637 : 1125 : 0; 400:168: 637: 1125:8; 250: 135:763: 1125:5 для вида соответственно Б, П и П'; 2. Цифры в знаменателях —значения в % по отношению к прочности обычного бетона.

Анализ табл. 12 позволяет утверждать следующее:

а) при одинаковом расходе цемента в обоих видах смеси и одной и той же их жесткости полимерная добавка может увеличивать проч­ ность бетона на сжатие и растяжение до 40% ;

б) при желании получить обычный и полимерцементный бетон одинаковой призменной прочности в последнем можно значительно уменьшать расход цемента, улучшая при этом его прочность на растя­ жение и некоторые другие физико-механические свойства;

43

в) при инфракрасном облучении полимерная добавка ДЭГ-1 уве­ личивает прочность бетона в раннем возрасте на 20—30%, если при этом не уменьшать количества цемента;

г) влажность внешней среды после тепловой обработки оказывает большое влияние на нарастание прочности как обычного, так и полимерцементного бетона: с понижением влажности внешней среды эф­ фективность влияния полимерной добавки на увеличение прочности твердеющего бетона повышается.

Данные табл. 12 свидетельствуют о том, что полимерцементный бе­ тон целесообразно использовать для сборных конструкций, изготовление и монтаж которых производятся в летнее время. Особенно большие перспективы для применения такого бетона открываются при строи­ тельстве в районах с сухим и жарким климатом.

Опыты показали, что полимерная добавка значительно увеличива­ ет прочность бетона на растяжение при изгибе Г?рл1. Следует отметить, что для бетона вида П' с уменьшенным содержанием цемента и воды величина Rv.n увеличилась примерно на 20%, хотя при этом его проч­ ность на осевое растяжение осталась прежней. Это объясняется влия­ нием повышенной растяжимости полимерцементного бетона на вели­ чину Rp.u.

Заметим, что изменчивость прочностных характеристик /?пр и Rp была примерно одинаковой для всех видов бетона и не зависела от его возраста. Величина коэффициента изменчивости колебалась в пре­ делах С„= 5—15%.

Проведенные исследования показали, что полимерные добавки не­ сколько уменьшают предельные поперечные деформации образцов при их сжатии, однако мало влияют на величину предельной деформации бетона в направлении действия нагрузки. При этом псевдопластические деформации развиваются в меньшей степени, чем при сжатии обычного бетона. Поэтому разрушение полимерцементного бетона при сжатии, как правило, носит более хрупкий характер по сравнению с обычным бетоном такой же прочности.

Из работы [12] известно, что величина модуля упругости бетона заданной прочности, изготовленного на одних и тех же заполнителях, мало зависит от возраста и свойств применяемого портландцемента. Е. Н. Щербаков рекомендует для связи между модулем упругости бе­ тона Еъ(Т) и его кубиковой прочностью R(T) следующее выражение:

44

Здесь ф= Пь [1 + р т {п\—1)] — безразмерный коэффициент; £кт=4,8-104 МПа — предельное значение модуля упругости це­

ментного камня;

11\—Ез/Ек т 1,1,

где Е3 — модуль упругости крупного заполнителя; s = 80 — эмпирический параметр;

рт — содержание цементного теста в бетонной смеси по весу.

В табл. 13 приведены опытные и расчетные значения модуля упру­ гости бетона Еб(Т). Последние рассчитывались по формуле (2.4) при величине рт= 0,25; 0,24 и 0,17 для бетонов видов соответственно Б, П и П'. Расчетные значения Е^(Т) по (2.4) сравнительно хорошо согла­ суются с нормативными величинами модуля упругости обычного тяже­ лого бетона. Опытные значения Еъ(Т) были несколько меньше рас­ четных, поскольку для приготовления бетона применялся заполнитель сравнительно небольшой фракции.

Из табл. 13 видно, что полимерная добавка ДЭГ-1 увеличила мо­ дуль упругости бетона примерно на 10—20%. Однако статистическая обработка опытных данных показала, что при 5%-ном уровне значи­ мости влияние полимерной добавки на величину Е§(Т) бетона вида П' является незначимым и требует дополнительных исследований. Коэф­ фициент вариации величины Е§(Т) составил 5—15%.

В тех случаях, когда при применении водорастворимых полимер­ ных смол количество цемента в бетонной смеси уменьшается не ме­ нее, чем на 50 кг/м3, вполне можно принимать, что при одинаковой призменной прочности обычного и полимерцементного бетона добавки повышают значения модуля упругости на 10%.

Опыты показали, что формула (2.4) вполне применима для опре­ деления значений модуля упругости как обычного, так и полимерце­ ментного бетона. В этом отношении исследования подтвердили универ­ сальность методики оценки модуля упругости бетона, разработанной в ЦНИИСе, согласно которой упругие деформации бетона связаны с со­ держанием цементного теста в бетонной смеси.

Как известно, модуль упругости обычного бетона непосредственно после пропаривания несколько увеличивается, а в возрасте 28 сут ■—- уменьшается по сравнению с величиной £б(28) бетона естественного твердения одинаковой прочности [111]. Опыты Р. С. Подагеля [81] показали, что связь между призменной прочностью и модулем упругости полимерцементного бетона, подвергнутого тепловой обработке, является: одной и той же непосредственно после его инфракрасного облучения и

46

спустя 28 сут. Исследования выявили, что полимерная добавка ДЭГ-1 повышает величину £'б(28) бетона как естественного твердения, так и подвергнутого тепловой обработке примерно на 10%. Поэтому реко­ мендации норм проектирования СНиП П-В.1-74 для снижения зна­ чений модуля упругости на 10% при тепловой обработке изделий не рекомендуется распространять на полимерцементный бетон.

Согласно работам [33, 46], длительное обжатие величиной аб(тг) = (0,3—0,4) ^пр(тг) увеличивает прочность на сжатие как обычного, так и полимерцементного бетона до 30%. При повторном нагружении крат­ ковременной нагрузкой величина предельных продольных деформаций бетона практически не изменяется, однако предельные поперечные де­

тии полимерцементного бетона, подвергнутого тепловой обработке, за­ метно увеличивается значение модуля упруго-мгновенных деформаций Е°6(Т). При этом наибольшее нарастание величины -Eg (7) наблюда­ лось при наличии добавки эпоксидной смолы ТЭГ-17. При напряжени­

находящегося длительное время под сжимающей нагрузкой. Однако, поскольку полимерные добавки повышают границы образования мик­ ротрещин, то они не должны допускать значительного снижения проч­ ности бетона R®(T) после его предварительного обжатия.

Т а б л и ц а 14

Влияние водорастворимой полимерной добавки ДЭГ-1 на основные механические характеристики бетона

47

Из данных табл. 14 видно, что улучшение механических свойств полимерцементного бетона по сравнению с обычным является ощу­ тимым, однако колеблется в довольно больших пределах. Эффек­ тивность полимерной добавки зависит в основном от технологических факторов и режима внешней среды, в которой находится полимерцементный бетон.

Задача дальнейших исследований состоит в разработке рекомен­ даций по подбору оптимального состава такого бетона. При этом должны быть выявлены области рационального использования поли­ мерных добавок. Однако заранее можно сказать, что такие добавки особенно полезны для смягчения вредного воздействия сухой и жар­ кой внешней среды на бетон. Кроме того, следует не забывать, что предварительное обжатие бетона может значительно изменять его ме­ ханические свойства. Это относится также к полимерцементному бетону.

Как отмечалось в докладе А. А. Гвоздева, В. Н. Байкова, О. Я. Берга на VII Всесоюзной конференции по бетону и железобетону [22] для сооружений и отдельных элементов, подвергающихся неблагоприят­ ному влиянию внешней среды, необходимо учитывать предельное со­ стояние разрушения, обусловленное сочетанием механических, физи­ ческих и химических воздействий. При таком подходе к расчету желе­ зобетонных конструкций большое внимание должно быть уделено бетонам, обладающим повышенной водонепроницаемостью морозостой­ костью и стойкостью против агрессивных воздействий. До сих пор не­

■определения такого влияния на механические свойства полимерцемент­ ного бетона необходимы специальные исследования.

2.3. Сцепление с арматурой

Хорошее сцепление арматуры с бетоном и надежная ее анкеров­ ка до исчерпания несущей способности элемента являются основным требованием для армированных конструкций. Поэтому влияние поли­ мерной добавки на сцепление арматурных стержней с бетоном пред­ ставляет значительный интерес. Несколько повышая сопротивление бе­ тона срезу и его склеивание с арматурой, полимерные добавки одно­ временно могут уменьшать силы трения, возникающие на поверхности стержней вследствие усадки бетона.

Для оценки влияния совокупности физико-механических факторов на сопротивление сдвигу стержней в полимерцементном бетоне были

48

проведены специальные исследования. При выдергивании арматурных стержней из бетонных образцов фиксировались начало сдвига ненагруженного конца (окончание упругой стадии) и максимальное рас­ тягивающее усилие (окончание упруго-пластической стадии сдвига).

С целью изучения сцепления гладкой арматуры и стержней перио­ дического профиля с обычным и полимерцементным бетоном экспери­ ментальному исследованию подвергалось 9 серий образцов — призм и кубиков. Бетонная смесь приготовлялась на гранитном щебне, квар­ цевом песке и цементе активностью 40 МПа. В половину смеси вводи­ лась эпоксидная смола ДЭГ-1 с отвердителем ПЭПА в количестве 21,25% от веса смолы. Образцы испытывались после месяца их тверде­ ния во влагонасыщенной среде при комнатной температуре.

Опыты показали, что полимерная добавка может снижать вели­ чину упругих напряжений сцепления гладких стержней с бетоном ес­ тественного твердения, если усилие прикладывается в раннем его воз­ расте [101]. Это объясняется тем, что при отсутствии тепловой обра­ ботки процесс полимеризации смол длится 60—100 сут. Кроме того, полимерная добавка, окружающая арматуру тонкой пленкой, создает сравнительно податливый контактный слой, вызывающий ранний сдвиг ненагруженного конца гладкой арматуры. При этом предельные величи­ ны взаимных смещений арматурных стержней и бетона при разрушении контактного слоя были в 2—4 раза больше, чем в образцах из обычно­ го бетона. Из этого следует, что для армированных конструкций не­ обходимо применять меры, ускоряющие твердение полимерцементного бетона.

Величины условных средних напряжений сцепления арматуры с бетоном обоих видов приведены в табл. 15. Как видно, добавка смолы ДЭГ-1 увеличила сцепление стержней с бетоном естественного тверде­ ния до 40%. Это объясняется, в основном, повышенной прочностью по­ лимерцементного бетона. Следует отметить, что при наличии арматуры периодического профиля положительное влияние полимерной добавки на ее сцепление с бетоном менее ощутимо.

Р. А. Гаралявичюс [45] изучал сцепление высокопрочной проволо­ ки с полимерцементным бетоном, подвергнутым тепловлажностной об­ работке. Образцы изготовлялись способом центрифугирования из смесей с 2%-ными добавками смол ДЭГ-1, ТЭГ-1 и № 89. Остаточное водо­ цементное соотношение было одинаковым как для обычного, так и по­ лимерцементного бетона всех видов и составило 0,32—0,33. При этом остаточное количество смол составило 1,5% для добавок ДЭГ-1 и ТЭГ-1