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

Примечание. Призмы 1-й серии имели конструктивную продольную и поперечную арматуру.

и 1,8% для № 89. Выдергивание стержней из образцов осуществлялось непосредственно после тепловой обработки бетона и спустя 180 сут. Основные результаты исследования приведены в табл. 16.

Опыты показали, что полимерные добавки повышают напряжения сцепления арматуры с пропаренным бетоном в упругой стадии сдвига до 30%. Интересно отметить, что спустя 180 сут напряжения сцеп­ ления Тсц мало изменяются. Из приведенных в табл. 16 результатов видно, что добавки смол ДЭГ-1 и ТЭГ-1 весьма эффективно повышают максимальные напряжения сцепления ТсЦ, соответствующие критиче­ скому смещению арматуры относительно пропаренного бетона. При этсм они увеличивают также величину тсЦ непосредственно после теп­

ловлажностной обработки.

50

Т а б л и ц а 16

Влияние полимерной добавки на сцепление высокопрочной проволоки 0 Змм с пропаренным бетоном кубиковой прочности 40 МПа

Примечание. [Цифры [в числителе и знаменателе —результаты опыта, проведенного спустя соответственно 7 и 180 сут после тепловлажностной обработки бетона.

Из данных табл. 16 следует также, что в случае применения в качестве добавки смолы № 89 с повышением возраста бетона проч­ ность сцепления ТсЦ практически не увеличивается. Это объясняется тем, что количество водорастворимой смолы № 89 в контактном слое бетона больше, чем при добавках других видов. Это препятствует на­ растанию прочности полимерцементного бетона. Несмотря на это, ве­ личина напряжений сцепления стержней с таким полимерцементным

лия в арматуре. Конечно, с этим нельзя не согласиться. Однако про­ веденные опыты с полимерцементным бетоном свидетельствуют, что технологические факторы также могут оказывать большое влияние на работу контактного слоя бетона.

В опытах Р. С. Подагеля [77] в течение 420 сут велось наблюде­ ние над прогибами балок из обычного и полимерцементного бетона,

Г Л А В А III

ДЕФОРМАЦИИ ПОЛИМЕРЦЕМЕНТНОГО БЕТОНА ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ НАГРУЖЕНИИ

3.1.Вопросы теории упруго-ползучего тела

Выражение полной относительной деформации призматического бе­ тонного бруса, как упруго-ползучего тела, находящегося под действи­ ем осевых напряжений а(т), согласно теории Н. X. Арутюняна [6] имеет вид:

г

(3.1)

Здесь 1 /Е(х) — упруго-мгновенная деформация; С(Т, т) — деформация ползучести к моменту времени Г от еди­

ничного напряжения, приложенного в возрасте материала х (рис. 5). Выражение (3.1) имеет некоторые неточности, которые могут при­ вести к недоразумениям, а иногда и к ошибкам [2]. Значительную по­ грешность может вызвать допущение о постоянстве модуля упругости

53

во времени. И. Е. Прокоповичем [83, 84] был разработан метод, позво­ ляющий получить расчетные формулы теории упруго-ползучего тела с учетом изменяемости модуля упругости бетона во времени ввиду старе­ ния материала.

А. А. Гвоздев [20] предложил ввести «наследственную функцию» для получения зависимости между деформациями и напряжениями:

т

(3-2)

Однако выражение (3.2), как и предложение И. Е. Прокоповича, не учитывает изменчивости модуля упругости бетона в результате дей­ ствия длительных напряжений [32]. Это следовало бы также учесть при определении деформаций полимерцементного бетона.

С применением полимерных добавок нарастание прочности бетона продолжается длительное время даже в тех случаях, когда он подвер­ гается тепловой обработке. Поскольку при этом длительное сжатие полимерцементного бетона может привести к существенному измене­ нию его механических свойств, то в линейной теории ползучести упру­ го-ползучего тела такого материала желательно учитывать непостоян­ ство его модуля упругости вследствие старения и наследственности.

Приведем выражение основного уравнения ползучести теории упруго-ползучего тела, свободное от указанных недостатков и учиты­ вающее изменение деформаций материала из-за его старения и наслед­ ственности [48]. Рассмотрим случай действия постоянных во времени напряжений. Учитывая замечания и предложения А. А. Гвоздева по по­

к(Т, т) — поправка к этой деформации, отражающая влияние длительно действующей нагрузки постоянной величины.

Полная относительная деформация материала

где

(3.5)

54

— мера ползучести бетона к моменту времени Т с учетом старения и наследственности материала. Ее физический смысл понятен из графика на рис. 5.

Если приложить к брусу переменное напряжение (кривые б и в ) , то, учитывая линейную связь между напряжениями и деформациями, а также справедливость принципа наложения для деформаций ползуче­

— функция влияния, предложенная А. А. Гвоздевым. Тогда, интегри­

Таким образом, получили общее выражение основного уравнения тео­

Если рассматривать уравнение (3.8) для частного случая, когда имеется материал, обладающий свойством ползучести с постоянным во

Ti

Для частного случая, когда имеется материал, обладающий свой­ ством ползучести с изменяющимся во времени модулем упругости из-за старения материала, но неизменяющимся из-за наследственности, т. е.

55

ных во времени напряжений, т. е. при о(т)=ст(Т), оно принимает вид (3.4). Выражение (3.8) обеспечивает учет изменчивости модуля упруго­ мгновенной деформации как из-за старения, так и вследствие наслед­ ственности материала. При этом величина полной относительной де­

где @(т) — функция, характеризующая старение материала; f(T—т) — функция, определяющая его наследственность.

Н. X. Арутюняном были предложены следующие выражения этих функций:

® (') = С0 + 4 -

f { T - x ) = 1_*-г(г-,).

Тогда уравнение (3.11) принимает вид:

Впоследствии И. Е. Прокопович [84] ввел выражение функции

0 (т) = С0 +

г + т

При известных величинах опытных коэффициентов Со, А, у и г дол­ жно выполняться условие:

где %' и т" — возраст материала соответственно при его нагрузке и раз­ грузке.

56

Условие (3.13) показывает, что в случае применения принципа на­ ложения деформации последействия должны иметь знак, обратный зна­ ку деформации ползучести [84]. Неравенство (3.13) также указывает, что скорость деформации ползучести должна быть связана со ско­ ростью старения.

Выражение (3.11) могло бы быть использовано для определения

84], выражение (3.11) не отражает наблюдаемое в опытах быстрое натекание деформаций ползучести со времени их наблюдения, близко­ го к моменту нагружения материала. Начальные участки теоретиче­ ских кривых ползучести, построенные на основе этого выражения, не имеют характерного подъема, который наблюдается в опытах не толь­ ко над молодым, но и старым бетоном. По этой причине уравнение (3.11) не может применяться также для описания опытных данных пол­ зучести полимерцементного бетона.

В то же время выражение (3.11) обладает очень существенным до­ стоинством: оно сравнительно просто и, главное, позволяет получить простые решения основных интегральных уравнений теории ползуче­ сти [21]. Поэтому, сохраняя указанное преимущество выражения (3.11)

для величины С(Т, х), следует его уточнить так, чтобы полностью или

взначительной степени устранить описанный выше недостаток.

Влитературе известны попытки уточнения выражения (3.11), в какой-то мере устраняющие его недостатки, однако вместе с тем они либо лишали его достоинств, либо усложняли его.

где А, В, k, у — опытные параметры.

Выражение (3.14) является достаточно простым, сохраняет ука­ занное достоинство выражения (3.11) и обеспечивает близкое совпаде­ ние экспериментальной и теоретической кривых меры ползучести.

Предложенные выражения (3.8) и (3.14) линейной теории ползу­ чести упруго-ползучего тела точнее отражают основные физико-меха­ нические свойства полимерцементного бетона, поскольку они учитыва­ ют влияние не только его старения, но и наследственности. Формула

57

(3.14) вполне пригодна для прогнозирования окончательной величины меры ползучести бетона при наличии данных, полученных при срав­ нительно небольшой продолжительности опыта.

3.2. Ползучесть бетона

На Парижском международном симпозиуме РИЛЕМа по примене­ нию полимерных смол в строительной технике [112] отмечалось, что полимерные добавки, повышая водонепроницаемость, морозостойкость, износостойкость и ударную прочность бетонов, а также их сцепление с арматурой, как правило, увеличивают при этом их неупругие де­ формации. Однако повышенная деформационность полимерцементных бетонов при длительном нагружении была получена в случаях приме­ нения добавок поливинилацетатной эмульсии и латексов, количества которых достигали 10—20% от веса цемента. Выявлено также, что ползучесть полимерцементного бетона зависит как от вида и количе­ ства полимерной добавки, так и технологии приготовления смесей.

Поскольку водорастворимые смолы добавляются в небольшом ко­ личестве, то ползучесть такого полимерцементного бетона не может значительно отличаться от неупругих деформаций обгчного конструк­ тивного бетона. Так как потери предварительного напряжения в зна­ чительной степени зависят от усадки и ползучести материалов, го величина неупругих деформаций полимерцементного бетона может ха­ рактеризовать его пригодность для применения в предварительно-на­ пряженных конструкциях .

Влияние смолы № 89 на ползучесть бетона подробно исследова­ лось в ЛИИЖТе [89, 90]. Неупругие деформации бетона измерялись на центрально-обжатых призмах 4X4X16 см, изготовленных из раство­ ра состава 1:3. Мелкозернистая смесь с большим содержанием цемента позволила выявить влияние полимерной добавки на деформации полимерцементного бетона при длительном нагружении. До нагру­ жения образцы твердели при относительной влажности внешней сре­ ды гР = 80—90%• Затем они нагружались в возрасте 28 сут при прочно­ сти бетона ~ 30 МПа. Интенсивность нагружения составила 50 и 80% от ^ пр(28). Нагруженные призмы хранились в помещении при W = 45— 90% и t= 15—18 °С.

Опыты ЛИИЖТа показали, что при 2%-ной добавке смолы № 89 деформации ползучести полимерцементного бетона спустя 150 сут при­ мерно в 1,5 раза меньше, чем обычного. Применение этой же добавки

58

в количестве 6% от веса цемента вызывает примерно равные неупру­ гие деформации обоих видов бетона.

Небольшие деформации ползучести бетона при 2% -ной добавке объясняются прежде всего тем, что при таком количестве смолы зна­ чительно повышается прочность нагруженного материала во времени.

этот срок повысилась лишь на 13%. Вследствие увеличения прочности

дорастворимых смол уменьшает деформации ползучести бетона тем больше, чем выше влажность внешней среды. Этот факт объясняется тем, что адгезия смол и продуктов их отвердения к цементному кам­ ню и заполнителям во влажной среде увеличивается за счет сшивки молекул полимера и освобождения полярных групп ОН.

В Вильнюсском ИСИ изучалось влияние полимерных добавок на неупругие деформации конструктивного вибрированного и центрифу­ гированного бетона.

И. Ю. Мотеюнас [65] подвергал длительному нагружению призмы 10X10X40 см и армированные балки 10X20X230 см, изготовленные из бетона с 2%-ной добавкой смолы ДЭГ-1. Расход цемента в полимерцементном и контрольном обычном бетоне составил соответственно 276 и 372 кг/м3 при водоцементном соотношении 0,65 и 0,51. Образцы ес­ тественного твердения подвергались нагружению в возрасте 46 сут. При этом призменная прочность полимерцементного и обычного бето­ на составила соответственно 24,8 и 28,5 МПа. Напряжение бетона в центрально-нагруженных призмах составило ~25% от его призменной прочности. Образцы хранились в течение 540 сут в помещении нормаль­

ной влажности.

Как видно из графика на рис. 6, добавка смолы ДЭГ-1 практиче­ ски не влияла на величину меры ползучести бетона С(Т, т). Это объяс­ няется тем, что дальнейший прирост прочности нагруженных бетонов обоих видов и увеличение их модулей упругости были примерно оди­ наковыми.

Исследования [65] показали, что при длительных нагрузках, близ­ ких к эксплуатационным, деформации балок из полимерцементного и обычного бетонов одной и той же прочности примерно одинаковы.

59