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

Спустя 630 сут прогибы балок обоих видов вследствие неупругих де­ формаций бетона и раскрытия ширины трещин увеличились в 1,8 раза.

Длительность на5люденща/т

А. Б. Квядарас [47] исследовал неупругие деформации полимер­ цементного бетона на трубчатых образцах, изготовленных на трехроли­ ковой центрифуге с применением однослойного формования в метал­ лической форме диаметром 26 см. Для приготовления бетонной смеси использовались портландский цемент активностью 46 и 51 МПа, квар­ цевый песок фракцией УИК= 2,56 и гранитный щебень 5/15 мм. Водо­ растворимые эпоксидные смолы ДЭГ-1 и ТЭГ-17 вводились в количе­ стве 2% от веса цемента. Остаточное количество воды после центрифу­ гирования в образцах из полимерцементного и контрольного обычного бетона было одинаковым, причем содержание смолы в бетоне умень­ шилось до 1,5%.

После центрифуги образцы подвергались тепловлажностной обра­ ботке, а затем нагружались в возрасте 3 сут при прочности бетона #np(3)~30 МПа. При этом напряжения бетона составили 40% от его призменной прочности.

Из работы Е. Н. Щербакова [105] известно, что совместное влия­ ние взаимосвязанных технологических характеристик бетонной смеси на ползучесть бетона оценивается с помощью двух независимых па­ раметров; прочности бетона и расхода воды в бетонной смеси. Чтобы выявить влияние полимерной добавки на деформации ползучести бе­

60

тона в проводимых опытах [46, 47], оба параметра были постоянной величины.

Исследования показали, что 1,5%-ная добавка эпоксидных смол ДЭГ-1 и ТЭГ-17 незначительно влияет на процесс деформирования бе­ тона при длительном нагружении, о чем свидетельствует график на рис. 7.

После разгрузки образцов замерялись величины деформаций пос­ ледействия бетона. Из-за увеличения модуля упруго-мгновенных де­ формаций бетона вследствие его старения и наследственности умень­ шились упругие деформации образцов в момент их разгружения. Это уменьшение составило 20% для обычного, а также 10 и 40% для бе­

тонов с добавками смол соответственно ДЭГ-1 и ТЭГ-17. При этом ве­ личина обратимых неупругих деформаций бетона составила 12—15% от

максимальных деформаций ползучести.

Как следует из табл. 17, вследствие увеличения модуля упруго­ мгновенных деформаций бетона под действием длительного нагру­

с величиной меры ползучести при постоянном модуле упругости ма­ териала С(Т, т).

Значительное повышение значений меры ползучести бетона с про­ являющимися старением и наследственностью С(Т, т) объясняется не только влиянием напряженного состояния на условия протекания фи­ зико-химических процессов и структурообразования в бетоне, но и воз­

61

действием полимерной добавки на аморфную составляющую цемент­ ного камня. По этим причинам длительное обжатие заметно повыша­ ло величину модуля упруго-мгновенных деформаций бетона Ев(Т, %), который за 100 сут увеличился на 30—80% [47].

Неучет влияния действия длительных нагрузок на изменение мо­ дуля упругости бетона может сильно исказить картину развития не­ упругих деформаций материалов, имеющих неодинаково меняющиеся во времени упругие свойства. Так, например, по данным табл. 17 ве­ личины С(Т, т) обычного и полимерцементного бетонов отличались между собой лишь на 15%, тогда как разница между мерой ползуче­ сти С(Т, т) этих бетонов достигала 40%.

Опыты показали, что формула (3.14), предложенная А. Б. Квядарасом, вполне применима для описания экспериментальных кривых ползучести полимерцементного бетона. Из графиков на рис. 6 и 8 видно, что кривые I, полученные при использовании выражения (3.12), значительно отличаются от опытных данных относительных дефор­ маций ползучести как полимерцементного, так и обычного бетона в начальный период после нагружения образцов.

В литературе имеются данные, свидетельствующие о положитель­ ном влиянии полимерной добавки на уменьшение неупругих деформа­ ций бетона на пористых заполнителях. Результаты исследований, про­ веденных в МИИТе [29], показали, что добавка смолы № 89 в количе­

62

стве 2,5—3% от веса цемента уменьшает ползучесть керамзитобетона прочности 30 МПа на 15—20%, тогда как добавка латекса значитель­ но увеличивает его деформации ползучести.

Г

i

____________i____________i___________ i___________

и(3.14) (кривая II): а —

Таким образом, имеющиеся опытные данные позволяют утверж­ дать, что водорастворимые полимерные добавки, вводимые в бетон­ ную смесь в количествах 1,5—2% от веса цемента, практически не влияют на ползучесть бетона, прочность которого в момент нагруже­ ния R(тг) 72=0,7 R(28) и мало отличается от прочности обычного бе­ тона. Если при введении добавок уменьшается количество цемента или после обжатия нарастание прочности полимерцементного бетона про-

63

исходит быстрее, чем нагруженного обычного бетона или сжимающие напряжения аб(т)>0,5 i?(x), то в данном случае добавление водораст­ воримых смол может уменьшать его неупругие деформации.

При снижении расхода воды и цемента, т. е. в случае использо­ вания эффекта полимерной добавки второго рода, деформации ползу­ чести полимерцементного бетона могут быть несколько уменьшены. Степень такого уменьшения зависит от состава смеси и условий твер­ дения бетона до и после нагружения.

3.3. Усадка бетона

Усадочные деформации цементного камня и раствора могут оказать большое влияние на физико-механические свойства бетона. Поэтому усадка полимерцементного бетона представляет большой интерес.

Многочисленные исследования [98, 112] показывают, что приме­ нение поливинилацетатной эмульсии, синтетического каучука и неко­ торых других полимерных добавок с целью повышения прочности и растяжимости бетона, как правило, увеличивает его усадку. Лишь во­ дорастворимые эпоксидные и полиамидные смолы могут эффективно улучшать физико-механические свойства бетонов, не увеличивая при этом их усадочных деформаций.

Опыты, проведенные в ЛИИЖТе [90], свидетельствуют, что вве­ дение добавок водорастворимых смол значительно снижает усадку це­ ментных растворов в первые месяцы их твердения. Исследователи по­ лагают, что это связано с большой плотностью полимерцементного рас­ твора и меньшей степенью развития его капиллярной пористости. Из-за высокой адгезии пленок отвердевших полимерных смол с поверхностя­ ми продуктов гидратации и зернами цемента, а также с заполнителями замедляется процесс испарения воды из гелевой структурной составля­ ющей цементного камня. При этом уменьшаются усадочные деформа­ ции раствора и усиливается гидратация цемента. Этим можно также объяснить повышенное нарастание прочности твердеющего полимерце­ ментного бетона.

Если 2%-ная добавка водорастворимой смолы вводится в бетон­ ную смесь дополнительно, то, как показали проведенные исследования в Вильнюсском ИСИ, предельные усадочные деформации полимерце­ ментного и обычного конструктивного бетона являются примерно оди­ наковыми как при свободном, так и при стесненном влагообмене с

64

а

Рис. 9. Кривые относительных усадочных деформаций гу(Т) пропаренного бетона: 1 — бетон с добавкой ТЭГ-17; 2 — обычный бетон.

Рис. 10. Влияние полимерной добавки ДЭГ-1 и условий твердения на усадочные деформации бетона еу(Т): 1 — полимерцементный бетон, твер­ деющий при инфракрасном облучении; 2 — то же, обычный бетон; 3 — полимерцементный бетон естественного твердения; 4 — то же, обычный бетон.

6 6

уменьшать усадочные деформации пропаренного бетона, особенно, ес­ ли для его приготовления используется цемент высокой активности.

Опыты В. И. Вайткявичюса показали, что модуль упругости бето­ на увеличивается с уменьшением расхода цемента, а его неупругие деформации уменьшаются, если с применением полимерной добавки снижать расход воды. Усадка полимерцементного бетона возрастает с увеличением количества воды затворения, о чем свидетельствуют кри­ вые относительных усадочных деформаций бетонов, подвергнутых инфракрасному облучению, которые изображены на рис. 11. Таким об­ разом, опыты подтвердили вывод Е. Н. Щербакова [12, 105], получен­ ный при исследовании усадочных процессов обычного бетона.

Рис. 11. Влияние количества воды (В), цемента (Ц) и полимерной смолы

Как видно из графиков на рис. 9, 10 и И, для полимерцементного бетона характерно набухание непосредственно после тепловой об­ работки. Процесс набухания такого бетона может продолжаться от нескольких часов до одних суток. Величина деформаций набухания за­ висит от вида цемента и полимера, а также от условий твердения бе­ тона. Причиной набухания полимерцементного камня и бетона, кроме прочих, является осмотическое давление, возникающее вследствие про­ явления энергии возвращения в твердеющем бетоне.

Предельные величины относительной усадочной деформации s^p полимерцементного бетона 21-й серии образцов, изготовленных при рас­ ходе цемента 500 кг/м3 и полимерных смол 8—10 кг/м3, сопоставлялись

с теоретическими значениями, рассчитанными по разной методике [31]. Результаты сопоставления приведены в табл. 18.

6 3

предложенной И. И. Улицким. При этом учитывались соответствующие поправки.

Из данных табл. 18 следует, что водорастворимые полимерные смо­ лы ДЭГ-1, ТЭГ-17 и № 89 практически не влияют на предельную ве­ личину относительных деформаций бетона гур. Для прогнозирования величины гур полимерцементного бетона могут быть применены суще­ ствующие методики. Однако для бетонов с большим расходом цемента формула (3.15) неприменима и требует некоторого изменения.

Исследования показали, что для описания изменения во времени относительных деформаций усадки полимерцементного конструктивного бетона вполне применима формула:

(3.17)

где 6= 0,005.

Как отмечают Г. Н. Писанко и Е. Н. Щербаков [74, 75], наличие в железобетонных конструкциях продольной арматуры приводит в процессе усадки бетона к возникновению значительных растягивающих напряжений, нормальных к продольной оси стержней. С увеличением прочности твердеющего бетона возрастают его усадочные напряжения. В предварительно-напряженных конструкциях они очень часто вы­ зывают чрезмерное развитие микротрещин в бетоне. Во избежание рез­ кого нарастания в бетоне внутренних усадочных напряжений авторы рекомендуют принимать меры технологического и конструктивного ха­ рактера. Например, рекомендуется покрывать поверхность бетона, под­ вергнутого тепловлажностной обработке, пароизолирующим защитным слоем эпоксидных или полиуретановых смол.

На наш взгляд, для обеспечения качества и долговечности предва­ рительно-напряженных элементов целесообразно использовать полимерцементный бетон. При твердении такого бетона осуществляется плавный

6 9