книги из ГПНТБ / Михайлов В.В. Расширяющийся и напрягающий цементы и самонапряженные железобетонные конструкции

бетоны. Чем больше вяжущего введено в систему, тем большей энергией самонапряжения обладает бетон и больше его расширение. Энергию самонапряжения НЦ характеризуют показатели самонапряження растворов состава 1:1 по весу (НЦ: песок), и она маркируется сте­ пенью создаваемого обжатия бетона при ц.= 1 % (упру­ гого сопротивления арматуры) в размерах 20, 40 и 60 кгс/см2. Те же марки или энергии самонапряження можно получить и в бетонах па крупных заполнителях, используя активные НЦ и особые приемы приготовления конструкции. В настоящее время, ставя перед собой те или иные цели, можно ориентироваться на получение бе­ тонов с расходами НЦ от 350 до 1000 кг/м3.

\3.3. СРОКИ СХВАТЫВАНИЯ РАСТВОРОВ И БЕТОНОВ

1 Свежие, активные напрягающие растворы и бетоны характеризуются короткими сроками схватывания: нача­ ло 3—5 и конец 6—10 мин. Эти сроки могут быть удлине­ ны добавкой замедлителя — с. с. б., виннокаменной кис­ лоты, лимонной кислоты и т. п. Добавка сульфитно-спир­ товой барды в количестве 0,2, 0,5, 1, 2 и 5% веса НЦ дает замедление начала схватывания до 1 ч и более. |

Существенное замедление сроков схватывани7Г~растворов и бетонов на НЦ достигается предварительной частичной гидратацией НЦ, заключающейся в предвари­ тельном поверхностном увлажнении зерен цемента частью воды затворения (от 3 до 9% вес. ч) и выдерживании увлажненного цемента в течение не менее 3 мин. Прак­ тически предварительная гидратация НЦ совмещается с приготовлением бетона в бетономешалке. Процесс идет в следующем порядке: в бетономешалку засыпают песок, увлажняют его, затем подают НЦ, перемешивают его с песком и оставляют массу в течение 5—7 мин, после че­ го дозируют крупный заполнитель и доливают заданную порцию воды. Бетонная смесь, приготовленная таким образом, схватывается не ранее 35—45 мин, а предвари­

140

ми сроками схватывания: схватывание теста—-не ранее 45 мин, а растворов и бетонов — не ранее 1—1,5 ч. Свойства НЦ при этом не меняются, что подтверждается величиной самонапряжения (рис. 3.2). Таким образом, короткие сроки схватывания НЦ не являются каким-ли­ бо препятствием к его широкому использованию в строи­ тельстве.

Рис. 3.2. Расширение и самонапряжение нормальных и быстросхватывающихся НЦ, выдерживаемых 28 суток в воде, затем на воздухе ( ф = 6 0 % )

/ — без добавки; 2 - е добавкой А; 3 — с добавкой Б

141

( 3.4. РАСШИРЕНИЕ РАСТВОРОВ И БЕТОНОВ

j В результате образования С з А ( 5 ) з Н 3 ь либо непо­ средственно при взаимодействии материалов расширяю­

СзА(С8)3 Нз1 или в результате обоих процессов одновре­ менно происходит расширение, целиком зависящее от со­ става НЦ, режимов ТВО и способов самонапряжения. При этом структура цементного камня НЦ в бетоне сильно увеличивается в объеме. Надо рассматривать два вида расширения: свободное, когда никакие внешние связи, кроме собственной структуры, не препятствуют увеличению объема бетона, и связанное, когда внешние связи (сопротивление упругих или жестких упоров, про­ тиводействие заключенной в бетон арматуры) препятст­ вуют свободному расширению. Свободное расширение

внесколько раз больше связанного, что показывает, на­ сколько препятствия расширению влияют на плотность структуры бетона самонапряженной конструкции. [ Для очень активных составов НЦ свободное расширение мо­ жет быть столь значительным, что структура цементного камня не в состоянии будет противодействовать расши­ рению бетона в воде и бетон распадется или превратит­ ся в клейкую студенистую массу. Для таких активных цементов свободное расширение при самонапряжении ни

вкоем случае не может быть допущено. Обязательным условием применения всякого напрягающего бетона яв­ ляется использование его в условиях связанных дефор­ маций. Для слабонапрягающих бетонов, например аме­

и связанным расширением существенно меньше и не воз­ никает никакой опасности в уменьшении плотности тела бетона при свободной деформации.

В настоящее время разработан ряд приемов связы­ вания деформаций или защиты структуры от чрезмерно­ го свободного расширения. Главным из них является ар­ мирование бетона.

Таким образом, основной характеристикой напряга­ ющего бетона являются показатель связанного расшире­ ния, а также его механические свойства в этих условиях. Однако для оценки самонапряженной конструкции в це­ лом очень полезно знать и величину его свободного рас-

142

ширения хотя бы для того, чтобы судить о поведении свободных граней и углов конструкции, и если это требу­ ется, принять меры к их защите при изготовлении кон­ струкции.

3.5.ПРОЧНОСТЬ РАСТВОРОВ И БЕТОНОВ

/Важнейшим показателем качества бетона самонапря"женной конструкции является его прочность в раз­ личные периоды существования конструкции.

Месяца,

Вара cm обра)иов

5; *

Рис. 3.3; Прочность растворов 1 : 1 при твердении в воде и перемен­ ном режиме (вода, воздух, вода) в различных условиях ТВО в со­ стоянии связанном (/, 2) и свободном (3, 4)

а — ТВО 100° С, 3 ч\ б — ТВО 70° С, 6 ч

143

Характерной особенностью всех напрягающих бето­

в воде, 1 мес. в воздухе — пунктирная линия). Влияние связывания деформаций раствора НЦ очень четко обна­ руживается в первые сутки после ТВО—100° С, 3 ч и ТВО—70° С, 5 ч. Образцы свободного расширения после ТВО показали спад прочности с 300 до 200 кгс/см2, в то время как при связанном расширении прочность в суточ­ ном возрасте достигла 700 кгс/см2. В дальнейшем при свободном и связанном твердении прочность образцов

пряженных конструкций является величина достигнуто­ го ими и сохраненного самонапряжения. Для бетона эта величина в сильной степени зависит от энергетической марки примененного НЦ и от величины упругого сопро­ тивления, оказываемого бетону арматурой конструкции. Было принято относить эту нормируемую энергию само­ напряжения к ( . 1=1%, этого взгляда мы и будем при­ держиваться при рассмотрении вопросов самонапря­ жений.

На графике (рис. 3.4) дана зависимость достигнуто­ го самонапряжения в бетонах с расходом НЦ 500, 600 и 700 кг/м3 после ТВО (100°С, 2 ч) при ц = 1 % , при вод­ ном выдерживании в течение 20 суток. Уже, на 10-е сутки практически достигнута стабилизация самонапряжения соответственно 21, 24 и 26 кгс/см2.

Интересные данные К. Бенуска, В. Бертеро и М. По­ ливка [147] о поведении напрягающих бетонов, получен­

144

61 :20 : 14 : 5 при различных затратах вяжущего на 1 м3 бетона

ТВО 60°С водное хранение Воздушно-сухое хранение

Рис. 3.5. Изменение самонапряжения бетонов при раз­ личных расходах НЦ в процессе ТВО, выдерживание в течение 6 суток в воде и затем 160 суток на воздухе

формаций бетона (рис. 3.5). Сопоставлялись бетоны с рас­ ходом вяжущего 375, 500, 625, 750 и 1000 кг/м3. Особые условия ТВО позволили полезно использовать очень активное вяжущее, не способное свободно расширяться без разрушения. Объемное упругое сопротивление, ока­ занное расширению бетона в течение 6 ч ТВО при 60° С,

позволило сохранить его прочность на уровне 350 кгс/см2 и в процессе дальнейшего влажного выдерживания уве­ личить ее до 500 кгс/см2. В результате подбора были по­ лучены следующие величины самонапряжения.

Следует отметить, что практически впервые при рас­ ходе 375 кг/м3 НЦ достигнуто самонапряжение более 20

кгс/см2.

Интересные исследования были проведены Н. Нергадзе [151, 152] по изучению свойств напрягающих растворов и бетонов с АНЦ состава 75: 15:10 на алу­ ните, обожженном при 650° С, с добавкой 3% извести и без добавки. Расход АНЦ составлял в растворе 550 и в бетоне 400 кг/м3. АНЦ принадлежал к группе очень ак­ тивных и показал расширение в тесте: без извести — око­ ло 7, а с известью — 5,7% при достаточно большой проч­ ности, при свободном расширении в годичном возрасте в тесте соответственно 604 и 785 кгс/см2. В растворе 1:3 расширение было соответственно 1,38 и 1,94% при проч­

ним диаметром 500 и внутренним диаметром 310 мм при толщине стальной обоймы 8 мм. Эти образцы имитиро­ вали тоннельную облицовку ГЭС. Испытания показали, что при таком двухосном ограничении деформаций напря­ гающий бетон с расходом АНЦ 400 кг/м3 способен раз­ вить самонапряжение в пределах от 20 до 40 кгс/см2. Та­ кая большая величина самонапряжения в значительной степени объясняется очень большой жесткостью кольца ( ц = 9 % ) .

Приведенные примеры показывают, что применяя тот или иной способ ТВО бетона и ограничивая деформа­ ции, можно достигнуть при использовании активного НЦ

146

Приведенные данные указывают, что самонапря­ жение значительной величины может быть достигнуто не только в растворах 1:1, но и в бетонах при более низких расходах вяжущего. Это высокое самонапряжение в ус­ ловиях эксплуатации конструкции под водой или в ус­ ловиях повышенной влажности сохраняется. Однако мно­ гие самонапряженные конструкции только в период их изготовления находятся в среде с избытком влаги. После завершения процесса самонапряжения они попадают в условия средней или даже низкой влажности (cp=30-f- -т-80%) и претерпевают значительную усадку, которая сказывается существенным уменьшением степени само­ напряжения.

Многочисленные исследования водопоглощения и во­ доотдачи напрягающих бетонов и растворов показывают, что на размеры усадки напрягающего вяжущего в пер­ вую очередь влияют затраты вяжущего в бетоне и влаж­ ность режима выдерживания бетона на воздухе. В табл. 3.5 приведены значения полной усадки напрягающего бето­ на в зависимости от расхода цемента в бетоне и отвлаж-

Т а б л и ц а 3.5. Усадка напрягающего бетона в самонапряженных железобетонных конструкциях после 28 суток

ности выдерживания бетона до практически полного про­ явления усадки. Величины, приведенные в таблице, явля­ ются средними для каждого из режимов с точностью

± 1 5 - Ю - 5 . Необходимо оговорить, что в табличные зна­ чения невольно включаются потерн от ползучести бетона, так как при самонапряжении бетон претерпевает усадку при одновременном действии нагрузки самонапряжения.

Сказанное поясняется примерами.

1. На графике самонапряжения (см. рис. 2.52) самонапряжен­ ные образцы систематически увлажнялись и высушивались на воз­

<- 1 0 - 5 = 8 5 - 1 0 - 5 .

цах исследовалась в НИИЖБ, когда бетон находился в стальной

от усадки бетона в течение 6 месяцев выдерживания на воздухе

148

приложена нагрузка и приводит ли она во времени к уве­ личению или к снижению самонапряжения.

Размеры ползучести для бетонов с расходом цемента 500 кг[м3 бетона были подробно изучены и опубликова­ ны в литературе [94] . В табл. 3.6 приведены величины

ползучести для различных интенсивностей нагрузки

при затрате НЦ 500 кг/ж3 .

Т а б л и ц а 3.6. Ползучесть бетона при различных режимах эксплуатации и интенсивностях нагружения в единицах е - Ю - 5

Ползучесть бетонов на НЦ, конечно, зависит от сте­ пени армирования конструкции, оказывающей сопротив­ ление расширению напрягающего бетона. Однако в на­ стоящее время еще не накоплено достаточных данных о способах учета как этого фактора, так и влияния ТВО в процессе твердения бетона. Поэтому эти табличные значения и способ поправки на расход вяжущего долж­ ны рассматриваться как первое возможное прибли­ жение.

Большое влияние на величину ползучести оказывает также принятая для рассматриваемой конструкции вели­ чина допущенного сжатия бетона при эксплуатации. Обычно она принимается в пределах N= (0,4-=-0,5) Na. Для такого сжатия на обычном портландцементе имеют-

149