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

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

МЕТОДИКА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ НАПРЯГАЮЩЕГО ЦЕМЕНТА

Излагаемые ниже способы определения основных физнкомеханическнх характеристик НЦ используются как при оценке его качества с точки зрения удовлетворения соответствующим требо­ ваниям ТУ на НЦ, так и при выполнении научно-исследователь­ ских работ. В последнем случае могут быть изменены режимы твердения опытных образцов, предназначенных для определения расширения, прочности, величины усилия расширения и водонепро­ ницаемости.

Тонкость помола НЦ характеризуется его удельной поверхно­ стью, определяемой на приборе J1CX-4 (I1CX-2) по воздухопро­ ницаемости цементного порошка. Показатели прочности, свободно­ го расширения, самонапряжения и водонепроницаемости НЦ оп­ ределяются на образцах, изготовленных из цементного раствора на

с герметизацией открытой поверхности образцов. Условия дальней­ шего хранения образцов дифференцируются в зависимости от раз­

вместо цементного теста используется раствор указанного выше состава.

Предел прочности при сжатии определяют испытанием кубов размерами 70,7X70,7X70,7 или 31,5X31,5X31,5 мм (три образца

на каждый срок испытания), предел прочности при сжатии—как среднее арифметическое предела прочности двух образцов, давших наибольшие результаты.

Значение линейного свободного расширения устанавливают на призмах размерами 31,5X31,5X100 или 50X50X200 мм с металли­

ческими (латунными, медными или оцинкованными) пластинками в торцах, закладываемыми в форму перед заполнением ее раство­

вверх между шариковыми наконечниками (один закреплен непод­ вижно на основании стойки, второй—на подвижном штифте ин­ дикатора). Замеры ведут индикатором часового типа с ценой де­ ления 0,01 мм, закрепленным на стойке (рис. 1). С момента распа­

лубки и до окончания процесса расширения призмы измеряют ежедневно и далее — один раз в неделю в течение месяца. В про-

300

туры р . = 1%. Тепловлажностный режим выдерживания образцов при­ нимается аналогичным условиям выдерживания призм при опреде­ лении их свободного расширения. Сущность метода измерения уси­ лия расширения, описание принципа работы и конструкции предна­ значенных для этого измерения рычажных приборов и динамометри­ ческих колец приведены в приложении 2.

4 — насос

Вода

На водонепроницаемость образцы из цементного раствора ис­ пытывают в специальных чугунных (или стальных) дисках с кони­ ческим отверстием (рис. 2), которое заполняют цементным раство­ ром заподлицо с краями кольца. Для испытания диски с затвер­ девшим раствором с помощью зажимных фланцев через мягкие резиновые прокладки крепят на прибор большим основанием ко­ нического отверстия в сторону гидростатического напора (рис. 3). Гидростатическое давление поднимается ступенями по 1—йатм/ч.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

СПОСОБ ОЦЕНКИ УСИЛИЯ САМОНАПРЯЖЕНИЯ ОБРАЗЦОВ ИЗ НАПРЯГАЮЩЕГО ЦЕМЕНТА И ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

1. Обоснование метода

Если расширение цементного камня* ограничено каким-ни­ будь механическим препятствием, то цементный камень, показывая определенное давление на это препятствие, получит напряжения собственного обжатия. В этой способности развивать давление на препятствия, ограничивающие свободное расширение, состоит основ­ ное отличие затвердевшего НЦ от других расширяющихся це­ ментов.

Усилие, развиваемое цементным камнем при ограничении де­ формаций его свободного расширения, называют усилием расши-

* Термин «цементный камень» здесь следует понимать в широ­ ком смыеле — это могут быть затвердевшие цементно-песчаные рас­ творы (бетоны), приготовленные с использованием расширяющегося напрягающего цемента.

302

рения или усилием самонапряжения. Величину этого усилия, отне­ сенную к единице площади сечения, перпендикулярного направлению, в котором ограничено расширение цементного камня, называют ве­ личиной его самонапряжения и выражают в кгс/см-.

Расширение цементного камня, ограниченное механическим препятствием, называют в отличие от свободного связанным рас­ ширением. В самонапряженном железобетонном изделии, изготов­ ленном с применением напрягающего цемента, расширение бето­ на ограничено находящейся в его среде арматурой, которая, следуя за деформациями бетона, будет упруго препятствовать его рас­ ширению, если напряжения в пей не превысят предела пропорцио­ нальности. Такое связанное расширение цементного камня (бетона) называют упруго ограниченным.

К оценке самонапряжения цементного камня при его упругоограниченном расширении нельзя подойти, аналогично тому как это делается, например, при определении температурных напря­ жений упругих тел, когда для решения задачи достаточно знать величину температурной деформации тела, его модуль упругости, а также характеристику деформативиостп механического препятст­ вия. В этом случае величина деформации упругого обжатия тела соответствовала бы разности величии его свободной и связанной деформации, определенной методом упругого равновесия или эк­ спериментально.

В самонапряженном железобетоне такой аналитический способ оценки величины усилия и деформации самонапряжения неприем­ лем. Уже первые эксперименты с армированными образцами, изго­ товленными из бетона на напрягающем цементе, показали, что ве­ личина деформации упругого обжатия образцов ничтожно мала по сравнению с разностью величин его свободного и упруго ограничен­ ного расширения. Это происходит в результате значительного раз­ вития пластических деформаций расширяющегося цементного кам­ ня под действием сжимающего усилия самообжатия, изменяющего условия, в которых происходит формирование структуры расширя­ ющегося цементного камня.

Таким образом, самоиапряжение цементного камня в результа­ те механического ограничения деформаций его расширения не. под­ чиняется закономерностям, характерным для самонапряжения уп­ ругих тел, проявляющимся при ограничении их свободных дефор­ маций, например, температурного происхождения. Поэтому соотно­ шение величии деформаций свободного и упругоограниченного рас­ ширения цементного камня, усилие его самоиапряжения и его за­ висимость от степени упругого ограничения развитию деформаций расширения могут быть установлены только экспериментальным путем. В справедливости этого утверждения убеждает также тот факт, что многие расширяющиеся вяжущие при механическом огра­ ничении их свободного расширения вообще не получают самона­ пряжения, а только уплотняют свою структуру или расширяются только в том направлении, в каком нет механических препятствий.

Поэтому для определения величины самонапряжения и для изу­ чения закономерностей его развития выбран экспериментальный метод, в котором расширение неармированного образца ограничено внешним механическим препятствием, податливость которого соот­ ветствует упругой податливости определенного количества армату­ ры, подвергаемой растяжению. При таком методе эксперименталь­ ная оценка величины самонапряжения и изучение закономерностей

303

его развития могут проводиться при любой прочности цементного камня, включая и низкую, когда трудно избежать проскальзывания арматуры в процессе расширения бетона.

2. Оборудование для измерения самонапряжения цементного камня и расчет его технических характеристик

Для измерения усилия расширения образцов по выбранному методу разработаны и применяются рычажные приборы (двух ва­ риантов) и динамометрические кольца (двух типов).

Рис. 4. Схема устрой­ ства рычажного при­ бора для замера уси­ лия расширения

В рычажных приборах, общее устройство и кинематика работы которых представлены на рис. 4, испытываемая неармированная призма 1 с закрепленными на ней опорными подушками 2 устанав­ ливается между шарнирными опорами 3. Верхняя опора состоит из

возможных люфтов в контактных сопряжениях — обжатие опор. При расширении установленной на приборе призмы рычаг 4 пово­ рачивается в шарнире 5 и нажимает своим правым концом на пру­ жинный динамометр 6, показывающий величину усилия расширения призмы (с учетом соотношения плеч рычагов). Динамометр может быть установлен на различном расстоянии от шарнира, фиксируе­ мом по шкале 7, что обеспечивает изменение величины жесткости упругого сопротивления опор расширению призмы. На нижней опо­ ре прибора закреплен нагревательный стакан 8, имеющий асбесто­ вую теплоизоляцию и спиральную нагревательную обмотку. Стакан может заполняться водой, что обеспечивает заданный температур­ ный режим твердения образца в процессе его испытания на при­ боре.

Конструктивно прибор выполнен в двух вариантах. Прибор по первому варианту предназначен для испытания призм размером 31,5X31,5X100 мм (рис.5), по второму—призм размером 5 0 Х 5 0 Х Х200 мм. Жесткость упругого сопротивления опор прибора расши­

рению установленной на нем призмы оценивают определенным ко­ личеством арматуры, подвергаемой растяжению и как бы препятст­ вующей расширению призмы. Если 'деформация расширения ус­ тановленной на приборе неармированной призмы длиной I и пло­ щадью поперечного сечения Fe будет равна Л/, то на эту призму

будет действовать сжимающее усилие, равное:

304

а для призм длиной 200 мм с ^в=25 см2 (второй вариант прибора)

соответственно:

ограничивающих расширение неармированной призмы. При извест­ ных технических характеристиках прибора (q и k) его опоры сопро­

тивляются расширению призмы точно так же, как этому препятст­

Если рычаги приборов недостаточно жестки и имеют большую длину (такие приборы также использовались при изучении процесса самоиапряжения), то упругий прогиб рычагов уменьшает жесткость опор. В этом случае упругий прогиб рычагов должен учитываться

F6Ea{l+qfK)

где fK — прогиб рычагов при единице усилия на пружине динамо­

При изучении с помощью рычажных приборов зависимости ве­ личины самонапряжения от количества арматуры, препятствующей расширению бетона, приборы настраивают на различные значения и.у путем установки динамометров в соответствующих точках, опре­ деляемых величиной k по заданному значению д-у .

Для приборов первого варианта величина k определяется из

выражения (5') и равна:

Для упрощения работы на приборах при их установке на раз­ личные значения и.у величина k подсчптывается заранее для фик­

сированных значений ц у (с учетом жесткости используемых динамометров q) и заносится в специальную таблицу, используемую при

работе на приборах.

Помимо изучения процесса самонапряжения при одноосном ограничении деформации расширения, рычажные приборы дают

306

ко извлекается из кольца. Прнзмениый образец можно также из­ влекать из кольца выдавливанием иа прессе с помощью специаль­ ного инвентарного кондуктора.

деформация кольца по диаметру величиной в 0,005 мм. Для таких-

измерении вполне приемлем индикатор часового типа с ценой деле­ ния 0,01 мм. Половина деления шкалы такого индикатора соответ­ ствует усилию самопапряження образца величиной в I кгс.

При замере деформаций кольца I I типа в направлении, перпен­ дикулярном осп образца (контрольный замер), деформации имеют обратный знак и дают показания иа 8% меньше (согласно расчету и тарировке), чем в основном направлении (по оси призмы). В коль­ цах I типа, как отмечалось, оба замера идентичны.

I ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОБРАЗЦОВ РАСШИРЯЮЩИХСЯ

/ЦЕМЕНТОВ, УХОД ЗА НИМИ И ДИФРАКЦИОННО-РЕНТГЕНОВСКИЕ ИСПЫТАНИЯ

II . Приготовление образцов

'.В качестве форм для изготовления образцов применялись от­ резки труб длиной 25 мм из нержавеющей стали диаметром 25 мм.

Для заполнения форм один конец их закрывали накладкой, кото-

309