book_23313

продолжение табл.2.29

Пятый (структурно-механический) метод определения морозо-

стойкости (ГОСТ10060.4-95) базируется на ее корреляционной связи с капиллярной пористостью бетона. Капиллярную пористость (Пi )

в% определяют по формулам:

-для образцов тяжелого бетона с известным составом:

- для образцов бетона на пористых заполнителях:

- для образцов бетона неизвестного состава:

где Wi - объем воды затворения в 1 л уплотненной бетонной смеси без учета водопоглощения заполнителями и водоотделения в процессе уплотнения, см3 (для заполнителей на основе плотных пород

водопоглощение принимают равным 1% от их массы) Vi′ удельная контракция применяемого цемента к сроку испытаний материала на морозостойкость ( величину Vi′ определяют заранее с помощью

контрактометра по ГОСТ 10060.4-95);

Цi - масса цемента в 1 л бетонной смеси , г ;

Vn - объем открытых пор пористых заполнителей (объем воды , поглощаемый пористыми заполнителями за 1 ч ),см 3 ;

171

Кк - стехиометрический коэффициент контракции цемента ( при плотности цемента 3,1 г/см3 для портландцемента Кк = 5,1 ; быстротвердеющего портландцемента Кк = 4,7 ; пуццоланового портландцемента Кк = 6 ; шлакопортландцемента Кк = 5,9 ) ;

dw - плотность воды ( dw = 1 г/см3 );

mв0 , mвi , mкi , mci - соответственно массы образца ( керна ) после его насыщения водой ; раскалывания на части объемом 20-30 см3 , кипячения в течение 5 ч; высушивания до постоянной массы ,

D - коэффициент , учитывающий объем пор в образце , в которых вода не переходит в лед при замораживании до минус ( 18 ± 2 ) ° С. Этот коэффициент зависит от прочности бетона. При минимально допустимой прочности в проектном возрасте для кубических образ-

цов 10 МПа - D = 0,02 ; 22,5 МПа - D = 0,04; 40 МПа - D = 0,06; 45 МПа - D = 0,07 .

Для определения морозостойкости бетона структурно - механическим методом наряду с величиной капиллярной пористости находят величину т.н. коэффициента повышения прочности Кi:

где R0 и Rк – средние арифметические значения прочности бетона

соответственно основных и контрольных образцов.

Прочность на сжатие контрольных образцов определяют в насыщенном водой состоянии через 2 ч после извлечения из ванны, основных образцов - после однократного замораживания в течение5 ч.

Морозостойкость бетона рассчитывают по формуле:

где Mmax и Mmin – максимальная и минимальная морозостойкость бетона, цикл при расчетном значении Пі (табл. 2.30); Kmax и Kmin – максимальное и минимальное значение коэффициента Кі

(табл.2.30).

Если значения коэффициента Кі для данной капиллярной пористости меньше Kmin , то морозостойкость Мi принимают равной Mmax,, а при Кі большем чем Kmax - Mmin.

172

Уточненное значение морозостойкости бетона с учетом значений средних квадратических отклонений прочности контрольных и ос-

ние квадратические отклонения прочности бетона для серии (6 образцов) основных и контрольных образцов; Кm – коэффициент, который принимают для тяжелого бетонов – 0,04, цементно-песчаных растворов – 0,05, легких бетонов – 0,06.

Таблица 2.30 Показатели для определения морозостойкости тяжелого бетона

структурно-механическим способом

173

продолжение табл.2.30

Марку бетона по морозостойкости принимают равной меньшему значению F, которое является ближайшим к значению М, найденному по формулам (2.120…2.122).

Пример.2.15. Определить морозостойкость бетона дилатометрическим методом.

Испытывается бетон следующего состава (кг/м3): портландце-

мент - 332, щебень - 1310, песок - 590, вода - 177.

1.Дилатометр с образцами, насыщенными водой, устанавливаем

вморозильную камеру и после 30 мин. выдержки начинаем замораживать со скоростью 0,3°С/мин до достижения температуры минус (18 ± 2)°С. Во вторую камеру помещаем стандартный образец. Две камеры заполняем керосином и герметизируют.

2.На графике показателя разности объемных деформаций бетонных и стандартного образцов находим скачкообразное изменение пi для каждого образца из серии:

п1 =2,4 см; п2= 2,5 см; п3 = 2,6 см.

3. Определяем значение максимального относительного увеличения разности объемных деформаций бетонных и стандартного образцов Θi по формуле(2.114), учитывая, что постоянная дилатометра с = 0,258 см3/см.

Θ1 = 2,4 0,258 = 0,62 10 −3 ; 1000

Θ2 = 2,5 0,258 = 0,65 10−3 ; 1000

Θ3 = 2,6 0,258 = 0,67 10−3 . 1000

174

4. Вычисляем среднее арифметическое значение максимального относительного увеличения разности объемных деформаций бетонных и стандартного образцов при замораживании для серии из трех образцов:

Θ−і = 0,62 10−3 +0,65 310−3 +0,67 10−3 = 0,65 10−3 .

5. По табл. 2.29 определяем марку бетона по морозостойкости, которая составляет F200.

Пример. 2.16. Определить морозостойкость бетона структур- но-механическим способом.

Испытывают бетон такого состава (кг/м3): цемент – 400, песок – 691, щебень – 1089, вода –172. Для изготовления бетона использовали материалы: портландцемент М400,плотность– 3,1 т/м3; щебень гранитный фракции 5-25 мм; песок Мкр =2. Изготовлено 6 образцов кубов бетона размером 100×100×100 мм. Суммарное водопоглощение заполнителей принято равным 1% от их массы. бетон подвергнут тепловлажностной обработке.

1. Для расчета открытой капиллярной пористости по формуле

(2.116) принимаем по ГОСТ10060.4-95: удельную контракцию

∆Vi′ = 0,037 л/кг; Кк =5,1; объем воды затворения без учета воды,

которая поглощена заполнителями, л/м3 : Wi =172-1780·0,01=154,2 л.

2.Вычисляем открытую капиллярную пористость бетона в возрасте 28 суток по формуле (2.116):

Пі = (154,2-5,1·0,037·400)/10 = 7,8%

3.Определяем прочность бетона на сжатие после его водона-

сыщения и однократного замораживания в контрольныхRк и основных R0 образцах, МПа:

4. Вычисляем средние арифметические значения предела прочности бетона контрольных и основных образцов:

Rк =(28,3+30,7+32,5)/3=30,5 МПа;

175

Ro = (40,2+45,1+48,1)/3 = 44,5 МПа.

5. Вычисляем значение коэффициента повышения прочности бетона при однократном замораживании по формуле (2.119):

Кі = 44,5/30,5 = 1,46.

6. Из табл. 2.30 для Пі =7,8% методом интерполяции находим:

Мmax = 320, Mmin = 223, Kmax = 1,59, Kmin = 1,11 и с учетом

Кі =1,46 рассчитываем морозостойкость испытанного бетона, по формуле (2.120):

Мі = 223+(320-223)х(1,59-1,46)/(1,59-1,46) = 249 циклов

7. Для определения уточненного значения морозостойкости по формуле (2.121) необходимо дополнительно вычислить значения средних квадратических отклонений результатов испытаний на прочность контрольных и основных образцов бетона и найти параметр ∆0 (формула 2.122).

После соответствующих вычислений находим, что уточненное значение морозостойкости бетона (М) составляет 227 циклов, а значение марки по морозостойкости – F200.

К неразрушающим методам определения морозостойкости бетона можно отнести ультразвуковой метод (ГОСТ 26134-84). По этому методу морозостойкость контролируют по результатам измерения времени распространения ультразвука в образцах в процессе их попеременного замораживания и оттаивания. С этой целью применяют специальные стенды и приборы, предназначенные для измерения времени распространения ультразвука в бетоне.

Марку бетона по морозостойкости устанавливают по критическому числу циклов замораживания и оттаивания, начиная с которого происходит резкое увеличение времени распространения ультразвука в образце, что соответствует началу интенсивного разрушения материала.

Сравнивая найденное критическое число циклов замораживания и оттаивания с установленным в стандарте его контрольным значением, определяют марку бетона по морозостойкости (табл. 2.31).

176

Таблица 2.31 Значение критического числа циклов замораживания и оттаива-

ния для различных марок бетона по морозостойкости

Для каждого контролируемого состава бетона изготавливают по три образца. При проведении испытаний образцы насыщают водой и определяют время распространения в них ультразвука способом сквозного прозвучивания. Направление прозвучивания должно быть перпендикулярным к направлению укладки бетонной смеси. Образцы бетона подвергают замораживанию и оттаиванию по первому или второму способам, периодически через определенное число циклов (табл. 2.32) проводя ультразвуковые измерения.

По результатам измерений для каждого образца находят наименьшее значение времени распространения ультразвука tm и соответствующее значение числа циклов замораживания и оттаивания

Nm.

Таблица 2.32 Число циклов между последовательными ультразвуковыми из-

мерениями

Результаты ультразвуковых измерений по каждому образцу при числе циклов N большем, чем Nm наносят на график в координатах lg (N-Nm) - lg (t - tm). На построенном графике определяют абсциссу

177

К точки перелома. Критическое число циклов замораживания и оттаивания для каждого образца М определяют по формуле:

Для контролируемого состава критическое число замораживаний и оттаиваний принимают равным меньшему из значений, полученных для двух образцов.

Пример 2.17. Определить ультразвуковым методом морозостойкость образца бетона. Режимы замораживания и оттаивания 3 образцов размерами 100 × 100 × 100 мм соответствуют первому базовому методу испытаний на морозостойкость по ГОСТ 10060.1 -95.

Ультразвуковые измерения выполняют с интервалом 5 циклов замораживания и оттаивания по 4 каналам. Результаты ультразвуковых измерений для образца № 1 приведены в табл. 2.33.

1. Суммарное время распространения ультразвука по каналам измерения, например по 5 циклов (N=5):

τ = 28,8+29,0+28,9+29,0=115,7 мкс.

Наименьшее значение времени распространения ультразвука (τm = 115,5 мкс) зафиксировано после 10 и 15 циклов замораживания и оттаивания . Принимаем Nm =15.

Таблица 2.33

Результаты ультразвуковых измерений

178

продолжение табл.2.33

2. По результатам последующих измерений вычисляем значение (N - Nm) и (τ - τm) и строим график в логарифмических координатах (рис. 2.57). На построенном графике ориентировочно выбираем точку, которая соответствует началу резкого увеличения времени распространения ультразвука. Для этой точки N - Nm = 35. Поскольку Nm = 15 критическое число циклов М = 35 +15 = 50 циклов. (Более точная методика поиска значения М предусматривает построение графиков линейных зависимостей точек, для которых N ≤ Nm и N ≥ Nm. Абсциссу точки перелома находят как проекцию точки пересечения построенных прямых на ось абсцисс).

С.В. Шестоперов для экспрессной оценки степени повреждения при попеременном замораживании и оттаивании предложил 5- балльную шкалу для растворов и 10-балльную для бетонов (рис. 2.58). Качество бетона на 1-й подготовительной стадии разрушения изменяется от 10 баллов, когда образцы не имеют никаких изменений, до 7 баллов, когда начинается шелушение граней и ребер и появляются более значительные признаки разрушения при наличии неморозостойких зерен заполнителей. На второй завершающей стадии разрушения состояние образцов по мере разрушения может быть охарактеризовано последовательно от 6 до 1 балла.

179

Предложено также балльную оценку состояния образцов осуществлять по нескольким критериям в зависимости от степени влияния их на развитие деструктивных процессов.

lg(τ-τm), мкс

lg(N-Nm)

Рис. 2.57. Зависимость lg(τ – τm) от lg(N-Nm)

Рис.2.58. Оценка состояния образцов при испытании на морозостойкость по десятибалльной шкале С.В. Шестоперова

180