Файл: Михайлов В.В. Расширяющийся и напрягающий цементы и самонапряженные железобетонные конструкции.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 219
Скачиваний: 2
Влияние одноосного п трехосного ограничения дефор мации бетона на упругие свойства показано па рис. 3.8. Уже при 1—2% одноосного армирования достигается предел сопротивления бетона одноосному самонапряжеиню п вследствие поперечной ползучести существенно поднять прочность и самонапряжение не представляется возможным. Соответственно не меняется Епр. Наоборот, при объемном упругом ограничении деформации Ещ> уве личиваются одновременно и с увеличением сопротив ления. Это было убедительно показано в исследова ниях НИИЖБ [160] спирально-армированных колонн (табл. 3.7) из напрягающего и обычного бетона.
3.9. МОРОЗОСТОЙКОСТЬ РАСТВОРОВ И БЕТОНОВ
j.i = |
и , 5 3 % обладает |
большой |
конструкций в |
пределах |
плотностью. |
Испытания |
|||
на |
морозостойкость по |
ГОСТ |
10060—62 растворов НЦ |
|
показали, что даже свободно расширяющиеся |
напрягаю |
щие бетоны выдерживают попеременное замораживание и оттаивание более 200 циклов без существенной потери
веса и прочности. Испытаниям подвергались |
кубы 10Х |
Х Ю Х Ю см из раствора 1:1 на НЦН состава |
70:18:12. |
После 200 циклов замораживания и оттаивания коэф фициент морозостойкости составил 0,78, а потеря в весе
3^ _ %Д Морозостойкость напрягающих бетонов связанного
расширения обладает еще более высокими показателя ми. Однако такие данные в исчерпывающем виде име ются в отношении бетонов на НЦ с низкой энергией са монапряжения (20 кгс/см2), которые могут применяться в строительстве при самых малых насыщениях арматурой (и . =0,15%) .
Японские ученые И. Кох, Т. Готов и Е. Камада [142] исследовали морозостойкость напрягающих бетонов со средней энергией расширения. Расход расширяющегося цемента в бетоне составил 300—600/сг/ж3 , расширяющий компонент содержал 10 и 13% сульфоалюминатного клинкера. Прочность бетонов изменялась соответственно расходу цемента от 200 до 300 кгс/см2. Бетоны приготав ливали без воздухововлечения и с воздухововлечением и изучали при свободном расширении. Исследователи при шли к выводу, что бетоны без воздухововлечения обла дают плохой морозостойкостью. И. Кох и Е. Камада, на-
154
оборот, установили, что бетоны на расширяющемся це менте без воздухововлечения обладают высокой моро зостойкостью, гораздо лучшей, чем бетоны на обычном цементе. При воздухововлечении бетоны на обоих цемен тах вполне морозостойки.
Морозостойкость тощих растворов (1:3) на АНЦ со става 75: 15: 10 [портландцементный клинкер : алунит (600°С) : гипс] исследовалась Н. Нергадзе [151, 152]. После 200 циклов замораживания п оттаивания не обна ружилось спада прочности, а наоборот, прочность образ цов увеличилась на 9,2% при сжатии и на 12% при из гибе.
Что касается НЦ с большой энергией самонапряже ния, то их свободное расширение очень велико и может быть более 5%. В этом случае структура бетона сущест венно ослабляется: понижается прочность, увеличивает ся водопоглощение и соответственно пористость. Создают ся все условия для уменьшения сопротивляемости замо раживанию и оттаиванию. В связи с этим такие бетоны должны применяться в строительстве только в железобе тонных конструкциях с армированием не менее ц.= 1 % , причем необходимо соблюдение технологических правил применения таких НЦ. Особое внимание надо обращать на защиту углов, кромок и торцов конструкций в период самонапряжения, чтобы не допустить их больших дефор маций и не ослабить эти зоны.
Представляет большой интерес морозостойкость раст воров и бетонов в морской воде, в которой они могли бы быть широко использованы.
При исследовании этого вопроса в НИИЖБ [173] было установлено, что разрушение бетона при замора живании и оттаивании в синтезированной морской воде соленостью 34 г\л происходит в 5,5 раза быстрее, а в 5 % - ном растворе сульфата натрия в 2,5 раза быстрее, чем при испытании по ГОСТ 4800—49 на гидротехнический бетон. Химический состав синтезированной морской во ды был принят следующий (в г/л): хлористый натрий — 27,38, хлористый магний — 3,21, сернокислый магний — 2,27, сернокислый кальций — 1,14. Подготовленные к ис пытанию образцы в течение 2 суток насыщались агрес сивными растворами с указанной соленостью или водо проводной водой, после чего подвергались периодичес кому замораживанию и оттаиванию. Каждый цикл испы тания образцов продолжался 24 ч: воздействие мороза
155
в течение 16—17 ч при температуре в холодильной каме
ре от—18 до—22° С и выдерживание в теплой |
камере |
при температуре от 30 до 35° С в течение 7—8 ч. |
Ванны |
с образцами из камеры обогрева в холодную камеру и обратно перемещали специальными контейнерами.
Степень стойкости образцов в процессе испытания оценивали по потере веса и изменению динамического модуля упругости бетона, который вычислялся по ре зультатам измерения собственной частоты поперечных колебаний образцов на приборе И-ЧМК-2. За критерий морозостойкости принимали количество циклов замора живания и оттаивания, вызвавшее снижение динамичес кого модуля упругости образцов на 25% либо их веса на 5% по сравнению с первоначальными значениями, уста новленными непосредственно после двухсуточного насы щения их солевым раствором. В образцы, изготовленные в виде призм размером 7 X 7 X 2 2 см, закладывали ар матурные каркасы, ограничивающие свободное расшире ние призм в продольном направлении. Кроме этих об разцов, изготовленных как из НЦ, так и из исходного портландцемента из самонапряженной напорной трубе, полученной торкретированием, выпиливали образцыпризмы размером 3 X 5 X 2 0 см.
Значения морозостойкости исследованных образцов приведены в табл. 3.8. Полученные данные свидетельст вуют о том, что при испытании в морской воде морозо-
Т а б л и ц а |
3.8. Морозостойкость |
напрягающего |
цемента |
|
||||||
|
|
|
в морской воде |
|
|
|
||||
|
|
|
|
Число циклов замораживания и оттаивания, |
||||||
|
|
|
|
вызвавшее снижение динамического модуля |
||||||
|
|
|
|
упругости Е на 25% н веса |
Р на 5% |
при |
||||
Образцы раствора |
состава |
1:1 |
|
|
испытании в воде |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
водопроводной |
|
морской |
|
||
|
|
|
|
|
в |
|
Е |
|
р |
|
На портландцементе . |
. . |
> |
190 |
>190 |
29 |
|
35 |
|||
На напрягающем |
цементе: |
|
|
|
|
|
|
|||
изготовлены |
внбрирова- |
> |
190 |
: -190 |
50 |
> |
190 |
|||
изготовлены |
торкрети |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||
рованием |
(образцы |
вы |
|
|
|
|
|
|
||
пилены |
из |
самоиапря- |
|
|
|
|
|
|
||
женной трубы) . |
. . . |
> |
190 |
> 190 |
> 190 |
> |
190 |
156
стойкость образцов на НЦ, изготовленных вибрировани
ем, |
оказалась в |
1,5 |
раза (при оценке |
по |
изменению ди |
|
намического модуля |
упругости) |
и в |
5 раз (при оценке |
|||
по |
потере веса) |
больше, чем у |
образцов, |
изготовленных |
на портландцементе. Еще более высокой оказалась моро зостойкость образцов, выпиленных пз самонапряженной трубы. В этом случае и при оценке морозостойкости по изменению динамического модуля упругости выбранный критерий не был достигнут после 190 циклов испытаний, в то время как для вибрированных образцов на НЦ он был достигнут после 50 циклов испытаний, а для образ цов на портландцементе — через 29 циклов.
При испытании в водопроводной воде морозостой кость всех исследованных образцов оказалась на одном уровне: различия, по-видимому, могут проявиться в ис пытаниях с большим количеством циклов.
Высокая морозостойкость образцов на НЦ может быть объяснена большой плотностью структуры этого бетона, расширяющегося в условиях ограничения дефор маций свободного расширения, которые наблюдаются в самонапряженном железобетоне. Высокосульфатная форма гидросульфоалюмината кальция, образующаяся в среде твердеющего НЦ, существенно уплотняет струк туру цементного камня и создает надежные контакты с инертным заполнителем.
Это дает естественное объяснение наибольшей моро зостойкости образцов на НЦ, выпиленных из самонапря женной трубы: плотность бетона здесь была наибольшей при минимальном водоцементном отношении. Эти образ цы после 200 циклов периодического замораживания и оттаивания потеряли в весе в морской воде лишь 1 %, а в
водопроводной—0,2%. |
Таким образом, полученные |
ре |
||
зультаты показывают, |
что |
морозостойкость |
бетона |
на |
НЦ находится на уровне |
морозостойкости |
бетона |
на |
|
портландцементе и выше. |
|
|
|
i^JAO. КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ
В АГРЕССИВНЫХ СРЕДАХ
у/^Напрягающий цемент по своему минералогическо му составу является вяжущим, подвергающимся внут^ ренней сульфатной агрессии с момента его затворения, так как большое количество содержащегося в нем гипса непосредственно после затворения вступает во взаимо-
157
действие с алюминатными веществами, содержащимися в расширяющем компоненте цемента и в портландцементном клинкере. Именно в результате взаимодействия этих веществ и возникает самонапряжение, причем тем большее,, чем больше гипса и выше энергия расширения цемента. •
"ЕсшГ"между работой, которую необходимо затратить
на деформацию, |
и энергией, |
выделяемой |
напрягающим |
||
бетоном вследствие |
расширения, с |
учетом |
его энергети |
||
ческой марки сгб, существует |
взаимозависимость, опре |
||||
деляемая неравенством |
|
|
|
||
стн |
> |
— , т. |
е. ц. > |
— , |
|
|
|
(А |
|
<тн |
|
то структура бетона в результате самонапряжения всег да приобретает высокую прочность.
f Б связи с этим требования сульфатостойкости для напрягающих бетонов получают особый смысл, имеющий мало общего с требованиями сульфатостойкости для обычных портландцементов. И действительно, установле но, что ослабление бетона вследствие сульфатной агрес сии возникает от присутствия в цементном камне боль шого количеству СзА^ который взаимодействует с гип сом грунтовой воды, образует С 3 А ( C S ) 3 H 3 | и вследствие направленного роста кристаллов приводит структуру к разрушению. Представляется очевидным, что если гипс введен в напрягающий цемент в таком количестве, что он связывает в гидросульфоалюминат (причем быстро) все количество С3 А, имеющееся в напрягающем цементе, то для последующей сульфатной коррозии бетона уже нет возможностей,,: Необходимым условием для сохранения прочности структуры при агрессии является связывание деформаций структуры соответствующим армированием самонапряжениой конструкции в трех или, в крайнем слу чае, в двух направлениях. Любая железобетонная конст рукция, кроме основного ее тела, имеет открытые поверх ностные зоны защитного слоя, углы, торцы и ребра, ко торые хотя и связаны с телом бетона, но влияние ограни чений деформации бетона арматурой на них косвенно и неполноценно. В связи с этим в условиях агрессии при
благоприятных |
ограничениях |
деформаций |
для основно |
|
го тела |
бетона |
конструкции |
внешние зоны |
находятся в. |
худшем |
положении. Именно |
поэтому при |
технологичес- |
158
кой обработке напрягающего бетона в период самона пряжения конструкций принимаются меры защиты этилзон либо механическим упругим (сопротивление форм), либо специальным режимом ТВО (100°С, 2 ч), либо корректировкой состава расширяющего компонента.
Советский напрягающий цемент подбирается из та ких исходных материалов и в таких соотношениях, чтобы в процессе небольшого периода времени (во всяком слу
чае, не более 1 м е с ) , пока силикатная структура |
цемент |
ного камня склонна к большим пластическим деформа |
|
циям, самонапряжение в результате образования |
гидро- |
сульфоалюмината кальция полностью завершалось. Для нормального напрягающего цемента его состав назначают из расчета, что минералы, предназначенные для образо вания гидросульфоалюмината кальция, содержатся в нужном соотношении в расширяющем компоненте и гид ратация в короткие сроки завершается образованием СзА(СЭ) з Н з 1 . Алюминаты кальция, поставляемые гидратирующимся портландцементным клинкером, и известь создают нормальную среду для твердеющего силикатно го цементного камня, как и при твердении портландце мента. Естественно, что при сульфатной агрессии извне материалы этой среды будут взаимодействовать с гипсом, образовывать гидросульфоалюминат кальция и вызы вать дополнительное расширение структуры, которое мо жет быть совершенно не опасным при наличии достаточ ного объемного армирования конструкции, но является не желательными для зон бетона, не входящих в область действия ограничений деформаций.
Ввиду того что минералогические составы и содержа ние современных расширяющихся и напрягающих це ментов существенно различны, рассмотрим, в какие условия попадает бетон на напрягающем цементе при вне шней сульфатной агрессии. Во всех случаях будем пред полагать применение низкоалюминатных портландцементов, а соотношение окислов в расширяющем компо ненте C : A : C S = 1 , 6 5 : 1 : 4 .
В табл. 3.9 даны составы наиболее известных напря гающих цементов, полученных в различным странах.
По-видимому, все бетоны на напрягающем цементе при неограниченном, т.е. свободном расширении, будут либо несульфатостойки, либо ограниченно сульфатостойки. Ограничения, вероятно, будут касаться слабой энергии расширения цемента и обязательно сопровож-
159