Файл: Михайлов В.В. Расширяющийся и напрягающий цементы и самонапряженные железобетонные конструкции.pdf

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