Файл: Ашрабов, А. Б.pdf

Таблица I. 2

Влияние вида заполнителя на влажностные деформации бетона

Зависимость усадки бетона от модуля упругости заполнителя

Заметное влияние .на усадку бетона оказывают водоцементное отношение (В/Ц) и масштабный фактор. Чем выше ВЩ, тем больше усадка бетона (табл. I . 4.)

Таблица I . 4

Зависимость усадки цементного раствора от ВЩ

Относительная усадка цементного раствора

(мм/мм). 105 в возрасте

ВЩ

В больших образцах или в бетонных конструкциях усадочные деформации оказываются значительно мень­ шими, чем в малых образцах, и развиваются более мед­ ленно.

20

Усадка бетона зависит от температурно-влажностного влияния среды. Повышение температуры интенсифициру­ ет процесс высыхания бетона, что влечет за собой увели­ чение усадки бетона в 2—2,5 раза (рис. I . 2) и ускоряет процесс стабилизации деформаций усадки.

чески изменяющихся положительных температур. С уменьшением влажности среды деформации усадки уве­ личиваются вплоть до достижения бетоном влажностного равновесия с внешней средой.

Физическая природа усадки вскрыта еще недостаточ­ но полно, а имеющиеся тебрии для ее объяснения носят феноменологический характер. Однако в настоящее время наибольшим признанием пользуется структурная теория усадки бетона А. Е. Шейкина, выявляющая роль капил­ лярных явлений и объемных изменений геля цементного камня, обусловленных при высыхании бетона изменением содержания адсорбционно-связанной воды.

По опытным данным, средняя величина относительной деформации усадки составляет гу с =0,0002. При этом усадка бетона естественного твердения и пропаренного примерно одинакова. Для описания процесса яротекания усадки И. И. Улицким дается зависимость:

21

По данным С. В. Александровского, величина ау мо­ жет быть принята до 70. Ю - 5 мм/мм.

Наличие градиентов влажности вследствие неравно­ мерного высыхания по объему вызывает усадочные нап­ ряжения, когда -наружные слои бетона высыхают быст­ рее, чем внутренние. В связи с этим внутренние слои препятствуют свободной усадке наружных слоев, и в ре­ зультате в них возникают сжимающие, а в наружных рас­ тягивающие напряжения. При достижении определенной величины эти напряжения могут привести к появлению усадочных трещин на поверхности бетона. Это обстоя­ тельство в ряде случаев требует применения безусадоч­ ных цементов, устройства усадочных швов в конструкции или подбора соответствующего состава бетона и назначе­ ния способа ухода за ним в процессе твердения.

Набухание бетона, так же как и усадка, зависит от ряда технологических и физических факторов, и по своей природе и закономерностям аналогично процессам, проте­ кающим при усадке бетона. Учет этой особенности имеет большое значение для бетонных и железобетонных кон­ струкций гидротехнических сооружений, находящихся в условиях влажностных воздействий. Значение величин от­ носительных деформаций от набухания бетона в воде в 2—3 раза меньше его усадки при твердении в воздушной среде.

Температурные деформации бетона. При действии по­ ложительных или отрицательных температур бетонный элемент претерпевает температурную деформацию, при этом абсолютная величина температурных деформаций имеет большее значение в направлении больших разме­ ров элемента. Непрерывные температурные деформации свойственны бетонным и железобетонным конструкциям зданий и сооружений, подвергающимся климатическим воздействиям, особенно в районах с жарким и сухим климатом или имеющим по технологическим причинам переменный температурный режим (специальные цеха, автоклавы, пропарочные камеры и др.). Кроме того, они возникают в массивных бетонных сооружениях (типа гидротехнических), где вследствие экзотермического ра­ зогрева при твердении бетона имеют место градиенты температур.

В общем случае различают свободную температурную деформацию, пропорциональную изменению температу-

22

ры, и деформацию, вызванную температурными напряже­ ниями (напряженная деформация). Температурные на­ пряжения проявляются ввиду неравномерного прогрева и могут достигать значительных величин, приводящих к по­ явлению температурных трещин. Эти напряжения воз­ можны во всех случаях ограничения свободной деформа­ ции бетонного или железобетонного элемента, как это наблюдается в статически неопределимых бетонных и железобетонных системах (при наличии связей или при наличии арматуры в бетоне).

Для расчета температурных напряжений и деформа­ ций пользуются значениями коэффициента линейного температурного расширения бетонаа, характеризующими свободные температурные деформации и представляю­ щими собой величину свободной температурной деформа­ ции бетона при равномерном изменении его температуры на один градус. Исследования показали, что изменения В/Ц, возраста и режима хранения бетона, а также темпе­ ратур в пределах 4—55° не оказывают ощутимого влия­ ния на коэффициент температурного расширения, кото­

Наибольшим линейным расширением обладают жир­ ные бетоны и бетоны на кварцевых заполнителях, а наи-

23

меньшим—тощие бетоны и бетоны на известняковом заполнителе. Сами заполнители обладают разными зна­ чениями коэффициента а, которые, как правило, меньше, чем у чистого цемента. Этим же объясняется наличие температурного поля напряжений, местная концентрация которых на границе между вяжущим и заполнителем мо­ жет привести к появлению микротрещин.

При значительном нагреве бетона происходит так на­ зываемая температурная усадка — необратимая дефор­ мация, связанная с дополнительным высыханием цемент­ ного камня и его обезвоживанием, что свойственно жаро­ стойким бетонам.

При действии отрицательных температур поиядка от -—5 до —70 °С в бетоне также проявляются необратимые изменения структуры цементного камня, которые при от­ таивании бетона приводят к значительным остаточным деформациям сокращения, пропорциональным количеству воды в бетоне. При этом абсолютное значение коэффици­ ента а имеет несколько большую величину.

Прочностные характеристики бетона. Сложность струк­ туры бетона обусловливает влияние многих факторов на прочностные характеристики бетона. В связи с этим указанные характеристики имеют значительный разброс, что вызывает необходимость привлечения статистических методов. Значительными из них следует считать: 1) воз­ раст, условие приготовления и твердения бетонов; 2) фор­ му и размеры испытуемых образцов; 3) вид напряженного состояния при сжатии, растяжении, изгибе (одно-, двух-, трехосное загружение); 4) состав бетона, вид цемента, В1Ц, вид и количество заполнителя; 5) температурные и влажностные воздействия.

Сопротивление бетона сжатию является наиболее цен­ ным свойством, широко используемым в конструкциях. Это и наиболее простой способ определения его прочно­ сти. Поэтому марка бетона, являющаяся эталоном его прочности, определяется по значению предельного сопро­ тивления сжатию (R в кГс/см2) бетонного куба с ребром 20 см в возрасте 28 суток, испытанного со скоростью нагружения 3 кГ/см21сек, согласно стандартным требова­ ниям.

24

При уменьшении размеров кубика прочность образца возрастает. Для определения марки бетона по прочности на сжатие кубов с размерами сторон 10 или 15 см вели­ чина кубиковой прочности умножается на переходные коэффициенты, соответственно 0,85 и 0,9.

Вряде зарубежных стран при испытании используется

вкачестве стандартного образца бетонный цилиндр диа­

метром d = 6" = 15,2 см и высотой 12 дюймов = 30,5 см. В таком образце при испытании напряжение от трения опорных плит пресса происходит симметрично относитель­ но оси образца и имеет место более однородное напря­ женное состояние. Предел прочности такого образца со­ ставляет 0,75—0,8 от предела прочности стандартного куба.

Выбор оптимальной марки бетона производится на основании технико-экономических соображений в зависи­ мости от типа железобетонной конструкции, условий экс­ плуатации, способа изготовления и монтажа.

Существенное влияние на показатель прочности ока­ зывает жесткость плит испытательного пресса. Так, при испытании образцов различных размеров на прессах с тонкими опорными плитами их прочность возрастает с уменьшением размеров поперечного сечения и с повыше­ нием марки образца. Это объясняется неравномерным распределением напряжений по сечению образца.

Прочность бетона при сжатии. Как известно, причиной разрушения сжатого образца является его поперечное расширение, приводящее к появлению трещин разрыва. Ориентация трещин обусловлена силами трения, разви­ вающимися по торцовым поверхностям кубика и направ­ ленным в глубь образца.

Эти силы создают эффект обоймы и препятствуют свободной поперечной деформации по торцам образца, повышая его сопротивляемость разрушению. Если смаз­ кой торцов образца устранить эти силы, то трещины ори­ ентируются в плоскостях, параллельных направлению действующих усилий (рис I . 3).

По мере удаления от опорных граней образца влияние сил трения ослабляется, чем и создается форма разру­ шенного образца в виде двух усеченных пирамид, сомк­ нутых малыми основаниями.

Получаемая в результате испытания стандартных об­ разцов кубиковая прочность бетона R, характеризующая

25

его марку, не может быть непосредственно использована при расчете конструкций и является величиной условной. Такая форма образцов не отражает действительную рабо­ ту бетона в конструкции, находящемся в сложном напря­ женном состоянии. Эффект обоймы искажает истинную картину сжатия при одноосном напряженном состоянии

образца.

Трещины-

[JlTfrfW]

а

Рис. I . 3. Влияние сил трения при испытании образцов:

а — при смазке торцов; б — без смазки; (а — сокращение вдоль сжимающих усилий; v — расширение в поперечном направлении).

На заводах-изготовителях и стройках при подготовке бетонных и железобетонных элементов обычно контроли­ руется только кубиковая прочность. Значение прочности бетона при сжатии, с учетом экспериментальных данных, определяется призменной прочностью, которая указыва­ ется в проектах и соответствующих нормативных доку­ ментах.

Поэтому в качестве расчетной характеристики ис­ пользуется значение призменной прочности на сжатие

призменной прочности понижается как величина не­ устойчивая. Значительное увеличение этого отношения нецелесообразно, так как существенную роль играет продольная гибкость образца. Оптимальным отношением, при котором прочность становится почти стабильной и в средней части образца наблюдается наиболее одно­ родное состояние одноосного сжатия, является h/a — 4. При этом значение призменной прочности составляет 0,7/?.

26