Учебное пособие 800523

Таблица17 Изменение величины деформаций материала при варьировании содержа-

ния микронаполнителя и заполнителя (q<1 кДж/кг)

нителя и заполнителя до (0,5…0,55) м3/м3 сопровождается снижением величины деформаций в среднем всего на (20…30) %.

Эффективность регулирования величины влажностной усадки за счет создания противоусадочного каркаса на уровне микробетона определяется не только объемным содержанием и дисперсностью микронаполнителя, но в еще более значительной степени его активностью по отношению к воде, оценивае-

мой по теплоте смачивания.

Наиболее результативным оказывается введение микронаполнителя в количестве до (0,35…0,4) м3/м3 при его дисперсности не менее 150 м2/кг и теплоте смачивания поверхности q < 1 кДж/кг, так как позволяет снизить величи-

ну деформаций в 3,5 - 4 раза (рис.14, кривая 3) и одновременно получить величину удельной усадки микробетона менее 0,2-0,25 (мм/м)/(%уд.вод.). Применение более дисперсных и активных по отношению к воде наполнителей даже при их объемном содержании до (0,45…0,5) м3/м3 не позволяет существенно повлиять на величину усадки (рис. 14 , кривая 2).

Эффективность воздействия указанных приемов регулирования усадки цементного микробетона оценивается экспериментально-статистической зависимостью

где Vвкл –объем включений, Vмп – объем микропор, к – коэффициент, отражающий вклад включений в снижение величины усадки и изменяющийся в диапазоне от 1,2 до 2,1 в зависимости от их характеристик.

72

На основании рассмотренных данных можно утверждать, что эффектив-

ность противоусадочного действия зернистых включений мало зависит от размера частиц, а в основном определяется активностью их поверхности по отно-

шению к воде. Использование природного сырья и техногенных отходов естественной гранулометрии в задаче управления эксплуатационной деформируе-

мостью материала имеет определенные преимущества, так как их применение в качестве противоусадочных включений не требуется специальных затрат для подготовки. И это необходимо учитывать при конструировании материала.

Результаты исследований усадки поризованного бетона позволяют заключить,

что ее величина прямым образом соотносится с видом и дисперсностью применяемого наполнителя. Данные рентгенофазового анализа (рис. 15) позволяют заключить, что для рассматриваемых в настоящих исследованиях видов плотного и поризованного бетона параметры состава и структуры новообразований незначительно отличаются. Поэтому можно полагать, что именно характеристики наполнителя в определяющей мере повлияют на величину влажностной усадки материала.

Оценка гигрометрических характеристик дала основание квалифицировать поризованный бетон на пыли-уносе как материал с наибольшей силой его связи с водой. Поэтому при обезвоживании он характеризуется более

73

высокими по сравнению с другими разновидностями бетона показателями влажностной усадки (табл. 18, рис. 16). При равной средней плотности влажностная усадка образцов бетона на пыли-уносе оказалась в 2,8-2,9 раза более вы-

сокой, чем у бетона на немолотом песке, и в 1,7-1,9 раза выше, чем у бетона на молотом песке.

Особенности развития влажностных деформаций плотного поризованного бетона позволили установить, что при удалении из бетона различных видов воды степень его деформирования заметно отличается (см. табл.18, рис. 16) и определяется характеристиками наполнителя. Для мелко- и микрозернистого бетона на песке наибольшая полная и удельная усадка наблюдается при удалении капиллярно-связанной воды (до 70% от ее полной величины); для бетона на пыли-уносе самые высокие значения усадки характерны при удалении адсорбционной и межслоевой воды (до 50 % от ее полной величины).

При увеличении объемной доли макропор (см. рис. 16,б) в структуре поризованного бетона потенциал усадочности последнего не изменяется, по-

скольку объемное соотношение структурных элементов межпоровых перегородок поризованного бетона и их качественные характеристики сохраняются. Од-

нако макропоры ослабляют материал, и это снижает потенциал упругого сопротивления матрицы ее деформированию. В итоге величина деформаций мелко-

зернистого бетона при увеличении объемной доли макропор от 0 до 0,6 м3/м3 (это соответствует изменению его средней плотности от 2000 до 800 кг/м3) воз-

растает на 20…25 % (с 0,75…0,8 мм/м до 0,93…1,15 мм/м).

По результатам исследований правомерен вывод о том, что управление эксплуатационной деформируемостью поризованного бетона требует включения в действие всей принятой и последовательно рассмотренной совокупности параметрических (состав, структура) и соответственно рецептурно - технологических факторов. Установлено, что результативность модифицирования струк-

туры при варьировании обозначенных рецептурно-технологических факторов характеризуется возможностью снижения величины влажностных деформаций в 3…3,5 раза.

Пониженной деформативностью отличается материал с минимальной си-

лой связи его структуры с водой, у которого наименьшее удельное содержание цементирующего вещества, пониженное значение удельной площади поверхно-

сти и удельной теплоты смачивания наполнителя, а поровое пространство образовано порами с большей величиной среднего эффективного радиуса. Для по-

ризованных бетонов характер усадки определяется видом микробетона,

75

Таблица 18

Содержание воды различных форм связи в плотном и поризованном цементном бетоне, величина их полной и удельной усадки

при обезвоживании

19

а) мелко- и микрозернистый поризованный бетон средней плотности 800 кг/м3

который использован в качестве материала межпоровых перегородок Оптими-

зация структуры межпоровых перегородок позволила получить в условиях естественного твердения цементный поризованный бетон с величиной деформа-

ций не более 1 мм/м при его обезвоживании от начального до равновесного эксплуатационного влагосодержания ( 3-4% по массе).

2.5.3. Оценка деформативных свойств поризованных бетонов при длительном действии нагрузки

Для конструкционных поризованных бетонов приоритетным показателем является их несущая способность, определяемая набором нормируемых прочностных и упругих характеристик.

Для различных модификаций поризованных бетонов экспериментально оценивались деформации усадки, ползучести, упругого последействия и дли-

тельного сопротивления, а также производилось определение изменения их кратковременной прочности после периода длительного нагружения и дейст-

вия физико-климатических факторов.

В качестве объекта исследования принят цементный плотный (исходный непоризованный) и поризованный бетон двух структурных модификаций - мелкозернистый, изготовленный с применением кварцевого песка естественной гранулометрии, и микрозернистый бетон, при получении которого применялась зола-уноса ТЭЦ. При выполнении экспериментальных исследований в качестве сырьевых материалов использовались: портландцемент марки 500 ДО Белгородского цементного завода; ПАВ воздухововлекающего действия «Пеностром»; в ка-

честве наполнителя для микрозернистого бетона применялась зола-унос Воронежской ТЭЦ-2 (Sуд=300 м2/кг, Косн = -0,151), для мелкозернистого бетона -

кварцевый песок по группе крупности «мелкий» (МК=1,4). Состав бетона по соотношению «цемент : наполнитель = 1:1,75» принимался исходя из критерия минимальности усадочных деформаций материала 55 .

При проведении испытаний изготавливались образцы поризованного цементного мелкозернистого и микрозернистого бетона марок по средней плот-

ности D1200, D1400 и D1600, а также плотного бетона. Получение поризованной бетонной смеси производилось при одностадийном перемешивании в сме-

сителе турбинного типа. Скорость перемешивания 15 с-1 при продолжительности 4 мин. Обеспечение требуемой средней плотности бетонной смеси достига-

лось изменением дозировки воздухововлекающей добавки «Пеностром» в диа-

78

пазоне 0,05 - 0,2 % от массы цемента при 10 %-й концентрации ее рабочего рас-

твора.

Образцы до и после длительных испытаний находились в одинаковых ус-

ловиях с ненагруженными контрольными призмами. Длительная нагрузка прикладывалась в возрасте 28 суток; предварительно изолированные образцы за-

гружались постоянными во времени длительными сжимающими напряжениями при различных их относительных уровнях. После выдержки под нагрузкой до возраста 240 суток (до стабилизации деформаций ползучести) призмы извлекались из рычажных установок и в возрасте 365 суток доводились до разрушения в обычном прессе.

Значения деформаций ползучести и усадки определялись по стандартной методике (ГОСТ 24544-81. «Бетоны. Методы определения деформаций усадки и ползучести») на образцах-призмах размером 100 100 400 мм нормального

28-суточного твердения. Определение призменной прочности образцов каждой серии проводились на прессе типа ПМС-20. Деформации определялись с помощью тензорезисторов с базой 50 мм, наклеенных на образцы в центре каждой боковой грани, а также с помощью индикаторов часового типа. Показания датчиков снимались прибором ЦТМ-5 на каждой ступени нагружения, которая составляла 0,1 от разрушающей нагрузки.

Испытание образцов длительной нагрузкой проводилось на рычажных установках с возможностью десятикратного ее увеличения. Для исключения по-

грешностей, связанных с неаддитивностью эффекта проявления деформаций усадки и ползучести под действием нагрузки, образцы покрывались гидроизо-

ляцией, состоящей из двух слоев парафина и двух слоев полиэтиленовой пленки. Образцы-призмы загружались в возрасте 28 суток (после твердения в нор-

мальных условиях) длительной нагрузкой. Варианты длительных нагрузок составляли определенные доли (0,15; 0,3; 0,45; 0,6; 0,75; 0,9) от разрушающих,

полученных при кратковременных испытаниях контрольных образцов. Деформации определялись на базе 200 мм индикаторами часового типа с ценой деле-

ния 0,001 мм. Длительные испытания проводились при температуре 20±2 0С и относительной влажности воздуха 85±4 %.

По результатам испытаний строились кривые деформаций образцов поризованного бетона. Деформации ползучести определялись как разность между суммарными деформациями загруженных образцов и деформациями усадки свободных от нагрузки образцов. По полученным значениям деформаций пол-

79

зучести рассчитывались характеристика и мера ползучести образцов поризо-

ванного бетона различной структуры и плотности.

Кинетика изменения физико-механических характеристик в различ-

ных условиях характеризуется следующими закономерностями.

1.При твердении в ненагруженном состоянии в лабораторных условиях у

поризованного бетона всех составов наблюдается устойчивый рост прочности и модуля упругости в течение всего годичного срока хранения. Для поризованных бетонов различной средней плотности и в зависимости от вида заполнителя, прочность и модуль упругости увеличиваются соответственно на 20-50 % и 15-40 % и тем больше, чем ниже средняя плотность бетона.

2.При твердении в условиях действия длительной нагрузки 0,3 Rb, данный уровень напряжений соответствует области линейной ползучести. За время твердения в нагруженном состоянии, также отмечается прирост прочности и модуля упругости на сжатие. Сопоставительные данные о прочности и модуле упругости призм, находившихся под нагрузкой и ранее ненагружавшихся, свидетельствуют о большем приросте прочности призм под нагрузкой - в среднем на 8-14 % как для мелко-, так и для микрозернистых поризованных бетонов.

3.При твердении в условиях естественных физико-климатических воздей-

ствий ( в течение 15 лет), когда на материал влияли процессы деструкции от увлажнения-высушивания, замораживания-оттаивания, карбонизации и др. Прочность мелко- и микрозернистого поризованного бетона марки по средней плотности D1200 в 1,5 и 1,3 раза превысила значения прочности соответствующих бетонов в 28-суточном возрасте (табл. 19). При этом коэффициент призменной прочности поризованного бетона на песке составил 0,86, а бетона с золой – 0,96. Модуль упругости за 15-летний период твердения вырос до 5100 и 3700 МПа, а предел упругости - до относительного уровня 0,7 и 0,6 от Rb соответственно для мелкозернистого и микрозернистого бетона.

Таблица 19 Результаты определения прочности на сжатие поризованного

бетона D1200 в процессе его твердения в естественных условиях

80