Вся библиотека >>>

Содержание книги >>>

 

Строительство и ремонт

 Высокопрочный бетон


Быт. Хозяйство. Техника



 

1. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЕЛИЧИНУ УСАДКИ БЕТОНА

 

 

Об усадке тяжелого бетона имеется не меньше экспериментальных данных, чем о его ползучести. Попытки использовать эти данные для получения общих количественных закономерностей явления содержатся в ряде работ.

При оценке возможной величины усадки бетона [94, 96, 135, 167, 199] в практических расчетах учитывают обычно влияние важнейших факторов непосредственно на величину деформаций. Наиболее полно соответствующие методы оценки разработаны в исследованиях И. И. Улицкого [94], а также в Рекомендациях Европейского комитета по бетону [96]. Эти методы построены на основе весьма широких обобщений экспериментальных результатов.

С. В. Александровский [1] предложил оценивать величину деформаций усадки исходя из рассмотрения влаго-физических свойств бетона.  Имеются попытки оценивать эту величину [52 и др.] на основании математического описания различных вариантов моделей бетона как многокомпонентного материала.

Перечисленные методы количественной оценки деформаций усадки в большинстве случаев относятся к тяжелым бетонам низкой и средней прочности (высокопрочные бетоны в этой связи специально не рассматривались).

Результаты большинства исследований, проведенных ранее, позволяют считать, что усадка бетона определяется в количественном отношении воздействием в основном тех же факторов, что и его ползучесть. Исходя из общих требований к качеству и технологии изготовления описываемых тяжелых бетонов (см. главу VI), можно ограничиться рассмотрением тех же главных факторов, которые фигурировали в оценках величины деформаций ползучести

Наряду с этим результаты анализа экспериментальных материалов, сделанного Е. Н. Щербаковым [110], указывают на то, что характер влияния одних и тех же факторов на ползучесть бетона и его усадку в общем случае неодинаков.





Прежде всего не удается обнаружить закономерной связи между величиной усадки и активностью цемента R4, использованной ранее для оценки влияния качества цемента на ползучесть бетона (см. рис. 47). На рис. 57 показаны результаты обширных опытов [47] по изучении усадки цементного раствора одинакового состава, но изготовленного с применением портландцементов, минералогические характеристики которых и активность менялись в весьма широких пределах. В отличие от рис. 47 взаимосвязь рассматриваемых величин на рис. 57 отсутствует, и наблюдаемый разброс в величине деформаций не связан с изменением прочностных характеристик цемента в широком диапазоне. Такие же примерно результаты получаются при обработке данных Дэвиса (30], Гоннермана [142].

С другой стороны, попытки непосредственно учитывать влияние компонентов минералогического состава клинкера на усадку часто приводят к противоречивым результатам [130, 142] из-за большого числа этих компонентов. При рассмотрении некоторого обобщенного параметра минералогического состава, например соотношения в цементном камне кристаллической и гелевой составляющих, предложенного А. Е. Шейкиным [105], получаемые результаты также не во всех случаях находят четкое экспериментальное подтверждение [102]. Для обычных алитовых портландцементов в большой выборке экспериментальных данных влияние минералогического состава на величину усадки находится в пределах общего разброса опытных точек. Лишь у белитовых цементов и цементов с высоким содержанием трехкальциевого алюмината усадка заметно повышена. По-видимому, по этой причине влияние минералогической характеристики портландцемента на деформации усадки бетона иногда переоценивается некоторыми авторами [32]. Но при этом упускается из вида, что белитовые и высокоалюминатные цементы все реже применяются в промышленно-гражданском и транспортном строительстве, а большинство отечественных (к зарубежных) товарных цементов имеет преимущественно алитовую минералогическую характеристику.

Е. Н. Щербаков [ПО] показал, что при практических оценках можно пренебрегать влиянием свойств цемента на величину деформаций усадки бетона, если минералогический состав и тонкость помола цемента находится в обычных пределах. При обработке результатов измерения усадочных деформаций тяжелых бетонов на современных порт-ландцементах обнаружено, что для неизменного состава смеси (принято, как и ранее, ВЩ = 0,5, содержание цементного теста рт = 0,2) и некоторых исходных условий предельные значения усадочных деформаций вне зависимости  от  индивидуальных   качеств  цемента   колеблются около величины еут = 250 • 10~6, отклоняясь в пределах ± 10%. Под исходными условиями подразумеваются в данном случае те же, что и принятые ранее для ползучести (приведенный. радиус сечения г — 2,5 см, относительная влажность воздуха 6 = 70%, твердение в начальный период — в   естественных   условиях).

Сравнение выражений (VI 1.4) и (VII.5) с соответствующими формулами для коэффициентов |3 и К (см. стр. 115) показывает, что влияние масштабного фактора на усадку бетона сказывается в большей степени, чем на его ползучесть. Это положение оговорено также в Рекомендациях ЕКБ. Что касается влияния относительной влажности среды, то такие различия наблюдаются преимущественно лишь в зонах низкой и высокой влажностей.

Существующие эмпирические методы прогнозирования деформаций усадки тяжелого бетона (методика И. И. Улицкого, ЕКБ, Иванса и Конга и др.) основываются на том, что влияние каждого из перечисленных главных факторов оценивается независимо от остальных. Все эти методы могут быть сведены в конечном итоге к оценке величин деформаций в форме (VII. 1) и различаются только рекомендуемыми значениями соответствующих коэффициентов, входящих в это выражение. В отдельных случаях принимается во внимание воздействие тепловлажностной обработки (методика Улицкого), разного рода добавок (методика Иванса и Конга). В методике Александровского по существу учитывается влияние тех же факторов, однако не на величину деформаций непосредственно, а косвенно, через влагофизические параметры  бетона.

Таким образом, перечисленные способы не отличаются в принципе от обычно применяемых для оценки деформаций ползучести (см. главу VI). Им присущи, следовательно, те же недостатки, о которых шла речь в предыдущей главе. Несмотря на заметно выраженное влияние отдельных факторов, учитываемое коэффициентами £У, по-прежнему необходимо, в частности, оценивать и учитывать в стадии проектирования большое число взаимосвязанных технологических параметров бетонной смеси.

Эти методы, кроме того, исключают возможность прямого сопоставления деформативных свойств бетонов с различными прочностными показателями. В большинстве исследований не уделялось должного внимания анализу воздействия на усадку различных сочетаний факторов (прежде всего технологического характера), определяющих индивидуальные качества бетона. Это часто приводит к явным противоречиям в оценках деформативной способности бетонов и, в первую очередь, высокопрочных (см. стр. 154).

Как и ранее (см. главу VI), обратимся к анализу так называемых нормативных значений деформаций ЕУ.Н, относящихся к бетону из смеси произвольного состава при сохранении прочих равных условий.

Выражение для ЕУ.Н В виде (VII.8), отражающее суммарное влияние технологических факторов в функции выбранных независимых параметров (В и z), позволяет проследить принципиальные связи, изображенные на рис. 58.

Как видно, при условии сохранения постоянства расхода воды в смеси В зависимость (VII.8) характеризуется незначительным изменением деформаций еу.н при любых возможных значениях цемёнтоводного отношения z (и, следовательно, расхода цемента Ц = Bz). Поскольку это вытекает из объективного характера наблюдаемых экспериментальных зависимостей (VII.2) и (VI 1.3), следует расценивать установленную закономерность, как до некоторой степени всеобщую. Возможная в определенных пределах изменчивость числовых коэффициентов (например, показателя степени Р) в выражениях] (VII.2) и (VII.3) в принципе не изменяет сделанный вывод.

Указанная закономерность в подавляющем большинстве случаев прямо подтверждается экспериментальными данными. На рис. 59 показано относительное изменение величины деформаций усадки тяжелых бетонов разных составов, но изготовленных из смесей с примерно одинаковым расходом воды в пределах каждой группы испытаний. Как видно из рис. 59, если В ^ const, деформации усадки бетонов изменяются, несмотря на колебания остальных технологических параметров в широких пределах,   как правило, не более чем на ±10% (заштрихованная область). Аналогичный вывод был сделан в Американской ассоциации портландцементов [123], а также Карлсоном [124], Левьяном  [167] и некоторыми другими исследователями.

Учитывая это экспериментально установленное положение, методы прогноза величин деформаций усадки можно в значительной степени упростить. Функция переменной z, входящей в выражение (VI 1.8), при изменении аргумента в практически возможных пределах меняется весьма незначительно, и ее числовое значение может быть принято в среднем равным 0,525.

Представляет интерес выяснить, в какой степени обнаруженные закономерности отражены в других предложениях по нормированию деформаций усадки. Для этого следует сравнивать формулы для еу.„, соответствующие одинаковым условиям, принятым за исходные.

В формуле (VII. 13) рекомендуемое значение коэффициента р = 3 • 10~2лш/лш/г/г справедливо при отсутствии градиента влажности (и деформаций) по поперечному сечению элемента, высыхающего только в направлении продольной оси. При условиях всестороннего высыхания, применительно к которым разработаны все остальные рассмотренные предложения, по данным С. В. Александровского

В (VII. 10)—(VII. 13) влияние технологических параметров бетонной смеси находит выражение в самой различной форме. И тем не менее зависимости] (VII. 10) — (VII. 13) удается сопоставить между собой, если графически представить каждую из них в координатной системе, использованной на рис. 58. Для этого следует вычислить значения еу.„ по формулам (VII. 10)—(VII. 13), соответствующие любому фиксированному расходу воды в смеси, по разным значениям цементоводного отношения z (и, следовательно, расхода цемента Ц = Bz). В качестве примера рассмотрим результаты подсчетов для случая В = 160 л 1м3 = const (рис. 60). При любом другом значении В — const картина не меняется.

Как следует из рис. 60, формулы, предложенные Цюрихской лабораторией (VII. 10) и Европейским комитетом по бетону (VII. 12), в неявном и усложненном виде по существу отражают то же принципиальное положение, что и простая зависимость (VII.9) на рис. 58: при неизменном расходе воды в смеси В величина деформаций бетона еу.н мало зависит от остальных технологических параметров (Ц и z) и практически сохраняется на одном уровне. При этом результаты вычислений по методике ЕКБ и предлагаемой простой формуле (VII.9) для одинаковых условий (включая расход воды в смеси) численно близко совпадают

В тех же условиях с ростом Ц и г деформации, рассчитанные по методике Улицкого, значительно снижаются (почти в 3 раза), а по методике Александровского, напротив, заметно возрастают (более чем в 2 раза). В первом случае получаемая зависимость обусловлена, очевидно, неправильным допущением, заложенным в формуле (VII. 11), поскольку, как отмечалось, влияние главных технологических факторов на усадку бетона и его ползучесть неодинаково. Закономерность же, обнаруживаемая при вычислениях по методике Александровского, требует более подробного анализа (см. следующий раздел).

Таким образом, рис. 60 свидетельствует о принципиальных расхождениях, создаваемых различной оценкой влияния главных технологических факторов на усадку бетона. Судя по этому рисунку, методика Улицкого недооценивает, а методика Александровского переоценивает влияние расхода цемента Ц в сравнении с В/Ц. Вследствие этого и в том и в другом случае на рис. 60 обнаруживаются связи, которые не подтверждаются большим количеством опытных результатов (см. рис. 59) и вступают в противоречие с закономерностью на рис. 58.

Эта закономерность заключается в том, что суммарное влияние на усадку бетона технологических факторов удается практически однозначно выразить через один параметр — расход воды В  независимо от дозировки остальных составляющих  бетонной  смеси.

Подтверждением служит рис. 61, на котором представлены результаты лабораторных испытаний обычных тяжелых и мелкозернистых (песчаных) бетонов на усадку. Поскольку  длительность большинства испытаний  составляла около одного года, предельные значения деформаций были вычислены путем умножения измеренных величин на постоянный коэффициент, принятый равным 1,15. В отдельных случаях использовалась экстраполяция кривых нарастания деформаций по той же методике, которая применялась при обработке данных о ползучести бетона

Предельные опытные значения деформаций приводились далее к принятым исходным размеру сечения (г = 2,5 см) и влажности воздуха (6 = 70%). Соответствующие поправочные коэффициенты й и £? принимались (в зависимости от условий опыта) по формулам (VII.4) и (VII.5).

Вычисленные таким путем величины деформаций еут — = 8у.н нанесены на рис. 61 в зависимости от фактического расхода воды в бетонных смесях. Несмотря на то что остальные технологические параметры (расход цемента, В/Ц, соотношение между крупной и мелкой фракциями заполнителя и т. д.) менялись в очень широких пределах, опытные точки закономерно расположились около кривой, построенной  по формуле  (VII.9).

Для всей совокупности точек на рис. 61 с помощью ЭЦВМ найдено корреляционное уравнение кривой регрессии, подтвердившее степенной характер зависимости между еу.н и В. Кривая, соответствующая уравнению регрессии (с показателем степени у = 1,38), мало отличается от кривой, построенной по формуле (VII.9), значительно более удобной для практического пользования.

Полученный коэффициент корреляции г = 0,818 меньше установленного ранее (см. главу VI) .при анализе нормативных величин деформаций ползучести. Однако повышенный разброс опытных точек не обнаруживает в данном случае никакой закономерной связи с колебанием таких технологических параметров, как расход цемента (в пределах от 220 до 1370 кг/м3) или водоцементное отношение смесей (в пределах от 0,27 до 1,07). Он обусловлен, вероятно, несколько большим по сравнению с ползучестью влиянием на усадку бетона характеристик применяемых материалов и методических особенностей эксперимента. Вместе с тем для практических оценок надежность установленной эмпирической связи остается удовлетворительной.

Наличие однозначной связи между еу,н и В, непосредственно выраженной в формуле (VII.9), позволяет установить простейший критерий для оценки величины деформаций усадки. Смысл расхождений между другими предложениями (см. рис. 60) сводится к тому, что существование этой связи либо признается ими только в косвенной форме (методика ЕКБ, формула Цюрихской лаборатории), либо вообще отрицается (методика Улицкого и Александровского).

    

 «Высокопрочный бетон»       Следующая страница >>>

 

Смотрите также: Бетон и строительные растворы  Исходные материалы  1.1. Минеральные вяжущие вещества  1.2. Заполнители  1.3. Вода  1.4. Определение потребного количества материалов  Строительные растворы  2.1. Свойства строительных растворов  2.2. Виды строительных растворов  2.3. Приготовление строительных растворов  2.4. Составы  Бетоны  3.1. Виды бетона  3.2. Свойства бетона  3.3. Приготовление бетонного раствора  3.4. Составы  3.5. Шлакобетон  3.6. Опилкобетон






Rambler's Top100