Деформації бетону при пропарюванні
Дослідження деформацій бетону в процесі його твердіння в середовищі з мінливими температурно-вологісними умовами становить значний інтерес. Воно дозволяє виявити роль того чи іншого періоду теплової обробки в формуванні структури бетону і враховувати це при виборі режиму пропарювання. Крім того, з'являється можливість судити про вплив складу бетону, а також виду і якості застосовуваних матеріалів на його структуроутворення.
Деформації бетону вивчав в НДІЗБ В. А. Федоров на спеціальній установці (рис. 76). Щоб вимірювати деформації бетону, всередині пропарювальної камери було вмонтовано спеціальний пристрій, що представляє собою жорстко прикріплений до внутрішньої стінки камери швелер з наполегливим гвинтом з латуні. Деформації зразка вимірювали за допомогою індикатора з ціною поділки 0,01 мм, який знаходився на зовнішній стінці камери і був жорстко закріплений спеціальним гвинтом.
Між зразком і головкою індикатора було встановлено кварцовий передавальний стержень, що проходить через отвір в стінці камери.
Для визначення дійсних деформацій у процесі пропарювання спочатку вимірювали температурні деформації самої установки за допомогою кварцового тарувального стрижня, температурне розширення якого незначно. Ці температурні деформації установки враховували при розрахунку деформацій бетону.
Досліди проводили на зразках розміром 7X7X21 см. В їх торці були закладені поліровані латунні пластинки, в які упиралися передавальний кварцовий стрижень з індикатором і упор.
Отримані на цих зразках лінійні деформації перераховували на довжину зразка, яка дорівнює 1 м. Необхідно відзначити, що отримані нами значення деформацій є відносними. Вони дозволяють лише досліджувати вплив того чи іншого технологічного фактора на це властивість бетону.
Деформації розпалублених виробів при пропарюванні. Для виготовлення зразків був узятий бетон складу 1: 2: 3,4 (за вагою) при В / Ц, що дорівнює 0,45 і 0,41, виготовлений на бєлгородському портландцементе марки 400. Жорсткість сумішей складала відповідно 40 і 100 сек. Так, в наших дослідах після пропарювання при температурі 100 ° С величина залишкового розширення була завжди вище, ніж при 80 ° С (при одному і тому ж часу підйому температури).
Величина максимального і залишкового розширення бетону в значній мірі залежить інколи попереднього лублівалі і встановлювали на гладкий піддон з промасленим калькою.
Деформації визначали через 15 хв, 4 і 24 год після формування. Пропарюють зразки при температурі 80 і 100 ° С по різним режимам. У деяких дослідах після визначення деформацій бетону визначали міцність на вигин і стиск цих же зразків. Таким чином, результати дослідження дозволили судити про взаємозв'язок між залишковими деформаціями бетону і його міцності.
Як видно з рис, бетон, пропарений без форм і без попереднього витримування, характеризується залишковим розширенням, величина якого значною мірою залежить від режиму пропарювання.
При попередньому ж дотриманні бетон до моменту пропарювання вже має деяку структурну міцність, яка до певної міри здатна протистояти цьому розширенню. Тому, чим триваліше попереднє витримування, тим міцніше структура бетону і, отже, менше його залишкова розширення.
Повільний підйом температури також зменшує залишкове розширення бетону, так як вже при незначному підвищенні температури зміцнюється структура цементного каменю, яка стає здатною сприймати виникають напруги без значних деформацій тих складових, коефіцієнт температурного розширення яких вище, ніж затверділого цементного каменю.
Отже, величина залишкового і максимального розширення бетону в основному зумовлюється величиною розширення, отриманого в період підйому температури, т. Е. В початковий період обробки їх.
Необхідно відзначити, що розширення бетону відбувається непропорційно підвищенню температури і змінюється в різних температурних інтервалах. Так, при нагріванні до 30-35 ° С бетон розширюється незначно. Найбільше збільшуються розміри зразків в температурному інтервалі від 60 до 70 ° С.
У зв'язку з цим були перевірені режими зі ступінчастим підйомом температури.
На початку обробки температуру досить швидко підвищували до 35 ° С, потім зразки витримували при цій температурі протягом 2 год, а потім протягом 30 хв підвищували до 80 ° С. Такі режими дозволяли інтенсифікувати процес гідратації і освіти міцного цементного каменю при незначному температурному розширенні , коли ще не відбулося значних порушень структури бетону. Як і слід було очікувати, вони виявилися найкращими, так як залишкові деформації були мінімальними.
Вплив залишкового розширення на основні фізико-механічні властивості бетону видно з табл.
Аналогічні залежності були отримані також в дослідженнях Н. І. Подуровских і Е. С. Савіна. Результати їх дослідів наведені в табл.
Необхідно відзначити також, що на величину як максимального, так і залишкового розширення після пропарювання впливають багато технологічні чинники, до яких відносяться: склад бетону, т. Е. Співвідношення між окремими його складовими, вид і якість застосовуваних матеріалів, цементу і заповнювачів, а також ступінь ущільнення бетону.
При використанні одних і тих же матеріалів і при пропарюванні за однаковим режимом можна виявити оптимальне В / Ц і жорсткість бетонної суміші, при яких залишкова розширення буде мінімальним.
Так, в наших дослідах бетон з жорсткістю 100 сек. і В / Ц = 0,41 набував більше розширення, ніж бетон з В / Ц = 0,45 і жорсткістю 30 сек. Ці бетони виготовляли на одному і тому ж цементі (білгородський марки 400) при однаковому його витраті (350 кг / м3). Отже, вони відрізнялися лише водоцементним ставленням. Це, мабуть, можна пояснити тим, що при прийнятому способі ущільнення в жорсткому бетоні було більше защемленного повітря, який розширюється сильніше, чим вода, що заповнює пори в пластичному бетоні.
Це припущення певною мірою підтверджується дослідженнями деформацій легких бетонів на пористих заповнювачах. Так, керамзитобетон з об'ємною вагою в сухому стані 1220 кг / м3 при однакових режимах пропарювання завжди мав більше залишкове розширення, ніж звичайний бетон; пористість ж звичайного бетону становила 6,8%, а керамзито-бетону 52,8%. Отже, керамзитобетон містив більше защемленного повітря.
Як показали досліди, недостатня ступінь ущільнення бетону, а отже, підвищена кількість містяться в ньому повітряних пір і раковин є однією з причин, що призводять до структурних порушень пропарюють бетону.
У зв'язку з цим при використанні жорстких бетонних сумішей, що піддаються пропарюванню, особливу увагу слід приділяти ступеня їх ущільнення.
У ряді випадків більш пластичні, але добре укладене бетонні суміші будуть характеризуватися меншими структурними порушеннями, ніж жорсткі недоуплотненія. Це пояснюється наявністю в пластичних сумішах кілька більшої кількості води, ніж повітря. Таким чином, є всі підстави стверджувати, що може бути підібрана найбільш щільна структура бетону, в якому міститься мінімальна кількість повітря і води.
Як встановлено. на величину розширення цементного каменю впливає мінералогічний склад цементу. Досліди проводилися на зразках з чистого цементного тесту з В / Ц = 0,25, яке відповідало приблизно нормальної густоті. У процесі пропарювання при 80 ° С по режиму 2 + 4 + 2 ч без попереднього витримування найбільше залишкове розширення мав цемент Воскресенського заводу - 5 мм / м, БТЦ Миколаївського заводу - 3,1 мм / м, а Білгородського - всього 1,2 мм / м. У міру збільшення часу попереднього витримування величина залишкового розширення значно зменшується і зменшується також різниця між величинами залишкового розширення в залежності від виду цементу. Так, після 24-годинного витримування залишкове розширення цементного каменю на Воскресенському та миколаївському цементах було приблизно однаковим і становило 0,08 мм / м, а на бєлгородському цементі - 0,06 мм / м.
Величина залишкового розширення цементного каменю, особливо при пропарюванні без попереднього витримування або ж з попередніми витримкою протягом недовгого часу, залежить від інтенсивності зміцнення цементного каменя на початку підйому температури і. зумовлюється хіміко-мінералогічним складом цементу.
Всі ті фактори, які сприяють зміцненню цементного каменю до початку теплової обробки або значно інтенсифікують його в початковий період підйому температури, сприятимуть отриманню менш дефектної структури бетону. До числа таких факторів можна віднести підвищення активності цементу, а також введення хімічних прискорювачів твердіння. Так, при пропарюванні за режимом 4 + 2 + 2 ч при 80 ° С після попереднього витримування протягом 20 хв залишкове розширення бетону без хімічних прискорювачів твердіння становило 0,87 мм / м, а з добавкою 2% хлористого кальцію - 0,48 мм / м.
Крім розглянутих факторів на деформації залізобетонних виробів при пропарюванні впливає армування. Для відповідних дослідів брали зразки-призми розміром 7Х7Х Х21 см.
Зразки армували стрижнями прямими, а також з кінцями, загнутими всередину зразка (по чотири стрижні в балоч десятці), і звареними просторовими каркасами з арматури діаметром 4 мм. Захисний шар з бетону складу 1: 2,0: 3,43 при В / Ц = 0.85 становив 1,5-2 см. Бетон готували на БТЦ Миколаївського заводу, жорсткість суміші становила 30-40 сек. Зразки пропарюють через 1 ч після виготовлення по режиму 6 + 6 + 6 ч при 80 ° С. Результати цього досвіду наведені в табл. з якої видно, що на величину залишкового розширення істотно впливає вид армування. Необхідно відзначити, що армування зменшує залишкове розширення бетону лише при пропарюванні виробів з невеликої попередньої витримкою - від 1 до 6 ч. При тривалому витримуванні виробів до пропарювання (протягом 18-24 год) арматура і бетон мають близькі коефіцієнти температурного розширення, і тому армування не змінює характер доформаціі.
Температурні розширення свіжого бетону вище, ніж у зрілого бетону і арматурної сталі. Різниця між коефіцієнтами температурного розширення свіжого бетону і сталі - явище небажане, так як може привести або до порушення зчеплення арматури з бетоном, або до її самонапружених. Однак, як було показано вище, величина розширення бетону набагато перевищує розширення стали лише в період підйому
температури, т. е. в момент, коли бетон ще не має значної міцності і вільно розширюється, випереджаючи розширення арматури. При ізотермічному прогріванні деформації стабільні, а в момент зниження температури коефіцієнти температурного розширення бетону і арматури вже мають близькі значення, що має забезпечити високу зчеплення арматури з бетоном в конструкції.
Отже, залишкове розширення бетону небажано в основному не з точки зору погіршення зчеплення арматури з бетоном, а внаслідок отримання дефектної структури бетону. Однак ці припущення мають бути перевірені експериментально, так як питання про зміну напруженого стану арматури і її зчеплення з бетоном має велике практичне значення при виробництві збірного залізобетону, і особливо попередньо напруженого.
Деформації зразків, пропарюють в формах. Деформації бетону, пропарюють в формі, визначали на тій же установці, що і при пропарюванні без форм (рис. 84). Перед укладанням бетону форму ретельно змащували і, крім того, на дно і по стінках прокладали промаслений кальку. Внаслідок того що бетонний зразок не мав зчеплення з формою, а латунні пластинки зразка, в які упиралися упори установки, надійно зчіплювалися з бетоном, можна було заміряти деформації зразка незалежно від форми (за умови, якщо розширення бетону менше, ніж металевої форми). Тому при тих же режимах заміряли також деформації порожній форми.
Досліди показали, що при пропарюванні бетону в формі незалежно від режиму теплової обробки і4 попереднього витримування деформації бетону повністю відповідають температурних деформацій металевої форми, т. Е. Деформації бетону слідують за деформаціями форми. У той же час дослідженнями було встановлено, що розширення необмеженого формою бетону при пропарюванні може досягати величин, які значно перевищують температурне розширення металу. Так, в наших дослідах максимальне розширення бетону при 80 ° С становила 2,64 мм / м, при 100 С - 2,98 мм / м. У той же час розширення форми дорівнювало відповідно при 80 С 0,75 мм / м, а при 100 ° С - 1 мм / м. Отже, форма перешкоджає вільному розширенню бетону і сприяє отриманню більш щільною його структури. При пропарюванні в формах, що мають відкриту поверхню, розширення бетону не набуває залишкове розширення, що було підтверджено вимірами, проведеними В. А. Федоровим на заводах і полігонах тресту Красноярскалюмінстрой і Астраханпромжілстрой.
Залишковий розширення в промислових виробах заміряли шляхом визначення відстані між спеціальними голками з нержавіючої сталі до і після пропарювання. Огогранічено лише в одному напрямку. Тому швидкий підйом температури при пропарюванні виробів з незначною попередньої витримкою, т. Е. В умовах, коли бетон вже значно розширився, часто призводить до здуття і лущення відкритої поверхні. Внаслідок цього при пропарюванні виробів в формах слід також плавно і поступово підвищувати температуру. Досліди показали, що швидкий підйом температури не приводить до зниження міцності лише при пропарюванні бетону в жорстких, повністю закритих формах. В цьому випадку бетон твердне як би в обоймі, що перешкоджає його розширення. Тому пропарювання виробів у вертикальних касетних формах, що мають всього 2-4% відкритої поверхні, ефективніше, ніж в горизонтальних формах з порівняно великою відкритою поверхнею, не кажучи вже про пропаривании розпалублених виробів на піддонах.
Таким чином, вивчення деформацій бетону дозволило зрозуміти причини значного збільшення міцності бетону, пропарюють в формах, і зробити практичні висновки.
Отже, з точки зору умов формування структури бетону залізобетонні вироби доцільно пропарювати в металевих формах і захищати відкриту поверхню від безпосереднього зіткнення бетону з парою. Металева форма в процесі прогріву перешкоджає вільному розширенню бетону і сприяє отриманню більш щільною його структури, а при виготовленні залізобетонних конструкцій сприяє збільшенню зчеплення арматури з бетоном.
З точки зору економіки виробництва в цілому в ряді випадків доцільно пропарювати вироби відкритими на піддонах. Однак при неправильних режимах пропарювання виникає залишкове розширення, що викликає утворення дефектної структури бетону, що призводить до зниження його міцності і довговічності. Величина залишкового розширення змінюється в широких межах в залежності ог режиму пропарювання. Зменшення швидкості підйому температури і попереднє витримування виробів до пропарювання в значній мірі зменшують залишкове розширення і призводять до отримання більш міцного бетону.