Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса 8
1.1. Анализ применения монолитного бетона в строительстве 8
1.2. Номенклатура конструкций монолитных зданий и сооружений 13
1.3. Высокопрочные мелкозернистые бетоны для монолитных конструкций с применением заполнителей КМА 16
1.4. Заполнители для получения высокопрочных бетонов 21
1.5. Особенности получения высокопрочного мелкозернистого бетона 28
1.6. Применение композиционного вяжущего 34
Выводы 38
2. Методы исследований и применяемые материалы 40
2.1. Методы исследований 40
2.1.1. Рентгенофазовый анализ 40
2.1.2. Дифференциальный термический анализ 41
2.1.3. Исследование морфологических особенностей микроструктуры с помощью РЭМ 41
2.1.4. Изучение свойств бетонных смесей 43
2.1.5. Определение призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона 45
2.1.6. Определение деформации усадки и ползучести 50
2.2. Применяемые материалы 55
Выводы 57
3. Повышение эффективности высокопрочных мелкозернистых бетонов 58
3.1. Оптимизация процесса синтеза и структур цементной матрицы высокопрочного бетона 58
3.2. Влияние вида вяжущего и генетических особенностей кремнеземсодержащего компонента на свойства цементной матрицы..64
3.3. Свойства бетона и бетонной смеси в зависимости от состава 74
3.4. Оптимизация состава мелкозернистого бетона за счет использования кремнеземсодержащего компонента и суперпластификатора 82
Выводы 94
4. Деформативные характеристики высокопрочного мелкозернистого бетона для монолитного строительства 96
4.1. Проектирование состава высокопрочного мелкозернистого бетона 96
4.2. Особенности изучения деформативных свойств мелкозернистого бетона 107
4.3. Деформации усадки и ползучести при сжатии мелкозернистого бетона в зависимости от состава 115
Выводы 129
5. Внедрение и техноко-экономическое обоснование целесообразности применения высокопрочных бетонов в монолитном строительстве 131
5.1. Расчетные схемы конструкций зданий из монолитного высокопрочного мелкозернистого бетона 130
5.2. Внедрение высокопрочного мелкозернистого бетона 136
5.3. Испытание конструкций из состава высокопрочного мелкозернистого бетона неразрушающими методами контроля 140
5.4. Расчет экономического эффекта 142
Выводы 146
Основные выводы 148
Список литературы 151
Приложения 167
- Номенклатура конструкций монолитных зданий и сооружений
- Определение призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона
- Оптимизация процесса синтеза и структур цементной матрицы высокопрочного бетона
- Проектирование состава высокопрочного мелкозернистого бетона
Введение к работе
Актуальность. Монолитный железобетон как конструкционный материал в наибольшей степени соответствует требованиям современной архитектуры и строительной практики.
Использование высокопрочного мелкозернистого бетона (МЗБ) для монолитного строительства является весьма актуальной задачей. Но для широкомасштабного внедрения мелкозернистого бетона необходимо решить проблему снижения расхода цемента и улучшения деформативных характеристик композита. Теоретическими предпосылками этого направления является оптимизация цементной матрицы и применение мелкого заполнителя с высокоплотной упаковкой.
Одним из возможных путей повышения эффективности использования высокопрочного мелкозернистого бетона в монолитном строительстве является применение промышленных отходов — отсевов дробления горных пород на щебень вместо природных средне- и крупнозернистых песков, дефицит которых весьма ощутим в настоящее время в Российской Федерации.
Диссертационная работа выполнена по заданию Федерального агентства по образованию на проведение научных исследований по тематическому плану научно-исследовательских работ, финансируемых из средств федерального бюджета по разделу 01.10 Бюджетной классификации РФ и при финансовой поддержке в форме гранта Президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых МК-3123.2008.8.
Цель и задачи работы. Повышение эффективности высокопрочного мелкозернистого бетона для монолитного строительства.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- разработка составов и изучение свойств высокопрочного мелкозернистого бетона для монолитного строительства;
исследование физико-механических и реологических свойств высокопрочного мелкозернистого бетона;
изучение зависимости изменения деформации ползучести от структуры цементного камня;
- подготовка нормативных документов и реализация теоретических и
экспериментальных исследований в промышленных условиях.
Научная новизна работы. Разработаны принципы проектирования высокопрочного мелкозернистого бетона для монолитного строительства, позволяющие получить деформативные характеристики, сравнимые с бетоном на крупном заполнителе за счет синтеза высоконаполненной цементной матрицы, создания высокоплотной упаковки мелкого заполнителя. Формирующийся при этом композит характеризуется снижением количества капиллярных и контракционных пор, а также более плотной структурой новообразований.
Установлены закономерности изменения деформации ползучести в системе «традиционный мелкозернистый бетон - бетон на композиционных вяжущих - мелкозернистый бетон на композиционных вяжущих и высокоплотной упаковкой заполнителя» в течение 180 суток испытаний, заключающиеся в уменьшении этого показателя на 55 %. Мера ползучести при этом уменьшилась в 2,5 раза и сравнима с этим показателем для бетона на крупном заполнителе.
Разработана математическая модель зависимости предела прочности при сжатии мелкозернистого бетона от вида заполнителя, содержания композиционного вяжущего и суперпластификатора, позволяющая оптимизировать технологический процесс получения высокопрочного мелкозернистого бетона и эффективно им управлять.
Практическое значение работы. Разработаны составы высокопрочного мелкозернистого бетона с высокоплотной упаковкой на основе композиционного вяжущего (клинкер + кремнеземсодержащий компонент +
суперпластификатор) с применением в качестве заполнителя техногенного песка.
Составлены технические условия на высокопрочные бетонные смеси для монолитного строительства на техногенных песках и композиционном вяжущем.
Предложена технология производства монолитных конструкций из мелкозернистого бетона с использованием техногенного песка.
Внедрение результатов исследования. Результаты исследования внедрены при строительстве жилого комплекса с применением конструкций из монолитного высокопрочного бетона.
Для широкомасштабного внедрения результатов научно-исследовательской работы разработаны следующие нормативные документы:
- технические условия на высокопрочную бетонную смесь для
монолитного строительства на заполнителе из техногенного песка;
- технологический регламент на устройство монолитных колонн из
высокопрочного мелкозернистого бетона.
Теоретические положения диссертационной работы, результаты экспериментальных лабораторных исследований и промышленного внедрения используются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальностям 270205 и 270106, а также бакалавров и магистров по направлению «Строительство»
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены на годичной сессии Общего собрания РААСН «Здоровье населения — стратегия развития среды жизнедеятельности» (г. Белгород, 2008г.); III Российско-Японском форуме «Направление развития рациональной инженерии» (г. Токио, 2008г.); IV Академических чтениях РААСН «Наносистемы в строительном материаловедении» (г. Белгород, 2009г.); Международном семинаре «О состоянии и развитии новых материалов для дорожного строительства» (г. Белгород, 2009 г).
Публикации. Результаты исследований, отражающие основные
положения диссертационной работы, изложены в пяти научных публикациях,
в том числе в четырех статьях в центральных рецензируемых изданиях,
рекомендованных ВАК РФ и защищены одним патентом РФ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 165 страницах машинописного текста, включающего 31 таблицу, 33 рисунка, список литературы из 150 наименований, 5 приложений. На защиту выносятся:
- принципы повышения эффективности высокопрочного
мелкозернистого бетона для монолитных конструкций путем использования
композиционного вяжущего и заполнителей из техногенного песка;
- математическая модель зависимости предела прочности при сжатии
от влияния суперпластификатора «Полипласт ПС-1», композиционного
вяжущего и вида заполнителя;
- закономерности влияния расхода композиционного вяжущего и
различных фракций техногенного и природного песка на деформативные
свойства мелкозернистого бетона.
Номенклатура конструкций монолитных зданий и сооружений
Смысл термина «высокопрочные бетоны» за последние 50 лет претерпел существенные изменения. Если в 40—50 годы XX века бетон марок 400 уже считался высокомарочным, а получение бетона класса В 50 считалось сложной задачей, то в настоящее время произошло массовое освоение бетонов марки 1000, а в ряде стран разработана технология производства бетона марок 1200-2000 [15-19].
Высокопрочные бетоны, обладающие повышенной скоростью твердения, набирают прочность в сравнительно короткие сроки. По этой причине можно сократить продолжительность пропаривания изделий из таких бетонов при заводском изготовлении, а в некоторых случаях отказаться от тепловлажностной обработки. Применение высокопрочных бетонов с пониженной деформативностью под кратковременной и длительной нагрузками благоприятно отразится на жесткости элементов, позволит уменьшить потери предварительного натяжения от ползучести бетона. Усадка высокопрочного бетона, как правило, не превышает в сопоставимых условиях аналогичных деформаций бетона обычной прочности [20-23].
Особенность мелкозернистого бетона заключается в том, что обладая рядом достоинств, ему свойственна повышенная деформативность и ползучесть [24,25].
Многочисленные исследования отечественных [26-33] и зарубежных [34-37] ученых в области изучения деформации ползучести определили ряд факторов зависимости ее.
Ползучесть — это явление увеличения деформаций бетона во времени при действии постоянной статистической нагрузки. Она зависит от многих факторов: вида цемента, заполнителей, состава бетона, его возраста, условий твердения, влажности. Применение высокопрочных цементов и плотного заполнителя - щебня из изверженных горных пород, уменьшает деформацию ползучести, а пористые заполнители усиливают ползучесть [38]. Ползучесть и связанные с ней релаксации напряжений играют отрицательную роль и могут привести к потере прочности конструкций [39-41].
Замена плотного заполнителя на мелкозернистый с применением высокоплотной упаковки всей зернистой смеси, использование высокопрочного модифицированного вяжущего вещества типа ВНВ, введение в бетонную смесь эффективных пластифицирующих добавок для снижения водопотребности и ее разжижения, все это направлено на снижение пористости, создание мелкопористой и мелкокристаллической структуры цементного камня [42-45].
Ряд современных научных разработок в строительном материаловедении позволяют значительно изменить структуру мелкозернистого бетона. Комплексное воздействие суперпластификаторов и высокодисперсных кремнеземсодержащих добавок на цементную систему на ранней стадии структурообразования (в пластичном состоянии) повышает вязкость и связанность и характеризуется ярко выраженной тиксотропностыо, а на поздней стадии цементный камень характеризуется особым качественным составом и особой геометрией структуры. Благодаря этому повышается содержание мелкозернистых кристаллогидратов повышенной прочности и с пониженной реакционной способностью, а так же повышается содержание гелевых пор и сокращение капиллярных [21]. Решающее влияние на величину деформаций оказывают характеристики использованного вяжущего, водоцементное отношение смеси и содержание цементного теста. Применению в отечественной практике строительства бетонов высоких марок способствует все более широкое использование высокоактивных цементов, совершенствование технологических процессов изготовления бетона. Освоение методов получения таких бетонов на заводах железобетонных конструкций должно осуществляться в тесной связи с повышением общей культуры производства. Вместе с тем физико-технические свойства высокопрочных бетонов изучены в настоящее время еще недостаточно. Необходимые для проектирования элементов конструкций расчетные характеристики не имеют достаточно полного обоснования. К исходным материалам для производства высокомарочных бетонов предъявляются повышенные требования, обеспечивающие получение бетона нужной прочности при максимально возможной экономии цемента [46-47]. Теоретической основой получения высокопрочных бетонов являются уравнения Боломея и Скрамтаева-Баженова. В последнем прочность бетона рассмотрена как функция марки цемента по прочности [48]: Ai и Аг - эмпирические коэффициенты, численное значение которых зависит от качества заполнителей: для высококачественных заполнителей принимается Ai=0,57-0,63, а для рядовых и пониженного качества А2=0,37-0,43. Из этих уравнений следует, что важнейшими способами увеличения марки бетона является применение высокомарочных цементов и увеличение отношения Ц/В в бетонной смеси, т.е. снижение водопотребности последней. Цементы как компоненты высокомарочных бетонов. Для производства высокомарочных бетонов предпочтительны высокомарочные и быстротвердеющие цементы. В СССР и других странах Европы и Америки в 60-е годы началось производство быстротвердеющих высокопрочных цементов марок 600-800. Такие цементы отличаются прежде всего достаточно высоким содержанием алита - 3Ca-Si02. Первые высокомарочные цементы содержали в некоторых странах до 70-80 % этого минерала. Клинкер для производства такого цемента можно получить далеко не из любого сырья. Его обжиг требует повышенного расхода топлива и применения наиболее мощных печей. В связи с этим в дальнейшем в большинстве стран были проведены обширные экспериментальные исследования по оптимизации минералогического состава высокомарочных и быстротвердеющих цементов. В результате этого в настоящее время считается, что такой цемент должен содержать 60-65 % элита, 10-12 % трехкальциевого алюмината (СзА) и столько же четырехкальциевого алюмоферрита (C4AF), остальное - белит. Содержание оксида магния в нем нужно ограничить 3 %, свободной извести 0,2-0,5 %, щелочей - 0,3-0,4 %. Однако в литературе [40] имеются многочисленные данные о том, что быстротвердеющий цемент марок 550-700 можно получить из клинкера, содержащего 40-50 % элита и 5—7 % трехкальциевого алюмината, т.е. с очень ограниченным содержанием самых ценных и быстротвердеющих минералов. Очень интересным видом быстротвердеющего цемента является производимый в Италии «цемент Феррари», состоящий в основном из четырехкольциевого алюмоферритэ (C4AF).
Определение призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона
Мелкий заполнитель и наполнители, в том числе в составе композиционного вяжущего, за счёт большой удельной поверхности оказывают на бетонную смесь комплексное воздействие. Помимо контактов «цементное тесто - заполнитель», появляются контакты «микронаполнитель - вяжущее», прочность которых значительно зависит от физико-химического взаимодействия минералов, входящих в состав заполнителей (особенно важно это учитывать при использовании полиминеральных заполнителей) и частиц вяжущего. При этом наполнители представляют собой дисперсные частицы произвольной формы, размер которых не создаёт на окружающем матричном материале собственных полей деформаций и напряжений, что позволяет им участвовать в организации структуры вяжущего. Отсюда можно проследить более глубокое воздействие на структурообразование цементобетона именно наполнителей и мелких фракций заполнителей [46,70].
Управлять процессом структурообразования мелкозернистых бетонов на макроуровне возможно за счет использования полиминеральных, полигенетически техногенных механогенных песков; на микроуровне путём введения наполнителей как непосредственно в процессе приготовления бетонных смесей, так и в составе композиционных вяжущих.
Теоретические предпосылки снижения усадки и ползучести мелкозернистых бетонов базируются на представлениях о неполной гидратации клинкерных минералов и длительной сохранности в цементном камне оставшихся ядер цементных зерен, играющих роль наполнителей цементной матрицы и создания высокоплотной упаковки заполнителя. Поэтому является возможным заменить клинкерные минералы кремнеземсодержащими компонентами, обеспечив при этом условия более глубокой гидратации цемента (например, увеличением дисперсности новообразований).
Повышенная деформативность и ползучесть мелкозернистого бетона являются основными недостатками его. Наполнение цементной матрицы и внедрение композиционных вяжущих с позиции топологии зернистой структуры, высокоплотной упаковки позволит снизить деформативность и ползучесть мелкозернистых бетонов.
За счет формирования новых центров кристаллизации, демпфирующей способности маложестких дисперсных компонентов, торможения процессов разрушения высокопрочных бетонов и образования в цементном камне замкнутых воздушных пор достигается рост эксплуатационных характеристик изделий. Применительно к таким бетонам кроме степени заполнения межзерновой пустотности, существенное значение имеет прочность цементного теста, обволакивающего и склеевающего зерна песка. Использование композиционных вяжущих приводит к уплотнению цементного камня не только за счет создания более плотной упаковки исходных компонентов, но и за счет изменения химизма процессов твердения вяжущего. Повышенная активность кремнеземистого компонента определенного генезиса и состава, в частности, ускоряет гидролиз клинкерных минералов путем связывания гидроксида кальция и образования дополнительных порций гидросиликатов кальция. Таким образом, использование композиционного вяжущего и заполнителей с дефектной структурой из отсева дробления кварцитопесчаника зеленосланцевой степени метаморфизма интенсифицирует процесс твердения бетонных и растворных смесей, уплотняет структуру и упрочняет изделия на основе цементных композиций, снижает ползучесть и деформационные характеристики. Мелкий заполнитель из отсева дробления кварцитопесчаника и, особенно, кремнеземсодержащий компонент вяжущего играет важную роль в формировании структуры мелкозернистого бетона. Это объясняется большой удельной поверхностью и связано с особенностями поведения кремнеземсодержащего компонента, как подложки и активной минеральной добавки, при твердении цементного камня. Для мелкозернистой структуры, помимо высокой однородности, характерно уменьшение удельных напряжений в зоне контакта, а также увеличение интегральной силы сцепления между цементным камнем и заполнителем. В наибольшей степени структурообразующая роль заполнителя проявляется при увеличении поверхности взаимодействия. Такие условия реализованы нами в мелкозернистых бетонах с использованием композиционных вяжущих веществ (ВНВ-80), которые благодаря развитой поверхности, позволяет интенсифицировать процесс структурообразования и ускоряют набор прочности бетона. Тонкодисперсные наполнители ускоряют процессы гидратации всех минералов клинкера и сокращают индукционный период гидратации. Микронаполнитель ускоряет процесс гидратации клинкерных зерен и улучшает процесс структурообразования цементного камня. Роль микронаполнителя, как подложки для образования и роста кристаллогидрата, связана с тем, что возникновение зародыша новой фазы на поверхности, энергетически выгодно, и поэтому более вероятно, чем образование их трехмерных зародышей в объеме. Скорость твердения и прочность системы, особенно в первые сроки, возрастает до тех пор, пока все частицы микронаполнителя останутся окруженными продуктами гидратации цемента. Повышение степени гидратации цемента при увеличении содержания микронаполнителя наиболее значительно при увеличении дозировки ПАВ. Повышение степени гидратации цемента по данным Г.И. Горчакова, А.Е. Шейкина и др. [145,146] приводит к уменьшению объема капиллярных пор и оказывает положительную роль в формировании морозостойкой поровой структуры бетона. Увеличение объема образовавшихся гидратов способствует образованию значительно большего числа кристаллизационных контактов [141].
Оптимизация процесса синтеза и структур цементной матрицы высокопрочного бетона
При использовании 2-го вида заполнителя, где исключили фракцию менее 0,14, за счет повышения качества заполнителя наблюдается рост прочности. Наибольшей же является прочность образцов на высокоплотноупакованном заполнителе, включающем отсев дробления кварцитопесчаника фракции 10... 5 - 690 кг/м , фракции 2,5...1,2 - 338 кг/м3 , песок фракции 0,315...0,14 - 332 кг/м3. Именно, получение высокоплотного состава заполнителя с обеспечением условия полной обмазки и минимальной раздвижки зерен цементным тестом позволило повысить прочность материала на 25 % за счет вовлечения в работу заполнителя и создания структурного каркаса, воспринимающего часть разрушающей нагрузки. Применение высокоплотного многофракционного состава заполнителя для бетонов является важным фактором повышения их прочности. Используя полученную математическую модель зависимости прочности на сжатие бетона от исследуемых факторов можно дать комплексное представление о влиянии количества суперпластификатора «Полипласт СП-1», количества ВНВ-80 и вида заполнителя на прочность при сжатии в виде графической интерпретации номограммы (рис. 3.13). Номограмма зависимости прочности бетона от исследуемых факторов позволяет оптимизировать технологический процесс и эффективно им управлять. При использовании номограммы можно поддерживать на заданном уровне выходной параметр, т.е. прочность бетона, изменяя соответствующим образом факторы, входящие в уравнение регрессии. Например, мы можем корректировать расход вяжущего ВНВ-80 для обеспечения необходимой заданной прочности на сжатие при изменении вида заполнителя. Так, при применении вяжущего ВНВ-80 с добавкой «Полипласт СП-1» 0,7 % от массы клинкера обеспечить прочность 60 МПа мы можем, используя все виды заполнителей, корректируя расход вяжущего (рис. 3.5): для 1-го вида - 680 кг/м , для 2-го вида — 640 кг/м и для 3-го вида -580 кг/м . А прочность бетона R = 85 МПа мы можем обеспечить, только используя 3-й вид заполнителя высокоплотноупакованный, при расходе ВНВ-80 - 780 кг/м , содержащем в своем составе 0,7 % суперпластификатора «Полипласт СП-1», а при расходе вяжущего ВНВ-80 = 680 кг/м получаем прочность бетона 80 МПа. Анализируя полученные результаты, рекомендован состав высокопрочного мелкозернистого бетона прочностью на сжатие 80 МПа: ВНВ-80 - 680 кг/м3 Отсев дробления кварцитопесчаника фракции 10...5 - 1220 кг/м фракции2,5... 1,2-338 кг/м Песок фракции 0,315...0,14-332 кг/м Вода-187 л/м3. Выводы 1. Установлено, что наполнение цементной матрицы композиционным вяжущим и заполнителем с дефектной структурой из отсева дробления кварцитопесчаника зеленосланцевой степени метаморфизма интенсифицирует процесс твердения бетонной смеси, уплотняет структуру, за счет снижения пористости, снижает деформационные характеристики. 2. Исследования влияния вида вяжущего и генетических особенностей кремнеземсодержащего компонента на свойства цементной матрицы показали, что процесс гидратации клинкерных минералов в мелкозернистом бетоне оптимального состава проходит более интенсивно за счет значительно большей удельной поверхности кремнеземсодержащего компонента композиционного вяжущего и мелкого заполнителя из отсева дробления кварцитопесчаника, которые выступают в качестве активной минеральной добавки и подложки для кристаллизации новообразований. 3. Установлено, что наряду с использованием высокопрочного высоконаполненного композиционного вяжущего для получения высокопрочного мелкозернистого бетона является создание высокоплотной упаковки зерен заполнителя и всей зернистой смеси с целью снижения расхода минерального вяжущего вещества, получения зернистого каркаса и вовлечения его в работу при сжатии и изгибе. 4. С использованием трехфакторного эксперимента квадратичной зависимости разработана математическая модель зависимости предела прочности при сжатии от вида заполнителя, композиционного вяжущего и суперпластификатора, позволяющая оптимизировать технологический процесс получения высокопрочного мелкозернистого бетона и эффективно им управлять. Разработан состав высокопрочного мелкозернистого бетона с высокоплотной упаковкой на основе композиционного вяжущего с применением в качестве заполнителей обогащенного песка из отсевов дробления кварцитопесчаника и природного песка.
Проектирование состава высокопрочного мелкозернистого бетона
От свойств цементного камня проявлять усадочные деформации в значительной степени зависит ряд важных характеристик бетона -микропористость и стойкость в различных средах, прочность (особенно при растяжении и изгибе), сопротивляемость образованию трещин и др. В статически неопределимых конструкциях усадка оказывается причиной развития в них значительных усилий еще до их нагружения, а в элементах статически определимых конструкций приводит к возникновению собственных напряжений. В результате этого могут образоваться трещины в местах соединения элементов конструкций или в теле бетона. От усадочных деформаций в сильной мере зависит и эффективность искусственного создания начальных напряжений в бетонных и железобетонных конструкциях. По мнению многих исследователей изучение явления усадки может дать ключ к разгадке физической природы весьма важного свойства бетона и железобетона - ползучести. Поэтому вопросу изучения усадочных деформаций и по сей день уделяется большое внимание [143, 144, 27, 42]
Изучение деформаций бетона, непрерывно развивающихся во времени при постоянной нагрузке, представляет большой теоретический и практический интерес. От интенсивности их развития в сильной степени зависит как деформированной состояние бетонных и железобетонных конструкций, так и распределение напряжений между бетоном и арматурой, а также между отдельными конструктивными элементами статически неопределимых систем. Они показывают влияние на сопротивляемость бетона трещинообразованию, его длительную прочность, устойчивость конструкций и др. [42, 145]
За прошедшее, с момента первых публикаций о способности бетона деформироваться неупруго, время проделана большая работа по изучению механизма явления и по исследованию факторов, влияющих на процесс длительного деформирования бетона. Установлены его количественные значения для разных бетонов в различных условиях нагружения и даны математические описания процесса деформирования, исходя из феноменологических представлений о характере явления [146 — 148].
Однако, в связи с изменениями свойств бетона и появлением его новых разновидностей, возросшими требованиями по надежности конструкций при одновременном стремлении к сокращению их материалоемкости, наконец, в связи с непрерывно усложняющимися условиями эксплуатации зданий и сооружений, интерес к исследованиям длительных деформаций бетона, развивающихся при постоянной нагрузке, не сокращается, а возрастает.
Но тем не менее, изучению ползучести мелкозернистых бетонов было уделено гораздо меньше внимания и каждый вновь изобретенный состав бетона требует тщательного изучения на длительные деформации ползучести.
Интерес к дальнейшим исследованиям побуждается и тем, что несмотря на большой объем экспериментальных данных, накопленных за эти прошедшие годы, получить по ним однозначный ответ о природе длительного деформирования бетона не представляется возможным. Подавляющее большинство этих данных были получены в экспериментах, в которых преследовалась цель получения количественных показателей прочности и деформируемости бетона в тех или иных условиях среды и нагружения, а не вскрытие их физической природы [42, 149, 150].
А так как природа прочности и деформируемости бетона сложна и отражает влияние многих факторов, и в отмеченных же выше экспериментах роль не всех факторов оценивалась должным образом, на основе накопленных экспериментальных данных подчас можно обосновать даже резко отличающиеся друг от друга представления о природе длительного деформирования бетона. В результате - свыше десятка, признанных , в той или иной степени обоснованных, гипотез о природе длительного деформирования бетона. Отсюда и различие в понятиях, вкладываемых в группу терминов, связанных с длительными деформациями бетона, в частности в понятии термина «ползучесть бетона». Имеется различие во мнениях и о составных частях длительной деформации бетона.
В данной работе изучение процесса ползучести и усадки бетона проводились на четырех составах бетонов на основе различных вяжущих (таблица 4.6). Выше отмечалось, что в работе особое внимание уделялось качеству проведения эксперимента, строгому соблюдению постоянной влажностного и температурного режима лаборатории, в которой проводились испытания.
Необходимо было также обеспечить достаточную точность измерения деформаций призм образцов, составляющих, ввиду их небольших размеров, малые величины и устранить опасность случайных воздействий и искажений результатов. Задача была решена при помощи специальных рычажных установок, изготовленных в опытно-производственных мастерских Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова (рис. 4.1). Эксперимент был очень продолжительный и трудоемкий, потому что необходимо было вручную загружать все образцы и затем регулярно снимать показания с индикаторов и следить за температурно-влажностным режимом в помещении. На 270 сутки были сняты последние отсчеты по индикаторам часового типа и по результатам испытаний были построены графики ползучести и температурно-усадочных деформаций бетонов четырех составов.
На рис. 4.5-4.8 представлены изменения деформаций ползучести, температурно-усадочных деформаций и суммарных деформаций бетона во времени всех серий образцов при уровне загружения 0,3Rbm. При этом суммарными деформациями названы деформации загруженного образца (сумма деформаций ползучести и температурно-усадочных деформаций). На рис. 4.5 представлен график изменения деформаций ползучести и усадки бетона на крупном заполнителе (состав №1). На этом графике мы можем наблюдать характерное для данного бетона развитие длительных деформаций во времени для напряжений, не превышающих длительного сопротивления бетона Яд (в данном эксперименте нагрузка составляет 0,3Rbm). Во время загружения, которое длилось около 35 минут, можно было наблюдать упругие деформации бетона, то есть снимали показания индикаторов часового типа непосредственно после установки каждого 10 кг блина. Упругие деформации при нагрузке 0,3Rbm составили 2,7x10"5 м, что составляет 12% от значения деформации ползучести на 180 сутки наблюдений. Далее по графику мы видим, что деформации стремительно возрастают в первые два месяца и на 56 сутки наблюдений значение деформаций составляет 19,1х10"5м, что составляет 82,5% от значения на 180 сутки. Затем прямая почти выпрямляется и деформации ползучести натекают не так стремительно. Ярко выраженное затухание ползучести бетона на щебне быстрее всего связано с процессами уплотнения структуры композита под нагрузкой, с быстрой реакцией цементной матрицы на внешнее воздействие. Со временем процессы структурообразования в значительной мере" ослабевают и строение бетона стабилизируется. Таким образом, за оставшиеся 4 месяца наблюдений прирост ползучести составил всего лишь 17,5% добравшись до значения 23,13х10"5м.
