Деформации образцов различных размеров в процессе автоклавной обработки

19.07.2019

Прогрев и изменение прочностных и деформативных свойств бетона протекают неодинаково в изделиях разных толщины, формы и объема. Вследствие этого значения величин деформаций, полученные ранее на образцах размером 10x10x30 см и 12х12х28 см, не в полной мере отражают характер деформаций, а следовательно, и нарушений структуры в крупноразмерных изделиях разной толщины при различных режимах автоклавной обработки.

В отличие от образцов, имеющих сравнительно небольшие размеры, в крупных изделиях в процессе запаривания возникают по сечению температурные перепады, которые, в свою очередь, приводят к неравномерному твердению бетона в разных слоях. Так, например, в то время когда поверхностные слои в газобетоне приобрели температуру 174° С, в середине изделия толщиной 240 мм температура не превышала 30° С. Прочность поверхностных слоев составляла 7—9 кг/см2, а центральных — всего 2—3 кг/см2. Очевидно, что поверхностные слои газобетона, имеющие в 2—3 раза большую прочность, будут в большей степени воздействовать на деформации внутренних слоев и всего образца в целом.

Расширяясь неодинаково, разные слои бетона в то же время воздействуют друг на друга, создавая при определенных условиях дополнительное обжатие внутренних слоев.

На третьей стадии запаривания, а также при остывании изделий после выкатки их из автоклава неодинаковые деформации бетона по сечению могут привести к дополнительному возникновению значительных температурных напряжений и образованию трещин.

Закономерности изменения деформаций бетона по сечению образцов разной формы и объема и влияние их на формирование структуры бетона при автоклавной обработке до настоящего времени мало изучены. Это объясняется трудностью замера деформаций внутри объема бетона в условиях высоких температур и давления пара.

Исследования деформаций образцов, в которых температурные перепады имеют примерно те же значения, что и в крупноразмерных изделиях, проводились с помощью прибора, изображенного на рис. 9. Деформации газобетонных образцов размером 700х500х200 мм определяли при двух режимах запаривания: 2+8+2 и 8+2+2 ч.

В первом случае при подъеме давления пара в автоклаве до 9 ат за 2 ч прогрев образца на всю глубину наступает через 5,5 ч с момента пуска пара в автоклав (см. табл. 14). При продолжительности изотермической выдержки 8 ч остается, следовательно, еще 4,5 ч на прохождение физико-химических процессов между вяжущим и кремнеземистым компонентом с водой.

При втором режиме суммарная продолжительность подъема давления пара в автоклаве до 9 ат и изотермической выдержки составляет также 10 ч. Однако при подъеме давления пара за 8 ч прогрев изделия наступает через 2 ч с момента достижения в автоклаве давления 9 ат и температуры 174° С (табл. 14). Очевидно, в этом случае на взаимодействие между вяжущим и кремнеземистым компонентом с водой остается меньше времени.

На рис. 56 представлены результаты опытов, которые позволяют сделать следующие выводы. Деформации расширения начинают заметно проявляться при температуре 75° С. С возрастанием температуры в автоклаве деформации возрастают, достигая 1,2 мм/м при 174° С. В процессе изотермического прогрева заметных изменений не наблюдается. При спуске давления пара с 9 до 1 ат наблюдается укорочение образца вследствие снижения температуры и влажности газобетона.

При спуске давления пара в момент снижения температуры до 100° С деформации образца составляют 0,2 мм/м. При этой же температуре в период подъема давления пара деформации равны 0,4 мм/м. Укорочение образца можно объяснить тем, что после сброса давления пара влажность газобетона уменьшается, а это, в свою очередь, сопровождается усадкой. В отличие от образца 100x100x300 мм в испытуемом образце 700х500х200 мм наблюдаются меньшие деформации. Так, например, в первом случае максимальные деформации составляют 1,8 мм/м, а во втором не превышают 1,2 мм/м. Уменьшение деформаций примерно на 30% объясняется тем, что в образце толщиной 200 мм прогрев происходит неравномерно. При подъеме давления в автоклаве за 2 ч до 9 ат температура на поверхности образца будет составлять 174° С, а в центре — не более 50° С. Следовательно, перепад температур составляет около 125°.

Если предположить, что отдельные слои газобетона могут расширяться независимо друг от друга, то верхний слой, имеющий температуру 174° С, должен был бы расшириться на 1,8 мм/м (что и наблюдается в образце 100х100x300 мм), а слой газобетона в центре примерно на 0,3 мм/м. В действительности же слои не могут расшириться независимо друг от друга. Это приводит к тому, что деформации образца толщиной 200 мм снижаются. Деформации расширения увеличиваются при подъеме температуры в автоклаве до 174° за 8 ч. В этом случае, когда давление в автоклаве достигло 9 ат, перепад температур между поверхностью и центром через 8 ч (с момента пуска пара в автоклав) составляет около 25°. Несмотря на это, деформации возрастали по сравнению с предыдущим опытом до 1,4 мм/м, т. е. увеличились примерно на 25%.

Как видно из рис. 56, в процессе изотермической выдержки не наблюдается заметного роста деформации. На первый взгляд, мы имеем здесь противоречие. Действительно, с ростом температуры в центральных слоях в период изотермической выдержки образцы должны были бы расшириться, но этого не наблюдалось.

Противоречие это кажущееся. Свойства материала в процессе автоклавной обработки непрерывно меняются. Эти изменения протекают неодинаково в разных слоях образца. Когда наружные слои приобрели температуру 174° С, прочность их начала резко возрастать. Это подтвердилось нашими опытами по изучению изменения прочности газобетона в процессе запаривания.

Слои, расположенные в центре образца (вследствие того, что их температура при подъеме давления пара в автоклаве до 9 ат за 2 ч достигает не более 50°С), имеют незначительную прочность. Таким образом, наружные слои как бы обжимают ядро образца и препятствуют расширению его внутренних слоев. Благодаря этому, несмотря на прогрев внутренних слоев, во время изотермической выдержки не наблюдается изменения деформаций образца в целом.

Аналогичные закономерности в изменении деформаций были выявлены при запаривании газобетонных блоков толщиной 300 мм по режиму 2+10+2 и 6+8+2 ч. В процессе подъема температуры и давления пара до 9 ат возникали деформации расширения. Максимальные деформации при подъеме давления пара в автоклаве до 9 ат за 2 ч составляли 0,9 мм/м.

Как было указано ранее (см. рис. 56), в блоке толщиной 200 мм при аналогичных условиях запаривания максимальные деформации составляли 1,2 мм/м. Это объясняется тем, что блок толщиной 300 мм прогревается гораздо медленнее. Когда на поверхности температура достигает 174° С, в центре образца она составляет лишь 30° С (см. рис. 50). Таким образом, средняя температура в блоке толщиной 300 мм меньше, чем в блоке толщиной 200 мм. Это и приводит к меньшим температурным деформациям блока толщиной 300 мм.

Как видно из рис. 56, при более длительном подъеме давления пара до 9 ат за 6 ч деформации составляют около 1,4 мм/м, т. е. увеличиваются примерно на 45%. Так же как и в первом случае, в период изотермической выдержки деформации стабилизировались.

Таким образом, наши исследования по деформациям в изделиях также подтверждают целесообразность форсированного подъема давления пара в автоклаве. Положительное влияние быстрого подъема давления пара в автоклаве, как отмечалось ранее, способствует также более быстрому прогреву изделия и нарастанию прочности газобетона. При проведении исследований по изменению деформаций бетона в процессе автоклавной обработки была установлена целесообразность создания избыточного давления в начальный момент запаривания. За счет этого происходит обжатие бетона, предотвращающее развитие деструктивных процессов, возникающих при тепловом расширении компонентов бетона.

Положительное влияние эффекта обжатия в результате быстрого подъема давления пара было установлено и в опытах с газобетоном. Были взяты образцы размером 700x500х200 мм из газобетона объемным весом 1000 кг/м3. Большой объемный вес был выбран из тех соображений, что благодаря меньшей пористости эффект обжатия в начальной стадии запаривания будет проявляться в большей степени.

На рис. 57, и 58 показаны газобетонные образцы после запаривания по режимам 2+8+2 и 8+2+2 ч. В первом случае при быстром подъеме давления пара до 9 ат за 2 ч создавалось избыточное давление в начальной стадии запаривания, благодаря которому возникало обжатие бетона. Были получены образцы хорошего качества, без трещин. При медленном подъеме давления пара в автоклаве на протяжении 8 ч образцы аналогичного состава и объемного веса имели трещины (рис. 57 и 58).

Описанные выше деформации газобетонных изделий разной толщины и при различных режимах автоклавной обработки отражают закономерности, наблюдаемые в бетоне, расширяющемся пропорционально коэффициенту линейного расширения. Более сложные явления происходят тогда, когда плотный бетон перед автоклавной обработкой не обладает критической прочностью. В этом случае деформации отдельных слоев вследствие незначительной их прочности в меньшей степени зависят друг от друга и, следовательно, не оказывают того взаимного влияния, какое имеет место в газобетоне. Следует также учитывать, что если в газобетоне деформации определяются в основном тепловым расширением твердых составляющих (кремнеземистый компонент и вяжущее) и не превышают 2 мм/м при изменении температуры от 20 до 174° С, то в плотном бетоне, не обладающем критической прочностью, деформации определяются в основном расширением находящихся в бетоне воздуха и воды и составляют максимум 13—15 мм/м.

К настоящему времени исследования по влиянию формы и размеров образцов на деформации бетона проведены в небольшом объеме на лабораторных образцах, по сечению которых не возникает заметных температурных перепадов.

Переменными факторами явились не только размеры образцов, но и соотношение их длины к ширине. Эти исследования имели цель выявить, каким образом можно сопоставить между собой результаты исследований по деформациям бетона, полученные рядом авторов на образцах различного размера.

Опыты проводились на тяжелом бетоне состава 1:2:3,4 при В/Ц = 0,5.

Применялись следующие исходные материалы: портландцемент Брянского завода марки 500, песок Люберецкого карьера, известняковый щебень фракции 5—20 мм. Из бетона данного состава формовали образцы различных размеров, которые после 3 ч предварительной выдержки помещали в автоклав. Образцы запаривались без форм.

В опытах применялись призмы размерами 12х12х28 см, 16х26х28 см и 7x7x16 см.

Такой выбор размеров был неслучаен. Так, первые три призмы отличались друг от друга величиной отношения ширины к длине. Для призм 12x12x28 см это соотношение составляло 1:2,3; для призм 12х26х28 см 1:1,1, а для призм 6x6x28 — 1:5,6. Четвертая группа призм (размером 7х7х16 см), имея такое же, что и призма 12х12х28 см, соотношение ширины к длине (примерно 1:2,3), отличалась от первой размерами и, следовательно, массивностью.
Деформации образцов различных размеров в процессе автоклавной обработки

На рис. 59 представлены деформации призм в процессе автоклавной обработки по режиму 2+4+1 ч при 9 ат. Соотношение размеров призм (отношение длины и ширины) оказывает значительное влияние на величину и характер деформаций бетонных образцов, приготовленных из одного и того же состава и запаренных по одному и тому же режиму. Так, деформации призм 12х12х28 и 12x26х28 см имели примерно одинаковый характер и максимальную величину (около 12—13 мм/м), а деформации призм 5х5х28 см резко отличались по характеру и величине (около 3 мм/м). На этом основании можно было бы предположить, что бетон последней призмы имеет почти не нарушенную структуру и высокие физико-механические свойства в затвердевшем состоянии. Становилось неясным, почему же другие призмы из этого же бетона с такой же предварительной выдержкой имели явно нарушенную структуру.

Однако структура бетона в призме 5X5X28 см тоже нарушалась, правда, в меньшей степени, чем в остальных призмах.

Следовательно, для призмы 5x5x28 см продольные деформации бетона в процессе автоклавной обработки не являются критерием для оценки степени нарушения структуры бетона и поэтому могут повести исследователя по ложному пути. При нагревании такой призмы, имеющей соотношение ширины к длине 1:5,6, расширяющийся воздух и пары воды пытаются выйти из бетонного образца по пути наименьшего сопротивления, при этом они значительно нарушают структуру твердеющего материала, вызывая его расширение главным образом в стороны, Это расширение как раз и не фиксировалось в наших опытах.

При тепловой обработке более массивных образцов, имеющих соотношение ширины к длине 1:3 и меньше, расширение бетона происходило равномерно во все стороны, и поэтому измеренные размеры образцов по длине достаточно надежно позволяли судить о нарушении структуры бетона в процессе автоклавной обработки.

Деформации призмы размером 7х7х16 см, имеющей то же, что и призма 12x12x28 см, соотношение ширины к длине — 1:2,3, мало отличаются от деформаций бетона в последней призме и позволяют сделать вывод о том, что при постоянном соотношении ширины образца к его длине изменение размеров данных образцов мало влияет на относительные деформации бетона в процессе автоклавной обработки.

Таким образом, в случае измерения деформаций бетонных образцов в процессе их автоклавной обработки по длине призм необходимо стремиться к тому, чтобы соотношение l:а было меньше 3 (где l — длина образца, а а — его ширина). При этом предпочтение следует отдавать образцам с l/a = 1.

Можно полагать, что аналогичные закономерности в деформациях бетона при автоклавной обработке будут наблюдаться и в крупноразмерных изделиях, однако при этом следует учитывать дополнительное влияние арматуры и формы, которая сдерживает деформации бетона. Вследствие этого расширение бетона происходит в сторону открытой поверхности, приводя к так называемому вспучиванию и нарушениям структуры преимущественно в поверхностных слоях.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна