24.08.2019
Площадочный вибратор является приспособлением, аналогичным электродвигателю, применяемое в роли источника эффективных колебаний....


24.08.2019
На сегодняшний день во всём мире наблюдается максимально экономное использование энергоресурсов, а владельцы недвижимого...


24.08.2019
В процессе обустройства ванной комнаты приходится выбирать большое количество важнейших компонентов, начиная от ванных и унитаза,...


23.08.2019
На сегодняшний день циркониевые коронки считаются уникальной разработкой в сфере протезирования зубов, её пользуются стоматологи...


23.08.2019
Эксплуатационный период любого строения, сохранность всего имущества и создание в нём оптимального микроклимат определяется, в...


23.08.2019
Дабы постройка выглядела массивной и напоминала строения минувших веков, нередко мастера выполняют отделку с помощью руст. Это...


Модуль упругости бетона

19.07.2019

Исследованию модуля упругости бетонов посвящено много работ, однако они обычно проводились на образцах бетона нормального твердения. Автоклавное твердение при высоких температурах приводит к образованию цементирующего вещества, значительно отличающегося по составу и структуре от цементирующего вещества бетона нормального твердения, что должно сказаться на деформативных свойствах бетона.

Обычно модуль упругости бетона определяется статическим методом, в основе которого лежит измерение упругих деформаций при различных нагрузках. Это довольно трудоемкий процесс. В последнее время в различных областях техники модуль упругости материалов начали определять с помощью динамических методов, основанных на измерении собственных колебаний образцов или скорости распространения в них звуковых или ультразвуковых волн. Эти величины связаны известными зависимостями с модулем упругости и плотностью материала.

Одним из таких методов является резонансный, заключающийся в том, что в испытываемом образце возбуждаются продольные или поперечные колебания, частота которых изменяется до тех пор, пока не совпадет с частотой собственных колебаний образца, что вызывает явление резонанса. По частоте собственных колебаний образца, зная его размеры и плотность, нетрудно вычислить модуль упругости материала.

Модуль упругости, определенный динамическими методами, часто называется динамическим. Величина его, как это следует из теоретических предпосылок, должна быть тождественна величине статического модуля, определенного измерением деформаций образца при малых напряжениях.

Сопоставление величин динамического и статического модулей упругости, произведенное в Гипроцементе, показало их совпадение в том случае, когда статический модуль определяется при незначительных напряжениях.

Наши опыты по определению динамического модуля упругости проводились на приборе Гипроцемента путем измерения собственной частоты колебаний образца материала.

В табл. 39 даны сравнительные величины модуля упругости, определенного статическим и динамическим методами. Опыты проводились нами на одних и тех же образцах-призмах 10х10х30 см из бетона автоклавного твердения состава 1:1,95:3,93, В/Ц=0,6, изготовленного на цементе Ц-1 (табл. 40) с добавкой 50% песка. Призмы запаривались по режиму 2+8+2 ч при 9 ат и испытывались в возрасте 7 суток после запаривания. Призмы из бетона нормального твердения (с В/Ц=0,4) изготовлялись на чистом цементе Ц-1.

Опыты показали также (см. табл. 39), что при малых напряжениях модули упругости, определенные как статическим, так и динамическим методами, имеют близкие значения. При больших напряжениях разница между статическим и динамическим модулями становится особенно заметна для бетона автоклавного твердения, что связано с его неупругими свойствами.

Динамический модуль упругости бетона определялся на образцах-призмах размером 4х4х16 см из бетона состава 1:2,34:3,75 при В/Ц=0,55 и расходе цемента 320 кг/м3. Бетон изготовлялся на гранитном щебне предельной крупностью 15 мм с удобоукладываемостью 20 сек на различных цементах, минералогическая характеристика которых представлена в табл. 40. Кроме того, были изготовлены бетоны на вяжущих, в которых 25, 40, 50 и 60% цемента замещалось молотым кварцевым песком.

Запаривание бетонов производилось по следующему режиму: предварительная выдержка 30—45 мин; подъем давления 1,5— 2,5 ч (в зависимости от величины максимального); запаривание под давлением 9, 13, 17 и 21 ат в течение 8 ч; спуск пара 1,5—2 ч, после чего образцы выгружались из автоклава. Испытывались они через 12 ч после окончания тепловлажностной обработки.

Модуль упругости вычисляли по формуле

где E — динамический модуль упругости в кГ/см2;

К — коэффициент, зависящий от коэффициента Пуассона, геометрических размеров образца и типа колебаний (для образцов размером 4х4х16 см, равный 0,0216 сек2/см2);

N — частота собственных колебаний в гц;

Q — вес образца в г.

Как видно из приведенных данных (табл. 41), минералогический состав цементов мало влияет на модуль упругости бетонов автоклавного твердения.

Добавка 25—40% молотого песка несколько увеличивает динамический модуль упругости, что, вероятно, связано с увеличением прочности бетона при сжатии, а добавка 60% песка его уменьшает. В последнем случае уменьшается и прочность бетона.

Наиболее важным фактором, влияющим на динамический модуль упругости, является величина давления пара. На рис. 80 представлена зависимость между прочностью бетона при сжатии и динамическим модулем упругости для бетонов, твердевших при различных режимах автоклавной обработки. Для сравнения на рисунке приведены данные для образцов нормального твердения.

Как видно из этих данных, динамический модуль упругости бетона автоклавного твердения значительно ниже, чем нормального. Увеличение давления пара выше 9 ат в еще большей степени снижает динамический модуль упругости запаренного бетона.

Меньшее значение динамического модуля упругости бетона автоклавного твердения по сравнению с динамическим модулем упругости бетона нормального твердения свидетельствует об изменении состава и структуры новообразований, а также влажностного состояния бетона, которое оказывает значительное влияние на модуль упругости бетона.

Для изучения влияния различных влажностных условий последующего хранения бетона автоклавного твердения на динамический модуль его упругости были проведены опыты. Были изготовлены бетонные призмы размером 7х7х21 см из бетона состава 1:2:4 при В/Ц = 0,4 на алитово-алюмоферритовом портландцементе Ц-1 (см. табл. 42), После запаривания по режиму 2+8+2 ч при 9 ат они хранились в течение 3 месяцев в нормальных условиях, в воде и эксикаторе. Хранение в эксикаторе исключало увлажнение образцов и в то же время давало возможность проследить влияние возраста бетона на его модуль упругости.
Модуль упругости бетона


Результаты опытов представлены на рис. 81. Из этого рисунка видно, что динамический модуль упругости бетона автоклавного твердения повышается независимо от условий последующего хранения, однако наибольшее повышение модуля наблюдалось при водном хранении и незначительное при хранении в эксикаторе.

Следовательно, водонасыщение бетона автоклавного твердения способствует значительному повышению динамического модуля упругости, а высушивание уменьшает его.

Например, в нашем опыте бетон сразу после запаривания имел динамический модуль упругости 301*10в3 кГ/см2 при прочности 615 кГ/см2. После хранения в течение 3 месяцев в воде величина его достигала 433*10в3 кГ/см2, после хранения в течение этого же времени в нормальных условиях — 345*10в3 кГ/см2, а в эксикаторе — всего лишь 310*10в3 кГ/см2. Однако после высушивания до постоянного веса бетона, хранившегося 3 месяца в воде, величина динамического модуля упругости снизилась до 271*10в3 кГ/см2, а при водонасыщении в течение 3 суток снова повысилась до 380*10в3 кГ/см2.

Таким образом, решающее влияние на динамический модуль упругости бетона автоклавного твердения оказывает его влажностное состояние.

Аналогичные данные были получены Г.Д. Цискрели при определении модуля упругости бетона нормального твердения статическим методом.

Одной из основных причин снижения динамического модуля упругости бетона автоклавного твердения является обезвоживание его в процессе запаривания (особенно в третий период тепловлажностной обработки). Кроме того, как известно, размеры кристаллов продуктов гидратации цемента увеличиваются со скоростью, примерно прямо пропорциональной температуре автоклавной обработки. Укрупнение кристаллов и дефектность структуры бетона (микротрещины, направленная пористость) — также важнейшие причины снижения модуля упругости бетона автоклавного твердения.

Как было показано, между модулем упругости и пределом прочности бетона при сжатии существует определенная зависимость. Поэтому целью дальнейших исследований было изучение влияния влажностного состояния бетона автоклавного твердения при последующем его хранении не только на динамический модуль упругости, но и на прочность.

Опыты проводились на образцах размером 4х4х16 см из бетона, изготовленного на цементах Ц-1 и Ц-4, с добавкой 50% молотого кварцевого песка. Через 3—4 ч после изготовления часть образцов запаривалась по режиму 2+8+2 ч при 9 ат, остальные образцы помещались в сосуд с водой, который также устанавливался в автоклав. При запаривании в сосуде с водой полностью исключалось испарение влаги из бетона, в то же время удавалось проследить влияние на его свойства высокой температуры. Кроме того, изготовлялись контрольные образцы, хранившиеся 28 суток в камере нормального твердения. Образцы испытывались в естественно влажном состоянии, затем высушивались до постоянного веса при температуре 80—100° C и подвергались водонасыщению в течение 3 суток. Результаты этого опыта представлены в табл. 42.

Полученные данные показывают, что высушивание бетона автоклавного твердения способствует повышению его прочностных показателей и значительно снижает динамический модуль упругости. Увлажнение лее, наоборот, повышает динамический модуль упругости. Аналогичные данные были получены и для бетона нормального твердения. Как видно из табл. 43, при принятых режимах автоклавной обработки в среде насыщенного пара происходит высушивание бетона. Следовательно, при этом создаются условия, способствующие получению высокой прочности и низкого модуля упругости.

Как известно, при определении модуля упругости динамическим методом не учитываются неупругие деформации бетона, происходящие в процессе его нагружения. Кроме того, этот метод не дает абсолютных значений деформативности бетона, необходимых для практического применения. В связи с этим дальнейшее изучение модуля упругости бетона автоклавного твердения проводилось с помощью статического метода.

Выше было показано, что динамический модуль упругости бетона автоклавного твердения значительно ниже, чем бетона нормального твердения. Аналогичные данные в отношении статического модуля упругости были получены А.В. Волженским и Ю.С. Буровым, А.В. Саталкиным и П.Г. Комоховым, а также нами в ранних работах.

Нами также было показано, что статический модуль упругости автоклавного керамзитобетона значительно ниже, чем твердевшего в нормальных условиях.

В отношении модуля упругости керамзитобетона, пропаренного при атмосферном давлении при температуре до 100° С, имеются некоторые разногласия. Так, по данным Г.А. Бужевича и Н.А. Корнева, значения модуля упругости керамзитобетона в возрасте 28 суток и более при нормальном твердении пли после тепловой обработки при температуре до 100° C одинаковые. Однако, по данным И.Г. Иванова-Дятлова, Д.Н. Aгeeва и др., модули упругости пропаренных бетонов на 10—30%_ меньше, чем бетонов нормального твердения.

Вместе с тем СНиП II-B.1-62 фактически не учитывает влияния вида тепловой обработки на начальный модуль упругости тяжелого бетона и легкого на пористых заполнителях. Значения его приведены в основном в зависимости от марки бетона и объемного веса заполнителей.

В связи с этим мы исследовали влияние различных видов тепловой обработки (автоклавная, пропаривание и электропрогрев) на статический модуль упругости различных бетонов.

Призменная прочность и модуль упругости бетонов при осевом сжатии определялись на трех образцах-призмах размером 10х10х40 см. База измерения деформаций составляла 200 мм. Деформации отсчитывались по показаниям индикаторов часового типа с ценой деления 0,01 мм, которые были помещены в специальные зажимные приспособления на каждой боковой грани призмы. Для контроля в ряде опытов на образцы наклеивались тензодатчики, при помощи которых определялись предельные деформации бетона при разрушении образца.

Центровка призм в прессе осуществлялась по физической оси. Образцы нагружались этапами; величина нагрузки каждого этапа составляла примерно 0,1 разрушающей. Продолжительность выдержки под нагрузкой в течение каждого этапа составляла 5—6 мин. Показания индикаторов снимались сразу после приложения очередной нагрузки и после выдержки. При нагрузках, близких к 0,9Rпр, индикаторы с призм снимались.. За начальный модуль упругости бетона при сжатии принято отношение напряжения в бетоне к его относительной деформации при величине нагрузки 0,2 Rпр.

В опытах применялся портландцемент Новороссийского завода марки 600. Для бетонов автоклавного твердения использовался песчанистый цемент, содержащий 30% молотого кварцевого песка. Крупным пористым заполнителем служил керамзитовый гравий Лианозовского и Дубровского заводов, состоявший из двух фракций крупностью 5—10 и 10—20 мм в соотношении 1:1 по объему. В качестве мелкого заполнителя был использован пористый песок, полученный дроблением крупных пористых заполнителей. Характеристика применявшихся пористых заполнителей приведена в табл. 26.

При изготовлении тяжелых бетонов заполнителями служили известняковый щебень с предельной крупностью 20 мм и кварцевый песок. Жесткость бетонных смесей составляла 30—40 сек.

Составы исследованных бетонов:

- керамзитобетон на лианозовском керамзите; 1:1,77:2,18; В/Ц = 1,6—1,8; расход цемента 200 кг/м3;

- керамзитобетон на этом же керамзите; 1:1,26:1,24; В/Ц = 0,95-1; расход цемента 300 кг/м3;

- керамзитобетон на дубровском керамзите; 1:1,9:2,08; В/Ц = 0,75; расход цемента 300 кг/м3;

- тяжелый бетон; 1:243:4; В/Ц = 0,64; расход цемента 300 кг/м3.

В табл. 43 приведены величины кубиковой и призменной прочностей бетонов, а также значение начального модуля упругости бетона при сжатии, показывающие влияние вида тепловой обработки на деформативность различных бетонов одного и того же состава при кратковременном загружении.

Анализируя данные табл. 43, можно отметить, что кубиковая и призменная прочность автоклавного бетона во всех случаях превышает соответствующие показатели бетона того же состава, но подвергнутого иным видам тепловлажностной обработки (включая и бетон нормального твердения в возрасте 28 суток). Особенно заметна разница в этих показателях для высокопрочных керамзитобетонов на дубровском керамзите и тяжелых бетонов.


Так, если кубиковая прочность автоклавного керамзитобетона на дубровском керамзите через 3—5 суток после запаривания составляла 343 кГ/см2 (Rпр = 309 кГ/см2), то этот показатель для пропаренного бетона того же состава был равен 222 кГ/см2 (Rпр = 214 кГ/см2); для бетона, подвергнутого электропрогреву, — 237 кГ/см2 (Rпр = 180 кГ/см2), а для нормально твердевшего бетона в возрасте 28 суток — 262 кГ/см2 (Rпр = 222 кГ/см2).

Как отмечалось выше, существует определенная зависимость между величиной модуля упругости и прочностью бетона при сжатии. Так как прочность автоклавного керамзитобетона через 3—5 суток после запаривания примерно на 30% выше прочности нормально твердевшего бетона в возрасте 28 суток, а начальные модули упругости их примерно равны, можно заключить, что автоклавная обработка равнопрочных конструктивных керамзитобетонов снижает их модуль упругости. Точную величину этого снижения по данным настоящих опытов установить невозможно, потому что величины прочностей бетонов, подвергнутых различным видам тепловой обработки, значительно отличаются -друг от друга.

Что же касается тяжелого бетона, то разница в прочностях автоклавного и нормально твердевшего бетона еще значительнее (346 и 241 кГ/см2), а модуль упругости автоклавного бетона намного ниже модуля упругости бетона нормального твердения.

Аналогичное явление наблюдается и для автоклавных конструктивно-теплоизоляционных бетонов на лианозовском керамзите. Модуль упругости их наименьший, несмотря на то что прочность при сжатии наибольшая. Следовательно, автоклавная обработка конструктивно-теплоизоляционных керамзитобетонов также снижает их модуль упругости по сравнению с другими видами тепловой обработки.

Наибольшая деформативность, как отмечалось выше, — у автоклавных бетонов, наименьшая — у электропрогретых. Деформативность нормально твердевшего бетона в возрасте 28 суток и пропаренного примерно одинаковая.

В табл. 44 дано сопоставление нормативных и экспериментальных значений модуля упругости бетонов, подвергнутых различным видам тепловой обработки. Таблица составлена на основании экспериментальных данных, приведенных в табл. 43.

Из табл. 44 следует, что при расчетах необходимо учитывать пониженные значения модуля упругости для бетонов автоклавного твердения.



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