Кратковременные деформации бетона

Исследованы характер изменения и зависимость от различных технологических факторов мгновенных деформаций бетона, загруженного первый раз в раннем возрасте, и деформаций в момент его догружения после твердения под нагрузкой в течение некоторого времени. ■

В момент приложения внешней нагрузки в конструкциях возникают мгновенные напряжения. В некоторых случаях они могут значительно превосходить расчетные из-за рывков и неточности выполнения монтажных работ. В результате чего, при загружении монолитных железобетонных конструкций внешней нагрузкой, бетон в начальный момент времени может испытывать значительные деформации. Поэтому одной из основных задач проводимого эксперимента являлась определение скорости нарастания и величины деформаций в момент приложения нагрузки.

Особенно важным моментом проводимого эксперимента явилось не только определение мгновенных деформаций бетона, загруженного первый раз в раннем возрасте, но и исследование его деформаций в момент догружения после твердения под нагрузкой в течение некоторого времени (в проводимом эксперименте -10 дней).

Из полученных экспериментальных данных, представленных в таблице, видно, что относительные сжимающие деформации достигают своих максимальных значений в момент приложения к бетону внешней нагрузки. После окончания нагружения деформации продолжают расти с тенденцией «затухания» в течение 5 минут, характеризуя собой кратковременную ползучесть бетона.

Причем в величине полных кратковременных деформаций доли деформаций, возникающих непосредственно в момент загружения, и кратковременной ползучести отличаются по величине. Зависимость соотношения деформаций, возникающих непосредственно в момент приложения нагрузки, и кратковременной ползучести от номера загружения и прочности бетона представлены на рис. 1 и 2.

Доля относительных деформаций, возникающих непосредственно в момент приложения нагрузки, несомненно, выше по сравнению с де-

Относительные деформации

№ замеса	№ загружения	Прочность, МПа	Относительные деформации сжатия, е-10 3		Полные кратковременные деформации - Eg
			В момент загружения - ек1	Кратковременная ползучесть - ей
С добавкой NaNO2
1	1	6,76	14,46	0,67	15,13
	2	8,82	4,25	0,39	4,64
	3	10,78	4,12	0,39	4,51
2	1	5,49	13,58	1,28	14,86
	2	8,82	2,81	0,84	3,65
	3	11,03	3,55	2,25	5,80
3	1	2,35	8,19	0,00	8,19
	2	6,76	8,18	0,26	8,44
	3	8,33	2,64	0,27	2,91
Без добавки
4	1	7,06	18,88	0,81	19,69
	2	10,78	4,04	0,27	4,31
	3	11,27	2,28	0,004	2,28
5	1	3,36	13,24	0,80	14,04
	2	5,20	2,96	0,26	3,22
	3	6,86	3,36	0,00	3,36
6	1	1,86	9,01	0,83	9,84
	2	3,92	3,17	0,28	3,45
	3	5,88	1,80	0,14	1,94

• ■    - Относительные деформации кратковременной ползучести,

• ■    - Относительные деформации в момент загружения

Рис. 1. Соотношение относительных деформаций сжатия, возникающих в момент загружения и кратковременной ползучести в зависимости от номера загружения: а - для бетона с добавкой NaNO2; б - для бетона без добавки NaNO2

Рис. 2. Соотношение величины относительных деформаций, возникающих в момент загружения - £ц в зависимости от прочности бетона: • - бетон без добавки NaNO₂; ♦- бетон с добавкой NaNO₂

формациями относительной ползучести. Из рис. 1 видно, что номер загружения не оказывает существенное влияние на изменение соотношения между ними и составляет в среднем 94 % на 6 % соответственно.

В тоже время зависимость соотношения мгновенных деформаций и кратковременной ползучести от прочности в момент загружения носит более выраженный характер, в особенности для бетонов с добавкой нитрита натрия. Объяснить увеличение доли деформаций кратковременной ползучести с увеличением прочности бетона можно за счет более сформировавшейся при этом структуры бетона.

Несмотря на это, развитие деформаций, возникающих непосредственно в момент приложения нагрузки, более опасно, так как кратковременная ползучесть протекает в течение хоть и небольшого, но промежутка времени. В тоже время величина кратковременной ползучести при любых усло- виях не превышает значения мгновенных деформаций. В связи с этим необходимо более подробное рассмотрение механизма возникновения мгновенных деформаций и определение их зависимости от различных технологических параметров.

В зависимости от номера загружения деформации, возникающие в момент загружения - Екь при первом загружении больше по сравнению с деформациями последующих загружений (рис. 3). В тоже время деформации второго загружения превышают деформации третьего. То есть, с увеличением номера загружения величина мгновенных деформаций под действием приложенной нагрузки уменьшается. Это объясняется тем, что в процессе первого загружения происходят существенное обжатие бетона с созданием более плотной структуры. Кроме этого, перед вторым и третьим загружениями бетон в течение 10 дней находился под нагрузкой, под действием которой в нем протекали пластические деформации. Откуда очевид-

Коваль С.Б., Молодцов М.В., Головнев С.Г.

но, что более интенсивное уплотнение будет наблюдаться на более ранних этапах загружения -при меньших значениях прочности.

Рис. 3. Область изменения относительных деформаций, возникающих непосредственно в момент загружения в зависимости от номера загружения

На величину относительных деформаций, возникающих непосредственно в момент загружения, помимо номера загружения оказывает влияние и прочность бетона в момент загружения. Однако это влияние наиболее наглядно проявляется только в процессе его первого загружения. Так если принять минимальную прочность первого загружения и соответствующую ей значение деформации за начало координат, то с процентным увеличением прочности наблюдается прирост деформаций бетона (рис. 4.). Причем, независимо от наличия в его составе противоморозной добавки, эта зависимость носит ярко выраженный линейный характер.

Рис. 4. Превышение относительных деформаций в момент первого загружения в зависимости от приращения прочности бетона: ■ - бетона без NaNOz;

• - бетона с NaNO2

Характер изменения представленной зависимости объясняется тем, что при первом загруже-нии отсутствовали пластические деформации, возникающие в процессе длительного выдерживания под нагрузкой. При этом бетон с меньшей прочностью меньше деформируется из-за присутствия большого количества свободной влаги, которая препятствует (в отличие от сформировавшейся структуры бетона) развитию деформаций от действия внешних сил. Как показывают ранние иссле

Кратковременные деформации бетона дования [1], наибольшей сжимаемостью обладает «сухой» цемент. С увеличением содержания жидкой составляющей происходит уменьшение сжимаемости цементного теста.

Из двух выше представленных факторов, влияющих на деформации бетона, возникающие непосредственно в момент приложения нагрузки, наибольшее влияние на величину деформаций оказывает не прочность бетона в момент загружения, а номер загружения.

Это же подтверждают данные рис. 5, из которых видно, что в зависимости от номера загружения величина относительных деформаций бетона, имеющего одну и ту же прочность, может изменяться в несколько раз. В то же время при одном и том же номере загружения деформации в зависимости от прочности бетона меняется в значительно меньшей степени (см. таблицу).

Рис. 5. Деформации, возникающие в момент приложения нагрузки к бетону различной прочности в зависимости от номера загружения: ■ - прочность бетона 72 кг/см2 без NaNO2; • - прочность бетона 69 кг/см2 с NaNO2; ▲ - прочность бетона 69 кг/см2 без NaNO2

Общеизвестно, что изменение относительных деформаций в зависимости от величины внешней приложенной нагрузки может приводить как к положительному уплотнению бетона, так и к образованию нежелательных микротрещин, снижающих конечную прочность бетона. Поэтому величину интенсивности нагружения внешней нагрузкой необходимо увеличивать по мере набора прочности бетона [2]. Однако, как показали приведенные выше данные, эта интенсивность загружения так же должна зависеть и от номера загружения.

Помимо прочности бетона и номера загружения на величину деформаций оказывает влияние и наличие в составе бетона различных добавок. Как видно из данных таблицы влияние противоморозной добавки проявляется в должной степени только при первом загружении бетона, которое представлено на рис. 6.

В процессе второго и третьего загружений наличие добавки не носит ярко выраженного влияния и может приводить как к увеличению, так и уменьшению относительных деформаций, что объясняется более существенным влиянием других технологических параметров выдерживания бетона под нагрузкой при реальных температурах наружного воздуха.

Пучность, МПа

Рис. 6. Влияние добавки NaNO2 на относительные деформации бетона, возникающие в момент первого загружения: ■ - без добавки NaNO2; • - с добавкой NaNO2

Из представленных экспериментальных данных видно, что наличие противоморозной добавки NaNO2 приводит к уменьшению величины относительных деформаций. Причиной этого может являться то, что данная добавка способствует снижению пористости за счет уменьшения средней крупности пор и увеличения их однородности по объему бетона [3]. А это позволяет получать более плотную структуру бетона, что препятствует увеличению деформаций при влиянии на бетон внешней приложенной нагрузки. Это объяснение также хорошо согласуется с данными представленными на рис. 2. А именно: в результате более плотной структуры бетона с добавкой при увеличении прочности он менее подвержен мгновенным деформациям в момент непосредственного приложения нагрузки. В результате чего доля кратковременной ползучести возрастает.

Таким образом, на величину кратковременных деформаций бетона, выдерживаемого длительное время под нагрузкой и догружаемого в процессе твердения, оказывают влияние номер загружения, величина приложенной нагрузки и наличие в составе бетона добавок (в частности противоморозной добавки NaNO2). Решающим фактором, обеспечивающим наибольшие деформации в момент приложения нагрузки, является номер загружения. Величина приложенной к бетону нагрузки и наличие добавки оказывает ощутимое влияние только на первом этапе загружения, когда бетон не подвергнут длительным пластическим деформациям в результате выдерживания под нагрузкой.

Скорость нарастания кратковременных деформаций достигает наибольших значений непосредственно в момент приложения нагрузки. Соотношение величины мгновенных деформаций и кратковременной ползучести увеличивается в пользу последней только с увеличением прочности бетона к моменту загружения.