Раннее нагружение бетона в условиях различной влажности

Исследования деформаций бетона при его ступенчатом загружении с последующим длительным выдерживанием под нагрузкой показали, что максимальное сжатие бетона происходит в относительно непродолжительный период после первого загружения [1]. Это наблюдается у бетонов в любом возрасте, независимо от его прочности в момент первого загружения. На дальнейших этапах загружения бетона сжимающие деформации проявляются в меньшей степени.

Большая величина деформаций бетона на первой стадии загружения может приводить не только к уплотнению его структуры, но и, наобо рот, вызывать деструктивные процессы, приводящие к уменьшению прочности бетона.

Кроме этого, на прочность бетона существенное влияние оказывают мероприятия, связанные с уходом за бетоном в процессе его выдерживания: прогрев с избыточным порообразованием, защита от влагопотерь и дополнительное увлажнение поверхностей бетонных конструкций.

Определить возможные изменения прочности бетона в результате различных условий выдерживания в сочетании с приложенной к нему внешней нагрузкой и являлось целью эксперимента. Схема его проведения представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема проведения эксперимента

Технология и организация строительного производства

Исследования проводились на бетоне класса В25, следующего состава: цемент ПЦ400 - 420 кг/м3; щебень - 1190 кг/м3; песок -619 кг/м3; вода -212 л/м ’. После приготовления бетонной смеси изготавливались образцы-кубики 100x100x100 мм для контроля прочности бетона и образцы-призмы 100x100x300 мм для загружения внешней нагрузкой, а также для сравнения с прочностью незагруженных образцов и сопоставления с кубиковой прочностью.

Все образцы после приготовления выдерживались в камере нормального хранения в течение двух суток в одинаковых условиях.

После этого образцы-призмы загружались постоянной внешней нагрузкой с интенсивностью т] = 0,4 в помещении лаборатории кафедры «Технология строительного производства» и выдерживались в дальнейшем при одинаковой температуре, но различных режимах.

Постоянно поддерживались три различных режима, условно названные:

• -    «сухой» - существующий режим лаборатории;

• -    «гидроизолированный» - бетонные образцы-призмы были покрыты гидроизоляционным слоем, препятствующим испарению влаги из образца;

• -    «влажный» - при выдерживании образцов осуществлялась их постоянное дополнительное увлажнение.

Кроме этого, в таких же температурно-влажностных режимах выдерживались без нагрузки контрольные образцы-призмы и образцы-кубики.

Величина внешней приложенной нагрузки определялась по известной формуле интенсивности загружения [2, 3]:

р = _a(R = 0,4. (1)

Двухсуточная прочность бетонных образцов, находящихся в камере нормального хранения, составила: кубиков - 71 кг/см2, призм - 68 кг/см2.

Величина внешней нагрузки принималась по прочности образцов призм и составляла:

N = а 10 см-10 см = R- ц 10 см-10 см =

= 68 кг/см2-0,4 -100 см2 = 2720 кг.

Для поддержания постоянной величины нагрузки использовались установки пружинного типа (рис. 2).

Рис. 2. Установка для создания эффекта раннего нагружения

Через пять суток после выдерживания образцов под нагрузкой в разных режимах выполнили разгружение образцов с последующим определением их прочности на сжатие. Параллельно была определена прочность контрольных образцов, выдерживаемых без нагрузки в тех же температурновлажностных режимах. Достоверность экспериментальных данных полученных зависимостей и выводов подтверждается достаточным количеством проведённых экспериментов, использованием поверенного оборудования и стандартных методик, применением современных методов математической обработки результатов исследований.

Прочность контрольных образцов в зависимости от условий выдерживания представлена на рис. 3.

С увеличением влажности твердения при переходе с «сухого» режима выдерживания на «гид-

100            150            200                   ,

Прочность, кг/см2

Рис. 3. Прочность контрольных образцов через 2 суток нормального твердения и последующих 5 суток выдерживания при различных режимах

Коваль С.Б., Молодцов М.В.

....."•"......Под нагрузкой “"•“•Без нагрузки

Рис. 4. Прочность бетонных образцов через 2 суток нормального твердения и последующих 5 суток выдерживания под нагрузкой и без нагрузки, твердеющих при разных режимах выдерживания

роизолированный» и «влажный» происходит увеличение прочности бетонных образцов соответственно на 22 кг/см2 (18,5 %) и 33 кг/см2 (27,7 %), что может объясняться более полной гидратацией вяжущего при наличии дополнительной влаги.

Влияние режима выдерживания на бетонные образцы, твердеющие под внешней нагрузкой и без нагрузки прямо противоположное (рис. 4).

При нагружении образцов внешней нагрузкой прочность бетона при «сухом» режиме выдерживания увеличилась на 30 кг/см2 (25,2 %), что подтверждает данные о положительном влиянии метода раннего нагружения на твердение бетона, впервые определенные А.В. Саталкиным [4].

В то же время при нагружении образцов, выдерживаемых при более высокой влажности, их прочность снижается по сравнению с ненагружен-ными образцами при «гидроизолированном» режиме с 149 кг/см2 до 129 кг/см2 (или на 13,4 %), а при «влажном» до 123 кг/см2 (на 17,4 %).

Это можно объяснить особенностями поведения жидкой составляющей под нагрузкой. Свободная избыточная вода, являясь несжимаемым материалом, под действием внешней нагрузки стремится расшириться в боковом направлении. При этом создаются усилия, растягивающие структуру бетона изнутри, приводящие к интенсивному образованию микротрещин и снижению прочности бетона [5].

Многими исследованиями доказано положительное влияние раннего нагружения на твердение бетона, в частности, увеличение прочности при длительном приложении нагрузки. Однако в начальный период загружения может наблюдаться как увеличение, так и уменьшение прочности, величина которого зависит и от влажности выдерживания бетона. А именно, с повышением влаж ности наблюдается уменьшение прочности бетонных образцов.

Экспериментальные данные проведенного исследования ещё раз доказывают, что наиболее опасным для бетонных конструкций является первое загружение, особенно если оно осуществляется на ранних стадиях твердения бетона, когда в его структуре содержится большое количество свободной, не вступившей в реакцию гидратации воды.

Таким образом, первое загружение бетона необходимо осуществлять под более пристальным контролем, принимая меньшее значение интенсивности загружения, или осуществлять предварительное «нулевое пригружение» незначительными по величине нагрузками.