Г. А. АЙРАПЕТОВ, д-р техн. наук, проф., А. И. ПАНЧЕНКО, Г. В. НЕСВЕТАЕВ, кандидаты техн. наук (Грозненский нефтяной ин-т) Оперативный контроль морозостойкости бетона
В нашей стране выпускают значительное количество железобетонных изделий и конструкций, к которым предъявляются требования по гарантированной морозостойкости. С каждым годом все шире используют легкие бетоны с марками по морозостойкости до F500, что обусловливает потребность в оперативном контроле их качества по морозостойкости.
Согласно ГОСТ 10060—87 морозостойкость конструкционного бетона проверяют тремя методами, но только способ, основанный на циклическом замораживании — оттаивании образцов в 5%-ном растворе хлорида натрия при температуре замораживания —50... ...—55°С, является относительно оперативным. Однако этот метод неприемлем для контроля морозостойкости конструкционно-теплоизоляционных бетонов, составляющих 85% всех легких бетонов на искусственных пористых заполнителях [13- Для контроля по этому методу используют образцы-кубы с ребром 70 мм, что ограничивает наибольший размер заполнителя 10 мм, а для производства конструкционно-теплоизоляционных бетонов применяют пористые заполнители фракций 5...20 и 20...40 мм. К тому же при испытании по этому методу ГОСТ 10060—87 предусматривает циклическое замораживание— оттаивание от 3 до 15 раз для наиболее распространенных марок бетонов по морозостойкости при продолжительности одного цикла 7...11 ч, т. е. время испытаний составляет в среднем несколько суток.
В связи с этим в нашей стране и за рубежом разрабатывают ускоренные методы определения морозостойкости. Большинство из них предназначено для тяжелых бетонов. Проблема оперативного контроля морозостойкости легких бетонов остается актуальной.
В Грозненском нефтяном институте предложен способ оперативного контроля морозостойкости бетонов, основанный на оценке условной величины, характеризующей уровень внутренних растягивающих напряжений в замораживаемом бетоне в дальнейшем — уровень напряжений. Способ применим для легких и тяжелых бетонов.
Как известно, замораживание водонасыщенного бетона вызывает в его структуре значительные внутренние напряжения, обусловленные фазовым переходом воды и различием температурных деформаций компонентов бетона. Уровень этих напряжений, т. е. отношение суммарных внутренних напряжений при замораживании к локальной прочности структуры на растяжение характеризует стойкость бетона прн циклическом замораживании — оттаивании [2].
При дилатометрических исследованиях наблюдается различие деформаций водонасыщенного и высушенного до постоянной массы образцов. Разность деформаций образцов характеризует напряжения в структуре при замораживании и морозостойкость бетона. Экспериментально установлена зависимость морозостойкости газобетона от разности деформаций при замораживании водонасыщенного и сухого образцов [3].
Для получения аналогичной зависимости для любых бетонов следует учитывать не разность деформаций е, а обусловленный ею уровень напряжений U(aF), поскольку в зависимости от упругих свойств материала Е одна и та же разность деформаций Де вызывает разные напряжения OF, воздействие которых в зависимости от прочности структуры на растяжение Rt приводит к различной степени разрушения материала.
Авторами установлена зависимость морозостойкости от уровня внутренних растягивающих напряжений в замораживаемом бетоне, обусловленном фазовым переходом воды, на основании которой разработай способ оперативного контроля морозостойкости. Условно принята модель замораживаемого бетона в виде изотропного упругопластичного тела с постоянными показателями прочности иа растяжение Pt и модуля упругости Е, равными этим показателям цементного камня ?. составе бетона. Уровень напряжений в структуре при замораживании
В связи с тем что цементный камень в сравнении с бетоном в большей степени соответствует модели изотропного упругопластичиого тела, иа первом этапы исследований установили зависимость морозостойкости цементного камня 01 уровня напряжений, определенных по формуле (1). Для эксперимента использовали образцы размером 10X40X160 мм, изготовленные из цементного теста с В/Ц = 0,3, твердевших в нормальных условиях, а также прошедших ТВО при tI13 — 55 или 85°С. Всего испытали 26 серий образцов из цементов марок 400 и 500 пяти заводов. Как видно из рисунка, существует зависимость морозостойкости цементного камня от уровня напряжений, подсчитанных по формуле (1). Эта зависимость явилась основанием Для проведения второго этапа исследований с келью получения аналогичной зависимости при замораживании бетонов.
Для опытов применили образцы из керамзитобетона и тяжелого бетона размером 100Х100Х400 мм на тех же элементах. Заполнителями служили гравий четырех заводов .марок по прочности П75...П200 и известняковый щебень. Более половины составов включали пластифицирующую добавку ЛСТ. До испытаний образцы твердели в нормальных условиях или были пропарены по различным режимам (см. таблицу).
Испытания на морозостойкость осуществляли в возрасте 1 мес при температуре замораживания —50°С, подготовив образцы согласно ГОСТ 10060— 76. Морозостойкость оценивали по остаточным деформациям расширения на основании предварительно полученной зависимости снижения прочности испытуемых образцов от остаточных деформаций (см. рисунок).
Из рисунка следует, что и для бетона существует зависимость между морозостойкостью и уровнем напряжений, определенным по формуле (1). Коэффициент корреляции составил 0,91. Зависимость описывается эмпирической функцией
Таким образом, экспериментально доказана зависимость морозостойкости от уровня внутренних напряжений в замораживаемом бетоне, обусловленного фазовым переходом воды. Она положена в основу нового способа определения морозостойкости бетонов, основанного на однократном замораживании бетонных образцов до —50°С, построении дилатометрической кривой, установлении ее наибольшего аномального отклонения, модуля упругости и предела прочности на растяжение цементного камня в бетоне, а также морозостойкости по формулам (1), (2).
Бетон и железобетон, 1990