Юрины заметки про Бетон

В статически неопределимых системах ползучесть способствует уменьшению напряжений, вызванных усадкой, действием температуры и перемещением опор. Во всех бетонных конструкциях ползучесть уменьшает внутренние напряжения, обусловленные неоднородностью усадки, что приводит к повышению трещиностойкости конструкции.

С другой стороны, в массивных бетонных элементах сама ползучесть может способствовать образованию трещин, когда бетонная масса, не имеющая возможности свободно деформироваться, подвергается действию температурных перепадов, вызванных тепловыделением при гидратации бетона и последующим охлаждением. Ползучесть уменьшает сжимающие напряжения, вызванные быстрым подъемом температуры, так что остаточное сжатие исчезает, как только начинается охлаждение бетона.

При дальнейшем охлаждении в бетоне развиваются растягивающие усилия, и, поскольку величина ползучести уменьшается с возрастом, в нем могут образовываться трещины даже до того, как температура достигает начального уровня. По этой причине температуру внутри больших бетонных массивов следует контролировать путем использования цемента с умеренной экзотермией, снижением содержания цемента в бетоне, предварительным охлаждением составляющих бетонной смеси, сокращением высоты бетонных слоев и охлаждением бетона с помощью воды, циркулирующей по трубам, уложенным в бетоне.
Прочитать подробнее »

Кроме усадки при высыхании бетон подвергается усадке за счет карбонизации. Это явление было обнаружено только в последнее время-и в большинстве имеющихся экспериментальных данных по усадке, величина усадки при высыхании включает в себя и усадку при карбонизации бетона. Однако природа усадки при карбонизации и высыхании совершенно различна.

Углекислый газ С02, имеющийся в атмосфере, в присутствии влаги вступает во взаимодействие с продуктами гидратации клинкерных минералов. Это взаимодействие происходит даже при малых концентрациях С02 в атмосфере, где парциальное давление С02 около ЗХ-4 атмосферы; в непроветриваемой лаборатории парциальное давление может составлять до 12X10-4 ат. Степень карбонизации увеличивается; с увеличением концентрации С02 в воздухе.

мента. Эти реакции могут протекать при низких концентрациях С02 в атмосфере, однако глубина карбонизации незначительна и медленно увеличивается во времени.
Прочитать подробнее »

Ползучесть влияет на величины деформаций и прогибов, а часто также на распределение напряжений, однако ее действие зависит в значительной степени от типа конструкции.

Ползучесть неармированного бетона не влияет на его прочность, хотя при очень высоких уровнях нагрузки ползучесть ускоряет достижение предельной деформации, при которой наблюдается разрушение; это происходит только в тех случаях, когда постоянная нагрузка составляет более 85—90% кратковременной прочности бетона.

При низких уровнях напряжений объем бетона уменьшается (в связи с уменьшением за счет ползучести коэффициента Пауссона менее 0,5), и следует ожидать увеличения прочности бетона. Однако имеющиеся экспериментальные данные недостаточны.
Прочитать подробнее »

Кроме внутренних ограничений усадки со стороны заполнителя и арматуры возникает ограничение также из-за неоднородности протекания усадки в теле самих бетонных элементов. Потеря влаги со стороны поверхности происходит таким образом, что внутри образца устанавливается градиент влажности, вызывающий неоднородную усадку.

Такая усадка компенсируется деформациями вследствие внутренних напряжений: растягивающих на поверхности бетона и сжимающих внутри него. При несимметричном высушивании образцов наблюдается их коробление.

Процесс усадки медленно развивается от высыхающей поверхности в глубь бетона. Через месяц глубина высыхания бетона достигает 8 сму а к 10 годам — только 60 см. Росс установил, что разница между усадкой на поверхности плит из цементного раствора и на глубине 15 см достигает через 200 суток величины 470х10~6. При модуле упругости раствора 21ХЮ~4 кгс/см2 такая разница приводит к возникновению напряжений величиной 98 кгс/см2.

Поскольку эти напряжения растут постепенно, они успевают вследствие ползучести релаксироваться, однако поверхностные трещины при этом все-таки могут образовываться. Увеличение количества заполнителей в бетоне значительно сдерживает и уменьшает усадку, и технические преимущества применения бетона вместо раствора или чистого цементного теста очевидны.
Прочитать подробнее »

Бетонные образцы, которые длительно хранились в условиях определенной относительной влажности и затем были помещены в воду или условиях более высокой влажности, претерпевают деформации набухания. Однако даже при длительном хранении в воде деформации набухания не достигают величин первоначальной усадки бетона. Для бетона величина необратимой части деформации составляет от 0,3 до 0,6 от величины общей усадки. Более часто встречаются низкие значения.

Необратимость усадки, очевидно, связана с образованием дополнительных структурных связей в цементном геле за счет установления более плотного контакта между его частицами при высушивании. Поэтому если гидратация цементного клинкера произошла в значительной степени до высушивания цементного камня, может образоваться меньшее количество таких связей.

Действительно, эксперименты, проведенные на образцах из цементного теста, которые твердели в воде в течение шести месяцев и затем были подвергнуты высушиванию, показали отсутствие необратимой части усадки при повторном увлажнении.

Если высушивание бетона сопровождается также его карбонизацией, цементный камень становится нечувствительным к изменениям влажности и наблюдается увеличение необратимой части усадки.

Влияние на влажностные деформации бетона условий твердения до высушивания, а также карбонизации позволяет объяснить наблюдаемые расхождения и наличие сложных зависимостей между усадкой и деформациями во влажных условиях. Прочитать подробнее »

Усадка бетона протекает в течение длительных периодов времени. Некоторыми исследователями усадка наблюдалась в течение 28 лет, однако часть этой усадки происходит за счет карбонизации. Рост усадки бетона сравнительно  быстро уменьшается во времени: от 14 до 34% от общей величины усадки за 20 лет протекает в течение двух недель;

от 40 до 80% от общей величины усадки за 20 лет протекает в течение трех месяцев;

от 66 до 85% от общей величины усадки за 20 лет протекает в течение года.

Длительное хранение бетона во влажных условиях замедляет усадку, однако влияние такого режима твердения на величину усадки невелико. При длительном твердении чистого цементного камня большое количество цемента гидратируется полностью, поэтому остается меньшее количество негидратированных зерен цемента, уменьшающих усадку, т. е. такое твердение приводит к увеличению усадки цементного камня.

Цементный камень набирает прочность во времени, поэтому усадка, как правило, протекает без образования трещин. Если трещины все-таки образуются, например вокруг частиц заполнителя, то величина общей усадки, замеренная на бетонных образцах, заметно снижается.

Усадка хорошо выдержанного бетона протекает быстрее и, следовательно, релаксация усадочных напряжений за счет ползучести меньше. Кроме того, такой бетон обладает большой прочностью и меньшей ползучестью.

Большая скорость усадки и меньшая ползучесть могут привести к образованию трещин, несмотря на более высокую прочность бетона при растяжении. Этим могут быть объяснены противоречивые результаты влияния длительности твердения на усадку бетона. Как правило, все же продолжительность периода твердения не является фактором, определяющим усадку. Прочитать подробнее »

Удаление воды из бетона при хранении его на открытом воздухе вызывает усадку. Возможно, что усадка или часть ее вызвана удалением из цементного камня химически связанной воды. Известно, что гидросиликат кальция при высушивании характеризуется сокращением размеров крастиллической решетки от 14 до 9 . Аналогичное сокращение размеров присуще и гидросульфоалюминату кальция и гидрату че-тырехкальциевого алюмоферрита.

Таким образом, нельзя определить, связана ли усадка с удалением внутри или вне кристаллической влаги. Однако, поскольку величина усадки для портландцемента и глиноземистого цемента одинакова, очевидно, основная причина усадки заключена в физической природе цементного геля, а не в его химическом или минералогическом составе.

Зависимость между потерей воды и величиной усадки. Для чистого цементного камня эти две величины связаны друг с другом прямой пропорциональной зависимостью при условии, что в цементном камне нет капиллярной влаги и удаляется только адсорб-ционно связанная вода. В смеси с добавкой к цементу молотого кремнезема, где для затворения требуется большее количество воды (т. е. для смесей с большим В/Ц), даже после полной гидратации цемента имеется определенное содержание капиллярной влаги. Прочитать подробнее »

Цементный раствор или бетон при длительном хранении в воде характеризуется набуханием, т. е. увеличением объема и веса.

Это набухание обусловлено адсорбцией воды цементным камнем: молекулы воды обладают расклинивающим действием и уменьшают межмолекулярные силы. Кроме того, вода вызывает уменьшение поверхностного натяжения материала, вследствие чего также происходит некоторое расширение бетона. Прочитать подробнее »

Строго говоря, термин ««модуль упругости» (модуль Юнга) относится непосредственно только к прямолинейному участку диаграммы напряжение— деформация или, в случае отсутствия такого участка, к касательной к кривой, проходящей через начало координат.

Этот начальный модуль имеет небольшое практическое значение. Можно определять модуль упругости по касательным, проходящим через любую точку графика напряжение — деформация, однако этот модуль применим только при очень малых отклонениях нагрузки выше или ниже того уровня, при котором этот модуль определяется.

Величина наблюдаемых деформаций и ход кривой напряжение—деформация зависят, по крайней мере частично, от скорости приложения нагрузки. Когда нагрузка прилагается чрезвычайно быстро, например менее чем за 0,01 сек, деформации резко снижаются и кривизна зависимости напряжение—деформация становится чрезвычайно малой. Увеличение времени нагружения с 5 сек до 2 мин может изменить деформацию на 15%, но в пределах интервала от 2 до 10 мин (и даже до 20), т. е. за время, обычно применяемое при испытаниях образцов на стандартном испытательном оборудовании, увеличение деформаций ничтожно мало.

Увеличение деформации под нагрузкой или часть такого увеличения обусловлено ползучестью бетона, однако разделение упругой и пластической части деформации затруднительно из-за зависимости мгновенной деформации от скорости загружения. Для практических целей разделение деформаций производят следующим образом: деформация за время нагружения считается упругой, дальнейшее увеличение деформации протекает за счет ползучести бетона. Модуль упругости, удовлетворяющий этому условию.

Стандартных методов определения модуля деформации в настоящее время нет; в некоторых лабораториях он определяется при уровнях напряжений в интервалах от 28 до 140 кгс/см2, в других— при напряжениях, достигающих 15, 25, 33 или 50%   разрушающей   нагрузки. Поскольку модуль деформации уменьшается с увеличением напряжения, то напряжение, при котором он определяется, всегда   должно   быть установлено. Прочитать подробнее »