Експериментальні дослідження усадки і повзучості крупнозернистого бетону

 

 

 

 

Наведені методика і результати експериментальних досліджень усадки та повзучості призм із крупнозернистого бетону

Приведены методика и результаты экспериментальных исследований усадки и ползучести призм из крупнозернистого бетона

Technique and results of experimental researches on shrinkage and creep of prisms made from coarse-grained concrete are given

Ключові слова:

Бетон, усадка, повзучість

Бетон, усадка, ползучесть

Concrete, shrinkage, creep

 

Якість будівництва характеризується сукупністю показників надійності проектних рішень, застосованих будівельних конструкцій, матеріалів і виробів, а також виконання будівельно-монтажних робіт. Для того, щоб усунути виникнення серйозних дефектів в процесі зведення і експлуатації будівель та споруд, їх розрахунки повинні базуватись на реальних розрахункових схемах. Наближені методи розрахунку не віддзеркалюють реальної роботи конструкції, в результаті окремі елементи мають надмірні запаси міцності, а деяких частинах конструкції з‘являються дефекти.

В зв‘язку з цим найбільш прогресивний напрямок розрахунку окремих конструкцій, а також будівель і споруд в цілому, побудований на розрахункових схемах, прийнятий без спотворення реальної конструкції. Такий підхід до рішення складних інженерних задач не може обмежуватися лише теоретичним шляхом, а повинен базуватись на перевірених експериментальних даних. Експеримент виявляє недоліки теорії, визначає фактичний розподіл деформацій в різних елементах конструкції, як на стадії пружної роботи, так і при розвитку тріщин. Для вивчення реальної роботи крупнозернистого бетону були проведені експериментальні дослідження зразків призм на впливи усадки і повзучості.

Для виготовлення крупнозернистого бетону дослідних призм використовували кварцевий пісок Костопільського кар’єру с. Любаша Рівненської області. Основні характеристики піску визначали відповідно до [1]. Модуль крупності піску склав Мкр = 1, 18, насипна вага – 1320 кг/м3, питома вага – 2590 кг/м3. Зерновий склад піску наведений в табл. 1.

 

Таблиця 1

Зерновий склад піску

 

В якості крупного заповнювача бетону призм приймали щебінь Клесівського кар’єру Сарненського району Рівненської області. Основні характеристики щебеню визначали у відповідності до [2]. Фракція щебеню Б-20, найменша і найбільша крупність зерен щебеню відповідно склала 5 і 20 мм. Насипна вага – 1350 кг/м3, питома вага – 2700 кг/м3, вологість – 0, 8%. Гранулометричний склад щебеню наведений в таб. 2.

 

Таблиця 2

Гранулометричний склад щебеню

 

В якості добавки для виготовлення крупнозернистого бетону приймали модифікований «Дофен». Склад бетону для виготовлення зразків призм наведений в табл. 3.

 

Таблиця 3

Склад крупнозернистого бетону

 

Виготовлення крупнозернистого бетону здійснювали на Рівненському заводі залізобетонних конструкцій, зразки призм 10х10х60см бетонували в вертикальних металевих формах [3]. В торцях призм замонолічували елементи анкерно-шарнірних пристроїв [5]. Ущільнення бетону виконували на вібростолі в лабораторії кафедри інженерних конструкцій. Твердіння відформованих зразків проходило в металевих формах, накритих зволоженою тканиною, в природних умовах лабораторії, наступне збереження зразків відбувалось в природних умовах.

Експериментальні дослідження усадки і повзучості бетону проводили у відповідності до вимог ГОСТ 24544-81 [4] і рекомендацій [6]. Дев’ять призмових зразків навантажували у віці 98 діб, напруженням рівним 441МПа (0, 16 Rb). Для визначення призмової міцності, величини тривалих навантажень, були випробовані три зразки призм. В призмах, підготовлених для тривалих випробувань, в торцях влаштовували металеві пластини товщиною 30 мм. Навантаження на зразки передавали через стальну кульку діаметром 25 мм, яку встановлювали точно в середині заглиблення металевої плитки. Деформації повзучості бетону вимірювали індикаторами годинникового типу з ціною поділки 0, 001 мм на базі 270 мм, встановленими вздовж осі на двох бічних поверхнях призми за допомогою металевих рамок. Для встановлення рівня тривалого навантаження було випробовано 9 призм. Навантаження призмених зразків виконували в пружинно-важільних установках (рис. 1). Установка являє собою важільну систему, в якій встановочним гвинтом 4 через пакет пружин 3 та важіль 2 здійснювали навантаження на зразок 5. Величину прикладеного навантаження визначали зразковими динамометрами ДОСМ-5, встановленими через центрові кульки на досліджуваних призмах. При зменшенні навантаження виконували дозавантаження випробуваних зразків встановочним гвинтом 4.

Відліки показників індикаторів на навантажуваних зразках для визначення деформацій повзучості бетону знімали безпосередньо після навантаження і далі через 0, 5; 1; і 3 години. Наступні відліки фіксували у відповідності до рекомендацій [4] через добу, 3, 7, 14 діб, подальші 6 тижнів – щотижня, далі – один раз в два тижні. Після витримки призм під навантаженням на протязі 188 діб, зразки розвантажували.

Одночасно з тривалими випробуваннями були встановлені 3 призми для вимірювання деформацій усадки. Індикатори на цих призмах встановлювали так, як на призмах, що піддавались короткочасним навантаженням. Деформації усадки фіксували паралельно з деформаціями повзучості. На протязі всього періоду випробувань в дослідній лабораторії фіксували температуру і відносну вологість повітря. Величина усадки, визначена на ненавантажених зразках, була прийнята рівною усадці навантажених призм.

 

Рис. 1. Пружинно-важільна установка для тривалого випробування призм

 

Зміну значень середніх відносних деформацій тривалої повзучості, усадки досліджуваного крупнозернистого бетону в часі представлено на рис. 2, а відносної вологості і температури повітря в приміщенні лабораторії, де проводили дослідження наведено на рис. 3.

Так, як зразки бетонних призм завантажували в старому віці, основні деформації усадки практично стабілізувались. Коливання величин усадочних деформацій пояснюється змінами температурно-вологісних умов в лабораторії, де перебували зразки в процесі випробувань. Як видно з рисунку 3 в період від 100 до 190 діб спостережень, вологість в приміщенні лабораторії значно зросла, внаслідок виключення опалювальної системи в весняний період і процеси усадки та повзучості уповільнились (рис. 2). Значення відносних деформацій усадки не чинили суттєвого впливу на величину сумарних деформацій бетону. Повзучість бетону залежить в основному від повзучості цементного каменю, зчеплення розчину з заповнювачем і модуля пружності заповнювача, а також від віку і міцності бетону, його складових і від вологості середовища.

 

Рис. 2. Середні відносні деформації повзучості (εcr) та усадки (εsh) бетонних призм

 

Рис. 3. Відносна вологість та температура повітря

 

З рисунку 2 видно, що значення середніх відносних деформацій повзучості бетону особливо інтенсивно збільшувалось в період перших 45-ти діб випробувань. Після спостерігається відносна стабілізація деформацій повзучості. Експериментально встановлені значення деформацій усадки і повзучості бетону, які на період 190 діб від початку завантаження склали відповідно εsh=5, 36х10-5 і εcr=46, 09х10-5. Величина міри повзучості бетону, визначена у віці випробувань 190 діб, становила СB= εcr/σb=10, 44х10-5 МПа-1.

Деформації усадки εsh в крупнозернистому бетоні в умовах вільного волого обміну з навколишнім середовищем в старому віці не чинять суттєвого впливу на його сумарні деформації. Коливання усадочних деформацій викликане змінами температурно-вологісних умов дослідної лабораторії.

 

1. ГОСТ 8735-88*. Песок для строительных работ. Методы испытаний. – М. : Издательство стандартов, 1988. -29 с.

2. ГОСТ 8269-87*. Щебень из естественного камня, гравий и щебень и з гравия для строительных работ. Методы испытаний. – М. : Издательство стандартов, 1986. -15 с.

3. ГОСТ 22685-77. Формы для изготовления контрольных образцов бетона. Технические условия. – М. : Издательство стандартов, 1977. -9 с.

4. ГОСТ 24544-81. Бетоны. Методы определения деформаций усадки и ползучести. М. : Издательство стандартов, 1985. – 23 с.

5. Макаренко Л. П., Фенко Г. А. Авторское свидетельство (11) 01п3/08 (72). Приспособление для испытания бетонных призм на центральное растяжение и сжатие. М., 1973. -4 с.

6. Методические рекомендации по исследованию усадки и ползучести бетона. МР-1-75. М, : НИИЖБ Госстроя СССР, 1975. -117 с.