ВЫСОКОПРОЧНЫЙ БЕТОН

ХАРАКТЕР ВЗАИМОСВЯЗИ МЕЖДУ ПОЛЗУЧЕСТЬЮ И ПРОЧНОСТЬЮ БЕТОНА

Попытки отыскать такую взаимосвязь неоднократно предпринимались в последние годы. Первая из них была сделана в 1950 г. в Цюрихской лаборатории испытания ма­териалов [199]. Предельное значение меры ползучести неармированного бетона произвольного состава при за - гружейии его в возрасте 28 суток было предложено оце­нивать по формуле

Cm(28) = -|, (VI.7)

Где R — кубиковая прочность бетона в возрасте 28 суток; ki — безразмерный коэффициент, зависящий от относитель­ной влажности среды 0. Например, при 0 = 70% h = =2500 • Ґ0-6.

Позднее эта формула была уточнена по предложению Вёльми [1991:

Ст(28) = ».Д/Д(Д + 0.33Ц) f (VI.8)

R

Где В и Ц — весовые расходы воды и цемента на 1 м3 бе­тонной смеси; — коэффициент, числовое значение ко­торого для указанных выше условий влажности воздуха составляет 14 • Ю-6.

В 1959 г. А. Гуммель на основании результатов своих опытов с бетонами одинакового весового состава [157] предложил оценивать предельное значение меры ползу­чести бетона по формуле

Cm( (Vi.9)

R /(Rm/R)*

Где Vn — содержание пор по объему в цементном камне бетона, вычисляемое в предположении, что химически свя­занная вода составляет 15% веса цемента; Rm—предель­ное (при T оо) значение кубиковой прочности бетона; k3 — безразмерный коэффициент, который для условий опытов Гуммеля (г — 5 см, 0 = 65%) оказался равным 94 • Ю-6.

Рекомендации Европейского комитета по бетону [96] также позволяют представить меру ползучести в виде вы­ражения, которое содержит в качестве одного из парамет­ров марочную прочность бетона:

Ст(28) = --- , (VI. 10)

VR

Где — коэффициент, зависящий от размеров сечения элемента и влажности окружающей среды. Например, для принятых исходных условий (г = 2,5 см, 0 = 70%) = = 0,92 - Ю-6.

Сравнивая рассмотренные выражения, приходим к вы­воду, что для одного и того же бетона и прочих равных условий они по-разному оценивают величину меры ползу­чести. В табл. И в качестве примера приведены расчетные значения Ст(28) по формулам (VI.7) — (VI. 10) для ориен­тировочных составов бетона марок 200, 400 и 600 в усло­виях загружения, принятых за исходные (г = 2,5 см, 0 = 70%, т = 28 суткам)[2].

Расхождения в величинах Ст(28) для бетона заданной прочности будут сохраняться и при любых других возмож­ных вариантах дозировки составляющих для получения бетона данной марочной прочности.

Аналогичные несоответствия обнаружены и в других известных в настоящее время рекомендациях, устанавли­вающих численные соотношения меры ползучести тяжелого бетона и его прочности (без учета других технологических параметров). Предлагаемые зависимости Cm(28) —f(R), со­поставленные между собой применительно к одинаковым исходным условиям загружения бетона, различаются не только количественно, но и качественно (см., например, кривые 3 и 4 на рис. 48).

Большинство рассмотренных зависимостей, как ана­литических (табл. 11), так и в численной форме (рис. 48), относятся к бетонам обычной прочности (марки до 600). Трудно судить, в какой мере они применимы для бетонов

Высоких прочностей, тем более что попытка экстраполиро­вать соответствующие зависимости в эту область приводят к разным результатам. В то же время надежное прогно­зирование деформаций высокопрочного бетона возможно лишь при наличии устойчивой корреляционной связи

Между ползучестью тяжелого бетона и его прочностью в широком диапазоне изменения последней.

При анализе данных табл. 11 и рис. 48 возникает вопрос о том, насколько универсальны непосредственные связи такого рода для любого тяжелого бетона рассматриваемой категории. Существующие точки зрения на этот счет весьма противоречивы.

По мнению А. В. Саталкина [78], Невилля [171], Кли- гера [163], деформативная способность бетона закономер­но уменьшается по мере роста его прочности в момент за­гружения (т. е. в данном случае марочной прочности). И. Н. Серегин [79] пришел к выводу, что марка тяжелого бетона сама по себе позволяет достаточно надежно судить

JJ9

О свойствах ползучести этого материала, и влиянием дру­гих технологических параметров можно пренебречь. По мнению других исследователей, в частности Лермита [52], форма соответствующей связи далеко не доказана, посколь­ку систематические исследования в этом направлении от­сутствуют. И. И. Улицкий [94], утверждает, что прочность бетона вообще не может служить критерием для оценки свойств ползучести.

Однако экспериментальные результаты формально не дают достаточных оснований для любого из этих утвержде­ний. В опытах Гуммеля [157] испытанию на ползучесть под­вергались, например, два различных состава бетона ( на разных цементах), имеющего примерно одинаковую куби - ковую прочность в 28-суточном возрасте (504 и 519 кГ/см2). У образцов, загруженных в этом возрасте, через 1100 суток обнаружена различная ползучесть (мера ползучести 5х 10_6 и 8х 10~6 соответственно). В то же время в подоб­ных испытаниях Хансона [150] ползучесть бетона двух составов, приготовленного на разных цементах и имею­щего примерно одинаковую кубиковую прочность (485 и 550 кГ/см2), оказалась через 1000 суток также примерно одинаковой (мера ползучести 10,9 х 10~6 и 10,3 X Ю-6). Аналогичные результаты получены в опытах Уоша [205].

Отмеченные противоречия и расхождения не нашли до настоящего времени удовлетворительного объяснения. Учитывая характер влияния важнейших технологических факторов на ползучесть тяжелого бетона и его прочность, попытаемся проследить принципиальную форму взаимо­связи этих характеристик материала. Для этого про­анализируем значение меры ползучести бетона в принятых исходных условиях загружения (г = 2,5 см, 8 = 70%,

% = 28 суток), полагая в выражении (VI. 1)

= =

Т. е.

Cn = Cm(28)=Q„(28)K& (VI.11)

Где Сн — так называемое нормативное значение меры ползучести, отражающее совместное влияние трех главных технологических параметров ВІЦ и рт) при прочих одинаковых условиях.

Подставляя в выражение (VI. 11) эмпирические зави­симости (VI.2), (VI.3) и (VI.4), а также используя из-

В работе [1101 было показано, что числовые значения функции цементоводного отношения г (в квадратных скобках) при изменении аргумента в возможных пределах 2 = 1,54-3,25 (В/Ц= 0,3-^0,7) остаются практически не­изменными и составляют 1,10—1,12. Влияние активности цемента R ц при заданной прочности бетона R также не­значительно для любой из существующих марок портланд­

От 1,25 —1,50. И в том, и в другом случае можно опериро­вать средними значениями обеих указанных функций, до­пуская максимальную погрешность не более ±10%. При­нимая также среднее значение коэффициента А = 0,56, рекомендуемое для бетона на материалах среднего каче­ства [82], удается свести выражение (VI. 12) к весьма про­стой зависимости:

(VI.13)

Где R — кубиковая прочность (марка) бетона в 28-суточ - ном возрасте; В — расход воды в литрах на 1000 л ( 1 м3) Бетонной смеси: Kn — постоянный безразмерный коэффи­циент, равный примерно 16х10~6.

Точно такой же результат получается [110], если опе­рировать значениями активности цемента Rn по старому ГОСТ 310—41.

Таким образом, в силу определенных взаимозависимо­стей трех главных технологических параметров бетонной смеси их суммарное влияние на ползучесть бетона мо­жет быть учтено через две независимые характеристики — марку бетона R и расход воды в бетонной смеси В. Преиму­щества данного пути с точки зрения упрощения методов оценки деформаций ползучести и удобства использования этих методов очевидны.

Выражение (VI. 13) положено в основу методики оцен­ки величины деформаций ползучести тяжелого бетона ма­рок 150—600, рекомендованного «Указаниями по проекти­рованию железобетонных мостов» СН 365—67 [92].

На основании полученного выражения (VI. 13) с учетом экспериментальных данных о влиянии старения бетона на деформации] ползучести (см. главу VIII) удается сформу­лировать [110] общее положение о характере связи между величиной меры ползучести бетона Ст(т) при загружении в произвольном возрасте т и его абсолютной прочностью Rx В том же возрасте. Подстановка эмпирического выражения (VIII.2), приведенного в главе VIII, в формулу (VI. 13) после несложных преобразований дает

(VI. 14)

Числовые значения функций в квадратных скобках весьма близки к единице при изменении аргумента Rx/R в диапазоне 0,7 ^ Rx/R ^ 1 и резко уменьшаются вне указанного диапазона. Таким образом, лишь при выпол­нении условия 0,7 ^ R%/R ^ 1

(VI.15)

И, следовательно, мера ползучести бетона может быть свя­зана с его абсолютной прочностью в момент загружения Rx Только на определенной стадии твердения. Именно благо­даря этому можно пользоваться формулой (VI. 13), представ­ляющей частный случай выражения (VI. 15) при Rx = R.

При загружении бетона на более ранних или более позд­них стадиях процесса твердения связь в форме (VI. 15) уже не прослеживается. При Rx/R < 0,7 оценка дефор­маций ползучести по абсолютной прочности бетона Rx Привела бы к их завышению за счет неучитываемого сущест­венного влияния роста прочности после приложения на­грузки. При Rx/R > 1 возможно аналогичное явление, но уже за счет превалирующего влияния изменения гигро- метрического состояния твердеющего бетона (см. главу VIII). В пределах 0,7 ^ Rx/R ^ 1 действие обоих ука­занных факторов, по-видимому, таково, что оно взаимно уравновешивается.

Однако и в последнем случае, как следует из выражений (VI. 13) и (VI. 15), никакой однозначной зависимости между мерой ползучести бетона и его прочностью в момент загру­жения не существует. Эта зависимость представляется в виде серии гиперболических кривых, каждая из которых соответствует определенному постоянному расходу воды
в смеси. Поэтому нормирование деформаций ползучести различных по составу бетонов (даже при прочих равных условиях) в функции только их прочности является мето­дически неправильным и неизбежно приводит к разноре­чивым результатам (см. рис. 48).

В выражении (VI. 13) это обстоятельство учитывается тем, что наряду с прочностью R здесь используется второй независимый параметр — расход воды в смеси В. Сравним полученное выражение с приведенными ранее аналити­ческими зависимостями (VI.7)—(VI. 10) применительно к одинаковым исходным условиям загружения бетона и по­пытаемся выяснить, чем обусловлены различия в форме этих зависимостей.

Формулы Вёльми (VI.8) и рекомендаций ЕКБ (VI. 10) можно рассматривать, как выражение (VI. 13), в котором наряду с множителем B/R вместо постоянного коэффициен­та kn фигурируют некоторые функции:

В формуле Вёльми (VI.8) k'n = 14(Ј/Z(+ 0,33) 10"6;

В формуле ЕКБ (VI. 10) ^-0,92/^(В/Д + 0,33)10~6.

Легко установить, что возможное в обычных пределах изменение числовых значений K'N и K"N оказывает по срав­нению с множителем B/R второстепенное влияние на ре­зультаты подсчетов по обеим формулам. Эти значения до­статочно близки к величине коэффициента Kn = 16 • Ю-6 в формуле (VI. 13), однако в формуле Вёльми они умень­шаются, а в формуле ЕКБ, напротив, увеличиваются по мере повышения марочной прочности бетона (наилучшее совпадение с Ku = 16 • Ю-6 получается соответственно у бетона низких или высоких марок). Наиболее стабильны при этом значения k"n в формуле ЕКБ, поскольку входящие в него параметры В/Ц и ]/"/? изменяются при прочих рав­ных условиях взаимно противоположно.

Таким образом, формулы Вёльми и особенно ЕКБ в не­явном виде отражают по существу те же принципиальные связи, что и выражение (VI. 13), но в более сложной фор­ме (при переменных коэффициентах k'n и k'n). Зависимость (VI. 13) с постоянным значением коэффициента позволяет оправданно упростить практические расчеты, кроме того, она больше соответствует экспериментальным закономер­ностям (см. табл. 13).

Что касается формул Цюрихской лаборатории (VI.7) и Гуммеля (VI.9), то они представляют собой не более как частные случаи выражения (VI. 13).

Первая из них получается, если принять в формуле (VI. 13) 155 л! мг. Поэтому формула (VI.7) может да­вать удовлетворительные результаты лишь при оценке де­формаций бетонов разной прочности, имеющих указанную постоянную дозировку воды.

Формула Гуммеля практически не отличается от выра­жения (VI. 13), если записать последнее применительно к конкретной величине расхода цемента в исследованных Гум - мелем бетонах (Ц ж 340 кг1мв = const), т. е. представить (VI. 13) в виде

Г 1П6_ 16-330В/Ц 5 44ОВ/Ц Сн'Ш R R '

Одновременно преобразуем формулу Гуммеля, учитывая, что входящее в нее значение пористости цементного кам­ня Va для обычного диапазона изменения ВІЦ = 0,34-0,6 Примерно пропорционально этой величине, т. е. Va(%) ж « 0,8 ВІЦ • 100. Отношение Rm/RВ той же формуле ко­леблется обычно в узких пределах Rm/R =1,24-1,5 (см. гла­ву VIII). С учетом этих соображений формула Гуммеля принимает вид

94-0,8В/Д. 100 (5 800 ~6 600)5/Д

Г (9R. 106 — =;_____ ; '

І" (1,13 - г 1,30)R R

(т. е. полностью совпадает с предыдущим выражением не только по форме, но и порядку величин). Поэтому фор­мула Гуммеля (VI.9) может быть использована только для оценки деформаций бетонов с неизменным расходом цемента порядка 350 кг/м2.

Таким образом, полученное выражение (VI. 13) яв­ляется наиболее простой и в то же время достаточно общей зависимостью деформаций ползучести от прочности бетона для тяжелых бетонов рассматриваемой категории.

Можно ожидать, что для высокопрочных бетонов наибо­лее близкие результаты при оценке величины деформаций могут быть получены по формулам (VI. 13) и ЕКБ. Фор­мулы Гуммеля и Вёльми мало пригодны в этом случае и будут давать заниженные значения деформаций.