Нарастание прочности бетона во времени

Как известно, марочная порочность бетона определяется н< 28-е сутки твердения образцов в нормальных температурно-влажностных условиях. Твердение бетона продолжается еще на протяжении длительного времени, но прирост прочности идет крайне медленно. Только за два-три года последующего твердения прирост прочности бетонов на портландцементе может достичь значений, набранных за первые 28 дней. Прч длительных сроках ввода сооружений в эксплуатацию необходимо учитывать дополнительное к марочной нарастание прочности бетона во времени, что может дать ощутимую экономию цемента

Как видно, значения коэффициентов нарастания прочности бетона имеют значительные колебания.

Рост прочности бетонов во времени зависит от многих факторов, главным образом от качества цементов, характеристик заполнителей, содержания воды в бетоне и условий его твердения. На характер нарастания прочности значительно влияет минералогический состав цемента. Алитовые портлаадцемен-ты быстро набирают прочность в первые сроки твердения (до 28 суток), в дальнейшем нарастание прочности идет весьма медленно. Белитовые цементы, наоборот, медленно набирают прочность в первые сроки, зато после 28 суток прирост прочности у них идет значительно интенсивнее, нежели у алитовых. Еще медленнее твердеют в первые сроки пуццолановые порт-ландцементы и шлакопортландцементы, но интенсивность набора прочности бетонов с их применением в более поздние сроки (три месяца — один год) значительно выше, чем бетонов на обычных портландцементах.

Как правило, с повышением активности цементов рост прочности бетона увеличивается в первые сроки твердения и уменьшается в отдаленные.

Для бетонов с высокими значениями В/Ц (от 0,6 до 0,8) оптимальными для набора прочности во времени являются условия воздушно-влажностной среды при относительной влажности около 90%, обеспечивающие медленное испарение воды из бетона. Для бетонов с низкими iB/Ц (от 0,3 до 0,5) оптимальными для твердения являются условия стопроцентной влажности, обеспечивающие поглощение влаги из окружающей среды.

От времени твердения зависит и отношение прочности бетона на растяжение к его прочности на сжатие; как правило, это соотношение понижается в первые три месяца твердения, а затем стабилизируется.

Усреднив данные нарастания прочности для бетонов на-наиболее часто применяемых цементах и заполнителях, с подвижностью смесей 3—6 см и водоцементными отношениями-0,4—0,6, твердеющих в нормальных воздушно-влажностных условиях, можно построить график зависимости прочности бетона от времени твердения ().

Зависимость между напряжениями и деформациями

Увеличение вязкости гелеобразной части цементного камня в бетоне и кристаллизация новообразований во времени характеризуются нарастанием его упругих и уменьшением вязкопластичных свойств.

В нормах за характеристику упругости бетона принимается начальный модуль упругости, который представляет собой отношение величины.напряжения к величине" деформации, причем величина напряжений должна быть менее 20% призменной прочности. Условно считается, что при. таких напряжениях и кратковременной нагрузке пластические деформа-цитцНэетоне еще очень малы и между напряжением и деформацией существует линейная зависимость.

Начальный модуль упругости бетона увеличивается с увеличением его прочности и при изменении марки бетона от 100 до. 400 меняет соответственно значения примерно от 190 000 до 350 000 кГ/см2.

Модуль полных деформаций бетона — величина переменная, зависящая от напряжения,.и может быть выражен тангенсом угла наклона касательной, проведенной в точке с рассматриваемым напряжением

Другие виды деформации бетона

Предельные деформации бетона, при которых начинается разрушение, зависят от его марки и длительности приложения нагрузки. Обычно предельная сжимаемость тяжелых бетонов колеблется в пределах от 0,8 до 3 мм/я, в среднем ее принимают равной 2 мм/м. Предельная растяжимость бетона в 10-20 раз меньше, в среднем ее значение равно 0,1 мм/м.

Коэффициент Пуассона, коэффициент поперечной деформации бетона v, при нагружении бетона до предела трещин образования колеблется от 0,1 до 0,3; по нормам его принимают 0,15.

Коэффициент линейного расширения 'бетона <р при охлаждении и нагреве в среднем принимают равным 10- Ю-6 Пград. что почти соответствует коэффициенту линейного расширении стали (р=12-10_6 Пград). Это обстоятельство чрезвычайно важно для совместной работы стальной арматуры и бетонного камня в железобетоне.

Указанное положение нарушается при замораживании насыщенного водой железобетона, в котором деформации арматуры и бетона не совпадают не только по величине, но и по знаку, что приводит к развитию значительных внутренних напряжений, могущих вызвать разрушение конструкций.

Усадка и набухание

При твердении бетонных изделий на воздухе они постепенно уменьшаются в объеме — происходит усадка, при твердении в воде несколько увеличиваются в объеме — происходит набухание.

В первые один-два дня твердения, когда цементный камень не обладает еще достаточной прочностью, усадка связана с контракцией и усилением действия капиллярных сил вследствие испарения воды; при этом бетон сравнительно легко необратимо деформируется без развития существенных внутренних напряжений. При дальнейшем твердении усадка продолжается; она, как и раньше, связана с удалением воды из цементного камня; ее интенсивность зависит от относительной влажности воздуха и может быть качественно представлена графиком

Большинство ученых считают, что причиной усадки в высыхающем бетоне является испарение воды из микрокапилляров и удаление адсорбционной и цеолитной воды из слоистых новообразований. При (последующем увлажнении высохшего бетона наблюдается некоторое увеличение объема, но необратимая часть усадки достигает 30—50%. Необратимость усадки вызвана усилением сцепления новообразований под действием Ван-дер-Ваальсовых и химически сил, а также необратимыми разрушениями структуры.

Усадка выражается тем сильнее, чем больше в бетоне цементного камня, больше исходное В/Ц, ъ в цементном камне больше гелевой составляющей. Полное значение усадки для цементного.камня составляет 9—'15 мм3/м3, или при линейном выражении 3—5 мм/м.

Наличие в растворе и бетоне, помимо цементного камня, скелета заполнителей уменьшает усадку: так, для дементно-песчаных растворов ее значения составляют 0,6—1 мм/м, для бетонов 0,2—Х),5 Мм/м. Уменьшение усадки в бетоне, с одной стороны, улучшает условия работы колструкций, с другой. вызывает увеличение в них внутренних напряжений.

Неравномерность усадки внешних и внутренних - слоев в массивных бетонных сооружениях вызывает появление усадочных трещин. Для их предотвращения необходимо увлажнять поверхности конструкций до набора бетоном 40—60% марочной прочности.

Бетонные изделия, /подвергнутые тепловой обработке, имеют пониженное значение усадки; особенно эффективна автоклавная обработка, понижающая усадку бетонных изделий в 2 3 раза. Указанные явления связаны с «огрублением» геля, т. е. увеличением размеров его частиц и кристаллической части цементного камня.

При длительном.нахождении цементного камня в воде осмотическое давление в гелевых оболочках вызывает их набухание, разрывы и в связи с этим усиление гидратации час-тиц цемента, что вместе взятое и вызывает объемное увеличение цементного камня и бетона — их набухание. Деформации набухания положительно влияют на качество бетона, вызывая его самоуплотнение; внешне эти деформации проявляются в 5—10 раз слабее, чем деформации усадки.

Эластические деформации, ползучесть и релаксация напряжений в бетоне

Рассмотрим поведение бетона как упруго-вязко-пластичко го тела во времени при постоянном напряжении и затем при постоянной деформации.

Согласно гипотезе, развиваемой А.Е. Шейниным и др. под длительным действием нагрузки происходит вязкое тече ние гелевой составляющей цементного камня с перераспределением напряжений на кристаллическую фазу, что вызываем развитие в ней микротрещин

При длительных нагрузках, величина которых вызывает Напряжения менее 50—60% предела прочности бетона при Сжатии, развитие деформации ползучести носит линейный характер без видимого нарушения микроструктуры бетона. При увеличении нагрузки наблюдается значительное увеличение деформаций ползучести #и развитие микротрещин, а при значении.напряжений, равном 0,8—0,9 предела прочности бетона» он может постепенно разрушиться.

Затухание ползучести во времени связано с увеличением вязкости гелевой составляющей цементного камня, ее уплотнением, развитием кристаллических образований и перераспределением напряжений на них.

Величина ползучести возрастает с увеличением количества цементного камня в бетоне, при -повышенном содержании гелевидной составляющей в цементном камне, повышенных значениях водоцементного отношения, работе затвердевшего бетона в водонасыщенном состоянии.

Ползучесть уменьшается у бетонов после тепловлажностной и особенно после автоклавной обра-ботки. Влияние этих факторов на структуру бетона было объяснено при рассмотрении усадки бетона.

Ползучесть бетона имеет большое практическое значение для работы конструкций. В массивном бетоне она снижает напряжения от усадки и,температурных градиентов, в железобетонных конструкциях уменьшает напряжения в бетоне и передает их на арматуру, но в то же время увеличивает прогиб изгибаемых элементов, в напряженно-армированных конструкциях вследствие ползучести могут происходить значительные потери предварительного напряжения арматуры.