Влажностные деформации гидротехнических конструкций из модифицированного фибробетона

4/2010 М1 ВЕСТНИК

ВЛАЖНОСТНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ МОДИФИЦИРОВАННОГО ФИБРОБЕТОНА

HUMIDITY DEFORMATION OF THE FIBRE REINFORCED CONCRETE HYDRAULIC STRUCTURES

А.Д. Истомин A.D. Istomin

МГСУ

Одним из видов влажностных деформаций фибробетона являются деформации усадки. В настоящей работе представлены результаты экспериментов по исследованию деформаций усадки модифицированного бетона.

Shrinkage deformation of the steel fibre concrete are one type of humidity deformation. The results of experiments on research of shrinkage deformation of the modification fiber reinforced concrete are submitted in the presented paper.

Одним из направлений повышения надёжности и долговечности железобетонных конструкций в гидротехническом строительстве является применение фибробетона. Фибробетон обладает повышенной прочностью на растяжение, трещиностойкостью при силовом и температурно-влажностном воздействиях, ударной вязкостью, сопротивлением истираемости.

Одним из видов влажностных деформаций фибробетона являются деформации усадки. Деформации усадки появляются при изменениях влажности, связанных с нарушением гигрометрического равновесия с внешней средой. Появление этого вида деформации при ограничении перемещений конструкций или в связи с неравномерным распределением их по объему фибробетона влечет за собой возникновение напряжений, которые вызывают появление усадочных трещин.

Для расчета влажностных напряжений фибробетоных конструкций необходимо располагать данными о величине свободных деформаций усадки фибробетона. Величину этих деформаций, как и для бетона, принято характеризовать коэффициентом линейной усадки ßß.

Экспериментально этот коэффициент для бетона изучен достаточно хорошо. Установлено, что величина ß стабильна и у бетона на одном и том же цементе мало изменяется при варьировании водоцементного отношения, расхода цемента, начальной влажности и его возраста. В расчетах рекомендуется, ввиду малой изменчивости коэффициента ß , принимать среднее значение, которое для: обычного тяжёлого бетона

равно ß = 30 -10~3, для модифицированного бетона ß = 32,8 -10~3.

Эти же значение рекомендуется использовать при расчётах фибробетонных кон-

ВЕСТНИК 4/2010

струкций [1]. При этом не учитываются массивность конструкций и процент армирования фиброй.

Для повышения долговечности гидротехнических бетонов в отечественной и зарубежной практике широко используются различные добавки. Повышение морозостойкости бетонов с помощью добавок основано на создании в цементном камне системы замкнутых макропор, размер которых составляет несколько десятков мкм. и на 2 - 3 порядка превышает эффективный размер пор и капилляров в цементном камне без добавок. Система макропор, создаваемая добавкой характеризуется равномерным их распределением и достаточной объёмной концентрацией, обеспечивающей среднее расстояние между двумя ближайшими поверхностями пор порядка 50 - 250 мкм.

В строительном производстве широкое распространение получили воздухововле-кающая добавка винсол и газовыделяющая добавка ГКЖ-94.

Натурные и лабораторные испытания долговечности бетона подтвердили, что наиболее эффективным средством повышения стойкости бетона в зоне переменного уровня воды оказалось применение добавки ГКЖ-94 в количестве 0,1 - 0,2 % от веса цемента.

С целью изучения влияния выше перечисленных факторов на коэффициент линейной усадки Ар, характер развития усадочных деформаций и влагопотерь фибро-

бетона во времени были исследованы деформации усадки модифицированного фибро-бетона различной массивности с различным объёмным процентом фибрового армирования.

В качестве опытных образцов использованы стандартные бетонные призмы с размерами 10x10x40 см. Первая серия изготавливалась из модифицированного бетона. Вторая серия - из модифицированного фибробетона с объёмным процентом армирования фиброй 0,5%, 1,0%, 1,5%, 2%. Каждая из серий разбивалась на три группы по три призмы в каждой. В первой группе высыхание призм происходило по всей поверхности. Эти призмы отнесены к немассивным конструкциям, так как модуль поверхности, открытой для высыхания, был равен т =45 м-1 > 15 м-1. Призмы второй группы гидро-изолировались по боковой поверхности с помощью парафиновазелиновой пасты, высыхание происходило через торцы. Эти призмы были отнесены к конструкциям средней массивности, так как 2 м-1< т =5 м-1 < 15 м-1. Призмы третьей группы гид-роизолировались практически по всей поверхности и относились к массивным конструкциям (т =0,5 м-1 < 2 м-1).

Состав модифицированного бетона по весу образцов первой серии составил 1:0, 32:1,2:2,2 (Ц/Ц:В/Ц:П/Ц:Щ/Ц). Расход цемента при этом составил 500 кг на 1 м3 бетонной смеси. В состав бетонной смеси также вводились газовыделяющая добавка ГКЖ-94 в количестве 0,15% и суперпластификатор С-3 в количестве 0,7% от массы цемента.

Для приготовления бетона в обоих случаях применялся гранитный щебень фракции 5-15 мм, речной песок с модулем крупности Мкр = 2,1, портландцемент марки 400. В качестве фибры использовалась металлическая проволока диаметром 1 мм, длиной 30 мм.

После трех суток твердения под влажными опилками призмы извлекались из опалубки, соответствующие группы покрывались парафиновазелиновой пастой, оборудовались приборами и ставились для определения деформаций усадки и влагопотерь. Испытания осуществлялись по стандартной методике, рекомендованной НИИЖБ [2].

Измерение деформаций усадки осуществлялось стационарными индикаторами часового типа с ценой деления 0,001 мм. Точность измерения при этом составила -

4/2010

ВЕСТНИК _МГСУ

0,5.10- . Для определения влагопотерь призмы периодически взвешивались на весах с ценой деления 0,01 г.

Значения предельных усадочных деформаций фибробетона определяются по формуле:

-'Лт

= Р

>

Ж10(1 -—) + к V 10 70

где ¡5, - коэффициент линейной усадки фибробетона;

к - коэффициент влияния класса бетона, отражающий увеличение усадки с падением прочности бетона /см. табл.1/;

(р - равновесная относительная влажность воздуха;

Ж10 - расчётная равновесная влажность бетона, соответствующая относительной влажности воздуха 10%, равная 0,0125 г/г для немассивных конструкций и 0,00625 г/г для массивных конструкций;

V*, - расчётная избыточная сверх равновесной влажности критическая влажность бетона /см. табл.2/.

Таблица 1

Зависимость коэффициента к в формуле (1) в зависимости от класса бетона

Класс бетона В1,5 В10 В15 В22,5 В30 В40 В45

Коэффициент к 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1,0

Таблица 2

Расчётная избыточная сверх равновесной влажности критическая влажность

т т*

бетона и

Наименование Массивность конструкции т

Немассивная т > 15 Средней массивная 2 < т < 15 Массивная т < 2

Модифицированный гидротехнический бетон с ГКЖ-94 0,016 По интерполяции 0,008

Зависимость коэффициента линейной усадки фибробетона в зависимости от объёмного процента армирования стальной фиброй представлена на рис.1. Геометрически коэффициент линейной усадки равен тангенсу угла наклона кривой относительных деформаций усадки фибробетона к оси изменений его влажности по массе.

Экспериментальные точки на представленном графике аппроксимированы функцией:

Р = 32,8 • е-°>311^ -10-3,

где ¡л, - процент фибрового армирования конструкции по объёму.

ВЕСТНИК МГСУ

4/2010

35 23 21 14

7

1

*-----

. .

._ _ _ . .

0,4 0, В 1,2 1.6

Процент фибрового армирования конструкции по объему^А

Рис. 1

Выводы

Проведенные исследования позволяют рекомендовать производить расчеты предельных деформаций усадки и соответствующих напряжений гидротехнических конструкций из модифицированного фибробетона с помощью коэффициента линейной усадки фибробетона, определяемого по формуле (2) и значений критической влажности бетона, приведенных в таблице 2.

Список литературы

1. СП 52-104-2006 Сталефибробетонные конструкции. М.: ФГУП НИЦ «Строительство» Госстроя, 2007.

2. Методические рекомендации по исследованию усадки и ползучести бетона. М.: НИ-ИЖБ Госстроя СССР, 1975. "

Bibliografia-references

1. СП 52-104-2006 Steel fibre reinforced concrete structures. M., 2007.

2. The method of testing and analyzing of creep and shrinkage of the concrete. M., 1975.

Стальная фибра, влажность, усадка, коэффициент усадки, деформации, результаты экспериментов, исследования, поперечное сечние.

Steel fibre, concrete, humidity, shrinkage, shrinkage coefficient? deformation, results of experiments, cross-section.

Москва, Большая Полянка, д. 30, кв. 44 8 499 238 53 95 nauka.07@mail.ru

Статья представлена Редакционным советом «Вестник МГСУ»