Коэффициент линейного расширения бетона

СНиП 2.06.08-87. Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений Часть 4

7. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ

КОНСТРУКЦИЙ НА ТЕМПЕРАТУРНЫЕ

И ВЛАЖНОСТНЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ

7.1. Учет температурных воздействий следует производить:

а) при расчете бетонных конструкций по прочности в соответствии с п. 5.1, а также при расчете их по образованию (недопущению) трещин в случаях, когда нарушение монолитности этих конструкций может изменить статическую схему их работы, вызвать дополнительные внешние силовые воздействия или увеличение противодавления, привести к снижению водонепроницаемости и долговечности конструкции;

б) при расчете статически неопределимых железобетонных конструкций, а также при расчете железобетонных конструкций по образованию (недопущению) трещин в случаях, указанных в п. 6.1;

в) при определении деформаций и перемещений элементов сооружений для назначения конструкций температурных швов и противофильтрационных уплотнений;

г) при назначении температурных режимов, требуемых по условиям возведения сооружения и нормальной его эксплуатации;

д) при расчете тонкостенных железобетонных элементов непрямоугольного сечения (тавровые, кольцевые), контактирующих с грунтом.

Температурные воздействия допускается не учитывать в расчетах тонкостенных конструкций, если обеспечена свобода перемещений этих конструкций.

7.2. При расчете бетонных и железобетонных конструкций следует учитывать температурные воздействия эксплуатационного и строительного периодов.

К температурным воздействиям эксплуатационного периода относятся климатические колебания температуры наружного воздуха, воды в водоемах и эксплуатационный подогрев (или охлаждение) сооружения.

Температурные воздействия строительного периода определяются с учетом экзотермии и других условий твердения бетона, включая конструктивные и технологические мероприятия по регулированию температурного режима конструкции, температуры замыкания строительных швов, полного остывания конструкции до среднемноголетних эксплуатационных температyp, колебаний температуры наружного воздуха и воды в водоемах.

Конкретный перечень температурных воздействий, учитываемых в расчетах бетонных и железобетонных конструкций основных видов гидротехнических сооружений, должен устанавливаться нормами на проектирование соответствующих видов сооружений.

7.3. В расчетах бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений на температурные воздействия при соответствующем обосновании допускается учитывать тепловое влияние солнечной радиации.

7.4. Учет влажностных воздействий при расчете бетонных и железобетонных конструкций должен быть обоснован в зависимости от возможности развития усадки или набухания бетона этих конструкций.

Допускается не учитывать усадку бетона в расчетах:

тонкостенных конструкций, находящихся под водой, контактирующих с водой или засыпанных грунтом, если были предусмотрены меры по предотвращению высыхания бетона в период строительства.

7.5. Температурные и влажностные поля конструкций рассчитываются методами строительной физики с использованием основных положений, принятых для нестационарных процессов.

7.6. Данные о температуре и влажности наружного воздуха и другие климатологические характеристики должны приниматься на основе метеорологических наблюдений в районе строительства. При отсутствии таких наблюдений необходимые сведения следует принимать по СНиП 2.01.01-82 и по официальным документам Государственной гидрометеорологической службы.

Температура воды в водоемах должна определяться на основе специальных расчетов и по аналогам.

7.7. Для сооружений I класса теплофизические характеристики бетона устанавливаются на основании специальных исследований. Для сооружений других классов и при предварительном проектировании сооружений I класса указанные характеристики бетона допускается принимать по табл. 1 и 2 рекомендуемого приложения 2.

7.8. Деформативные характеристики бетона, необходимые для расчета термонапряженного состояния конструкций, допускается принимать:

начальный модуль упругости бетона, МПа, в возрасте менее 180 сут — по формуле

где — безразмерный параметр, принимаемый по табл. 3 рекомендуемого приложения 2;

— возраст бетона, сут;

начальный модуль упругости бетона в возрасте 180 сут и более следует принимать в соответствии с п. 2.15.

Характеристики ползучести бетона следует принимать по табл. 4 рекомендуемого приложения 2.

Для сооружений I класса деформативные характеристики бетона следует уточнять исследованиями на образцах из бетона производственного состава.

7.9. Расчет бетонных и железобетонных конструкций по образованию (недопущению) температурных трещин следует производить по формулам:

а) при проверке образования трещин и определении их размеров

Для образования поверхностной трещины необходимо, чтобы условие (74) выполнялось в пределах зоны растяжения, глубина которой в направлении, перпендикулярном поверхности, была бы не менее 1,3 , где — максимальный размер крупного заполнителя бетона;

б) при недопущении трещин в конструкциях, рассчитываемых по второй группе предельных состояний,

в) при недопущении трещин в конструкциях, рассчитываемых по первой группе предельных состояний,

где и — соответственно нормативное и расчетное сопротивления бетона на осевое растяжение, определяемые в соответствии с п. 2.11;

— коэффициент перехода от нормативного сопротивления бетона на осевое растяжение к средней прочности на осевое растяжение бетона производственного состава, определяемый в соответствии с п. 7.10;

— коэффициент, учитывающий зависимость прочности бетона на осевое растяжение от возраста и принимаемый в соответствии с п. 7.11;

— модуль упругости бетона, определяемый в соответствии с п. 7.8;

— коэффициент условий работы, равный для массивных сооружений — 1,1, для остальных — 1,0;

— работа растягивающих напряжений на соответствующей разности полных и вынужденных температурных деформаций в бетоне:

где — текущее время;

— температура бетона в момент времени ;

— температурный коэффициент линейного расширения бетона;

— деформации бетона, определенные с учетом переменных во времени модуля упругости и ползучести бетона;

— растягивающие напряжения в бетоне:

где — напряжения в бетоне, определенные с учетом переменных во времени модуля упругости и ползучести бетона.

7.10. Коэффициент определяется по формуле

где — коэффициент, зависящий от установленной обеспеченности гарантированной прочности бетона и равный 1,64 при = 0,95 и 1,28 при = 0,90;

— коэффициент вариации прочности бетона производственного состава.

В проектах бетонных и железобетонныx конструкций гидротехнических сооружений следует принимать = 0,135 при = 0,95, = 0,17 при = 0,90.

7.11. Значение в зависимости от возраста бетона следует принимать для строительного периода по табл. 5 рекомендуемого приложения 2, для эксплуатационного периода, как правило, равным 1,0.

Для сооружений I и II классов коэффициент следует уточнять исследованиями на крупномасштабных образцах из бетона производственного состава.

7.12. Для сооружений I и II классов в технико-экономическом обосновании, а для сооружений III и IV классов — во всех случаях допускается расчет по образованию (недопущению) трещин от температурных воздействий производить по формуле

где — температурные напряжения в момент времени ;

— коэффициент, определяемый согласно указаниям п. 5.3;

— предельная растяжимость бетона, определяемая по табл. 6 рекомендуемого приложения 2;

— коэффициент, учитывающий зависимость от возраста бетона, определяемый по табл. 7 рекомендуемого приложения 2.

При определении коэффициента значения следует принимать равными длине участка эпюры растягивающих напряжений в пределах блока. В расчетах по формуле (79) следует принимать при см или при наличии на участке эпюры растягивающих напряжений зоны с нулевым градиентом напряжений.

ОСНОВНЫЕ БУКВЕННЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Усилия от внешних нагрузок и воздействий

в поперечном сечении элемента

М — изгибающий момент;

N — продольная сила;

Q — поперечная сила.

— расчетные сопротивления бетона осевому сжатию соответственно для предельных состояний первой и второй групп;

— расчетные сопротивления бетона осевому растяжению соответственно для предельных состояний первой и второй групп;

— расчетные сопротивления арматуры растяжению для предельных состояний первой и второй групп;

— расчетное сопротивление поперечной арматуры растяжению для предельных состояний первой группы при расчете сечений, наклонных к продольной оси элемента;

— расчетное сопротивление арматуры сжатию для предельных состояний первой группы;

— начальный модуль упругости бетона при сжатии и растяжении;

— модуль упругости арматуры;

— отношение соответствующих модулей yпpугости арматуры и бетона .

Характеристики положения продольной арматуры

в поперечном сечении элемента

— обозначение продольной арматуры:

а) для изгибаемых элементов — расположенной в зоне, растянутой от действия внешних усилий;

б) для сжатых элементов — расположенной в зоне, растянутой от действий усилий или у наименее сжатой стороны сечения;

в) для внецентренно растянутых элементов-наименее удаленной от точки приложения внешней продольной оси;

г) для центрально растянутых элементов — всей в поперечном сечении элемента;

— обозначение продольной арматуры:

а) для изгибаемых элементов — расположенной в зоне, сжатой от действия внешних усилий;

б) для сжатых элементов — расположенной в зоне, сжатой от действия внешних усилий или у наиболее сжатой стороны сечения;

в) для внецентренно растянутых элементов — наиболее удаленной от точки приложения внешней продольной силы.

— ширина прямоугольного сечения, ширина ребра таврового или двутаврового сечения;

— высота прямоугольного, таврового или двутаврового сечения;

— расстояние от равнодействующей усилий соответственно в арматуре и до ближайшей грани сечения;

-рабочая высота сечения ( );

— высота сжатой зоны сечения (бетона);

-относительная высота сжатой зоны бетона, равная

— расстояние между хомутами, измеренное по длине элемента;

— эксцентриситет продольной силы N относительно центра тяжести приведенного сечения;

— расстояние от точки приложения продольной силы соответственно до равнодействующей усилий в арматуре и ;

— номинальный диаметр арматурных стержней;

— площадь всего бетона в поперечном сечении;

— площадь сечения сжатой зоны бетона;

— площадь приведенного сечения элемента;

— площадь сечений арматуры соответственно и ;

— площадь сечения хомутов, расположенных в одной нормальной к продольной оси элемента плоскости, пересекающей наклонное сечение;

-площадь сечения отогнутых стержней, расположенных в одной наклонной к продольной оси элемента плоскости, пересекающей наклонное сечение;

— момент инерции сечения бетона относительно центра тяжести сечения элемента;

— момент инерции приведенного сечения элемента относительно его центра тяжести;

— момент инерции площади сечения арматуры относительно центра тяжести сечения элемента;

— момент инерции сжатой зоны бетона относительно центра тяжести сечения;

— статический момент площади сечения сжатой зоны бетона относительно точки приложения равнодействующей усилий в арматуре ;

— статические моменты площади сечения всей продольной арматуры относительно точки приложения равнодействующей усилий соответственно в арматуре и .

— надежности по назначению сооружения;

Читать еще:  Сколько тонн в 1 м3 щебня

— условий работы сооружения;

— условий работы бетона;

— условий работы арматуры;

— армирования, определяемый как отношение площади сечения арматуры к площади поперечного сечении элемента , без учета свесов сжатых и растянутых полок.

ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕТОНА ДЛЯ РАСЧЕТА КОНСТРУКЦИЙ

Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Расширение бетона III

В строительстве часто необходимо иметь цемент, отличающийся малым тепловыделением. Он предназначается для массивных бетонных конструкций, например, в гидротехнических сооружениях. При твердении цемента с большим экзотермическим эффектом возникает температурное расширение бетона, причем он сильно расширяется во внутренних частях массива и в меньшей степени в наружных частях, которые подвергаются естественному охлаждению воздухом или водой. Скорость и степень охлаждения тоже различны в разных зонах конструкции. Объемные деформации, возникающие при неравномерных расширении и сжатии бетона, вызывают образование трещин и иногда приводят к разрушению сооружений. Для получения цемента, обладающего небольшим тепловыделением, клинкер должен изготовляться с относительно невысоким содержанием трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината. [c.181]

Так, в морской воде присутствие хлоридов замедляет или прекращает расширение бетона под действием сульфатных растворов. Это связано с повышением растворимости гипса и гидросульфоалюмината кальция в растворах хлоридов. [c.376]

Сухой бетон не подвержен морозному разрушению, хотя при низких температурах могут сказываться различия в коэффициентах линейного расширения бетона и арматуры. Лить при насыщении водой более 90-92 % начинает заметно влиять льдистость. [c.193]

Усадка и расширение бетона. Бетон в процессе твердения изменяет свой объем. Если процесс твердения происходит на воздухе, то бетон дает усадку при твердении в воде замечается небольшое расширение, причем в массивном бетоне также наблюдается расширение, которое происходит вследствие нагревания до температур 30—60°. [c.370]

Коэффициент температурного расширения бетона составляет 0,00001. Коэффициент усадки принимается 0,00015 таким образом, на 1 м длины бетонного сооружения усадка составляет 0,15 мм. Необходимо отметить, что быстротвердеющий, белитовый и пуццолановый портландцементы обычно дают большую усадку бетона усадка бетона большая происходит также при использовании мелкозернистых и пористых заполнителей. [c.370]

Коэффициент термического расширения бетона с шамотным заполнителем и с различными тонкомолотыми заполнителями в интервале от 20 до 750° находится в пределах от 8-10-6 до 10-10- (рис. 32, а). [c.53]

Из рис. 41 видно, что относительное удлинение и коэффициент термического расширения бетона при нагревании не зависят от действия отрицательной температуры. [c.69]

Усадка бетона происходит при нагревании до 300° и составляет примерно 0,3%. При дальнейшем нагревании наблюдается расширение бетона. [c.85]

Коэффициент термического расширения бетона с шамотным заполнителем при нагревании от 100 до 800° находится в пределах 6-10-6—8-10-6 [c.85]

Значительный интерес представляют разработки по изготовлению трубопроводов из напрягающего цемента, который, создавая расширение бетона, обеспечивает натяжение арматуры (спиральной и продольной), то есть без соответствующих механизмов достигается необходимое напряженное состояние в стенках труб. Это упростит изготовление трубопроводов и снизит их стоимость. [c.363]

Так как коэффициенты температурного расширения бетона и стали по величине очень близки, то температурные напряжения не нарушают монолитности железобетона. [c.28]

В жаростойком железобетоне арматуру располагают в местах с температурой, не превышающей 350° С. При более высоких температурах температурное расширение арматуры больше, чем температурное расширение бетона, сцепление арматуры с бетоном нарушается, арматура корродирует, расширяется и разрушает бетон. [c.174]

В качестве другого примера рассмотрим случай, когда весы закреплены на бетонной стене комнаты, а отсчетное устройство типа катетометра, как иногда совершенно неправильно делается некоторыми исследователями, стоит на полу комнаты на отдельной подставке. Допустим, линия отсчета находится на расстоянии 1,5 м от пола. В этом случае изменение емпературы. в комнате на 1°С (несмотря на очень близкие коэффициенты термического расширения бетона стены и железной подставки катетометра) приведет к изменению взаимного расположения весов и катетометра на 0,005 лш, при условии их одинаковой температуры, а так как суточный ход температуры в лабораторных помещениях может вполне достигать несколько градусов, то эта величина может быть больше. Если же допустить, что вполне реально, что разность температур стены и катетометра с подставкой может достигать нескольких, например 5° С, то погрешность в измерениях может дойти до 0,1 мм вместо 0,01 мм, которую обычно 214 дают катетометры. [c.214]

Другие добавки меньше влияют на усадку. Особого внимания заслуживает добавка НКМ. В ее присутствии на ранней стадии твердения бетона наблюдается одноразовое расширение при оттаивании. Этот результат в условиях двух- и трехстороннего обжатия бетона можно использовать для повышения его непроницаемости. Однако этот же эффект вызывает необходимость в ограничении областей применения добавки НКМ или в ее осторожном использовании с учетом вызываемого одноразового расширения бетона. [c.108]

При помощи новых добавок-ускорителей можно получить не только быстро твердеющий, но и расширяющийся бетон, если только уменьшить водовяжущий фактор до некоторого мини.му-ма. Расширение бетона можно использовать двояко либо за [c.253]

Не предлагайте использовать тепловое расширение опалубки расширяющаяся опалубка потянет за собой прилипший к ней бетон, ничего не изменится. [c.122]

Разрушение футеровок из материалов неорганического происхождения происходит в результате напряжений, которые возникают в материале при резких сменах температуры из-за различия коэффициентов линейного расширения металла корпуса и материала футеровки. Футеровки неорганического происхождения применяются в виде кирпичей, плиток, фасонных деталей, цементов, бетонов. [c.152]

Горизонтальные аппараты устанавливают на бетонные фундаменты на открытых площадках и под перекрытиями зданий или постаментов. Для обеспечения тепловых расширений горизонтальные аппараты имеют подвижную опору. Основные коммуникации присоединяют, как правило, со стороны неподвижной опоры. Эти условия оказывают существенное влияние на выбор методов монтажа горизонтальных аппаратов. [c.234]

Обмуровка трубчатых печей. Обмуровка печи включает слой из фасонного огнеупорно-изоляционного кирпича толщиной до 250 мм и наружный слой тепловой изоляции. Для придания прочности и защиты от атмосферных воздействий обмуровку снаружи закрывают стальным кожухом. Применяют также печи с монолитной обмуровкой из жаропрочного бетона. Обмуровку крепят на специальных подвесках и кронштейнах, которые соединены с каркасом печи (рис. Х1-6). Боковые поверхности кирпича иногда выполняют волнистыми для обеспечения большей герметичности печи. Для возможности теплового расширения кладки устраивают температурные швы, заполненные мягкой, легко деформируемой тепловой изоляцией (например, асбестом). [c.194]

Термическое расширение бетона на периклазовом цементе при нагреве до 1450°—1,47%. Термостойкость жаростойких бетонов на шамотном заполнителе 15—25 водяных теплосмен, а да хромитовом — порядка 5. Объемный вес бетонов с хромитовым заполнителем 3200 кГ/ж , а с шамотным—1800—2000 кГ/ж . Для ответственных конструкций состав бетонов подбирается специальной лабораторией, а для неответственных конструкций может быть принят из приведенных ниже. [c.34]

При повышенном содержании окислы ЫагО, К2О и L12O не только замедляют процессы связывания СаО и образования 3S, но и вызывают образование сваров клинкер-а и колец во вращающейся печи, понижают стойкость футеровки, а также вызывают опасное расширение бетона на аморфном кремнеземпистом заполнителе. По этим причинам в ряде стран содержание R2O в разных цементах ограничивается пределами 0,6—1,2%. Содержание R2O в клинкерах, производимых основной массой отечественных заводов, колеблется в среднем в пределах 0,49—1,88. [c.228]

Относительное линейное расширение бетона в условиях свободного расширения достигает 4%. В железобетоне имеет место ограничение расширения, вызываемое сопротивлением растягиваемой (или натягиваемой) стальной арматуры, поэтому величина его составляет 0,25—0,75%. Причиной расширения также считается образование трехсульфатной формы гидросульфоалюмината кальция. Процесс расширения интенсифицируется при пропаривании изделий в интервале температур от 330 до 373 К в течение 5—6 ч. Для получения большей величины самонапряжений арматуры необходимо применять жесткие растворы, i [c.419]

При рассмотрении кривых термического расширения бетона на жидком стекле с разными заполнителями (рис. 32, б) следует отметить, что в интервале температур от 500 до 650 наблюдается заметное расширение образцов жароупорного бетона на анде-зятовом щебне и на заполнителе из полукислого огнеупора, вызванное модификационным превращением кварца, которого в этих заполнителях содержится больше, чем в шамоте. [c.53]

Ряд исследователей отмечает, что с помощью ГКЖ-94 можно значительно повысить морозостойкость жестких и сверхжестких бетонов, а также армированных железобетонных балок [5, 6]. Применение в таких бетонах СНВ малоэффективно. Величина деформации расширения бетонов при минусовых температурах существенно зависит от вида добавки. Относительная деформация, например, при —60 °С бетонов, модифицированных ГКЖ-94, примерно вдвое меньше, чем с добавками ГКЖ-10 и СНВ. [c.137]

Коэффициент линейного температурного расширения бетона на периклазовом цементе при нагревании до 1450° С равен 1,47%. Термостойкость жаростойких бетонов на шамотном заполнителе— 15—25 водяных теплосмен, а на хромитовом — порядка 5. Объемная масса бетонов с хромитовым заполнителем 3200 кг/м , а с шамотным — 1800—2000 кг1м . [c.43]

Бетоны на иуццолановол портланд-цементе при нагреве дают усадку в результате удаления воды из гидратированных новообразований цементного камня, а также усадки самой пуццо-ланической добавки. Введение в состав бетонов на пуццолановом портланд-цементе тонкомолотых (микронаполнительных) добавок способствует расширению бетонов при первом нагревании, повышению его жаростойкости и улучшению совместной работы с арматурой. [c.45]

Показано [24], что бетоны на хромоглиноземистом шлаке и 30%-ной ортофосфорной кислоте отверждаются при 20 °С. С увеличением продолжительности выдержки образцов на воздухе разрушающее напряжение бетона при сжатии повышается после 3 сут до 8,5 МН/м и после 28 сут до 16 МН/м . Огневая усадка бетона отсутствует, а при 1700°С наблюдается расширение бетона до 1%, что объясняется рекристаллизацией шлака и увеличением его в объеме. [c.158]

III. Выкрашивание кромок в швах и трещинах с образованием выбоин Воздействие транснортных средств на широкие незаполненные швы и при надвижке, одна на другую при расширении бетонных плит в жаркую ногоду Ямочный ремонт с применением цементобетонныж смесей и растворов [c.455]

Влияние щелочей. Щелочные окислы NagO и К2О вносятся в состав портландцементной сырьевой смеси полевыми шпатами, являющимися примесями в глинах и известняках, слюдистыми минералами и топливом. Щелочи, как правило, замедляют процесс спекания клинкера и вызывают опасное расширение бетона на аморфном кремнеземистом заполнителе, в связи с чем анализу их кругооборота в печных системах уделяется много внимания. [c.280]

Читать еще:  Как залить площадку бетоном

Предел прочности при сжатии жароупорного кислотостойкого бетона 135— 200 кГ1см относительный коэффищ1ент линейного расширения бетона с шамотным наполнителем при температурах 100—800° С составляет (6—8) 10- град. [c.181]

Примечание 1. Эмпирические формулы для вычисления температурного коэффициента линейного расширения бетонов в интервале температур от —30″ до 0°С ( ) и от О до +40°С ) я з вискиости от лажностк по объему т (%) и температуры Г °С следующее [c.189]

Смотреть страницы где упоминается термин Расширение бетона III: [c.288] [c.304] [c.257] [c.111] [c.111] [c.74] [c.96] [c.70] Физическая химия силикатов (1962) — [ c.67 ]

Бетон расширяющийся: свойства, сферы применения, нюансы изготовления

Бетон расширяющийся (ГОСТ 32803-2014) — это материал, содержащий в своем составе напрягающий цемент или специальные расширяющие добавки для формирования предварительного напряжения конструкций в период твердения смесей.

В результате таких условий схватывания раствора, удается получить расширяющийся бетон, обладающий повышенной плотностью, водонепроницаемостью и долговечностью (см. видео в этой статье).

Объемные деформации конструкций

При производстве железобетона, во время гидратации цемента образуются коллоидные и кристаллические образования, которые по-разному могут влиять на процессы деформации, происходящие в цементном камне.

Коллоидные образования в период твердения смесей уплотняются и способствуют появлению усадочных раковин. А образуемые кристаллы, при определенных температурных условиях в момент гидратации цементного камня, могут увеличиваться в объеме, провоцируя тем самым тепловое расширение бетона, приводящее к появлению трещин на поверхности конструкций.

Усадочные деформации

Усадка по механизму возникновения делится на два вида.

  1. усадочное напряжение (расширение)
  2. усадочная деформация.

Интенсивность протекания таких деформаций зависит от показателей влажности и температуры окружающей среды.

Изменения, происходящие в результате усадочной деформации, в сочетании с таким явлением, как линейное расширение бетона, значительно снижают трещиностойкость и долговечность сооружений. Первооснова усадки — это протекающий в течение некоторого времени процесс снижения линейных размеров смеси, вызванный физико-химическими реакциями, происходящими на тот момент в структуре изделия.

Усадочные процессы можно распределить на несколько этапов:

  • пластическая деформация, происходящая в момент схватывания смеси;
  • усадка, вызванная последующим твердением смесей (до 28 дней);
  • деформации, происходящие в зрелом возрасте (более 28 дней).

Коэффициент усадки представляет собой условное процентное отношение изменения начального объема материала в сравнении с его конечным значением, и обычно не превышает 1,5%.

Линейная температурная деформация

Линейное расширение — это объемные трансформации, происходящие в структуре материала под воздействием внутренних или внешних температурных факторов.

  • Коэффициент линейного расширения железобетона (α). Это относительное увеличение линейных размеров конструкций при повышении температуры на 1 K в стандартных условиях.
  • Коэффициент теплового расширения бетона. Его величина, зависит от температуры и сравнительной влажности окружающей среды. Данный параметр неразрывно связан с показателем теплопроводности материала.

На заметку: Последнее значение представляет собой способность изделия аккумулировать, или проводить тепло через свою структуру. Чем выше плотность — тем выше этот параметр.

  • Коэффициент линейного расширения бетона. Равен 0,00001 (°С) -1 — то есть, при повышении температуры до +50°С, линейное расширение будет иметь значение 0,5 мм/м.
  • Коэффициент расширения бетона. Также зависит от марки цемента и состава заполнителей.

Заполнитель и цементный камень владеют разными коэффициентами теплового расширения. Поэтому, при изменении температурных условий эти компоненты ведут себя неодинаково, в результате чего возникают объемные напряжения в структуре изделия, способствующие образованию трещин как на поверхности, так и внутри материала.

Для предотвращения трещинообразования, температурного расширения и усадочных деформаций в современном строительстве предусмотрен целый комплекс мероприятий:

  • расширительные швы в бетоне (деформационные или температурные);
  • повышение частоты армирования конструкций;
  • разделение монолитных поверхностей на отдельные автономные блоки и др.

Однако все эти методы значительно повышают себестоимость строительства и не всегда действуют результативно в отношении повышения эксплуатационных характеристик. Наиболее эффективным способом устранения вышеописанных недостатков является использование расширяющихся и напрягающих вяжущих.

Расширяющиеся и напрягающие бетоны

Бетоны напрягающие — это смеси на основе напрягающих цементов, способные в начальной фазе твердения увеличиваться в объеме и растягивать находящуюся в непосредственном контакте арматуру, которая в результате таких процессов получает эффект самонапряжения (обжатия).

  • Причем, арматурные стержни растягиваются независимо от их направления и схемы расположения в структуре изделия, что способствует получению двухосного объемного самонапряжения конструкций.
  • Механизм действия расширяющихся материалов основан на создании контролируемого направленного кристаллообразования в период твердения цементного камня, что способствует регулированию процесса объемных деформаций в пластической структуре изделия.
  • Применение расширяющихся быстротвердеющих бетонов, благодаря регулируемому линейному расширению, позволяет значительно компенсировать последствия усадочных деформаций, повысить трещиностойкость и сроки эксплуатации зданий и сооружений.

В практике существуют два основных вида расширяющихся материалов:

  • с нормируемой величиной обжатия;
  • с компенсированной усадкой, но с ненормируемым самонапряжением (обжатием).

Помимо этих категорий, можно выделить в отдельную группу расширяющиеся мелкозернистые смеси, применяемые для ремонтно-восстановительных работ.

Основные характеристики напрягающих бетонов (ГОСТ 32803-2014):

  1. Для тяжелого предусматривают следующие классы на сжатие: B20—B90; на растяжение — Bt0,8—Bt4,0.
  2. Для легкого: на сжатие — B10—B40; на растяжение — классы Bt0,8—3,2.
  3. С учетом величины напряжения, бетон классифицируют по следующим маркам: Sp0,6—4,0.

Подсказки: марки по самонапряжению Sp 0,6—1,0 относят к разряду бетонов с компенсированной усадкой, а классы Sp 1,2—4,0 к расширяющимся смесям с нормируемым обжатием.

  1. По морозостойкости F200—F
  2. По водонепроницаемости: тяжелые —W12—W20, легкие — W8—W
  3. Данный материал обладает высокой прочностью (40–70 Мпа). Причем, рост этого значения особенно интенсивно наблюдается в раннем возрасте (28 суток). По истечении трех месяцев прочность на растяжение—сжатие увеличивается на 30%, а по достижению 6 месяцев — на 40%.
  4. Отсутствует коррозия арматуры.
  5. Высокая сульфатостойкость.
  6. Газопроницаемость в 40 раз ниже в сравнении с тяжелыми бетонами на портландцементе.

Применение

Отмеченные свойства данного материала позволяют его эффективное применение как в монолитных, так и в сборных железобетонных конструкциях:

  • при строительстве несущих элементов и проезжей части мостов, что позволило увеличить несущую способность на 12–16%;
  • для строительства энергетических объектов ТЭЦ, ГЭС, АЭС и др.;
  • при сборном строительстве туннелей метрополитена;
  • при возведении напрягающих конструкций спортивного назначения (крытые спортивные арены и пр.);
  • при производстве железобетонных труб высокого давления;
  • для оборудования покрытий кровель и устройства прочных промышленных полов;
  • широкое использование при устройстве надежных гидроизоляционных покрытий, наносимых методом торкретирования.

Расширяющийся бетон производится на основе напрягающего и безусадочного цемента с использованием крупных и мелких заполнителей природного происхождения.

Расширяющиеся цементы представляют собой смеси, состоящие из портландцемента или глиноземистого цемента со специальными добавками, обеспечивающими увеличение объема структуры цементного камня на начальном этапе твердения.

В качестве добавок обычно выступают:

  • гипс;
  • глиноземистые шлаки;
  • гидроалюминаты кальция.

В процессе гидратациии цементного камня образуются гидросульфоалюминатные соединения кальция, в момент формирования которых возникает эффект расширения структуры, компенсирующий усадочные явления.

Наибольшее распространение получили следующие виды цементов:

  1. Водонепроницаемые расширяющиеся цементы (ВРЦ), получаемые путем смешивания глиноземистых цементов (70%), гидроалюмината кальция (10%) и тонкомолотого гипса (20%).

  1. Водонепроницаемые безусадочные цементы (ВБЦ), состоящие из тех же компонентов что и (ВРЦ), но взятыми в других пропорциях и в других объемных соотношениях. Эти цементы способны формировать цементный камень высокой водонепроницаемости, выдерживающий давление воды до 0,70 Мпа.

  1. Расширяющийся цемент (РПЦ), получаемый в результате тонкого помола и смешивания портландцемента (60%), высокоглиноземистых доменных шлаков (5–7%), гипса (7–10%) и минеральной добавки (20–25%).

  1. Гипсоглиноземистые расширяющиеся цементы (ГГРЦ), состоящие из смеси тонкоизмельченного глиноземистого доменного шлака (70%) и молотого гипса (30%).

  1. Напрягающие цементы (НЦ) производят на базе портландцемента (60–70%), глиноземистого цемента (18–20%) и двуводного гипса, совместно измельченных до показателя удельной поверхности минимум 3500 см 2 /г (см. фото).

Заполнители

Доля крупных и мелких заполнителей в бетоне, может достигать 80% от общего объема смеси, и оказывать значительное влияние на физико-химические свойства изделия. Оптимальный подбор состава данных компонентов может существенно сократить использование цемента, цена которого в значительной мере влияет на себестоимость продукта.

Кроме того, заполнители наравне с вяжущими могут улучшать технические характеристики конструкций:

  • увеличивать прочность и сдерживать деформации;
  • снижать значение ползучести;
  • принимать на себя воздействие линейных напряжений и частично компенсировать усадку.

Для приготовления расширяющихся растворов, в роли крупных заполнителей выступают гравий и щебень фракций 5–70 мм. Требования к данному материалу такие же, как и для традиционных тяжелых бетонов (ГОСТ 10268-80).

Рекомендуемая марка крупных заполнителей

В качестве мелкого заполнителя, чаще всего используют кварцевый песок мелких фракций (ГОСТ 8736-93) плотностью 2000–2800 кг/м 3 , причем, чем меньше фракция, тем выше плотность бетона.

Приготовление расширяющихся смесей

Расширяющие и напрягающие бетоны при необходимости можно приготовить своими руками, в условиях строительной площадки.

Существует два основных способа для изготовления быстротвердеющих водонепроницаемых смесей:

  • с применением напрягающих и расширяющихся цементов;
  • с использованием специальных расширяющихся добавок на основе портландцемента.

Расход модифицированных цементов и пропорции по отношению к заполнителям, такие же, как и для приготовления обычного тяжелого бетона. Инструкция для приготовления расширяющихся смесей с использованием портландцемента для каждой добавки индивидуальна. Пропорции и порядок действий описаны на тыльной стороне упаковки продукта.

Модифицирующие расширяющие добавки

При производстве быстротвердеющих расширяющих бетонов используют алюминатносульфатные и алюмооксидные добавки, обладающие как расширяющим, так и напрягающим действием.

Наиболее распространенные это:

  1. Расширяющая химическая добавка (РД) — тонкоизмельченная сухая смесь алюминатных и сульфатных компонентов, позволяющая получать изделия с высокой водонепроницаемостью, морозостойкостью и компенсированной усадкой.

  1. Добавка РСАМ — сухой порошок светло-коричневого цвета. Служит для получения безусадочного и напрягающего вяжущего на основе портландцемента. При равнозначном объеме цемента, введение добавки в состав смеси существенно повышает прочность на растяжение—сжатие, и полностью удаляет проблему возникновения трещин.

  1. Expancrete — это сухая неорганическая добавка, компенсирующая усадку. Эффект действия зависит от объема используемой присадки, водоцементного соотношения, фракции и состава заполнителя, а также частоты армирования конструкций. Поэтому, необходимое количество добавки определяют опытным путем.
Читать еще:  БСТ бетон что это


Расширяющийся бетон необходимо укладывать в опалубку с оптимальным уплотнением и последующим тщательным уходом, обеспечивающим требуемый температурный и влажностный режим, при котором исключаются незапланированные линейные расширения конструкций.

Температурные деформации бетона

Бетон, как и другие материалы, расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении. В среднем коэффициент линейного расширения бетона составляет. Однако в действительности он колеблется в зависимости от состава бетона и свойств заполнителя и вяжущего [10]. С увеличением содержания цементного камня коэффициент линейного расширения увеличивается. Например, в одном из опытов раствор состава 1:3 имел , а цементный камень ? . Определённое влияние на коэффициент линейного расширения оказывает вид заполнителя. Например, бетон на граните в опытах показал, бетон на керамзите ?, бетон на известняке ?. Зависимость коэффициента линейного расширения бетона от коэффициента линейного расширения заполнителя приведена на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1. Зависимость коэффициента линейного расширения бетона от коэффициента линейного расширения заполнителя: 1 — водное твердение; 2 ? воздушное твердение

Изменение температуры в пределах мало влияет на коэффициент температурного расширения сухого бетона, если при этом в бетоне отсутствуют физико-химические превращения. При изменении температуры влажного бетона температурные деформации складываются с влажностными усадками или расширением. При замерзании влажного бетона существенное влияние на его деформации оказывает образование льда в порах и капиллярах материала. В ряде случаев вместо деформаций сжатия при остывании бетона ниже могут наблюдаться деформации расширения, вызываемые давлением образующегося льда.

При нагревании температурная деформация бетона одновременно состоит из двух видов деформаций [9]: обратимая деформация — температурное расширение и необратимая — температурная усадка. Известная часть температурной деформации бетона является необратимой. Накапливающиеся при циклическом воздействии знакопеременные температурные остаточные деформации могут в несколько раз превышать предельную растяжимость бетона. Ко второй части температурной деформации относим соответственно деформацию полос бетона между трещинами.

Температурные деформации железобетонных элементов [9] не равны температурным деформациям бетона или арматуры, а являются функциями этих деформаций и зависят от степени армирования и вида арматуры и бетона, температуры и влажности бетона. Сначала рассмотрим влияние на деформации арматуры температурных деформаций бетона при частичном нарушении сцепления арматуры с бетоном. Это влияние проявляется двояко, из-за чего предварительно деформация бетона разделена на две части. Первая часть связана с расширением бетона по нормали к трещинам. Она влияет непосредственно на раскрытие трещин и через этот факт — на смещение арматуры относительно берега трещины.

С целью изучения влияния степени понижения температуры и увлажнения материала [9] на развитие температурных деформаций бетона при низких отрицательных температурах, были исследованы температурные деформации бетона в автоматической термокамере МПС-500, обеспечивающей температуру от 100 до . Температура в камере контролировалась по показаниям термометров сопротивления с автоматической непрерывной записью её и по показаниям ртутного термометра, дополнительно установленного в рабочем объёме камеры. Температура внутри образцов определялась по показаниям термопар, заложенных при формовании.

На предел огнестойкости изгибаемых элементов в условиях ограниченных продольных деформаций [9] существенное влияние оказывают температурные деформации бетона. Чем больше относительная величина температурных деформаций, то есть чем меньше усадка бетона, тем быстрее достигает своего максимального значения продольное усилие сжатия. Для статических расчётов необходимо иметь данные об изменении механических, упругопластических свойств и температурных деформациях бетона и арматуры при воздействии высоких температур и нагрузок, а также опытные предельные состояния железобетонных элементов при стандартном пожаре, которые можно получить только по результатам испытаний.

Деформации бетона, возникающие под влиянием изменения температуры, зависят от коэффициента линейных температурных деформаций бетона. Этот коэффициент зависит от вида цемента, заполнителя, влажностного состояния бетона и может изменяться в пределах 30%. Температурные деформации расширения пропаренного бетона и особенности бетона автоклавного твердения при одинаковой влажности и тех же составляющих значительно превосходят температурные деформации бетона нормального твердения.

При огневом воздействии происходят дополнительные потери предварительного напряжения от температурной усадки и ползучести бетона на уровне продольной арматуры, от релаксации напряжений в арматуре, разности температурных деформаций бетона и арматуры и снижения модуля упругости арматуры при нагреве.

Для предварительно напряжённых конструкций немаловажно сохранить предварительное напряжение в арматуре во время и после пожара, потеря которого происходит в основном за счёт усадки и ползучести бетона, релаксации напряжения в арматуре и разности температурных деформаций бетона и арматуры. При температуре от 450 до коэффициент температурного расширения уменьшается, с 550 до появляется огневая усадка керамзитоперлитобетона, вызванная дегидратацией гидрата окиси кальция и усадкой перлита при этих температурах. Коэффициент усадки керамзитоперлитобетона классов B25 и B30 достигает своего максимального значения при .

Для расчёта железобетонных сооружений, подвергающихся действию повышенных технологических температур с внутренней стороны и отрицательных температур с наружной, необходима также информация о температурных деформациях бетона при действии отрицательных температур. Причём температрные деформации следует определять для бетона, подвергавшегося нагреву, или без нагрева, но в процессе эксплуатации не подвергавшегося интенсивному водонасыщению. Г. И. Горчаковым, В. М. Москвиным и рядом других авторов установлено, что для свободно высыхающего старого бетона, не подвергавшегося увлажнению и предварительному нагреву, линейные температурные деформации бетона при замораживании до монотонно возрастают с понижением температуры.

В виде пара вода перемещается под влиянием градиента упругости паров [9]. Известно, что упругость пара у переохлаждённой воды выше, чем у льда, и с понижением температуры этот градиент возрастает. Поэтому процесс перегонки пара ко льду, находящемуся в крупных порах, от переохлаждённой воды в мелких порах, с понижением температуры должен ускоряться не исключая возможной миграции воды из твёрдой фазы (льда) от более мелких к более крупным кристаллам льда посредством сублимации по закону Томсона. Также путём плавления части льда в местах повышенного давления, отжатия и повторного замораживания образовавшейся воды в местах пониженного давления. Миграция воды из мелких пор и замерзанием её в более крупных порах при замораживании объясняется характером кривых температурных деформаций бетона и цементного камня при оттаивании.

Пары воды и воздух в бетоне [11] при нагреве движутся в основном вверх, в сторону открытой поверхности изделия, так как здесь, особенно у верхних слоёв, не ограниченных формой, требуется наименьшее усилие для их раздвижки и разрыхления. Поэтому визуально заметно вспучивание при нагреве и слоистая структура материала наблюдается только в верхних слоях. Для внутренних же зон вышележащие слои играют роль пригруза и препятствуют в какой-то степени развитию деструктивных явлений, которые можно было бы наблюдать визуально.

Изучение температурных деформаций бетона [11] при различных способах тепловой обработки показало, что, остаточные расширения, характеризующие степень структурных нарушений, зависят от скорости нагрева и начальной прочности, достигнутой бетоном до наложения теплового воздействия. Установлено, что бетон, имеющий определённую начальную прочность, приобретает в процессе термообработки только деформации, соответствующие температурному расширению затвердевшего материала. Объясняется это тем, что такой бетон воспринимает возникающие в результате нагрева внутренние напряжения, снижая тем самым их деструктивное воздействие. Исходя из этих представлений С. А. Мироновым и Л. А. Малининой введено понятие о «критической» прочности — минимальной прочности бетона, при которой наложенное тепловое воздействие не приводит к структурным нарушениям. Расширение бетона с такой прочностью практически равно температурному расширению затвердевшего бетона того же состава.

Деформации температурной усадки и ползучести бетона при нагреве определяются опытным путём в лаборатории. Результаты определения деформаций температурной усадки [3] при кратковременном и длительном нагреве оформляются в виде диаграммы, на которой по оси абсцисс откладывается температура, а по оси ординат — величина температурных деформаций при первом, втором и третьем нагреве и охлаждении. При первом нагреве вычисляется температурная деформация бетона, при втором и третьем нагреве — деформация температурного расширения бетона. Разность деформации температурного расширения и температурной деформации представляет деформацию температурной усадки при кратковременной и длительной нагрузках

Линейная относительная температурная деформация — относительное изменение линейных размеров образца, вызванная совместным действием температурной усадки бетона.

Линейная относительная деформация температурного расширения ? относительное увеличение размера образца, вызванное температурным расширением бетона при нагрузке.

Линейная относительная температурная деформация усадки ? относительное уменьшение размеров ненагруженного образца, вызванное испарением из него влаги при нагрузке.

Деструктивные процессы при замораживании и постепенное разрушение разнообразны [8]. При нагревании и охлаждении компоненты бетона — цементный камень, заполнители и вода в его порах изменяют объём в соответствии с присущими каждому материалу коэффициентами температурных деформаций. Различие в этих коэффициентах может служить одной из причин появления напряжения в зонах контакта материалов. Однако основной причиной разрушения бетона является давление льда, образующегося при фазовом переходе воды в лёд и с увеличением объёма до 9% или гидравлическом давлении воды, отжимаемой льдом. На морозостойкость бетона оказывает влияние степень его водонасыщения, минеральный состав цемента, от которого зависит структура цементного камня и его перового пространства, вид и крупность зёрен заполнителя, водоцементное отношение, введение пластифицирующих воздухововлекающих добавок.

Для железобетонных пролётных строений мостов характерны два типичных случая замораживания бетона. К первому случаю относится разрушение бетона на горизонтальных и наклонных поверхностях поясов балок, подверженных увлажнению атмосферными осадками. Накапливавшаяся влага может задерживаться на бетонной поверхности и проникать внутрь пояса железобетонной балки. Ко второму случаю относятся вертикальные поверхности стенок и поясов при эпизодическом увлажнении атмосферными осадками и замораживании на воздухе. Длительная служба железобетонных конструкций в условиях агрессивного воздействия природной среды может быть обеспечена коррозионной стойкостью, как бетона, так и арматуры.

Температурные деформации бетона близки к температурным деформациям стали, что обеспечивает их надёжную совместную работу в железобетоне при различных температурах окружающей среды.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector