Деформации ползучести бетона

Деформации бетона для определения его ползучести измеряют на образцах, подвергнутых длительному воздействию нагрузки в специальных установках.

Установки для исследования ползучести. Для загружения бетонных образцов при исследованиях деформаций ползучести применяют различные силовые установки, которые в зависимости от принципа создания нагрузки подразделяют на пружинные, рычажные, гидравлические, пневматические и комбинированные. Наиболее часто используют пружинные, рычажные и рычажно-пружинные (комбинированные).

К установкам предъявляют ряд технических требований, основные из которых:

1) стабильная передача заданной нагрузки с погрешностью 1—3%;.

2) поддержание нагрузки в процессе испытания постоянной с погрешностью не более 2%;

3) точность центрирования образца и неизменность его положения в процессе испытания;

4) плавность приложения нагрузки, возможность загружения по ступеням, обеспечение равномерного распределения напряжений по сечению образца;

5) удобство и надежность работы при обеспечении соответствия требованиям техники безопасности.

Все виды установок должны быть протарированы с помощью образцовых динамометров.

Рычажные установки обеспечивают приложение заданной нагрузки путем загружения платформы, укрепленной на длинном конце неравноплечего рычага. Рычаг должен иметь ломаное очертание для обеспечения b/а=const при повороте рычага из-за деформаций бетонного образца. Жесткость конструкции рычага при максимальной нагрузке должна обеспечивать постоянство b/а с отклонением не более 1%. В установках с усилием до 200 кН рекомендуется а=20—25 см и b=240—375 см при а/b=1/12—1/15. Для создания в образце сжимающего усилия применяют реверсивное устройство; при испытании на растяжение реверсор отсутствует. Реактивное усилие реверсора (или захвата при растяжении) передается на силовой пол или специальную силовую раму.

Пружинные и рычажно-пружинные установки позволяют создавать усилие сжатия от 40 до 1000 кН и обеспечивают напряжения не только сжатия, но изгиба и растяжения. Основные сведения об этих установках, разработанных в НИИСК и КИСИ, приведены в табл. IV.5.

Применяемые в установках пружины должны иметь общую деформативность, в 10 и более раз большую деформативности бетонного образца. Целесообразно использовать кассетные установки; изменение напряженного состояния в отдельных секциях установки не сказывается на соседних образцах. Вместе с тем следует учесть, что в тех случаях, когда пружина передает усилие на несколько образцов, напряжение следует ограничивать, поскольку возможное разрушение одного образца выведет из строя всю установку.

Передача нагрузки на образец, помещенний и отцентрированный в установке, возможна ступенчатая или «мгновенная». При приложении нагрузки по ступеням (что более предпочтительно) деформации ползучести суммируются по всем ступеням (для быстронатекающих деформаций розница в напряжениях существенно не сказывается). Каждая ступень загружения обычно принимается равной 0,1 Rпр за 5—8 с. Продолжительность выдержки на каждой ступени 5 мин. На каждой ступени определяют упругие и пластические деформации. Разгружать образцы также рекомендуется ступенями.

При «мгновенном» загружении платформа рычажной установки или пружины с применением стопорных устройств получают полную нагрузку. Стопорные приспособления затем отключают и за ~30 с всю нагрузку передают на образец.

При тарировке установки, работе с ней, снятии показаний, осмотрах необходимо соблюдать требования техники безопасности и применять ограждающие сетки для защиты от попадания осколков бетона при случайном его разрушении. Установки ставят без перекосов; загружать и разгружать образцы следует плавно, без толчков и ударов. Пружины не должны обжиматься до полного сжатия витков. Толщина опорных плит при усилии до 200 кН должна быть не менее 30 мм. Испытательный участок (площадка) должен быть огражден; лиц, не связанных с испытанием, на площадку не допускают.

Методика HИИЖБ предусматривает для изучения ползучести применение таких же образцов, как и при определении усадочных деформаций. В образцах, предназначенных для загружения, рекомендуется при бетонировании устанавливать стальной оголовник со сферической лункой.

Основные испытания по определению деформаций ползучести предусматривается проводить как на изолированных, так и на неизолированных (высыхающих) образцах. Для исключения влияния в первом случае температуры воздуха, а во втором температуры и влажности воздуха в помещении, где проводят испытания, следует применять соответствующие (в первом случае изолированные, во втором — неизолированные) эталонные образцы. На эталонных образцах-близнецах по отношению к основным выполняют все аналогичные измерения, единственное их отличие в том, что они находятся в ненагруженном состоянии. Серия состоит из трех образцов.

Перед загружением образцов на них устанавливают измерительные приборы так же, как это делается при определении деформаций усадки. Требования к приборам и точности измерений те же.

Снятие показаний по приборам на основных и «эталонных» образцах, измерение t и ф воздуха производят одновременно. Разность показаний приборов, установленных на взаимно противоположных сторонах, не должна превышать 10% среднего по всем четырем сторонам. Базу измерений не следует принимать более 0,75 длины образца с тем, чтобы исключить воздействие обжатия на приопорных участках призмы.

Образцы, предназначенные для загружения, помещают в установку. При этом, согласно методике НИИЖБ, призмы в заданном положении центрируют по геометрической оси, через стальной шарик, размещенный в лунке оголовника. Затем образец загружают, контролируя отклонение деформаций по взаимно противоположным граням. Если отклонение превышает 20%, образец отбраковывают. При таком методе центрирования требуются запасные образцы, но точность определения еп повышается, так как при центрировании по физической оси часть деформаций ползучести теряется (не учитывается).

Загружать образцы рекомендуется в возрасте 28 сут нагрузкой ~0,4Rпр. Для проведения научно-исследовательских работ рекомендуется применять нагрузки 0,2; 0,4; 0,6; 0,75 Rпр или 0,1; 0,3; 0,5; 0,75 Rпр в возрасте бетона 3, 7, 14, 28, 56, 104 сут и т.д. На каждом уровне напряжений загружают не менее двух образцов. Хотя процесс ползучести продолжается в течение многих лет, для практической оценки, бетона испытания можно ограничить одним годом. При этом замеры по установленным на образцах приборам следует проводить в следующие сроки: перед загружением после проверки работы индикаторов; первые сутки каждые 3—4 ч; до 5—7 сут — ежедневно; от 7 до 14 сут— 2 раза и далее один раз в каждые 10 сут.

После завершения испытаний образец разгружают и определяют деформации последействия. Затем образцы вынимают из установки, взвешивают и испытывают на прессе, после чего определяют влажность бетона.

Полная деформация основных образцов, находящихся под нагрузкой, по которым определяется деформация ползучести, равна

Отсюда деформация ползучести (или упругого последействия после разгрузки образцов) равна

еполн(t) рассчитывают по результатам измерения основных образцов. По отсчетам на эталонных образцах определяют ет(t)+еус(t). е0 представляет собой сумму упругих деформаций на каждой ступени загрузки (догрузки) основных образцов. Деформация «напряженной» усадки eну(t) определяется дополнительным изменением влажности бетона, вызванным действием нагрузки:

где W и Wэт — влагопотери, г/г, соответственно основных и эталонных образцов.

Если коэффициент линейной усадки Заранее неизвестен, его можно приближенно рассчитать по формуле

где Aeус и AWэт — приращения соответственно деформаций усадки и влагопотерь эталонного образца в конце опыта за прилегающий к нему один и тот же малый отрезок времени.

Методика HИИСК предусматривает применение таких же образцов, как и при измерении усадки.

Эталонную ползучесть бетона определяют по результатам испытания неизолированных призм размером 10х10х40 см, нагруженных в возрасте 28±2 сут длительной нагрузкой, напряжения от которой составляют 0,4Rпр. Испытания проводят при t=20±3°С и ф=65±3%. До загружения призмы хранят при t=20±3°С и ф больше 90%, а для бетона, подвергнутого тепловлажностной обработке, изготовляют дополнительную серию, которую до загружения хранят в условиях, аналогичных условиям хранения конструкций.

Если температурно-влажностный режим хранения образцов отличен от приведенного, то за двое суток до загружения их помещают в среду с t=20±3° С и ф больше 90%.

Допускается испытывать дополнительные образцы при нагрузках, соответствующих напряжениям 0,2; 0,6 и 0,8 Rпр. Устанавливают образцы следующим образом. Вначале образец центрируют по геометрической оси. Затем к нему прикладывают нагрузку, равную 0,02 разрушающей, и, принимая ее за условный нуль, устанавливают стрелки индикаторов в исходное положение. Затем прикладывают нагрузку, соответствующую 0,1 Rпр, которую затем сбрасывают до условного нуля. При этом стрелки индикаторов должны вернуться в исходное положение, что свидетельствует о правильности работы индикаторов.

После этого при нагрузке, соответствующей 0,15Rпр, призму центрируют по физической оси. Образец считается отцентрированным, если разность показаний индикаторов не превышает 15% среднеарифметической. В противном случае призму перемещают в сторону большей деформации и повторяют загружение.

Отцентрированный образец загружают со скоростью 0,4—0,6 МПа/см2 в 1 с. Отсчеты берут перед загружением, через 0,5, 1, 3, 6 и 12 ч после передачи нагрузки, затем в течение 6 сут — ежедневно; от 7 до 15 сут — через 1 сут; от 15 до 60 сут — два раза в неделю, от 60 до 180 сут — один раз в неделю и далее два раза в месяц. При этом обязательным считается измерение деформаций через 0,5 и 3 ч и через 1, 3, 7, 14, 28, 60, 90, 120, 180, 270, 360, 480, 600 и 720 сут после загружения. В эти же сроки производят отсчеты на ненагруженных образцах-близнецах. Деформации ползучести определяют по выражению

где eд(t) — длительные деформации (без упругой составляющей) отсчитываются от момента окончания загружения образца (если загружение осуществлялось по ступеням, нужно добавить сумму пластических деформаций по всем ступеням); eуч(t) — определяют по деформациям ненагруженных призм-близнецов.