24.01.2021

Стойкость бетона к комплексным воздействиям


В реальных условиях бетон в изделиях, конструкциях и сооружениях подвергается часто не одному, а нескольким видам воздействий. Порядок их приложения может быть различным:

1) последовательным, когда на бетон последовательно воздействуют несколько агрессивных факторов (например, когда бетон-конструкции подвергается в теплое время года попеременному увлажнению и высушиванию, а затем в зимнее время попеременному замораживанию и оттаиванию и т. д.;

2) параллельным, когда на бетон одновременно воздействует несколько агрессивных факторов (например, увлажнение в морской воде и высушивание, те же два воздействия в сочетании с напряженным состоянием);

3) последовательно-параллельным, когда на бетон вначале одновременно воздействует несколько факторов, а затем они заменяются или к ним добавляются другие (например, попеременное увлажнение морской водой и высушивание в теплое время года, а затем в зимнее время попеременное замораживание в оттаивание в морской воде).

Следует отметить, что в большинстве случаев воздействие на бетон нескольких факторов оказывает более разрушительное действие, чем простое суммирование дефектов, возникающих в бетоне от каждого из них при раздельном действии.

Стойкость при действии химически агрессивной среды и попеременного увлажнения и высушивания целесообразно определять для бетонов, конструкции из которых подвергаются в эксплуатационных условиях аналогичным или близким к ним воздействиям. Характерным примером является работа гидротехнических сооружений в сульфатных водах. Одновременное изменение влажностного состояния и воздействие агрессивной среды усиливает агрессивное действие на бетон.

Испытания рекомендуется проводить по методике Б.Г. Скрамтаева. Образцы погружают в солевой раствор и выдерживают 24 ч. Затем в течение 8 ч высушивают при 100±5° С, охлаждают в течение 16 ч и снова помещают в солевой раствор. Установлено, что при испытаниях цементов в образцах размером 4х4х16 см, остаточная влажность после сушки составляет ~3%. Испытанию подвергают образцы в возрасте 28 сут.

Раствор меняют каждые 14 сут. В качестве солевого раствора обычно применяют концентрированную морскую воду (солей 100 г/л), 5%-ный раствор Na2SO4 или 2%-ный раствор MgSO4.

В условиях попеременного насыщения и высушивания агрессивной может являться среда, не вызывающая коррозии бетона при постоянном воздействии. Например, некоторые цементы с добавкой 30% трепела разрушаются в таких условиях при насыщении в 16%-ном растворе NaCl через 6 месяцев.

Для указанных испытаний эффективно использовать автоматизированные установки, позволяющие ускорить проведение исследований и снизить их трудоемкость. В НИИЖБ стойкость бетонов исследовали на конвейерной установке в режиме: 1 ч насыщение +3 ч высушивание при 35—40° С, что обеспечивало 6 циклов в сутки.

Можно применять другие автоматизированные установки, использующиеся при испытаниях на атмосферную стойкость.

Испытания бетона при таком же комплексе воздействий (в качестве агрессивной среды — морская вода) в натурных условиях проводили при помощи сравнительно простой установки «коррозионного колеса». Установка состоит из ряда металлических дисков d=1,6 м, укрепленных на одной оси над бассейном. Между каждой парой дисков по их образующей установлены соединительные стержни, на которых подвешены металлические корзинки с бетонными образцами. Кроме того, по периметру крайнего диска установлены ковши, в которые из расположенной над диском трубки тонкой струей непрерывно поступает вода. По мере заполнения ковшей на одной стороне диска создается вращающее усилие, поворачивающее все диски вокруг оси. При этом вода из ковшей выливается. Подача воды в ковши обеспечивается за счет бака (V=10 м3), расположенного на более высокой отметке. Заполняют бак один раз в 1—2 сут с помощью насоса. Установка находится на открытой площадке на берегу моря.

Совместное действие попеременного замораживания и оттаивания и коррозионной среды характерно, например, для морских гидротехнических сооружений в северных районах, где агрессивное действие мороза усиливается коррозией третьего вида вследствие воздействия морской воды. Подобный комплекс агрессии встречается в дорожных конструкциях, где при замораживании и оттаивании резрушение бетона значительно усиливается при использовании в качестве антиобледенителей солей (например, NaCl, CaCl2), которые без мороза не оказывают агрессивного воздействия на бетон.

Испытание стойкости бетона при его попеременном замораживании и оттаивании в агрессивной среде может проводиться по любому из прямых методов определения морозостойкости. Отличие состоит только в том, что вместо воды применяется соответствующий раствор. Раствор меняют каждые 14 сут. Применяемая для хранения агрессивной жидкости посуда должна быть защищена антикоррозионным покрытием.

В качестве агрессивных жидкостей в практике лабораторных испытаний наиболее часто применяются синтезированная морская вода соленостью до 100 г/л; 5%-ный раствор Na2SO4; 2%-ный раствор MgSO4; 3—6%-ные растворы NaCl или CaCl2. Бетон разрушается в 2—10 раз быстрее, чем в обычной воде.

С целью большего приближения условий испытаний образцов к работе бетона в наиболее опасной зоне попеременного уровня замораживание и оттаивание образцов проводят в ваннах, заполненных раствором. Образцы должны быть погружены в раствор на половину высоты.

Как показали исследования стойкости бетона, такое воздействие среды является значительно более сильным, чем раздельное воздействие составляющих агрессивных факторов. Разрушение бетонных образцов начинается на поверхности, расположенной выше уровня раствора.

Аналогичные испытания образцов проводят на натурных стендах, расположенных в северных приморских районах в зоне прилива и отлива. При этом в теплое время года образцы подвергаются воздействию коррозионной среды при попеременном высушивании и увлажнении. Возможна установка образцов, бетон которых находится в напряженном состоянии.

Кроме того, все образцы, находящиеся на таком натурном стенде, подвергаются дополнительному воздействию таких атмосферных факторов, как осадки, ветер, солнечная радиация и т. д.

Морозостойкость дорожного бетона можно определять по следующей методике. Из испытываемого бетона формуют образцы-плитки размером 15x15x3 см. На верхней грани плиты через 1—3 ч после формования по периметру выкладывают из раствора бортик высотой ~5 мм. После твердения плит в заданном режиме бортик покрывают изоляционным составом и образцы насыщают водой.

Затем на верхнюю грань наливают воду и образцы замораживают. После извлечения образцов из холодильной камеры на поверхность льда насыпают СаСl2 из расчета 1,3 кг/м2. После того, как лед растает, воду на поверхности образца заменяют свежей и цикл повторяют. Режим цикла 12+12 ч. Морозостойкость оценивают по площади и глубине разрушения бетонной поверхности плит.

В большинстве случаев бетон в бетонных и железобетонных конструкциях находится в напряженном состоянии. Это создает условия для влияния агрессивных факторов, отличных от условий испытания обычных лабораторных образцов.

При раздельном или совместном воздействии таких агрессивных факторов, как коррозионная среда, попеременное замораживание и оттаивание, попеременное увлажнение и высушивание, особо опасным является наличие в бетоне растягивающих напряжений. Такой комплекс факторов «разрыхляет» структуру бетона, приводит к более быстрому ухудшению его физико-механических характеристик и к разрушению, поэтому при исследованиях в бетоне создают растягивающие напряжения (за счет растяжения при изгибе или осевого растяжения). Напряжения сжатия до определенного предела не влияют на стойкость бетона к перечисленным видам агрессивных воздействий или несколько повышают ее.

Определение морозостойкости бетона при напряженном состоянии образцов. Для создания напряженного состояния в бетонных образцах применяют рычажные и пружинные установки, принцип действия которых аналогичен тем, которые используются для определения деформации ползучести. Методика таких испытаний разработана в НИИЖБ.

Пружинные установки должны быть защищены от коррозии надежным лакокрасочным покрытием, которое по мере повреждения следует восстанавливать.

Испытания проводят на балочках 7x7x21(30) или 10x10x40 см. После 28-суточного хранения в нормальных условиях образцы в течение 48 ч насыщают в воде и испытывают одну серию, вначале определяя m, Eд, а затем Rр.и. В долях от Rр.и задают напряжение в установке. При напряжениях менее 0,2Rр.и напряженное состояние почти не сказывается на морозостойкости бетона; напряжения 0,6Rр.и и более приводят к быстрому разрушению бетона — иногда после нескольких циклов. Обычно испытания проводят при о=0,2—0,4 Rри.

Напряжение создается путем сжатия пружины при закручивании гаек. Высоту сжатия пружины определяют с помощью заранее полученной зависимости «высота пружины — нагрузка». Схема загружения образцов в установке должна быть такой же, как и при определении Rpи.

После обжатия образцов начинают испытание на попеременное замораживание и оттаивание по обычной методике, с тем лишь отличием, что в холодильную камеру помещают установку с образцами.

Определение стойкости бетона к попеременному увлажнению и высушиванию при напряженном состоянии образцов. Напряжение создают на таких же установках, как и при испытаниях на морозостойкость. Ho вместо замораживания производят высушивание образцов; погружение в воду сохраняется.

Определенную сложность представляет высушивание образцов, которые вместе с установкой не помещаются в обычный сушильный шкаф, поэтому высушивание должно проводиться при комнатной температуре 20±2°С в течение 2 сут. или в специально изготовленной нагревательной камере, объем которой достаточен для размещения установок с образцами.

Коррозионную стойкость бетона при напряженном состоянии образцов определяли в многочисленных исследованиях НИИЖБ, где была разработана методика этого испытания.

Образцы загружают так же, как и при испытании на морозостойкость в пружинных или рычажных установках. Рекомендуемое напряжение — 0,4—0,5 Rри, так как при о< (0,35—0,4) Rри влияние напряженного состояния резко уменьшается.

В качестве коррозионной среды обычно применяют концентрированную морскую воду, 5%-ный раствор Na2SO4 или 2%-ный раствор MgSO4. Напряженное состояние резко снижает коррозионную стойкость в растворе едкого натра. Смена агрессивной среды — каждые 14 сут.

Параллельно с испытанием основных образцов R'р.и одну серию образцов-близнецов помещают в ту же агрессивную среду в ненапряженном состоянии R''р.и, а вторую — тоже в ненапряженном состоянии в воду R''р.и. По данным испытаний вычисляют коэффициенты стойкости бетона:
Стойкость бетона к комплексным воздействиям

Определение стойкости бетона при напряженном состоянии образцов в условиях попеременного замораживания и оттаивания или высушивания и насыщения в агрессивной среде объединяет воздействие трех факторов: растягивающих напряжений, коррозионной среды и замораживания-оттаивания или насыщения-высушивания. Проводится на уже описанных установках. Рекомендуется применять пружинные установки, так как при использовании рычажных осуществить высушивание, а особенно замораживание образцов, очень сложно. Методика испытаний аналогична уже описанным.

Рекомендуемый уровень напряжений — 0,2—0,4 Rри. В этих и других перечисленных испытаниях целесообразно определять скорость ультразвука в бетоне балок. При этом измерения следует выполнять как в растянутой, так и в сжатой зоне.

Определение стойкости истираемости бетона в условиях попеременного замораживания и оттаивания. Taкого рода комплексное воздействие характерно для дорожных покрытий. Его агрессивный эффект усиливается за счет того, что при истирании каждый раз удаляется слегка поврежденный поверхностный слой бетона и воздействию мороза подвергаются новые слои. Если насыщение и оттаивание образцов проводить в 3—5%-ных растворах NaCl2 СаСl2, т. е. в агрессивной среде, то разрушающее воздействие усиливается.

Обычно для дорожных покрытий применяют бетоны с Мрз 100, 150 и 200 (ГОСТ 8424—72). Испытание на истираемость по ГОСТ 13087—67 целесообразно проводить четыре раза в процессе попеременного замораживания и оттаивания через равное число циклов. Параллельно на истираемость испытывают эталонные образцы.

Истираемость оценивают как и в обычном случае по Am и Ah образцов (ГОСТ 13087—67), морозостойкость по ГОСТ 10060—76, кроме того, определяют влияние попеременного замораживания и оттаивания на истираемость:

(индекс «м» — относится к образцам, испытывавшимся на морозостойкость, а «э» — к эталонным образцам).

Определение коррозионной стойкости при повышенных и высоких температурах представляет интерес главным образом для некоторых железобетонных конструкций промышленных предприятий, где бетон в нагретом состоянии подвергается воздействию агрессивной среды, например расплавов солей натрия.

Стойкость можно определить двумя методами. По первому из них из испытываемого бетона изготовляют путем высверливания тигель, который заполняют расплавленным материалом и помещают в электропечь. После выдержки при заданной температуре в течение 4—6 ч тигель извлекают и выливают из него расплав. Охладившийся тигель распиливают и по разрезу визуально оценивают проникание расплава, замеряют глубину его проникания и площадь разъедания бетона. По второму методу в печь помещают графитовый тигель, в котором в расплаве соли находится испытываемый образец. Этот метод дает возможность не только осмотреть и замерить повреждения, но и определить после термообработки образцов изменение прочности, мессы, объема, водопоглощения.

Обычно этими методами из-за малого размера применяемых образцов испытывают не бетон, а цементный камень или раствор.

Долговечность в условиях комплекса атмосферных и силовых воздействий для бетона в конструкциях жилых и гражданских зданий может быть определена, например, на установке ДСМ-10. В ней образцы подвергаются последовательно одностороннему воздействию в четырех камерах, режимы которых имитируют климатические факторы зимы, весны, лета и осени (рис. VI.8). Образцы находятся в напряженном состоянии (усилие до 100 кН). С помощью силового гидромеханизма воспроизводят деформации сжатия и растяжения, которые наблюдаются в реальных зданиях. Установка предусматривает замораживание до -40° С, нагрев до 70° С, ультрафиолетовое облучение, дождевание, ветровую нагрузку. Все системы работают в автоматическом режиме, обеспечивающем запрограммированную последовательность и уровень силового и климатического воздействия.





Яндекс.Метрика