Файл: Протокол 7 от 17. 01. 2023 Руководитель оп о. Мирюк.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.12.2023
Просмотров: 78
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Различают две основные гипотезы о том, как передаются напряжения на элементы структуры бетона, приводящие к морозному разрушению.
Первая гипотеза – растягивающих напряжений – причина разрушения – непосредственное локальное воздействие кристаллизующегося льда на стенки пор. Это вызывает в таких участках местное перенапряжение. Сначала возникают локальные микротрещины, которые перерастают в магистральные макротрещины.
Вторая гипотеза – гидравлического давления – главная причина разрушения –гидравлическое давление, возникающее во влажном бетоне под влиянием замерзающей воды. Это давление создается в порах и капиллярах бетона в результате сопротивления структуры камня продавливанию через поры геля поровой жидкости, отжимаемой льдом.
Выделяют два источника давления расширения. Первый: замерзание воды вызывает увеличение объема приблизительно на 9% так, что избыток воды из пор удаляется. Скорость замораживания определяет скорость, с которой удаляется вода, вытесняемая фронтом льда. Величина гидравлического давления зависит от сопротивления фильтрации: от длины пути и проницаемости цементного камня между замерзшей порой и порой, в которую может переместиться избыток воды.
Вторая расширяющая сила в бетоне возникает вследствие диффузии воды, приводящей к росту относительно небольшого количества кристаллов льда. Рядом исследований установлено, что последний механизм играет важную роль в разрушении бетона под действием мороза. Эта диффузия вызывается осмотическим давлением из-за местного увеличения концентрации раствора вследствие отделения замерзающей (чистой) воды от раствора.
При исследовании морозного разрушения бетона выделяют два аспекта:
– причинный – изменение объема жидкости или твердой фазы, заполняющей поры цементного камня; давление на элементы кристаллического каркаса;
– феноменологический – рассматривает собственные деформации компонентов бетона и всей структуры.
Методы оценки и прогноза морозостойкости бетона:
– оценка морозостойкости осуществляется по одному из методов (два базовых и два ускоренных);
– прогнозирование морозостойкости осуществляют динамическому модулю упругости, относительному удлинению образцов, балльной системе с учетом внешнего вида испытуемых образцов; льдистости (отношение массы или объема льда к массе или объему исходной воды бетона); объему пор различного происхождении
; фактору расстояния (половина расстояния между соседними пузырьками воздуха в цементном камне).
В ряде методов испытаний приняты две скорости замораживания, каждая для оттаивания на воздухе и в воде, а также возможно оттаивание в рассоле. Результаты, получаемые при испытаниях, различны: при замораживании в воде насыщенного водой бетона создаются значительно более тяжелые условия испытаний, чем на воздухе. Быстрое замораживание вызывает более быстрое разрушение. Степень насыщения образцов к началу испытаний увеличивает скорость разрушения.
Разрушения от действия мороза можно определить разными способами. Общепринят метод измерения изменений динамического модуля упругости образца. Уменьшение его после определенного количества циклов замораживания и оттаивания свидетельствует о разрушении бетона. Этот метод показывает разрушения от действия мороза раньше, чем их можно заметить визуально или определить другими методами, хотя такое объяснение уменьшения величины модуля после первых же циклов замораживания и оттаивания вызывает сомнение.
Действие мороза может быть установлено также по потере прочности при сжатии и изгибе или по изменению длины или массы образца. Последний способ предпочтительнее, когда разрушения от мороза происходят преимущественно на поверхности образца, но он не пригоден при внутренних повреждениях, где результаты зависят также от размеров образца.
Если испытания должны дать информацию о поведении бетона на практике, условия испытания не должны значительно отличаться от натурных условий. Трудность заключается в том, что испытания должны быть ускоренными по сравнению с условиями внешней среды, но неизвестно, при какой степени ускорения теряется достоверность результатов испытания. Очевидно, что некоторые ускоренные испытания замораживания и оттаивания приводят к разрушению бетона, который в натурных условиях имеет удовлетворительную долговечность.
Различие между условиями лабораторных испытаний и реальными условиями заключается в том, что реальные конструкции высушиваются во время летних месяцев, а в лаборатории образцы постоянно насыщаются и воздушные поры заполняются водой, что приводит к разрушению бетона. Это ужесточение условий испытания не отражает условий эксплуатации, но способность бетона выдерживать определенное число циклов замораживания и оттаивания – вероятный показатель его высокой долговечности в реальных условиях.
Морозостойкость зависит от
строения бетона: конгломератная структура; наличие контактной зоны; различия пористости для компонентов бетона.
С точки зрения морозостойкости возраст бетона можно разделить на четыре периода времени, в каждый из этих периодов бетон обладает различной морозостойкостью. Первый период длится от замешивания до начала схватывания бетона. Замерзание не будет причиной нарушения структуры, только увеличится пористость (приблизительно на 10%). После повышения температуры и оттаивания продолжается гидратация без какого-либо разрушения конструкции. Второй период длится от начала схватывания бетона до приобретения им прочности 5 – 8 MПа. Данный период является критическим, и, если бетон замерзнет, то произойдет полное нарушение его структуры и значительно снизится его прочность (в этом случае конструкция негодна к эксплуатации). Третий период начинается после достижения бетоном прочности 5 – 8 MПа и длится до приобретения им требуемой прочности. Бетон постепенно приобретает все более высокую морозостойкость, что вызвано его увеличивающейся прочностью. Четвертый период характеризуется морозостойкостью затвердевшего бетона.
Если бетон не насыщен водой, то понижение температуры ниже нуля градусов проявится только как температурная деформация. Если на бетон оказывает влияние водная среда, то бетон насыщается водой, и замерзание проявится в изменении объема при превращении воды в лед, температурными деформациями и действием гидравлического давления.
Пористость и структура цементного камня являются решающим критерием морозостойкости, особенно характер распределения пор, заполненных водой. Вода замерзает в результате понижения температуры постепенно: начиная от самых больших капилляров и заканчивая самыми маленькими. Закрытые поры, не заполненные водой, не имеют влияния на морозостойкость.
Морозостойкость бетона зависит от ряда его свойств: прочности цементного камня, растяжимости, ползучести, но главными среди них являются степень насыщения и структура порового пространства цементного камня.
Ниже критического уровня насыщения бетон обладает высокой морозостойкостью, а сухой бетон вообще не разрушается. Следует заметить, что даже в образцах водного твердения не все поры заполнены водой, вследствие чего эти образцы не разрушаются от первого же замораживания. Бетон при эксплуатации в естественных условиях теряет влагу. При повторном увлажнении он уже не может поглотить то же количество воды, какое было им потеряно. Поэтому перед эксплуатацией в условиях зимы бетон целесообразно высушивать, если этого не сделать – разрушения от действия мороза будут больше.
Какова критическая величина насыщения? Закрытый контейнер, в котором более 91,7% объема занято водой, будет при замораживании заполнен льдом и разорвется. Таким образом, 91,7% является критическим насыщением в замкнутом объеме. Это не относится к пористым телам, где критическое насыщение зависит от размера образца, его однородности и скорости замораживания. Пустоты, в которые может удаляться избыточная вода, должны быть расположены достаточно близко к порам, в которых образуется лед, на этом основано использование воздухововлечения: если цементный камень разделен на достаточно тонкие слои пузырьками воздуха, у него нет критического насыщения. Аналогично у зерна заполнителя нет критического размера, если оно имеет низкую пористость или если его капиллярная система нарушена достаточно большим количеством макропор. Зерно заполнителя в бетоне может рассматриваться как закрытая емкость, если низкая проницаемость окружающего его цементного камня не позволяет воде проникать в воздушные поры с достаточной скоростью. Таким образом, зерно заполнителя, насыщенное водой выше 91,7%, вызовет при замораживании разрушение окружающего бетона.
Установлено, что с увеличением водонасыщения прочность охлажденных до – 40 и – 600 С образцов возрастает лишь до определенной величины и затем относительно снижается. Максимальное значение прочности является функцией количества содержащейся в порах бетона воды и степени понижения температуры. После оттаивания прочность бетона существенно уменьшается.
Морозостойкость бетона должна обеспечиваться комплексом технологических мероприятий, включающим в себя правильный выбор материалов, требований к бетонной смеси и технологии производства работ, а не назначением и подтверждением марок по морозостойкости.
Пути повышения морозостойкости бетона предусматривают выполнение комплекса технологических приемов: выбор качественных сырьевых материалов; строгое регламентирование процессов приготовления, уплотнения бетонной смеси, режима ТВО изделий; введение в бетонную смесь химических добавок, регулирующих структуру бетона.
Для повышения морозостойкости бетона при изготовлении или возведении новых конструкций имеются проверенные на практике надежные методы. В первую очередь это применение модификаторов бетона, содержащих в своем составе водоредуцирующие, воздухововлекающие и микрогазообразующие добавки. Все основные характеристики бетона, влияющие на долговечность конструкций, улучшаются: увеличивается водонепроницаемость, уменьшается капиллярный перенос влаги, повышается морозостойкость и однородность указанных свойств.
Воздухововлечение бетона –искусственное образование закрытых воздушных пор в цементном камне. Закрытые, не заполненные водой поры служат как компенсационные пространства при увеличении объема льда на 9% (при 0°С) до 13% (при – 20°С).
После возведения конструкций способы повышения морозостойкости бетона весьма ограничены. Иногда его пропитывают гидрофобизирующими составами.
Другой способ защиты состоит в снижении морозного воздействия на конструкцию с помощью теплоизоляции. В некоторых случаях достаточно нанести на поверхность конструкции слой морозостойкого бетона, воспринимающего основные температурные колебания внешней среды.
Раздел 10. Воздействие повышенных температур на свойства материалов
Теплофизические свойства материалов и изделий характеризуют отношение к действию на них тепловой энергии. Они включают в себя способность проводить (теплопроводность, температуропроводность), поглощать тепло (теплоемкость), сохранять или изменять свойства при изменении температур (тепло-, термо-, и морозостойкость, огнестойкость).
Тепловые воздействия возникают как снаружи системы – солнечная радиация, тепло от близко расположенных источников, так и внутри системы – выделение тепла электронными схемами, при трении механических узлов, химической реакции.
Особенно вреден нагрев узлов при повышенной влажности окружающей среды, а также при циклическом изменении этих факторов.
Различают тепловые воздействия: непрерывное – рассматривают при анализе надежности систем, работающих в стационарных условиях; периодическое – рассматривают при анализе надежности систем при повторно-кратковременном включении аппаратуры и изделий под нагрузку и при резких колебаниях условий эксплуатации, при суточном изменении внешней температуры.
Теплостойкостьхарактеризует способность материалов и изделий сохранять свойства при повышенных температурах.
Теплостойкость – способность материала к сохранению своих физико-химических характеристик и эксплуатационных свойств при повышении температуры в условиях пожара. В зависимости от вида изделий и их назначения используют различные методы определения теплостойкости. Для конструкционных твердых материалов оценивают по изменению жесткости; показателем служит так называемая деформационная теплостойкость – температура, при которой начинает развиваться недопустимо большая деформация образца, находящегося под определенной нагрузкой и нагреваемого с определенной скоростью. Теплостойкость строительных конструкций при пожарно-технической классификации характеризуется их огнестойкостью и пожарной опасностью, определяемыми стандартными методами.