СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕРМОМОРОЗОСТОЙКОСТИ БЕТОНА Российский патент 1995 года по МПК G01N33/38 

Изобретение относится к области испытаний строительных материалов и может быть использовано для ускоренного определения термоморозостойкости бетонов.

Известен способ определения термоморозостойкости бетона, по которому испытуемые образцы подвергают нагреванию до 70^оС и остыванию до 20^оС по 8-часовому режиму в течение 60 циклов для тяжелого бетона и 90 циклов для керамзитобетона. По окончании многоциклового нагревания-остывания испытуемые образцы насыщают водой и подвергают испытаниям на морозостойкость, например, по ГОСТ 10060-87 [1].

Результат представляют в виде tF=60(90)+F_t, где tF - термоморозостойкость; F_t - морозостойкость после нагревания-остывания.

Этот способ имеет существенные недостатки, а именно большую продолжительность и трудоемкость испытаний, например, если морозостойкость бетона после нагревания-остывания составит 300 циклов, то общая продолжительность испытаний для тяжелого бетона при двухсменной работе лаборатории составит τ= 60/2+300/2= 180 рабочих дней, отсутствие данных о морозостойкости бетона до многоциклового нагревания-остывания не позволяет сделать заключение об изменении структуры бетона при многоцикловом нагревании-остывании, в связи с чем затрудняются исследования по влиянию технологических факторов на термоморозостойкость бетона.

Известен также способ оценки термостойкости бетона, по которому определяется прочность образцов, например, на растяжение, до и после многоциклового нагревания-остывания, а термостойкость бетона определяется соотношением прочностей.

Указанный способ обладает существенным недостатком, а именно отсутствие каких-либо данных по морозостойкости испытуемого бетона не позволяют прогнозировать его долговечность и, следовательно, долговечность (т.е. срок службы) конструкции, изготовленной из такого бетона.

Известен также способ оценки термоморозостойкости бетона, по которому определяется морозостойкость образцов до и после многоциклового нагревания-остывания, а термоморозостойкость бетона определяется соотношением морозостойкостей, причем морозостойкость может быть определена ускоренным способом.

Указанный способ не исключает большой трудоемкости испытаний, требует сложного оборудования. Продолжительность определения по способу при двухсменной работе лаборатории τ=60/2+5=35 рабочих дней.

Наиболее близким из известных к изобретению является способ определения морозостойкости бетона по отношению удельной работы неупругих сил к удельной работе деформирования при уровне нагружения, соответствующем верхней границе микротрещинообразования испытуемого бетона, включающий определение продольных и поперечных деформаций испытуемых образцов при одноосном сжатии, определение верхней границы микротрещинообразования, определение удельной работы неупругих сил, удельной работы деформирования и расчет морозостойкости по формуле.

Указанный способ обладает существенным недостатком, а именно не позволяет оценить изменение структуры бетона при многоцикловом нагревании-остывании, т.е. термоморозостойкость бетона.

Изобретение позволяет сократить продолжительность и трудоемкость испытаний по определению терморозостойкости бетона.

Это достигается тем, что определяют морозостойкость бетона F_o до многоциклового нагревания-остывания любым способом определяют стойкость бетона к многоцикловому нагреванию-остыванию посредством определения отношения модуля деформаций при одноосном сжатии испытуемого бетона Е_vпри уровне нагружения, равном верхней границе микротрещинообразования, к модулю деформаций испытуемого бетона Е_о при уровне нагружения, равном нижней границе микротрещинообразования, а морозостойкость бетона после многоциклового нагревания-остывания, т.е. термоморозостойкость F_tопределяют по формуле
F_t= F_o× a × e где F_t - термоморозостойкость бетона, цикл;
F_o - морозостойкость бетона, цикл;
E_v - модуль деформаций бетона при уровне нагружения, равном верхней границе микротрещинообразования;
E_o - модуль деформаций бетона при уровне нагружения, равном нижней границе микротрещинообразования;
a, b - эмпирические коэффициенты.

Уровень нагружения, соответствующий верхней и нижней границам микротрещинообразованя определяется по известной методике.

Значения эмпирических коэффициентов соответственно а=0,0944 b=2,993 получены посредством статистической обработки результатов определения морозостойкости и термоморозостойкости по известным и предлагаемому способам 25 серий образцов из тяжелого бетона (8 серий) и керамзитобетона (17 серий), изготовленных на различных цементах с расходом вяжущего от 300 до 500 кг/м³ при различных условиях твердения.

Сущность предлагаемого способа определения термоморозостойкости бетона состоит в том, что предложено определять изменение морозостойкости бетона после многоциклового нагревания остывания в сравнении с первоначальной по величине соотношения модулей деформаций бетона при одноосном сжатии при уровне нагружения, равном верхней и нижней границам микротрещинообразования E_v/E_o.

На чертеже представлена кривая деформирования бетонного образца при одноосном сжатии в осях; абсцисс - относительные деформации сжатия ε_пр; ординат - уровень нагружения образца σ/R_пр. представляющий отношение сжимающих напряжений σ, соответствующих определенному значению ε_пр, к прочности образца при испытании на одноосное сжатие (в данном случае - призменной прочности R_пр). Отношение модуля деформаций E_v=σ_v/ε_пр^v при уровне нагружения, равном верхней границе микротрещинообразования, к модулю деформаций Е_о= σ_o/ε_пр^о при уровне нагружения, равном нижней границе микротрещинообразования, характеризует стойкость структуры бетона к микротрещинообразованию. Микротрещинообразование структуры бетона является основной причиной его разрушения при температурных воздействиях, в т.ч. при многоцикловом нагревании-остывании, в связи с чем стойкость структуры бетона к микротрещинообразованию будет характеризовать термостойкость бетона.

Способ осуществляют следующим образом. На бетонных образцах-призмах размером 100х100х400 мм или 150х150х600 мм (в зависимости от крупности заполнителя) определяют относительные продольные и поперечные деформации и призменную прочность бетона R_пр по методике ГОСТ 24456. Бетоны. Методы определения призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона. По полученным данным строят кривую деформирования испытуемого бетона в осях σ/R_пр- ε_пр , где σ- величина напряжений, R_пр - призменная прочность бетона, ε_пр - относительные продольные деформации испытуемого образца. По известной методике определяют значение напряжений, соответствующее верхней и нижней границе микротрещинообразования испытуемого бетона. Определяют величину модуля деформаций:
1. при уровне нагружения, равном верхней границе микротрещинообразования, по формуле
E_v= σ_v/ε_пр^v, где σ_v - напряжение, МПа;
ε_пр^v - относительно продольные деформации;
2. при уровне нагружения, равном нижней границе микротрещинообразования, по формуле
E_o= σ_o/ε_пр^о, где σ_о - напряжение, МПа;
ε_пр^о - относительные продольные деформации.

Определяют величину отношения модулей деформаций Е_v/E_o.

Определяют начальную морозостойкость бетона F_o любым известным способом. Рассчитывают морозостойкость бетона после многоциклового нагревания-остывания, т.е. термоморозостойкость, по формуле
F_t= F_o× a × e
П р и м е р. Требуется определить термоморозостойкость бетона в возрасте 28 сут. Состав бетона: цемент Ц=400 кг/м³, щебень известняковый Щ=1140 кг/м³, песок для строительных работ П=670 кг/м³, вода 190 кг/м³. Условия твердения бетона нормальные. Начальная морозостойкость бетона, определенная при температуре замораживания минус 50^оС - по величине остаточных деформаций, составила F_o=52 циклов.

По методике ГОСТ 24452 определяются продольные и поперечные относительные деформации образца-призмы 10х10х40 см из испытуемого бетона. Результаты испытаний даны в таблице.

По известной методике определяют значения уровня нагружения, соответствующего верхней границе микротрещинообразования (при значении ΔV= Δ ε_поп / Δ ε_пр=0,5) и нижней границе микротрещинообразования (при ΔV= Δ ε_поп / Δ ε_пр= min) в примере эти значения составляют соответственно R_т^v=0,93 и R_т^о=0,57
Определяют величину модулей деформаций:
1. при уровне нагружения, равном верхней границе микротрещинообразования
E_v= σ^v/ε_пр^v=0,93x31,5/105 x10^-5 =
=27,9 x10³ МПа.

2. при уровне нагружения, равном нижней границе микротрещинообразования
Е_о=σ_о/ε_пр^о=0,57 x31,5/51 x10^-5=
= 35,2 x10³ МПа
Рассчитывают термоморозостойкость бетона, т.е. морозостойкость бетона, предварительно прошедшего 60 циклов до 70^оС и охлаждения до 20^оС, по формуле
F_t= F_o× a × e= 52·0,0944·e= 52,6
Вывод: многоцикловое нагревание-остывание не приведет к изменению структуры бетона.

Предлагаемый способ может быть эффективно использован для организации оперативного контроля термоморозостойкости бетона в промышленности сборного железобетона, а также при проведении исследовательских работ по разработке составов бетонов и технологии их выдерживания для обеспечения высокой долговечности конструкции. Существенным достоинством способа является то, что необходимое для его реализации оборудование (по ГОСТ 24452) доступно любой заводской лаборатории, а результат оценки стойкости структуры к многоцикловому нагреванию-остыванию может быть получен в течение 2-3 ч.

Использование: область испытаний строительных материалов, определение термоморозостойкости, определяют начальную морозостойкость испытуемых образцов. Производят одноосное сжатие испытуемых образцов. Измеряют продольные и поперечные относительные деформации. Определяют уровни нагружения, соответствующие верхние и нижней границы микротрещинообразования, и модули деформаций при этих уровнях нагружения. 1 ил., 1 табл.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕРМОМОРОЗОСТОЙКОСТИ БЕТОНА, включающий определение начальной морозостойкости бетона и модуля деформации при одноосном сжатии, отличающийся тем, что определяют отношение модуля деформаций при уровне нагружения, равном верхней границе микротрещинообразования, к модулю деформаций при уровне нагружения, равном нижней границе микротрещинообразования, а термоморозостойкость F_t после многоциклового нагревания - остывания рассчитывают по формуле
F_t= F_o·a·e^b(Ev^/Eo⁾,
где F₀ - начальная морозостойкость бетона;
E_v - модуль деформации при уровне нагружения, равном верхней границе микротрещинообразования бетона;
E₀ - модуль деформаций при уровне нагружения, равном нижней границе микротрещинообразования бетона;
a и b - эмпирические коэффициенты.