книги / Мониторинг состояния цементобетонных дорожных конструкций

5.1.3. Рекомендуемый способ повышения точности прогноза

Авторами разработан эффективный способ повышения точности прогноза. Процедура заключается в следующем.

1. Определяем в любом возрасте значения трех параметров бетона до начала эксплуатации (Rb), (Rcrc0 ), (W). Эти значения определяются по ре-

зультатам испытаний на образцах, отобранных из конкретной конструкции или сооружения, долговечность которых подлежит определению.

2.Определяем значения этих же характеристик свойств бетона после года эксплуатации в условиях воздействия конкретной эксплуатационной среды.

3.Определяем изменение этих параметров относительно тех же па-

раметров бетонов нормального твердения в том же возрасте xi = x2 − x1 , x1

где xi2 – значение свойств бетона в конструкциях или сооружениях в соответствующем возрасте (до начала эксплуатации или после года эксплуатации); xi1 – значение свойств бетона лабораторных образцов нормального твердения в соответствующем возрасте (до начала эксплуатации или после года эксплуатации).

4. Проверяем условие:

x11 · x12 + x21 · x22 + x31 · x32 ≤ 0,

где xij – значения параметров бетона соответственно при первом и втором определении свойств.

Если это условие выполняется, то проблема повышения долговечности для данного бетона в условиях воздействия конкретной эксплуатационной среды не стоит.

Если условие не выполняется, то определяется значение показателя дефектности и сравнивается с табличным значением.

где значения К, рассчитанные для бетона несущих конструкций гражданских зданий, приведены в табл. 5.1.

191

Если выполняется условие (5.5), то бетон удовлетворяет требованиям долговечности в условиях воздействия конкретной эксплуатационной среды.

5.2. Оценка последствий пластификации цементобетона добавкой ПЯ-01

5.2.1. Процедура пластификации цементобетона

Применительно к задаче оценивания эффекта пластификации бетона добавкой ПЯ-01 авторами была разработана и использована следующая процедура. Из составов 1 и 2 (см. гл. 2) бетонной смеси по одинаковой технологии изготавливались образцы, которые подвергались воздействию климата и моделированных условий сразу после тепловлажностной обработки.

Полученные значения основных параметров бетона представлены в табл. 5.2.

За предельное состояние принято состояние бетона после 75 циклов попеременного нагрева и охлаждения по методике Баженова [15], которое характеризуется снижением призменной прочности (Rb) на 8,1 и 8,8 % при одновременном увеличении Rcrc0 на 5,3 % и 9,3 % и уменьшении (W) во-

192

допоглощений на 11,2 % и 12,4 % соответственно по отношению к значениям аналогичных параметров бетона перед воздействием.

Для расчета времени воздействия климатической среды, потребного для достижения бетонами состояния, принятого за предельное, определим значения параметров, характеризующих состояние бетонов.

Использование разработанного авторами метода прогнозирования состояния бетона позволило определить параметры по формулам (5.3) и (5.4) и установить, что для достижения состояния, принятого за предельное, необходимо: для бетонов естественного твердения 10,5 лет, пропаренных бетонов – 15,7 лет, пропаренных бетонов с добавкой ПЯ-01 – 13,6 лет воздействия условий климата (табл. 5.3).

Таблица 5.3

Значения параметров состояния

Следовательно, стойкость непропаренного бетона оказалась меньше базовой (за базовую принята стойкость пропаренного бетона состава 1) на 33 %. Использование пластификатора ПЯ-01 снизило стойкость на 13,4 %, хотя призменная прочность пластифицированного бетона в возрасте 28 суток и 12 месяцев превышает значение 25,5 МПа, соответствующее классу прочности на сжатие В35.

5.2.2. Оценка последствий пластификации цементобетона плит ПДН

Ранее на образцах (гл. 3) было выявлено, что пластификация, не сопровождающаяся экономией цемента, увеличивает чувствительность бетона к климатическим воздействиям и уменьшает стойкость (5.2). Поэто-

193

му определенный интерес представляет исследование свойств пластифицированных бетонов непосредственно в реализованных конструкциях, при изготовлении которых расходы цемента и воды были снижены (состав 3).

В качестве таких конструкций были выбраны сборные дорожные предварительно напряженные плиты (ПДН), изготовленные ООО «Строительный комплекс Звёздный» по проекту Киевского филиала института Союздорпроект в соответствии с CH-I20-70, СНиП П-21-75, 2Н-25-74, ВОН 46-72 (типовые решения 503-0-42).

Предварительно проведенными испытаниями была установлена недостаточная трещиностойкость плит. В соответствии с расчётами примерно 44 % случаев трещинообразования плит ПДН происходит из-за бетона. Изготовление и эксплуатация плит ПДН в климатических условиях Перми предъявляет специфические повышенные требования к бетону.

Свойства бетона определялись по результатам испытания кернов, которые отбирались в различные сроки из плит ПДН. Для этого были использованы две партии плит по три штуки в каждой. Обе партии изготавливались под контролем технологического процесса из бетона состава 1 и 3 (см. гл. 2). Передаточная прочность бетона, определенная по результатам испытания стандартных образцов, изготовленных, пропаренных и хранившихся с плитами на открытом полигоне завода, равнялась соответственно 28,5 и 32,6 МПа, что составляет 81,3 и 93,3 % от значений для проектной марки бетона и соответствует проектным требованиям. Основные параметры бетона плит первой и второй партии (ПДН) приведены в табл. 5.4.

Анализ данных, приведенных в табл. 5.4, показывает, что использование добавки ПЯ-01 повышает прочность, модуль упругости и нижний уровень микротрещинообразования бетона в возрасте до 7 месяцев. Выдерживание плит в природных условиях климата в большей степени сказывается на свойствах бетонов с добавкой ПЯ-01. Так, после 7 месяцев прочность бетона с добавкой ПЯ-01 уменьшается, увеличивается коэффициент вариации прочности, в бетоне с этой добавкой развитие микродефектов под воздействием климата сопровождается увеличением коэффициента Пуассона и снижением модуля упругости. В бетоне без добавок за тот же период (7–20 месяцев) под воздействием климата продолжают увеличиваться: прочность, модуль упругости и нижний уровень микротрещинообразования.

194

Примечания. 1) перед чертой приведены значения характеристик бетона с добавкой ПЯ-01, за чертой – бетона без добавки; 2) значения характеристик в возрасте 1 и 3 месяца определены испытанием лабораторных образцов, изготовленных и хранившихся вместе с плитами.

Определение стойкости бетона плит по методике, разработанной авторами и описанной выше в этой главе, показало, что для достижения состояния, принятого за предельное, бетону с добавкой ПЯ-01 (состав 3) в условиях воздействия климата необходимо 17,4 лет.

Сопоставление с результатами определения стойкости бетона по лабораторным образцам показывает, что стойкость бетонов в плитах в условиях воздействия климатической среды выше стойкости бетона в образцах. Это может быть объяснено спецификой воздействия климата на бетон в конструкции и образце, различием их массивности. Упрочняющий эффект на бетон в плитах добавки ПЯ-01 в возрасте примерно 7 месяцев ослабевает, и в результате развития микродефектов наблюдается снижение прочности.

Определенный интерес в связи с этим вызывает изучение влияния на трещиностойкость плит пластификации бетона добавкой ПЯ-01 с одновременным снижением расходов цемента и воды. Для определения тре-

195

щиностокости были изготовлены две партии плит ДДН из бетона состава 3 и две партии из бетона 1-го состава. На 3–4-й день после изготовления плиты вывозились на полигон завода и до испытания в течение 1–2 месяцев выдерживались под воздействием климатической среды.

Методика испытаний плит на трещиностойкость изложена в гл. 2, а результаты представлены в табл. 5.5.

Анализ результатов испытаний показал, что из 9 испытанных плит требуемый уровень трещиностокости обеспечен только в двух, при изготовлении которых применен бетон с добавкой ПЯ-01.

Трещиностойкость нижней зоны обеспечена в 4 плитах, 3 из которых изготовлены из бетона с добавкой ПЯ-01. Трещиностойкость верхней зоны обеспечена в 4 плитах, изготовленных из бетона с добавкой ПЯ-01.

Таким образом, использование добавки ПЯ-01 повысило трещиностойкость плит ПДН. Но испытания проводились после воздействия климата в течение 1–2 месяцев и не учитывали те изменения свойств бетона, которые имели место при воздействии климатической среды в течение более 7 месяцев. Рекомендуемые соответствующими ГОСТами правила контроля качества бетона и изделий не учитывают возможное изменение свойств и структуры бетона в природных условиях климата.

При нормативном сроке службы плит ПДН 20 лет применение добавки ПЯ-01 с одновременным уменьшением расходов цемента и воды снизило стойкость бетона до 17,4 лет, т.е. уменьшило её против базовой на 13,0 %. Пропаренный бетон состава 1 соответствует требуемой стойкости.

5.2.3. Оценка влияния форсированного режима тепловлажностной обработки плит ПДН

на стойкость цементных бетонов с добавкой ПЯ-01

Интенсификация производства плит ПДН на заводе ЖБК осуществлялась на базе внедрения форсированного режима тепловлажностной обработки (0+4+2+7). В связи с этим возникла необходимость изучения возможности использования такого режима при изготовлении плит из бетона с добавкой ПЯ-01.

Из бетонов состава 1 и 3 были изготовлены образцы и плиты. Тепловлажностная обработка осуществлялась по режиму 0+4+2+7. На третий день после изготовления образца плиты были вывезены на полигон завода и в дальнейшем хранились в условиях воздействия климатической среды.

197

Результаты определения свойств бетона лабораторных образцов и кернов, отобранных из плит, представлены в табл. 5.6.

Определение стойкости бетонов показало, что для достижения состояния, принятого за предельное, необходимо воздействие климатической среды на бетон с добавкой ПЯ-01 – 11,9 лет, на бетон без добавки –

13,2 лет.

Примечание. Перед чертой приведены значения характеристик бетона с добавкой ПЯ-01, за чертой – бетона без добавки.

Следовательно, использование форсированного режима снизило стойкость бетона без добавки на 15,9 %, а бетона с добавкой ПЯ-01 – на 24,2 % по сравнению с базовой стойкостью бетона, определенной ранее

(см. разд. 5.2).

5.2.4. Изучение последствий покрытия поверхностей, свободных от опалубки, изделий, пропариваемых в термоформах пленкообразующим препаратом К-9

Как было показано выше, пропарка изделий приводит к повышению стойкости бетона при воздействии на него климата, но одновременно способствует образованию дефектов структуры, которые при определенных условиях могут отрицательно сказаться на стойкости бетонов. Использование форсированных режимов пропарки, повышение температуры

198

пропарки или пропарка изделий в термоформах приводит к увеличению дефектности структуры бетона к началу воздействия на него климата и может стать определяющим в обеспечении стойкости.

Как показала практика изготовления железобетонных изделий, наиболее дефектной структурой отличаются бетоны в изделиях, пропарка которых осуществлялась в термоформах.

Неравномерность температурного поля в бетоне при прогреве контактным способом является причиной перемещения свободной влаги вследствие процесса термовлагопроводности, на который накладывается перенос влаги под действием градиента общего внутреннего давления в твердеющем бетоне.

Из-за неравномерности температурных полей процессы гидратации и кристаллизации в массе бетона протекают неравномерно, образуются участки различные по прочности, что приводит с позиций теории структурных неоднородностей к общему снижению прочности бетона

(рис. 5.2).

Рис. 5.2. Изменение во времени кубиковой прочности бетона в образцах, прогреваемых в термоформах

В последнее время широко ведутся исследования по смягчению этого недостатка посредством покрытия поверхностей изделий, свободных при

199

прогреве от опалубки, пленкообразующими материалами. Существующие пленкообразующие материалы, используемые преимущественно для ухода за свежеуложенным бетоном монолитных конструкций (помароль, этиноль, латекс СКС-65111, битумная эмульсия, полиэтиленовые пленки и т.п.), сложны в обращении, зачастую обходятся дорого и не исследованы при температурах выше 60 °С, поэтому на заводах сборного железобетона практически не применяются.

В связи с этим возникла необходимость дополнения номенклатуры пленкообразующих материалов, эффективно применяемых при прогреве железобетонных изделий контактным способом.

Материалы эти должны отвечать следующим требованиям:

• давать водонепроницаемую пленку светлых тонов, устойчивую

вдиапазоне температур 60–100 °С;

•быть технологичными, экономичными по стоимости и расходу. Всем этим требованиям отвечает препарат К-9 водорастворимого по-

лимера, соответствующий ТУ 606-17-03–77.

Препарат К-9 представляет собой отходы производства азота и используется преимущественно в качестве пластификатора глинистого раствора при бурении скважин.

Апробация этого препарата в качестве пленкообразующего материала произведена предприятием ООО «Строительный комплекс Звёздный» на производственных площадках заводов Пермского края, в лабораторных условиях и на железобетонных изделиях – сваях и лотках, изготавливаемых в термоформах на полигоне в летний период.

Испытание лабораторных образцов, прогреваемых в термоформах, показало, что бетон в зависимости от температуры прогрева характеризуется отсутствием прироста прочности или спадом прочности при дальнейшем твердении в воздушно-сухих условиях (рис. 5.3).

Результаты испытаний подтвердили предположение о том, что в процессе прогрева контактным способом бетон теряет влагу и приобретает дефектную структуру, причем дальнейшее твердение на воздухе не влечет за собой улучшение качества бетона. Покрытие поверхности образца, свободной от опалубки, полимером К-9 повысило качество бетона и обеспечило стабильный прирост прочности во времени.

Данные, приведенные в табл. 5.7, показывают, что прочность бетона в образцах, прогреваемых в термоформах, зависит от температуры прогрева (с повышением температуры прогрева прочность бетона уменьшается).

200