автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Исследование свойств бетона для ремонта конструкций в жарком климате

1 7 0111

ВЛАДИМИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ИСМАИЛ ЭЛЬ-РЙИИД АЛИ

УДК 691.328.2:620.19

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ БЕТОНА ДЛЯ РЕМОНТА КОНСТРУКЦИИ В МАРКОМ КЛИМАТЕ

05.23.05. - строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание дченой степени кандидата технических наук

Владимир 1996

Работа выполнена на кафедре строительного производства Владимирского государственного технического университета.

Научный руководитель - кандидат технических наук, профессор

Б.В. ГЕНЕРАЛОВ

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

О.С. ВЕРМИНИНА

- кандидат технических наук, A.M. СТЕПАНОВ

Ведущая организация - Владимирский Промстройпроект

Защита состоится октября 1996 г. в 1,4.00 часов на заседании диссертационного совета К 063.65.03 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук во Владимирском государственном техническом университете по адресу: г.Владимир, ул.Горького, 87, корп.М, ауд.523.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью . учреждения, просим направить по указанному-адресу университета.

С диссертацией моано ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан сентября 1996 г.

-Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент с Л.А. ЕР0П0В

- i -

ОБЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Строительство в XX в. в основной базируется на бетонных и железобетонных конструкциях. Промышленные и гражданские здания и инженерные сооружения, основу которых составляет железобетон, имеют срок службы 50-75 лет, К настоящему времени большое число зданий и сооружений требует ремонта. 1елезобетон является в Судане основным в строительстве инженерных сооружений, общественных и промышленных зданий. Изучение объектов с использованием бетона и железобетона, построенных после 1956 г, в Судане показывает, что потребность в ремонте их возникает уже через 15-20 лет. Еще в больней мере это относится к ирригационным и гидротехническим сооружениям (плотинам, каналам, шлюзам, лоткам), периодичность ремонта которых составляет 2J3-5 лет. После 1969 г. в Судане ведется больное промы»ленное и гражданское строительство. Роль бетона и железобетона и их ремонта можно оценить по расходам на цемент, которые составляют 850 млн. суданских фондов или около 387. от капвложений. Строительство в Судане осуществляется по проектам различных, в основном европейских,стран. Железобетонные конструкции, занимающие основное место в этих проектах, рассчитываются, конструируются и возводятся в соответствии с нормативами этих стран. Специалисты-строители в Судане, участвующие в строительстве и зксплуатации,должны быть знакомы с этими нормами, уметь принимать при сдаче и диагностировать при эксплуатации состояние железобетонных конструкций, а также выбирать способ ремонта, обеспечивающий восстановление несущей способности, надежности, долговечности эксплуатируемого здания или сооружения с учетом экономических, технических и климатических условий страны. Это делает актуальной проблему повыие-ния качества бетона при ремонте железобетонных конструкций.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Повышение качества бетона при ремонте бетонных и железобетонных конструкций и снижение материальных и трудовых затрат, совершенствование диагностирования в процессе производства работ и эксплуатации.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:

1. Исследование влияния температуры, состава бетонной смеси и способа ухода на Физико-механические свойства бетона.

2. Исследование влияние температуры, состава бетонной смеси, способа подготовки ремонтируемой поверхности на качества бетона при заделке дефектов бетонных конструкций.

3. Разработка методов диагностирования качества бетона при ремонте конструкций.

4. Разработка рекомендаций, обеспечивавших выбор рациональных составов, приемов и реаений при ремонте бетонных и железобетонных конструкций в условиях повыиенной температуры и пониженной влажности.

НАУЧНУЮ НОВИЗНУ РАБОТЫ СОСТАВЛЯЮТ:

- количественные значения подвижности и влагопотерь бетонных смесей для ремонта конструкций в условиях жаркого климата;

- аналитические зависимости изменения физико-механических свойств и усадки бетона в условиях жаркого климата:

- количественные значения прочности на растяжение при изгибе и показателя дефектности отремонтированного бетона в зависимости от состава, положения в пространстве ремонтируемого дефекта, температуры и способа подготовки поверхности для ремонта;

- методика диагностирования качества бетона при ремонте поверхностными ультразвуковыми испытаниями;

- методика выбора рациональных составов и технологии ремонта бетонных и железобетонных конструкций в условиях сухого жаркого климата;

- результаты технико-экономического анализа параметров ремонта бетонных и железобетонных конструкций в условиях сухого жаркого климата.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

■ - методика выбора научно-обоснованных составов бетона для ремонта бетонных и железобетонных конструкций в условиях сухого яаркого климата;

- результаты исследований влияния температуры, состава бе-

тонной смеси и способа ухода на строительно-технические свойства бетона заделки:

- результаты исследования влияния состава, положения в пространстве ремонтируемого дефекта, способа подготовки поверхности для ремонта и* температуры на прочность на растяжение при изгибе и показатель дефектности отремонтированного бетона:

- рациональная методика выбора состава и способа ремонта бетонных и железобетонных конструкций в условиях сухого жаркого климата.

ШКТИЧЕСШ ЦЕННОСТЬ заключается в нахождении составов бетона для ремонта конструкций в условиях сухого жаркого климата: в разработке методики диагностирования качества бетона при ремонте: в разработке принципов и методики выбора параметров бетонной смеси, укладки, уплотнения и выдерживания бетона при заделке дефектов бетонных и железобетонных конструкций в жарком климате.

ДОСТОВЕРНОСТЬ результатов работы подтверждается методами статистической обработки опытных данных: выбором адекватных математических зависимостей, полученных при реализации планов экспериментов; достаточным количеством опытных образцов: сходимостью результатов: сопоставлением с натурными исследованиями.

АПРОБАЦИЯ И ПУБЛИКАЦИЯ РАБОТН. Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференциях и семинарах ВлГТУ (1992-96 гг.). Основные положения работы опубликованы в печатных работах.

ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Исследование свойств бетона для ремонта конструкций осуществлялось по плану Министерства строительства Республики Судан и результаты приняты в практику ремонта бетонных и железобетонных конструкций различных зданий и сооружений. Применение предложенных составов, рациональных решений опалубки уменьзает материальные затраты на бетон заделки на 30%. на 23,4-29.77. снижает затраты при производстве ремонтных работ и на 33-41.0% трудоемкость.

СТРНКТиРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения. 4 глаз, обаих заводов, списка литературы. 4 при-

делений. Работа изложена на страницах машинописного текста и содержит 45 таблиц и 47 рисунков. Список литературы содержит 71 наименование.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ дан анализ факторов, влиявших на качество бетона в конструкциях, выявлены дефекты и повреждения, классифицированы их причины, методы диагностирования состояния бетона и роль ремонта, проблемы повынения качества бетона при ремонте конструкций в жарком климате.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ приведены результаты исследования влияния состава и условий выдерживания на качество бетона ремонтируемых конструкций, методика проведения экспериментальных исследований. закономерности процессов при укладке бетонной смеси и применении пленкообразувцих вецеств для ухода за бетоном, значение влагопотерь при твердении, влияние состава и условий на усадку бетона, закономерности становления физико-иеханичес-ких свойств мелкозернистых и цементно-песчаных бетонов, анализ влияния состава и условий твердения на прочностные характеристики бетона, начальный модуль упругости, особенности формирования прочностных и деформативных характеристик мелкозернистых и цементно-песчаных бетонов в сухом жарком климате и выводы по 2-й главе.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ приведены результаты исследования влияния параметров технологии на качество бетона ремонтируемых конструкций и обоснован контроль качества бетона ультразвуковыми испытаниями, методика проведения экспериментальных исследований, дан анализ влияния состава и способа подготовки ремонтируемой конструкции, демпфирования структуры бетона на качество бетона и выводы по 3-й главе.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ содержатся рекомендации по назначению рациональных составов, параметров укладки, уплотнения, выдерживания бетона, опалубке для ремонта, результаты испытаний отремонтированных изгибаемых железобетонных элементов. Определены техническая, экономическая и социальная эффективность предлагаемой системы ремонта. Обцие выводы.

В ПРИЛОЖЕНИЯХ приведено описание систем ремонта, применяемых в мировой практике, регламент по процедурам испытаний за-

делочных материалов, варианты универсальных опалубок для заделки дефектов колонны, технико-экономические расчеты и калькуляции затрат при ремонте.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Дефекты и повреждения бетонных и железобетонных конструкций объективно возникапт в процессе строительства и эксплуатации постройки. Дефекты бетона - трещины, раковины, вырывы, рыхлые участки, наплывы, отслоения, околы. неровности, недостаточная толщина защитного слоя, повыпенная влааность. неодинаковая тональность поверхности вызваны физическими, химическими факторами (усадка, разбухание, ползучесть, температура), вибрационным уплотнением,износом, прогибом в процессе эксплуатации, аварийными нагрузками. Задача состоит в том. что необходимо уметь восстановить структурную целостность конструкции, позволяя ей и далее выполнять свое назначение,или продлевать срок слуабы старых конструкций,или предохранять новые конструкции, чтобы избежать возникновения подобных проблем в будущем. Необходимо иметь набор материалов для восстановления бетонных конструкций. имеищих дефекты разного рода. Свойствам бетонов и по-лимербетонов в зависимости от их назначения, а также от различных Физических и химических воздействий посвящены работы А.С.Ар-беньева, И.А.Ахвердова, Ю.М.Баненова, Н.Н.Данилова. И.Б.Заседа-телева, П.Г.Комохова. Б.А.Крылова. Л.А.Калининой, С.А.Миронова. Е.Н.Явлинского. В.Н.Пунагина, Р.Лермита, Витмани. Р.Иалона. Д.Равина и других ученых.

Однако самого лучшего материала, идеального для всех случаев, не существует.Материалы с полимерными добавками обладают рядом достоинств, но более дорогие из-за наличия в них до 30-50 кг полимерных смол. Установление прочности, плотности, однородности материала, находящегося в конструкции в определенных рабочих условиях, возможно ультразвуковыми испытаниями. Количественной мерой может служить отноиение скоростей поверхностных волн в ремонтируемом или подвергаемся деструкции слое к скорое-

ти поверхностной волны в контрольной слое, которая названа показателем дефектности.

Анализ литературы показал, что не учитывается при ремонте бетонных и железобетонных конструкций ряд ванных факторов: влияние повышенной температуры и пониженной влажности на свойства мелкозернистых и песчаных бетонов, воздействие жаркого климата на процессы структурообразования, усадку бетона. Формирование напряженного состояния бетона заделки дефекта. Вместе с тем, начиная с выбора состава, вида опалубки, способа подготовки ремонтируемой поверхности, укладки, уплотнения и выдерживания,можно рационально использовать весь комплекс приемов и воздействий, приводящих к повьшению качества бетона для ремонта конструкций и снижению затрат. Под рациональным применением тех или иных приемов и воздействий понимают научно обоснованное их использование в строго определение* сочетании и последовательности с учетом протекавших в данный момент Физических и химических процессов и превращений.

Исследование этих приемов и воздействий применительно к ремонту бетонных и железобетонных конструкций в жарких условиях не проводилось. На основе проведенного анализа в работе были определены задачи исследования.

Экспериментальные работы по выявлению особенностей процессов в твердеющем мелкозернистом и цементно-песчаном бетонах, а также закономерностей становления физико-механических характеристик этих бетонов проводились в лаборатории кафедры строительного производства Владимирского государственного технического университета. Для получения сопоставимых результатов были приняты единообразные методы испытания образцов, которые изготавливались из одинаковых материалов по одной и той же технологии.

Были смоделированы три режима приготовления и выдергивания образцов при температурах 20'С, 35сС, 50сС и влажности до 45Х. За исключением температуры 20 °С, приготовление и выдерживание образцов проводилось в специально созданной температурной камере. Испытания проходили на 3. ? и 28 сутки. Эксперименты проводились на двух видах бетона. Серии образцов изготавлива-

лись из бетонной смеси с соотноиением цемента, песка и щебня: мелкозернистый бетон: Ц:П:Ц - 1:1,44:2,16; цементно-песчаный бетон: Ц:П - 1:3,1, при водоцементном отноиении 0,5. В качестве вяжущего был использован портландцемент М400.

Для каждого состава измерялись выходные параметры, т.е. свойства бетонной смеси и бетона: подвижность, влагопотери, пористость, прочность на сжатие, прочность на растяжение, начальный модуль упругости и усадочные деформации.

Для каждого состава были составлены трехуровневые планы проведения экспериментов при трех факторах: количество перегрузок перед укладкой; температура при приготовлении, укладке и выдерживании: способ выдерживания (табл.1).

Таблица 1

N п/п Факторы Индекс Значение фактора

+1 0 -1

1 Перегрузки 2 Температура;0С 3 Способ выдержи-вания(укрытия) X. h h 3 50 Нкр.мешковиной 2 35 Укр.плен- кообр. матер. 1 20 Укр.песком

Для изучения нелинейных зависимостей в широком диапазоне изменения факторов были применены планы второго порядка.В этом случае получают полные квадратичные уравнения регрессии

У = Во + B^ Х^ + Й2Х2_+ ВаХэ+ ВуД/+■ ВуХ2+ Й33Х3 + В^Хухг +

+ МЛ + ъ3г (1)

В табл.. 2 приведены рассчитанные по результатам экспериментов значения коэффициентов уравнений регрессии для двух составов бетона и 10 выходных параметров. Была проведена проверка полученных уравнений регрессии на адекватность с доверительной вероятностью 0,95. Уравнения адекватны для принятого уровня доверительной вероятности.

Таблица 2

Значения коэффициентов уравнений регрессии

Выходной параметр Обозначение Мелкозернистый бетон

Во В/ вл В, В/у в*,

Удобоукладываемость У/ 2,48 -0,06 -0.13 -0,03 -0,04 -0.09 0,01

Влагопотери при укладке бетонной смеси Ил 0,48 0,17 0.3 - 0.05 -0,05 -

Влагопотери при твердении У* 21,7 1,12 2,18 2,42 2.17 -3,18 8,77

Усадка У • 0.9 0.033 0,39 -0,017 0.013 -0,003' -0,00

Прочность на сватие , в 3 сут У* 185,0 0,1 44,1 12.8 5.3 18.3 24,2

Прочность на саатие в 7 сут 9/ 234.9 -1.2 5,6 -3.9 9 -20,5 -5

Прочность на сватие в 28 сут У8 .464,3 -7.8 32,6 -3,2 -2,6 -68,6 -18.6

Прочность на растяяение в 3 сут У/с 8.8 -0.4 2,6 -0,74 0,57 -1,4 -1.6

Прочность на растяяение в 7 сут У« 12,4 -0.33 0,24 -0,57 0.6 -2.8 -1,5

Прочность на растяяение в 28 сут 9/2 18,7 -0.44 0,32 -0.76 0.8 -2,2 -1.6

Продолжение табл. : 2

Выходной параметр Обозначение Цементно-песчаний бетон

6, Ву вг в* В* В 22 в„

Удобоукладываемость Уу 2,48 -0,06 -0,13 -0,03 -0,04 -0,09 0.01

Влагопотери при укладке бетонной смеси Уз 0,78 0.18 0.53 - 0,06 -0,06 -

Влагопотери при твердении У* 26,13 2.73 3,88 2,05 4,8 -6,88 5,87

Усадка У 1.2 0.04 0,14 -0,09 0,08 -0,022 0,003

Прочность на сжатие в 3 сут Уе 187,5 5.8 56,1 -7,9 22,5 10 -39

Прочность на сжатие в ? сут У7 213.8 -1,8 85,1 -8,5 1.8 40,1 -0,9

Прочность на сжатие в 28 сут У« 423 -13,5 36,7 -8,5 -0,7 6,3 -23,7

Прочность на растяжение в 3 сут У/о 7.8 -0,16 1.8 -0,4 1,4 -1.18 -1.4

Прочность на растяжение в 7 сут У/у 10,4 -0.3 3,76 -0,12 -0.3 1 -0,5

Прочность на растяжение в 28 сут У/г 17,2 -0,53 2,5? -0,93 -1.6 0,9 -1,6

При увеличении числа перегрузок и температуры удобоуклады-ваемость бетонной смеси ухудшается на 3-15%. С увеличением температуры и количества перегрузок влагопотери возрастают до 0,94; 1,34% от воды затворения, соответственно для мелкозернистого и цементно-песчаного бетона.

Влагопотери при твердении зависят от состава бетона, способа укрытия поверхности и температуры. Наиболее интенсивно теряется влага в первые 7 суток твердения. При выдерживании без укрытия теряется 44.4% влаги в течение 7 суток и 55,5% в 28-су-точном возрасте. Нанесение на поверхность бетона пленкообразующих веществ (ПОВ) существенно снижает влагопотери. Эффективность ПОВ зависит от их состава и продолжительности выдерживания бетона до нанесения и нуждается в дополнительной проверке в жарких условиях.

Цементно-песчаный бетон при всех видах укрытий теряет больше влаги, чем мелкозернистый бетон. Наиболее благоприятна с точки зрения влагопотерь при укрытии влажной мешковиной, влажным песком и ПОВ "температура 35°С. С повышением температуры выые 35 "С за счет ускорения гидратации влагопотери несколько уменьиавтся. Предпочтительней укрытие ПОВ, т.к.обеспечивается снижение влагопотерь (на 40-70%), особенно существенно с повыиениеи температуры.

На усадку при выдерживании наибольшее влияние оказывает повышение температуры. Максимальные значения усадки имеет цементно-песчаный бетон. Укрытие влажным песком создает наиболее неблагоприятные условия усадки. При укрытии пленкообразующими веществами все виды исследуемых бетонов имеют минимальные усадки.

Анализ уравнений регрессии показывает, что влияние каждого Фактора на формирование прочностных и деформативных характеристик исследуемых бетонов можно рассматривать отдельно, причем значимость их существенно отличается друг от друга.

Наиболее значимо влияние на прочность на сжатие, как видно из значений коэффициентов при X,,, для всех видов бетона температурного фактора. Для мелкозернистого бетона до семисуточного возраста проявляется ускоряющее влияние температуры, а затем набор прочности при температуре 50е С замедляется и отстает от скорости набора прочности при 35°С, хотя и выше, чем при тем-

- 11 - . _ . пературе 20"С. Для цементно-песчаного ускорение набора прочности бетона на сяатие особенно заметно с повышением температуры свыше 354, и оно сказывается в течение всего времени твердения до 28-суточного возраста. Это отличие в поведении бетонов можно объяснить наличием в составе тонкомолотой известковой добавки (отходов помола известкового щебня), которая проявляет вяжущие свойства с повышением температуры.

При укрытии увлажненными песком и мешковиной до возраста 14 суток не наблюдается потери влаги, напротив, за счет градиентов влажности возможен массоперенос влаги в бетон из укрытия. При укрытии пленкообразующим составом в процессе выдерживания наблюдается потеря влаги.

Как известно, деформации бетона при приложении нагрузки зависят от его состава, свойств составляющих материалов и вида напряженного состояния. Для оценки влияния на дефорыативные свойства исследуемых бетонов при испытаниях определялись деформации призм размером 10x10x30 см при приложении нагрузок 0,2; 0,4 и 0,6 Ялр. Пластическая деформация возрастает с увеличением уровня нагрцжения и с понижением прочности бетона. Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о том, что пластические деформации для всех исследуемых бетонов начинают проявляться при уровне нагружения, большем 0.2 .

Проектную прочность бетона на сжатие (класс) назначают в возрасте 28 сут для нормальных условий твердения. При других условиях твердения (более высокая температура, пониженная влажность). а также при приложении эксплуатационной нагрузки к конструкции с возрастом более 28 суток целесообразно учитывать это. Проблема назначения нормативной зависимости нарастания прочности бетона во времени проанализирована Европейским комитетом по бетону, который пришел к выводу о целесообразности включения, соответствующих данных в модель Кодекса ЕКБ (ПС 90).

Если бетон твердеет в условиях, отличных от нормальных, то прогноз прочности к- определенному возрасту можно сделать, введя коэффициент

йы = М* . (2)

где К^ - коэффициент, учитывающий условия твердения;

- 12 -

йи - прочность бетона в возрасте I сут, твердевшего

в 1-х условиях. Коэффициент Кь моано определить по результатам экспериментов по формуле

К1 = <Д + (3)

где (У;,Л" - величины, определяемые экспериментальным путем для конкретных условий. В табл.. 3 приведены значения этих коэффициентов по результатам обработки экспериментальных данных для температур 20°С... ..50"С и исследуемых бетонов при укрытии поверхности ПОВ.

Таким образом, существенное влияние на кинетику нарастания прочности, роль деструктивных процессов в формировании структуры оказывает температурный фактор и состав бетона для ремонта конструкций.

Таблица 3

Значения коэффициентов О: и , учитывавших условия твердения

Вид бетона Температура, °С

20 сС 35 "С . 50 "С

а- Зг а, ¿1 СИ Зг

Мелкозернистый 0,3 0,6 0.12 0,82 0.42 0,53 Цементно-песчаный 0,01 0,69 0.17 0,64 0.36 0.58

Для оценки несущей способности и деформативности конструкции, влияния параметров бетона ваяна зависимость между модулем деформации и прочностью.

Используя зависимости модуля деформации бетона Ел при любом значении уровня нагрукения от начального модуля упругос-

ти бетона, предложенную А.Е.Шейкиным, и эмпирическую зависимость модуля деформации от различных факторов, найдем выражение для коэффициента О , учитывавшего влияние состава бетона и других технологических факторов для^/Я = 0.5

г 720 т а -- Е, (3.4--) - 2 (4)

I- й ^ •

Физический смысл коэффициента "О", на наш взгляд, состоит в комплексной характеристике поведения бетона при нагрувении. Чем выие значение О , тем прочнее и менее деформативен бетон.

Как было установлено при анализе значений прочности на сва-тие и растяжение, начального модуля упругости, наиболее благоприятны условия твердения при температуре 35°С и укрытии поверхности ЛОВ.

Анализ кинетики нарастания прочности бетонов, терявших влагу при выдерживании, недостаточно точно характеризуется общепринятой логарифмической зависимостью между прочностьв и возрастом бетона, не обеспечивает точного прогнозирования прочности бетонов, твердеющих в условиях массоотдачи при температурах 35"С...50 "С, применения температурных функций. Марочная прочность при твердении при температурах 35°С...50 ^С достигается на 12...30 сутки.

Бетон ремонтируемой конструкции и бетон заделки дефекта имеют разные физико-механические свойства. Работами И.Н.Ахвердова, О.Я.Берга, Г.А.Буденкова, И.С.Вайнитока, А.А.Гвоздева, Ю.В.Зайцева, Н.А.Крылова, В.А.Клевцова, 0.В.Лужина, В.М.Москвина, Г.Ф.Надарейввили, В.А.Нилендера, Г.Я.Почтовина, И.3.Школьника, В.С.Ямщикова, Р.Джонса, Р.Лермита, Х.Рнша, Т.Шу, Ф.Слэйта и других ученых подтверждена высокая чувствительность ультразвуковых методов к внутриструктурныы изменениям в бетоне, что позволило использовать ультразвуковые испытания для определения качества бетона.

Исследования влияния температуры, состава бетонной смеси, способа подготовки и положения ремонтируемой поверхности проводились на призмах 10x10x30 см, изготовленных из мелкозернистого бетона с выемками размером 5x10x10 см. моделирующим дефект, и на контрольных образцах без выемки. Образцы и ремонтные составы бетонной смеси были подобраны для бетонов класса В 15 с различным водоцементннм отношением и количеством мелкодисперсной кремнеземистой добавки. Заделка выемок (дефектов) осу-

ществлялась теми же составами, из которых изготавливался образец; через 28 суток выдерживания при температуре 18°С и влажности 98% поверхность дефекта обрабатывалась 3 способами:

- очистка металлическими четками и обдувание обработанной поверхности сжатым воздухом;

- очистка металлическими щетками и промывка обработанной поверхности 10% раствором соляной кислоты;

- очистка металлическими щетками и покрытие обработанной поверхности цементным клеем.

При укладке бетонной смеси в выемку моделировалось положение ремонтируемой поверхности: сверху, снизу, вертикально. На втором этапе оценивалось влияние температуры и количество мелкодисперсной кремнеземистой добавки. В этой серии образцы изготавливались из состава с В/Ц=0,6, моделировалось вертикальное положение ремонтируемой поверхности, поверхность дефекта обрабатывалась третьим способом, заделка дефекта и выдерживание осуществлялось при температурах 20°С, 35"С, 50"С и влажности до 45%. Поверхность дефекта укрывалась (при отсутствии опалубки) ПОВ. В табл.4,5 приведены планы математического планирования экспериментов.

Таблица 4

К п/п Факторы Индекс Значение фактора

+1 0 -1

1 Способ обработки поверхности X, отдувка воздухом обмазка клеем промывка 10% р-ом НС1 сверху

2 Положение ремонтируемой пов-ти Х2 снизу вертикально

3 Состав бетона, В/Ц Х3 0,5 0,6 0,7

Таблица 5

N п/п Факторы Индекс Значение фактора

+1 0 -1

1 Температура,сС X, 50 35 20

2 Кол-во добавки, У. Хл от расхода цемента 5 2.5 0

- 15 -

В каждом опыте определялись прочность бетона на растяжение при изгибе и скорость прохождения ультразвуковых колебаний при 18 положениях источника и приемника. Для ультразвуковых испытаний использовался прибор "Бетон -22".

Для первой серии экспериментов получены уравнения регрессии вида (1). На рисунке приведена схема получения выходных параметров при ультразвуковых испытаниях и обработки по зонам. Коэффициенты уравнений регрессии приведены в табл.б.

На прочность растяжения при изгибе наибольиее влияние оказывает положение ремонтируемого дефекта. Наиболее благоприятно го'-ризонтальное положение дефекта сверху, при других положениях эта характеристика на 9-10Х ниже. Более высокая прочность и большая скорость прохождения ультразвуковых колебаний при В/Ц=0,6.

Более чувствителен при ультразвуковых испытаниях способ поверхностных волн. Для оценки качества бетона заделки и его сцепления- с ремонтируемой конструкцией использован показатель дефектности как отношение разности между скоростью поверхностных волн через контрольный слой и через слой, где выполнен ремонт, к скорости через контрольный слой. Чем ниже показатель дефектности, тем выше прочность на растяжение при изгибе отремонтированного образца. При значениях показателя дефектности 0,33-0,35 от скорости поверхностных волн через контрольный бетон прочность отремонтированного бетона составляет 0,95-0,98 от контрольных образцов.

Составы бетона заделки дефекта с демпфирующими элементами имеют более высокую прочность на растяжение при изгибе и более низкий показатель дефектности.

При содержании 2.5У. кремнеземистой добавки от расхода цемента и температуре 35 °С достигается наиболее высокое значение прочности и низкий показатель дефектности 0,28. При температуре -50^ на 8-12% ниже прочности и 15-187. вние показателя дефектности. при 20 °С на 8—10% ниже прочности и на 8-10Х выие показателя дефектности по сравнению с бетоном, выдержанным при температуре 35 "С при различном содержании демпфирующей добавки. Введение демпфирувщей добавки позволяет в зависимости от условий выдерживания на 10-167. повысить прочность на растяжение при изгибе отремонтированного бетона и снизить на 16-242 показатель дефектности.

- 16 -

а (.. .-"-у

к в> У? л

о*" II

30

ю

■а-

£0 ^50

по

ее

•л I

<М|

I

см I

Зоо

^—г-

/¿)о

с^ !

Схема получения выходных параметров при ультразвуковых испытаниях :

- источник ультразвуковых колебаний;

- приемник ультразвуковых колебаний

Таблица 6

Значения коэффициентов уравнений регрессии

у1 ЕЯ. изь . Вге В/, В л? В/4 В/, В/5 В/«

У/ МПа 10" 18.55 -0,603 0,339 -0,215 -2,153 2,246 -3.353 -0,937 -0.042 0,256

«1 м/с- 1а" 3.563 -0,016 0,035 0,056 0,051 0.096 1 0,032 -0,018 -0.001 0.006

Уз и/с- 105 3,688 0,000 0,025 0.068 0,000 0,046 0,076 0,000 0,000 0.01

и* м/с ю3 1,900 -0,103 0,19 0,063 0,059 -0,005 0,160 -0,063 0,056 0,58

У* м/с ю3 3.27 -0,006 0,15 0,08? 0,039 0,064 0,044 -0.012 -0,012 0,005

У* м/с 10' 3.90 -0.024 0,021 0.004 0,016 0,061 -0,043 -0.012 -0.027 -0.125

у? м/с 10' 4.04 0,000 0,029 0.043 0,000 0.04? 0,062 0,000 0,000 0,007

У/Уг^ м/с 10* 0,135 0,-16 -0.01 0,012 -0,051 -0,05 0,044 0,018 0.001 -0,016

м/с- ю3 1,37 0,097 -0,04 0,024 -0,02 0,069 -0,116 0,051 -0.068 -0.053

игЭ?-Ув м/с- 10® 0,14 0,024 0,008 0,039 -0,016 -0,014 0,105 0,012 0.027 0.132

- 18 -

Для сопоставления влияния отдельных факторов при оценке качества ремонта на образцах и конструкциях было изготовлено и испытано 12 железобетонных балочек размером 90x120x1000 мм. 9 балок выполнялись с двумя выемками,моделирующими дефекты. Поверхность дефектов обрабатывалась металлическими щетками и про- . называлась цементным клеем. Бетон заделки имел состав,аналогичный составам для изготовления образцов с демпфирующими добавками. Через 28 суток после набора бетоном заделки марочной прочности проводились испытания балок. Нагрузка прикладывалась ступенями по 300 кгс с выдержкой на каждой ступени до постоянных значений прогиба.

При 2.5% демпфирующей добавки несущая способность и жесткость балск на 152 выие. чем контрольных и отремонтированных балок бетоном заделки без добавки и с 5У. добавки. Наличие демпфирующей добавки уменьлает усадку бетона заделки Г улучиа-ет сцепление с ремонтируемой поверхностью и улучиает работу бетона при изгибе.

С учетом проведенных исследований достигнута поставленная цель .'повышение качества бетона для ремонта конструкций в условиях жаркого климата поэтапным определением в зависимости от вида ремонтируемой конструкции состава бетона, способа подготовки ремонтируемой поверхности, способа укладки, уплотнения,, ухода с учетом затрат на ремонт, наличных материальных и трудовых ресурсов. Критерием рациональности является достигнутый технический результат - более высокие эксплуатационные качества бетона отремонтированной конструкции при меньших затратах и полученные технические, социальные и экономические эффекты.

ОБЩЕ ВЫВОДЫ

1. Установлено, что качества бетона для ремонта бетонных и железобетонных конструкций в условиях сухого жаркого климата можно повысить. Для уменьаения негативного влияния усадки бетона заделки дефекта и применения мелкозернистого бетона возможно введение демпфирующих добавок.

2. Предлоаены аналитические зависимости для определения зла-гопотерь и усадки при твердении с укрытием поверхности влажным

песком и мешковиной и пленкообразующим веществом (ПОВ) бетонов

различных составов при температуре 20 °С___50 °С. Эффективность

ПОВ возрастает с повниением температуры окружающей среды' и длительности ухода за бетоном.

3. Получены зависимости, позволяющие прогнозировать прочность на сжатие и растяжение, деформативные свойства мелкозернистого. цементно-песчаного с минеральными добавками бетона

при выдерживании в диапазоне температур 20 ___50"С и укрытии

поверхности влажным песком, меиковиной и пленкообразующим веществом. Установлено, что более благоприятна температура 35аС, затем 50вС и 20°С. Кинетика нарастания прочности у бетонов, теряющих влагу при выдерживании^недостаточно точно характеризуется общепринятой логарифмической зависимостью между прочностью и возрастом бетона. Не обеспечивает достаточно точного прогнозирования кинетики набора прочности бетонов, твердеющих в условиях массоотдачи при температурах 35°С...50 % применение температурной функции. Целесообразно для оценки технических свойств бетона использовать комплексную характеристику, определяемую из предложенного уравнения. Чем выше технические свойства бетона, тем выше значение комплексной характеристики. Марочная прочность при твердении при температурах 35°С...50"С достигается на 12...20 сутки.

4. Экспериментальные исследования влияния положения ремонтируемой конструкции, способа подготовки поверхности и состава бетона позволили выявить значение прочности на растяжение при изгибе бетона после заделки дефекта и скорости прохождения ультразвука при различных положениях источника и приемника колебаний. Наиболее высокие характеристики имеет бетон после ремонта при водоцементном отношении 0,5 и горизонтальном сверху положении ремонтируемого дефекта.

5. Предложена на основе экспериментальных исследований методика поверхностных ультразвуковых испытаний и показатель дефектности. как разность между скоростью прохождения ультразвука через нормальный ("старый") бетон после заделки дефекта. Рациональность подбора состава, подготовки поверхности, способа укладки, уплотнения и ухода за бетоном заделки оценивается показателем дефектности, значение которого не должно быть ниже 0.33-0,35. .

6. Установлено, что введение в состав бетона заделки мелкозернистой кремнеземистой добавки(НКД) повышает прочность на растяжение при изгибе и значение показателя дефектности. Оптимальны для ремонта температура 35 С и введение в состав 2,5% МКД. Повышение прочности на растяжение при изгибе отремонтированного бетона составляет 10-24% в зависимости от условий выдерживания.

7. Разработаны основные принципы планирования и выборы методов ремонта бетонных и железобетонных конструкций в условиях сухого жаркого климата. Применение предложенных рациональных решений, способов и приемов уменьшает материальные затраты на бетон заделки на 30% и от 23,4 до 29,7% снижает затраты на производство работ при ремонте и от 38 до 41,8% трудоемкость.

Основные положения диссертации опубликованы в следующей работе:

1. Исмаил З.-Р. Али, Б.В.Генералов. Повышение качества бетона при ремонте конструкций в жарком климате^Сб.науч.трудов Владимир, 1996.

2. Исмаил Э.-Р. Али, Б.В.Генералов. Особенности твердения мелкозернистого бетона при повышенной температуре//Сб.науч. трудов. Владимир, 1996.

3. Исмаил Э.-Р. Али, Б.В.Генералов. Демпфирование;.струкгуры бетона для ремонта конструкций//Сб.науч.трудов. Владимир, 1996.

Лицензия N 020275 от 13.11.91 г. Подписано в печать 29.08.96. Формат 60x84/16. Бумага для множит, техники. Печать офсетная. Ясл.печ.л. 1,16. 9ч.-изд.л. 1,10. Тираж 100 экз. Зак.

Владимирский государственный технический университет. Подразделение оперативной полиграфии Владимирского государственного технического университета.

йдрес университета и подразделения оперативной полиграфии: 600026 Владимир, ул.Горького. 87.