автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Повышение трещиностойкости ячеистобетонных изделий в связи с технологическим самонапряжением и однородностью бетона

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННА СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

СКОРИЮВ ЕВГЕНИЙ ПЕТРОВИЧ

, ; ПОШШЕНИЙ ТРЩИНОСТОЙКОСШ ЯЧЕИСТОБЕТОНШХ ИЗДЕЛИЙ В СВШ С ТЕХНОЛОГИЧЕСКШ САМС'НАПРЯЖЕНИПМ И ОДНОРОДНОСТЬЮ ВСТОНА

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание учвноИ степени кандидата технических наук

Москва - 1994

I

!

. } / \ "

Работа виполнена в Московском 1Ъоударотвенном строительном университете '

•Научный руководитель - доктор технических наук, i профессор Сахаров Г.П.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ферронская A.B.;

кандидат технических наук, старший научный оотрудник Крохин A.M.

Ведущая организация - АО МИИПТИ "Стройиедуотряя"

Защита состоится "¿>J "ЯК&ус^УЗ/УЪ г. в часов

на заседании диссертационного оовета К 053.11.06 в Московском Государственном строительном университете по адресу: г.Москва, Шлюзовая наб. д. 8, ауд. * ..

С диссертацией можно рзнакомиться в библиотеке университета

Просим Вас принять участие в.защите и направить Ваш отзыв по адреоу : 129337, г.Москва, Ярославское шоссе, д.26, МГСУ, Ученый Совет.

Автореферат разослан ** О А- 1994 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Щ>имов Б.А.

Актуальность» Проблема повышения трещиностойкости и жесткости ячеистобетонных конструкций в связи с ужесточенном экологических, теплозащитных и экономических требований к огрлкдшодим и несущим конструкциям и перегородкам зданий приобретает повышенную актуальность и требует адекватного решения, которое позволит перейти к комплектному изготовлению и применению этих конструкций из экологически более чистого, легкого и экономичного ячеистого бетона. Основными препятствиями на пути решения этой проблемы являются: использование недостаточно экологически чистых и однородных сырьевых материалов, в первую очередь техногенных отходов, повышенная усадка, ползучесть и пористость ячеистого бетона; недостаточная однородность, карбонизационная стойкость и сила сцепления с арматурой. Проблема имеет дг.? аспекта: трешимо-:бразование ячеистобетонных конструкций на стадии изготовления и ш стадии строительства и эксплуатации под нагрузкой. Традиционными технологическими способами и приемами, регламентируемыми обыч-ю инструкцией СН 277-60, полностью устранить трещинообразовтшо ячеистобетонных конструкций на стадии производства не удается. Ьгштки устранить или уменьшить трещинообразование и дальнейшее раскрытие трещин преднапряжением арматуры с посл-едутоим обжатием шеистого-бетона, проблемы не решают, так как временное и чпетич-юё закрытие трещин сменяется их раскрытием по мере высыхания инструкций и развития проиессовусадки и ползучести ячеистого бе-она сопровождающихся потерей напряжения в арматуре. Кроме того, 1еханичсс'киЙ или электротермический способы натяжения арматур« а рушат- антикоррозийное покрытие на ней, усложняют и удорожают онструкци» металлоформ, не позволяют использовать их при иэго-оьлении ячеистобетонных конструкций по резательной технологии, оэтому изготовпение п реднапряженных конструкций из ячеистого етона имеет ограниченно-опытный характер. Значительное влияние а несущую способность и трещиностойкость изгибаемых и внеиент-енно нагруженных Конструкций, особенно малоармировянннх и пере-рмированных, оказы>ает Однородность прочности ячеистого бетона, эторал определяется статистическим методом по результатам испы-1ний контрольных образцов. Базовыми размеряли образцов являют-как известно кубы с ребром 15 см или цилиндры диаметром 15 гм высотой 30 см. На практике образцы таких размеров применяют ?дко. Чаще используют формованные кубы с ребром 10 см или иилинд-) диаметром и высотой 7...10 см, выбуренные ия изделий. Репульпы испытаний приводят к прочности эталонных образиов с помощью

масштабных коэффициентов. Остальные .свойства бетона такие,.как плотность и однородность, корректировке не подлежат. (.читается,' что они не зависят от объема образцов. Это допущение .экспериментально не подтверждено и преДстав.ляется необоснованным. Гипотетически при увеличении размеров образцов коэффициенты .вариации прочности и плотности, а также сама плотность бетона должны ; ; уменьшаться и, следовательно, корректировке подлежит не только прочность, но и плотность и однородность про'-ногли и плотности бетона. Вероятность получения яу.е ист обет оннкх конструкций без трещин или с допустимой шириной ихраскрытия на стадии изготовления показана в работах Г.П.Сахарова..'Трещиностойкостьконструкций под внешней эксплуатационной нагрузкой может быть i эт ом случае достигнута преднапряжением, но не обычными способами, а самопроизвольно, вследствие различия коэ4фиииёито8 температурной деформации ячеистого бетона и арматуры после автоклавной обработки. В сочетании с повышением однородности ячеистого бетона ото, позволит адекватно решить проблему трешиностойкости ячеистобетон-ных конструкций простыми, надежными и экономичными способами. Помимо трещиностойкости, повышёние однородности прочности и плотности бетона; вследствие учета масштабного фактора, улучшит его качественные и экономические показатели. Реализация этих предпосылок составляет, направление исследований и"содпркянйе, диссертационной работы выполненной в соответствии с научно-лроилподег-венно-технической программой "Стройпрогресп-2000", в части,-касавшейся ячеистых бетонов, а.также тематическим направлением научно-исследовательских робот. МГСУ. . ; . "

Цель работы: Выявление, оценка и практическое использование масштабного эффекта однородности плотности и прочности бетона . и эффекта самонаг*ряжения ячеистобетонных конструкций для повышения их надежности и трещиностойкости, снижения материяльно-знергетичеоких затрат и себестоимости продукции.

Научная новизна. Впервые выявлен и количественно опенен масштабный эффект плотности и однородности плотности и прочности бетона, характеризующийся уменьшением коэффициентов вариации указанных свойств при увеличении размеров и о^гема испытываемых . образцов независимо от условий их подготовки ОТормосанных или выпиленных), испытания (с разной силой трения по опорным поверхностям) и вида бетона. Получены аналитические и тра1ичр< кие зависимости прочности бетона от относительного объема и плотности образцов; определены минимальная прочность бетона в функции .

_ ь -

объема образцов и кагшгабныо коэффициенты приведения плотности И однородности плотности и прочности бетона к соответствующим .его характеристикам' п' образцах базового размера; покапано ^«тающее :(по сравнению с Плотностью) влияние объема испытываемых обра ли 6в На прочность и-однородность бетона и возможность покушения надёжности изгибаемых конструкций при увеличении однородности бетона. Впервые выявлен, количественно оценен и экспериментально 'подтвержден- 'эффект. самонапряжения армированных ячеистобетонних конструкций при автоклавной обработке, возникающий благодаря различию структуры и свойств ячеистого бетона до и после овтоклагной'обработки, коэффициентов линейной температурной деформации арматуры и ячеистого бетона и направленной кристаллизации гйдроенлпкетов кальция. Уровень еамоиапряжения арматуры поддается регулированию составом ячеистого бетона и режимом автоклавной обработки. Он,оказывается не ниже остаточного при .традиционных способах натяжения ее.на упо[ы или бетон.

Достоверное ь научных результатов и вцводов подтверждается корректной научной постановкой задачи и способами ее решения, комплексным характером проведенных исследований современными методами и. средствами измерений; статистической-обработкой экспериментальны»: данных на ЭВМ по спецналто разработанным программам; математическим моделированием и графо-аналитической интерпретацией' опытных' данных; положительными результатами производственного опробования'и экономическим эффектом при использовании результатов испытаний.

. Практическое значение и внедрение. Учет масштабного фактора позволяет снизить коэффициенты вариации, требуемую и средний уровень плотности и прочности бетона при'увеличении размеров и объема испытываемых,образцов, повысить объективность и достоверность свойств бетона и уменьшить расход вяжущего.

Эффект еамоиапряжения откр!вает перспективу получения в массовом порядке преднапрягаемых ячеистобетонних конструкций простым и надежным способом, лишенным недостатков известных; позволяет применить более прочную арматуру и сократить ее расход при одновременном повышении жесткости и трещиностойкости конструкций, Повышение однородности бетона в сочетании с самонапрпке-нием повышает наденность изгибаемых и внецентренно сжатых и растянутых ячеистобетонних конструкций.

; Экспериментально подтверждены масштабный эффект однородности плотности и прочности бетона и эффект самонапряжения панелей

-' 6 - ■■•■'V /."Л-

наружных стен из ячеистого бетона в производственных условиях за» Ьода ячеистых бетонов г.Набережные Челны. Определен экономический эффект при учета аасштабного фактора одкорорности бстсна.

Апробация работн.Результаты исследований; обсуядаяись на техяи-, . ческой совете завода ячеистых бетонов г.Набережные Челгш, о чем составлены соответствующие акты; на 3-ем и 4-ом семинарах ЦМИПКС ' при НГСУ и 1993, 1994гг. по теме: Новое, в/вфойзврдстае^гцрицвиеш! изделий из ячеистого бетона; на Ш^цународном атпоздаа "Экологическое строительство и образование" в рамках Первой международно!! выставки-ярмарки пСтройзколопш-94"; на кафедре строительных мате* риалов. ; .. _ . V; .л-'"" 'V, .-Д','

Публикации. По материалам диссертации сяубжикошш три податныз работы в открытой печати. /-■..■.••• '""V 'V.Л-.;; -"'Л.-

Объем работы.Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы из 116 наименований и 9 прилогоний; надояенг йа 109 стр. машинописного текста, иллюстрирована 26 рис', и 51 табл.

На защиту выносятся: ..у-: •'.'-г*''

1. Теоретические и экспериментальныепредпосылки и разработки.п< повышениютрещиностойкости яченстобетошшх конструкций при учете масштабного фактора однородности бетона и о^кта сдионапряганяя армированных конструкций при автоклавной обработке;

2. Материалы, объекту и методы экспериментальных исследований;

3. Результаты экспериментальных исследований, статистичоская об' работка данных, математическое моделирование графо^шаадтическая интерпретация установленных закономерностей; ;

4. Технико-экономический эффект при учете масштабного фактора при оценке однородности плотности и прочности бетона.и санонапрлаа иия конструкций;

б. Научные выводк и практические рекомендации по результатам исследований.

" С0ДБРДАШ1Е РАБОТЫ

Несущая способность и трещиностойкость изгибаемых и внецентренн рагрутяешшх железобетонных конструкций зависят от совместной работы арматура и бетона и, следовательно,, их свойств и обеспеченности Надежность таких конструкций при невысокой однородности прочности арматуры и бетона, как показали исследования проф.А.А.Гвоздева, 1!. Краковского,Ю.П.ГУщи и др., оказывается недостаточной, особенно Щ переармировании или малом армировании,, когда прочность и трещином кость конструкций в основном зависит от прочности бетона. В полно! мере ото относится к стеновым панелям, плитам покрытий и перекрыт!

из ячеистого бетона, однородность прочности и плотности которого шеэ, чем у тягздого н легкого и.теы болва арматуры. Возможности организ'ационно-тез!нш!9сгеЙЕ мероприятий .по повышении'однородности , свойств, бетона при изношенном оборудовании и несовершенстве технологии, orpaimeiai. Зтш во шогом объясняется неизменность норма-коэффициентов вариации прочности различных.видов бетона на

ПРОТЯЗЙНИИ 35 вз-г. ' ' ; , ' •

,. . Применяемые методы определения, однородности прочности и плотности бетонов (ГОСТы. I8I05-B6, 27005-86 и ранее действующие) .^Ks,учитывают влияние на нее масштабного.фактора.1 Последний учиты-... .вается только при определении прочности бетона, согласно ГОСТу 10180-78. с изменениями. Для, количественной оценки масштабного фактора однородности на заводе ячеистых бетонов- в г.Набережные ;Челны было изготовлено на. каядый вид испытания по 30 серий образцов-размерами 7x7x7 см,. 10x10x10 см, 15x15x15 см и 20x20x20 см из. ячеистого.бетона плотностью 700.кг/м3 (формованные) и 500 кг/мэ (выпиленные), тяяелого. бетона' класса BIO. марки 150 и керамзито-... бетона класса BIO марки..150. ir плотностью 1400...1500 кг/м3. 06-,разцы формовали в стандартных формах, удовлетворяющих требованиям ГОСТ- 22685-77 из. смесей, заводского состава на постах изготовления стеновых панелей из ячеистого бетона, перегородок из тяжелого бетона, цокольных стеновых панелей из керамзитобетона и выпиливали из стеновых .ячеистобетонных блоков после irx авто-.кяавн,ой .обработки. Тепловлалиостная обработка формованных образцов осуществлялась вместе с .изделиями по. заводским режимам. Часть /из них, (40.серий из тязеелого и легкого бетона после пропаривания) ... хранили в нормальных условиях для определения прочности на сжатие в: проектном' возрасте.' Всего было изготовлено и испытано 768 серий , образцов. Перед испытанием их измеряли, взвешивали , прозвучива-лн ультразвуком в трех взаимно перпендикулярных направлениях и приводили в соответствие требованиям ГОСТ 10180—78. Обработку результатов,испытаний и расчет статистических характеристик прочности и плотности бетона производили, в соответствии с ГОСТ 18105-06 27005-86, 10180-78 па ЭВМ EC-I033 по специальным программам. Результат расчета представлен в табл.1, из; которой следует:

. I. Средние партионные коэффициенты вариации прочности бетона на сжатие и растяжение независимо от его вида и возраста с увеличением размеров и объема кубов уменьшаются на 1,5...2^5^ в ряду 7x7x7.. .20x20x20 см.'В связи с этим требуемая и средний уровень прочности бетона всех видов при контроле на образцах

Taéitu i

вяои «атйбнаго мктом нл саорошл, гшмя и срож» аиеаь лрйнност* к .оттает* етона « первюме шлиисш

бстсна и СЛОССЙ ИЗГОТС8— лемия cipa ^¡оз KAICCU И M?" Hl íf тсиа ra прочности и плотности Раз«р ;е£р» cSpaa-Ца-ку5а, см (ТОЧНОСТЬ /ЙТа/ i OJHOPOlHOCTb / Vn,I / ПОТШИ БЕТОНй . ырйктдаст»* плотности / кг/в*/ X ОДЯОРОНОСТХ (ИЗВШИ / Vn,I / ■ ЕЕТСШ nftCiTf£H£ KOJIWIUOmt -

■ на сытие, отпускная hj растящие, стпусхмя ка сыт>« а проект.еа^расте Re Rt ♦акт ' •< ■ .fia

-cm R , 1С V л ОТП R . Я i «Т R т -cm R . К V П от R Т R У ВГГ R -га R К - V'. П I» j »акт R IK т ! в i - та4л КВ V . П Л К- «г i

Ячемсти» ÉCTCH /Кtie- с£рак«/ 8 2.5 И 33 atflO.Jl R 4,3 В 700 to 4,61 14,54 s,a 3,78 <,13 0,74 14,0 0,4 0,45 0,49 4,41 14,54 3,23 1.25 - .681 1,15 .728- 713 707 0,95/0,9 - -/0,83 0,941

15 ♦.к 12,34 2,93 3,23 3,54 0,4 12,55 0,39 0,44 0,4В 4.12 12,34 2,93 1,24 ' 655 1,41 728 713 ■Л™ ■ ¡,'1 - . -/1 1

.20 1,49 10,12 2.S4 3,11 3,31 0,47 7,29 0,35 0,37 0,39 3,49 10,12 2,В4 1,1! - . 649 3,07" 721 499 1,05/1,2 -/¡,27 1,01

Элегий Сет» /сиги-'' т*ю сГразци/ В 1 И 15 ЙМ>,14 R 2 0 500 10 1,74 17,1? 1,41 1,80 2.00 0,29 17,0) 0,21 0,24 0,27 1,74 17,19 1,41 0,98 ..... 477 4,35 " 505 490 .474 • 0,95/1 -/1,04 0,998

15 1,Л 15,64 1.47 1,49 1,84 0,29 14,83 0,19 0,22 0,24 1,73 15,64 ¡.« 1,02 - 475 4,32 505 490 ■, 474 1/1 .1

20 1,67 11,91 1,35 1,51 1,64 0,24 13,07 0,18 0,20 0,22 1,47 13,91 1,3 471 5.13 5и0 475 459 - 1,05/0,93 "/1,24 1,01

ÍSTCM ■ BSH^e ctpjsa/ 3 10 S 150 6t0,8 f- 10 7 11,62 '.я 8.35 8,94 9,47 1,54 8,81 0,54 0,40 0,43 14,42 8,74 12,0 i.a 1,25 2253 '3,93 - . 0,85/0,89 о.тгю.зз 0,949

10 11,01 7,Л В, 14 8,54 8,94 1,44 8,15 0,55 0,59 0,42 15,50 4,45 11,42 1,2Э 1,25 2242 3,03 . - 0,93/0,94 0,88/0,97 0,948

13 10,2» 5,84 3,03 8,27 В,58 1,37 4,53 0,53 0,54 0,54 14,44 5,49 11,47 I.S 1,25 2185 1,39 l/í 1/1 . 1

тс£етси /íopiicr ваин» cípaa»/ 8 10 Н 150 it 0,8 Р 10 В 1Í» 10 17,02 13,37 12,73 14,00 13,20 1,02 16,54 0,91 1,05 1,14 20,83 13,52 15,91 1,17 1.45 ,1501 4,40 1372 1317 1280 0,93/0,83 - -/»,94 0,948

15 14,02 11,65 11,75 12,30 13,74 0,94 15,05 0,83 1,01 1,11 17,20 11.23 14,4е| 1,07 .1,45 1421 3,04 1400 133В 1331 1/1 ' -II .1

20 11,34 10,04 11,24 12,27 13,06 - - - 13,93 9,75 13,4¡! 0,94 .... 1.: ,. 1,45 1337 2,41 1414 1371 1343 1,02/1,25 -/0,93 1,024

в»««««« ни чютей кваатиеи» иасатгй« кожкэеит гречкзети hi сжатие ("А ) и растя»« ( j ), лм чертой «жгичеов»' ('К^ , К» ).

7х7х7х сы и 10x10x10 сы (особенно у формованных) оказывается завышенной, а на образцах 20x20x20 см и бодео - заниженной на 5... ...15^, -на скатив и 5...23^ - на растяжение, по сравнению с ' образцами базовых, размеров—15x15x15 см;

2. Партионные коэффициенты вариации плотности ячеистых бе-,тонов при увеличении "размеров:и объема образцов возрастают, а тяяедого и лёгкого бетона - снижаются. Приведение коэффициентов 'Вариации прочности и плотности бетона, определяемых на образцах ' небазовогораэмера, к их значениям при использовании образцов > базового, размера'осуществляется:с. помощью масштабных коэффициентов.(табл.2). ^ -'-V-=

Таблица 2

г"Масштабные! коэффициенты к коэффициентам вариации . ■ прочности бетона, на сжатие /ОСу /, растяжение / Чу / , ' и плотности / $ у / . ;;'..'„ ".

Размер ребра куба, СМ.с' - УУ ■ ■ ■ *у =

ЯЧЕИСТЫЙ;, тяжелый керамзит о-бетон ячеистый,;. V тяжелый кераы- зито- бетон ячеистый тяжелый керам- зито- бетон

Ж- -:. ■'—'Д 0,63 \ — - 0,51 _ - 0,35

10 0,85 , 0.91 0,80 0,87: 0,90 0,87 0,56 0,91 1.23 0,99' 0,46 0,69

15.; 1,00 Г, 00 1,00 1,00 1.00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

1,00

20 Г. 22 1,13 * - 1,16 : 1^72 1,14 0,46 — 1,16

0,84

■ Примечание:, Над чертой - для формованных.образцов, ■ ■ под чертой - для выпиленных

. 3.; Средняя плотность бетонов с увеличением размеров и объема образцов снижается, особенно у формованных. Для приведения ее к. базовому уровню плотности образцов 15x15x15 см следует применять масштабные коэффициенты, указанные в табл.1.

\\Ч.^Подтверждены и уточнены масштабные коэффициенты прочности на сжатие; впервые определены масштабные коэффициенты прочности Л на. растяжение ячеистого и легкого бетона. Коэффициенты определены

Д 10 - .....

на 30.парных сериях, образцовбаяового "и~;но(^аой6г»..размера ^-.Ч'Ч Прочность и однородность прочности бетона в функции от объема и плотности образцов-имеют вид:.

)*■ •«/»♦('-ЭД-■

где Рв|\^| Р0" прочность, объем и плотность бетона обраяпов ба-■ , ивового размера - 15x15*15 см; ^ - прочность, Обь*« * плотность бетона образцов не* $ * бааови* ' размеров.-

Значения.коа№тиентов С1 , ОС и ^уншии ( О- ), для ра«Шх впдов бетона на сжатие представлены в таба.З.

л.",; Таблица 'З.'".-

(I)

(2)

Коеффициенты Ячеистый бетон Тяжелый А бетон {формованные Керамзитобеток (формованные образиЫ)

к тшш*(Ш т Формован-• нне образцы Выпиленные: образцы • ,

.' а , 0.61 0,63 ■ ■■: 0.81 . 0,68 0.89: V; 0,57 ;

л 3.3 V 2,0 ■ 8.0 5,0 - 6,8 ;. ..з,о ..

':. 0,29. ' - 0,43 ',. •••0,17 ,'

Примечание: Нед чертой - при определении прочности на сжатие,' ^ • под чертой - на рвстяхкнй©. ,

В приращении функции /I/ доля прочности бетона; приходящаяся иа изменение объема для формованных образцов составляет 04..' 6 для выпиленных - 99...99,5?; остальное - на изменгние плот- -ности образцов.,л, . Аналогичная по форме. зависимостьот■.."

одного только фактора / подтиерядпет это сёб;п:ошгю;оГ Изо

рис.! показано изменение, сродних и всимтотических аначгчий ртно-' сятедьмой прочности бетона от относительного /

Rv/Ra

ITS 15

tß to

. 0.75

as

№

a

' . V , • Ч - 1

, 4. Fl ;

; > ч

■ ' У' ГН U ■»-г. к- «

: . . .'Г —I** ¡K 1

■ t > , ;

ai as m 2«

a a s? 6* Ыкддд Ц

Ira

щ

ш

•ta

075 03 , CS

.ад

сч :: V

L-3 З^аф-;

tes

V

1

02 to 2.4 ,8 ,а ST«.

Шллд

m/V.

?vc. Л . Згшасишсть отяосзтольаой прочности ячеистого бегэка пяотпостъэ 2ССго"/ы^/а/ п 70С1СГ/М3 /rt/ от отаоаггвлыгога овъегга вешгпга!сшх «Яраэдов-аувов /вютз-леннвд/а/ а формозалных/ö//. 1,2^н|щяста»ная,средшш и гхдшдшдая про- , , чиостп на сгатзе; í,2*,3t-TO Ев на растигенаа. ¡

и коэффициента вариации прочности бетона / / , Из' него следует, что минимальная прочность ячеистого бетона выпиленных; :об- \ раэцов (также как и формованных образцов1 из тяжелого, бетона) нес-« колько снижается с уменьшением размеров и,объема образцов, а формованных из ячеистого (и керамзитобетона) - с увеличением их, , что объясняется разным изменением. 'коэффтиента вариации';прочности разноразмерных образцов бетона и неполным подчинением нормальному закону распределения. Неучет масштабного фактора однородности приводит к неоправданному занижении расчетного сопротивления на . 14...2255 (отмечены на рисунке точками а «ружкоЦ..'

Снижение коэффициентов вариаций прочности и плотности бетона с, увеличением размеров и объема образцов обусловлено неоднородностью и дефектами конгломератной структуры тяжелого и лег- ' кого бетонов, локальной неоднородностью.и дефектами макро- и,, микро-структуры ячеистого, особенно формованных' образцов, у ко-. •." торых дополнительно появляется приповерхностный эффект уплотнения и упрочнения- бетона. Поэтому объяснить масштабный эффект ; только разной степенью уплотнения бетонной смеси, как ото утверт-' дается в ряда публикаций, не удается. Приведенные в них данные свидетельствуют о снйяении коэффшиентов вариации и самой проч- ; ности тяжелого бетона с увеличением размеров образцов, несмотря на их одинаковую плотность.-Даже у выпиленных образцов, у которых отсутствует приповерхностный эффект, с плотность и прочность разноразмерных образцов близки, меяду собой, коэффициенты вариации имеют разное значение. Эффект, обоймы .такяе неполностью, , объясняет наблюдаемые различия. Проведенные испытания тяжелого и ячеистого бетона на скатие с уменьшением трения на опорных гранях выявили снижение прочности тяжелого бетона на 9... 1% и ячеистого (выпиленных образцов) - на 5...10$ и ту же зависимость коэффициента вариации прочности от размера и объема образцов.

По данным сравнительных испытаний эффект обоймы у формованных образцов бетона в 1,5...2 раза меньше, а выпиленных больше эффекта обусловленного неоднородностью структуры бетона. Неоднородность структуры бетона по В.И.Соломатову - неизбежная физическая реальность, возникающая как самопроизвольный процесс поэтапного образования и развития дискретных блоков-кластеров разного масштаба, взаимодействующих между собой по грантам блоков. Полиструктурный характер этих блоков и разная прочность контактов ыеяду ними и создает ту неоднородность и дефектность в микро-и макрообъемах бетона, которая вызывает наблюдаемые различия .

прочности и. плотности разноразмерных образцов.: Подобные представления о бетоне', Жк неоднородном,и несплошном материале, в j работах других исследователей, рассмотрены в диссертаци . Для .оценки неоднородности макро- и микроструктуры бетона, использо-' ■ ва^ микроскопию ,^ультразвуковое- прозвучивание, рентгено- и терюанализ продуктов новообразований газобетона в разных сече-: спях. Прозвучиваниеобразцов ультразвуком,.частотой 70+30 кГц на приборе "Бетон-12" показало, что с увеличением размера и объ-сма . образцов, скорость, ультразвука, особенно в центре формованных образцов, возрастает; а коэффициент вариации уменьшается. , Это обусловлено повышенной влаяностыо большеразмерных образцов - и большим осреднением скорости ультразвука' при увеличении базы прозвучиваняя. Ультразвуковые испытания подтворждапт, таким образом» механические испытания. прочности бетона. Рентгено-термо-онализу подвергав формованные и выпиленные образцы автоклавного газобетона..Судя по рентгенограммам и снимкам, подученным на 'сканирующем микроскопе, в центра образпов: лучше и больше кристаллизуется тоберморит CsSgHs (линии с d/n а 1,13; 0,307;: 0,297; 0,28; 0,184 ш), а по краям :- гидросилшсаты. кальция группы С5Н(В) (линии cd/n = 0,I25;.0,303; 0,281; 0,183 км). Соответственно, • : потеря массы при прокаливании до 680°С составила в центре образ-j цов - П...12%, а по краям .10^; удельная поверхность новообразований в центре значительно меньше, чем в поверхностном слое, что согласуется с имеющимися данными о морфологии и дисперсности тоберморлта ir.Cffl (В). У образцов газобетона, выпиленных из.больших блоков, таких различий в структуре новообразований в центре и по краям образцов не наблюдается. Это, однако, не .. исключает различий макро- и микроструктура в локализованных объп- : еыах и, соответственно прочности, плотности и скорости ультразвука, что подтверждается исследованием макроструктуры на установке TA&-PLUS. Краевой эффект присущ только формованным образцам и изделиям; он увеличивает неоднородность структуры и свойств бетона по сечению, но одновременно повышает их несущую способность и коррозйоШУй СТОЙКОСТЬ

Таким образом, структурная однородность бетона является залогом, однородности его свойств и зависит от объема и размеров сечений образцов и изделий. Учет масштабного.фактора способствует повышению однородности бетона и надежности изделий по прочности итрешиностойкости. При меньшей п 2...4 раза однородности прочности бетона по сравнении с арм^гурой, вероятность получения

.. армированных jH^eHCto^TofiMU* "кокст^ций^с^^-обеспеченности; по

прочности Гвтре^ B/táa^HTéib-: ;

- /ной, ;

• растяженЦ.*'Поэтому/^ ; : мо сочетание^

| !ячёй.сто^о;^с.т,1в0аииfyi^fíwk'»I.и-'; обнаруженный -авторами/э^^^^^^

:! клаьной -обработ,ке'?.;Поадт.НИ .изготовления, ;преднпприженныХ .йчеис-;•; д í тобетонны'х; кодсФрукцйй/храД^йда^ ; V

| .давно.; .Они,.. однако,'-не-н^пятс^

:, них и усадочиых; трйцйи,приЧтверде'ний (Йэда'лий'П&гяё/.переучи/5 -\ наложения •cji'j^tít^pa.'.Háí -v

закрытие.трещин.ttOijopue^no; мер* "высыхания ;и"эдй,лий-;"й^бо/1еэ, полного, проявления усадки и ползучести могут вновь. раскрыться, ; что й; наблюдается :на практике . ..Остаточные мапряяения' в -арматуре ' после 2...10 мес составяя0гкак; пок^зывавт-набдсдаения, 70.......

. .. .85 Wla 'в сжатых сечениях и 2ÍU <,20 МПа - ь растянутых или ; 34.. .505Й и. оО 70? ог начальных cooi bcic-ib tillo

:'; ; Неиыс,о'киЙ.уровень.-¡остаточных напряжений .и расчет.^требуемо» го, уровня г^реднапряжения арматуры, в связи с- прочностью и .одно-робостью ячеистого. 6eTOHa..W. растяжение предполагает .возмог-

• ность.самрнапрякания арматуры, до -требуемЬго; уровня при авто» ;•.,• , клавНой обработкс, "благодаря различию коэффициентов температур- •

ной деформации арматуры и ячеистого бетбнаги. снижения его .усадки и/ползучести по технологическим рекомендациям проф. Г.П.Са«. харова.

; Для^количественной .оценки- этого лк]фектп на= заводе ячеистых бетонов в г.Набережные -Челны, были изготовлены- 'глухие стеноьыо ; панели раэмёрамй 6xI j3Óx0;,!3 ы :армйр;ов&шы^ с .продольной .стержневойарыатурой

• няыи 0 4, B-I. Панели из готовлены ,■■ из: гаообо.чон'а с редлей плот«- "... ности 700 кг/м3 и прочности 5 МПа на .цементном вйкущем состава, «»' 1:0,05:1,5 (цемент:иэвес^>:пе1;ок) ¡при.Б/Г' =;0,б2; и удельной • поверхности-'песка.Д80 u^/к'г и на/,смеп(шнрМ;:6яяувеи.'^оЬтава;\Ч..;! •' .1:0,25:2,86 (цемент:!'йзвегть:песр^ удельной/. поверхности.песка• 120. и2/к г.Игактивн6стичизвести, 45Í. Панели; формовали париш из одного замеса. Б ор)юй панели концы про- 1 дольной арматур приваривали;,к: общему анкеру ,' в другой."анкеры отсутствовали. Вцентре панейей. на; арматуре жестко крепили ре~ леры .на' расстоянии базы иэмерейия.>Для измерения деформаций ;

i i"-'-' : : ' .' • ' • -.использовали индикатор, с иеной деления 0.01:;мм,..~ После установки .

каркасов в форму делали первый 'отсчет', который принимали за ну- (

яовое значение. Места установки реперов на всю толщину панелей :

вагрраш!ваяи. Нчзасш1а:ли;;с^!П^::песком'.,; ПоЬле; формования. и 12-и

■ часовой:емдераки,;панвта.'запар'ивади■ в;автоклаве' по' режиму

: 8+10*5 ч npst-' í^'IOTev.дмявёгг'!«', изе; уег.ансюияя в

09X0" завода набтоденяй!.;'Параллельно 1;

; пз- тех W aaMS'coB ляГэау'гпр^змы f¡^зивpaim' 0:,55г

с; лредвпрпте^ьна!,адпряга5мо9 на,упоры арматурой ¡

, /них.. на напряже- :"

ния. предстявлены на 'рис, 2 и/3, И в' панелях и образцах 'уровень : , , самоН1^ря«внйя армад7рм{лос)1е;, автоклавной :обря(5отки' достаточ11о, ■мст-'я-!.маярг.изденяетс^приналичии"анкеров'. Само- , иапрямние ^ке'реннЬЯ арМЧтуры панелей уподдонаформы больше,'-чем у открытой поверхности, а при отсутствии анкеров - наоборот. / В первом случяе ато может .быт ¿ 'связано: с: повышенной плотность*), } / прюодостьрри. модулем упругости придонного; слоя газобетона! во V; v/втором-/беа^коедевюс анкеров/;:->'рос*аяьзыванием продольной ар- | ¿Ятзгр0»- э: .связи 'с- гювшцённой йлагоостьв. батона и,' следовательно,! «енытей прочностью^СцепленияСс/нии при/не гарантированн ом ка-честив точечной' сварки.поперечннхстержней,, выполняющих роль анкеров.;При отсутствии поперечных стержней и концевых анкеров, i ,.:rip0¿o¿waÁарматура при!octoi^iw "в

ячеистом батоне ' и нв подвергаейя самонапрЯженто. В образцах-": призмахЛрис.3V уровень напрягаемой и/самонапрягаемой арматуры а она; Шй^с.уюи на: цементном, а;в панелях наоборотé \

что по-видкмоку, СВЯ38Н0 С. разнкми условиями структурообразога- I ния в малых и больших объемах.материала и конструкций и соответст-'. *';вдию'Я их неоднородностью. Потенциально ячеистый бетон оптимальной структуры на смешанном ыпсуяем обеспечивает большее само-напряаеике арматуры и его сохранение по времени, Факт сохране-\ ния са^онапряжения'подтверждается при разрезке арматурных стерж-: ней после года наблгдгний. .

' Допэяттелыю были изготовлены армированные {одиночным -стеранем 0 8 АШ с пнкзрами) и неармированнае обраэцн-призмы : 0,Зх0,1хС,1.м из'ячеистого. Нетона на.цементном и смешанном вя-; душем' с'реперамиСостав Ячеистого бетона но цементе - 1:1,6 /(цемент ШПЦ: лесок)', нп смешанном - I:QI9:1,3 (цемент ШПЦ:известь: ''¡/песок) при Б/Г /="Ó,55, удельной; поверхности песка 128 м2/кги

2 3 4 5 6 7 9 19 87 120 204 286 371

Время, сутки /шкала

•Ьиенениа во времени напряжения растяжения в арматуре образпов-призы из автоклавного газобетона. 1,2 - на цементном вякушем; 3,4 - на смешанном вяжущем; 1,3 -предналря-женная арматура на упоры; 2,4 - саионапряженная арматура с анкерами.

активности извести - 45^.;После'.выдержки (14 ч- для неаьтоклаь-ного и 21 ч - для'автоклаьно^о;:тверДения) часть призм пр ариьа-ли при I = 85°С и атмосферном даьлении по режиму 4+7ч+ естественное остывание'в отключенной камере,- часть в автоклаве при'Г МПа по режиму 7+11+6 ч. За кулев'ое значение деформаций анкеренной ■'.' арматуры и .ячеистого бетона принимали показания, индикатора' непосредственно перед тепловой обработкой призм.^Влажность ячеистого бетона призм принтом была 51£-на цементном и .49?- - На смешанном. . вяжущем. Динамика; ее изменения'после-тепловой обработки -в связи'.. ;' с деформациями арматуры и бетона'приведена на: рис .4/ Из него следует , что арматура в ячеистом'бетоне'После, автоклавной'обработки ' получает удлинение'большее,-на смешнйом 'вяжущем, (кривые!, 2). Неармированные призмы -автоклавного твердения на .'смешанном вяжущем;, обнаружили расширение^ сохраняющееся'во |зременй' (кривая 4),;а на цементе - усадку (кривая 3)," Аш>:ерённал^рматура впрогшренных' призмах на цементе и с.^еоанном тзяясуцем пзеле тепловой обработки также подучила Удлинение,, которое; после' Снижения начальной влаж-' • ности ячеистого бетона,' сменяется ее '.укорочением; и.сжатием (кри- •" вые I', "¿), вызван! пЛ усадкой ячеистого бетона (кривые З', 4) . 11а 26 сутки в нем возникли трещшш"и произоШо'скачкообразное удли- -" нение'арматуры' сжатой до ото.го усадкой бетона (кривые I, На сметанном вяжущем, сна вновь '.оказалась растянутой,. а на цементе-скатой.Тревдда возникли пслвдствне. п^в^н^

неавтоклавного ячеистого бетона задержанной '(¿рматурой) усадкой (кривые I, 3, 2, 4). Аналогичные призмы автоклавного твердения* трещин не имели. ■' '' ' • .;-.-.....

Наблюдаемые эффектц обусловлены 'объективными причинами.' Структура и свойства ячеистого бетона до' й после автоклавной обрабртки различны. До достижения максимальной температуры в автоклаве., ; коэффициенты температурных деформаций арматуры и ячеистого бет о- ■ на обеспечивают практически совместное их расширение. На стадии изотермической выдержки и частично спуска давления, начальная ' микроструктура ячеистого бетона претерпевает-коренное изменение, вследствие которого коэффициент его температурной деформации снижается. Поэтому, после автоклавной обработки и остывания, ячеистый бетон получает остаточное расширение, равное (1,23-0,8)х х10-5х(183-20)х1Ь3= 0,7 мм/м и более без учета усадки и упругой деформации сжатия (рис.4). Торможение усадки «"повышенное остаточное расширение ячеистого бетона на смешанном вяжущем в авто-' клаве и в послеавтоклавный период вызываются арматурой и

и и,

о

я

ы

¡ъ

1

а.

•а.

я

е

0

■о •

ё

1 в

N О

0

1

20 24 28 33 36 43 50

> ' -СУтт™

20

40

30

20

ю' 0,0

—__

N.. ~~—

■ V /,» :: Ч> Ъ \

. V ....

"Л- '•'Л V. *.

г.; Гд..

А .

ч ■ »•*"

0 .

12

20 24 28 3336 43 50

сутЗед

ДёфЬУййм анкеренной арматура и неармированно£о_йчеистого бзто.ча поело тепловлажностной обработки при естественной суйкН:I.1-дсформации арматуры соответственно в автоклавном и испаренном ячеистом бетоне на цементе; 2,2'-тояе на смешанном вяягаем'.З.З^ютносительные деформации и влажность соответствеШ1о автоклавного и пропаренного нершированного .ччоистого йотона на номентз; 4,4' -то же на смешанном Еплсу-1Д0М. .

специфическими условиями микроструктурообразиФвпйЯ ячеистого бетона под напряжением при повышенном содержании извести. У неавтоклавного ячеистого бетона (рис.4, кривые I',2',3*,4'), изготовленного на шлакопортландцементе по литой технологии,, через 20 дней/ после пропаривания, наблюдается повышенная усадкатрещинсюбразо-вание и недостаточно прогнознруемое самонапряхение арматуры, тре- . бувдие дополнительных исследований»:Тесная связь продуктов новообразований с остаточным.расширением ячеистого бетона и самонапряжением арматуры при автоклавном и неавтоклавном твердении изде- ; лий, подтверждается электромикроскрпическим анализом. Положительное влияние оказывают, как в)ишочиз. рис.2, '3., 4; введение в состав вяжущего извести, использование портландцемента вместо шлакопорт-ландцемента, снижение В/Т. ■ ... - ■

. Если принять, согласно рис.2, .3,"уровень самонапряжения в '.'!'. арматуре 120...240 МПа, мало изменяющийся во времени, то исходя из рис.2» уровень сжатия ячеистого бетона в стеновой панели составит: 8х/1 $«^=8x0,503x120(240)/30х134 = 0,12...0,24 МПа, а по отношению к передаточной прочности ячеистого бетона, равной ;, классу В2,5 - 0,05...0,1, что соответствует рекомендациям НИИЙБ и расчетному уровню преднапряжения.'Таким образом,- при самонапряко-нии дрцатури достигается тот'же уровень напряжений, что и при. г механическом и элект ротермичёс ком натяжении и появляется простой ; и-надехный способ.повышения трещиностойкости й жесткости ячеисто- ; бетонных конструкций при одновременном снижении расхода арматуры. ,; Снижение среднего,уровня прочности: бетона. с учетом масвтабного'фак-тора однородности прочности и плотности позволяетполучить ^эначн-;.'. тельный экономический эффект. Выполненный.на. заводе ячеистых бетонов в г.Набережные Челны расчет показал, что на объем выпусга изделий из всех видов бетона в 1990г. - 83,5 тыс.м3 может,быть , сэкономлено 2178 т цемента, 126.т извести и 96 кг алюминиевой пудры и подучен экономический эффект 51646 руб или 0,584 р/м3 (в ценах 1990 г, а в ценах 1994. г. 170,7 млн.р и 1930 р/м3) .. При снижении коэффициента вариации прочности бетош в среднем на 1,86^ расход материалов на каждый, процент, снижения уменьшается: цемента - , - на 13,23 кг/u3; изве'сти - на 0,76 кг/м3; алюминиевой пудри - на 0,72 г/ы3. За счет применения более прочной.и устранения излишней конструктивной арматуры в самоналргаенных ячеистобетошшх конструкциях расход арматуры может быть снижен на 20...25$, что только на треть объема их выпуска в.Российской Федерации - 230 тыс.ы3 в,

год даст экономив арматурной стали - 893 т на сумму 536 илн.р в йенах 1994г. Кроме того, благодаря меньшему весу, повышенным теплозащитным свойствам и экономической чистоте, меньшим энергозатратам и стоимости, ' ячеистобзтонные конструкции могут успешно заменять лэгкобетошаге, в частности, керамзитобетонные стеновые панели и плиты покрытий при незначительных временных и капитальных затрат на реконструкции действующих заводов ЖШиК для организации 1пс производства. ' '

Л.-.' .,".-.Основные выводы. . "'

1. Повышение трещиностойкостй, жесткости и прочности ячеисто-бстонных конструкций может быть достигнуто с высокой вероятностью

; структурно-технологическим регулированием прочностных, деформатив-ных и гомогенных свойств ячеистого бетона в сочетании с саыонап-рягэнием конструкций при автоклавной обработке. Структурно-техноло-гическсо регулирование обеспечивает трециностойкость ячеистобетон-инх конструкций в основном на стадии их изготовления, а преднал-рлжение - при монтажных и эксплуатационных нагрузках.

2. Повышение однородности прочности бетона снижает требуемый и средний уровень прочности бетона и преднапряжения в рабочей арматуре для восприятия момента трещинообраэования от внешней нагрузки. ;,> Л';;Ч; •

3.^Однородность прочности и плотности бетона зависит от размера и объема контрольных образцов. С их увеличением коэффициента вариации прочности уменьшаются. Приведение коэффициентов вариации определенных по испытаниям образцов небазовых размеров к значениям для эталонных образцов осуществляется с помощью масштабных коэффициентов однородности определенных в работе.

,'. 4. Вешащее влияние на прочность бетона контрольных образцов оказывает их объем, а не плотность. Эффект обоймы формованных образцов в 1,5...2 раза меньше; а выпиленных больше эффекта (по прочности), обусловленного структурной неоднородностью бетона, которая возрастает с увеличением размера рабочих сечений и объема образцов. Минимальная прочность ячеистого и тяжелого бетона шло зависит от размера и объема образцов, однако, неучет масштабного фактора однородности прочности ведет к неоправданному занижению расчетных сопротивлений бетона на 14...22$, перерасходу вяжущего и увеличению себестоимости продукции.

, 5. Впервые определены масштабные коэффициенты плотности и прочности ячеистого и легкого ботона на растяжение раскалыванием.

б. Выявлен и количественно еденен аффект самонапряжения ячеистобетонных изделий и конструкций, возникающий при их автоклавной обработке и остывании вследствие различия температурных деформаций арматуры и ячеистого бетона при благоприятной микро-; структуре последнего. Фактически наблюдаемый уровень самонапряжения арыатуры соответствует расчетному й остаточным напряжением в арматуре, натягиваемой на упоры или бетон тредиционными способами. •'.'' .'''':"' ;

7• Самонап ряжение ячеистобетонных конструкций при автоклавной ; обработке в сочетании с повышением однородности бетона увеличи- . вает несущую способность и трещиностойкость конструкций, уменьшает их прогибы, решает проблему массового изготовления преднап-ряженных конструкций из ячеистого бетона, в том числе по резательной технологии без нарушения.антикоррозионного покрытия при натя- . жении арматуры; позволяет уменьшить .расход вяжущего на 1056, арматурной стали на 20../2555 при соответствующей снижении энергозатрат, топлива и стоимости конструкций.

8. Армированные конструкции из ячеистого бетона на цементе, извести и песке экологически более чисты, менее/теплопроводны и . знергоемки, дешевле и легче аналогичных конструкций из легких бетонов на обжиговых пористых заполнителях. Замена последних на ячеистобетонные самонапряженные конструкции обеспечит повышенные : теплозащит^ше свойства ограждающих'конструкций зданий при наименьших энергозатратах и стоимости при их производстве и эксплуатации.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих : / работах: ';'.-'

1. Учет масштабного фактора при оценке однородности прочности и плотности бетона /Г.П.Сахаров, Е.П.Скориков, А.Б.Пшеничников,

Ф.М.Салимгареев// Бетон и железобетон - 1991 - №12. - с. 12-13.

2. Самонапряжение ячеистобетонных конструкций при автоклавной обработке /Г.П.Сахаров, Е.П.Скориков, Ф.Ы.Салимгареев, Б.Г.Федотов// Бетон и железобетон - 1992 - »9 - с. И-13.

3. Некоторые проблемы трещиностойкости строительна материалов и изделий. /В.Г.Мцкульский, Г.П.Сахаров, В.В.Козлов; А.П.Кожемякин, Е.П.Скориков// - Доклады на семинаре "Теоретические основы строительства". Варшава, Варшавский Политехнический институт.

- 1993. - С.' 149-153. ■ •;:■"^