Факторы влияющие на ползучесть бетона

В большинстве исследований ползучесть изучалась эмпирически с целью выявления ее зависимости от различных свойств бетона. Сложность в интерпретации большинства имеющихся данных состоит в том, что трудно отделить влияние одного свойства бетона от других. Однако влияние основных факторов на ползучесть бетона удалось установить.

Одним из основных факторов, влияющих на ползучесть бетона, является относительная влажность окружающей среды. Для бетона определенного, рассматриваемого состава ползучесть увеличивается с уменьшением относительной влажности. Это отчетливо прослеживается на рис. 6.24, где приведены кривые ползучести бетонных образцов, твердевших при 100%-относительной влажности и затем загруженных и выдерживаемых при различной влажности. Эти условия испытаний приводят к значительному расхождению в значениях величин усадки образцов в начальные периоды времени после загружения. Интенсивность роста деформаций ползучести образцов, испытываемых при различных условиях, также соответственно отличается в начальные сроки испытаний, однако в более позднем возрасте становится близкой для образцов различных серий испытаний.

Возможно, это связано с тем, что высушивание образцов приводит к увеличению ползучести бетона в раннем возрасте, в случае же, когда устанавливается влажностное равновесие между средой и бетоном еще до загружения образцов, влияние относительной влажности окружающего воздуха сказывается в меньшей степени или не сказывается вовсе. Отсюда следует, что при загружении отвердевшего бетона влияние относительной влажности окружающей среды на ползучесть незначительно.

Бетон, который имеет высокую усадку обычно характеризуется и высокой ползучестью. Это не означает, что эти два явления протекают по одному механизму, однако они связаны с одинаковыми свойствами структуры гидратированного цементного камня. Не следует забывать, что бетон, твердевший и загруженный при постоянной относительной влажности, характеризуется ползучестью, которая не вызывает потерю воды из бетона в окружающую среду; при разгрузке бетона восстановление деформации ползучести не сопровождается увеличением веса образцов.

Таким образом, ползучесть и усадка не являются слагаемыми одного процесса, однако часто бывает удобно рассматривать общую деформацию образцов, хранящихся при постоянной относительной влажности.   Величина  этой    деформации     пропорциональна   приложенной грузки позволяет косвенно   судить   о прочности   бетона в это    время а увеличение модуля — о продолжительности нагружения.

Из установленного факта влияния прочности бетона на его ползучесть следует, что ползучесть зависит в сильной степени от В/Ц смеси однако соотношение других компонентов смеси (рис. 6.32) для обычно применяемых бетонов влияет на ползучесть незначительно, хотя последними исследованиями установлено, что заполнитель сдерживает ползучесть так же, как и усадку. Вне сомнения, модуль упругости заполнителя влияет на величину деформации ползучести, которая может быть реализована при нагружении бетона.

Возраст бетона в момент приложения нагрузки также сильно влияет на величину ползучести (рис. 6.34), причем влияние  возраста сказывается сильнее, чем увеличение прочности бетона со временем. По этой же причине ползучесть бетона зависит от его зрелости в соответствие с графической зависимостью, приведенной на рис. 6.35. Влияние вида цемента на ползучесть бетона сказывается в той мере, в какой вид цемента влияет на прочность бетона в момент загружения. При сравнении величин ползучести бетона на различном связующем следует принимать во внимание зависимость прочности бетона в раннем возрасте от вида цемента. Поэтому величина ползучести бетона на портландцементе различных видов и на глиноземистом цементе примерно одинакова. Это относится к ползучести как на воздухе, так и в воде (рис. 6.36). Исключение составляет шлакопортландцемент, бетон на котором обладает большей ползучестью, чем на стандартных видах портландцемента.

Тонкость помола цемента влияет на рост прочности бетона в раннем возрасте и таким образом влияет на его ползучесть. Однако прямого влияния тонкости помола на увеличение ползучести не установлено, имеется множество противоречивых данных, которые могут быть объяснены косвенным влиянием гипса. Известно, что чем больше тонкость помола цемента, тем больше требуемое количество гипса. Поэтому дополнительный помол цемента в лабораторных условиях без добавления гипса приводит к получению неправильно отрегулированного по срокам схватывания цемента, который показывает более высокую усадку и ползучесть.

Многими испытаниями обнаружено, что ползучесть бетона уменьшается с увеличением размеров образцов. Это может быть обусловлено влиянием усадки, а также тем обстоятельством, что на поверхности ползучесть протекает в условиях высыхания и величина ее выше, чем в теле образца. Если со временем образец высохнет на всю глубину, этот процесс будет сопровождаться ростом его прочности, что приведет к снижению ползучести.

При повышении температуры выше нормальной ползучесть бетона увеличивается. Более высокая температура приводит к увеличению начальной скорости ползучести по сравнению с бетоном, испытываемым при нормальной (комнатной) температуре. Это обусловлено увеличением подвижности воды и активацией процесса деформирования. Однако рост ползучести со временем прекращается и становится одинаковым для всех температур. В случае испытаний бетона в раннем возрасте ползучесть при 90° С в три раза выше ползучести при 20° С.

Все данные по ползучести получены в основном при испытании бетона под постоянной нагрузкой. Бетон, подвергающийся циклическому нагружению и разгружению, также показывает прогрессирующий рост доформаций (рис. 6.37). Однако при испытании образцов, загруженных вначале длительно действующей постоянной нагрузкой, а затем циклической нагрузкой, было обнаружено только незначительное увеличение деформаций по сравнению с их уровнем, полученным при действии постоянной нагрузки.

Ползучесть во времени

 

Ползучесть бетона обычно определяется изменением деформаций образцов во времени под действием постоянной нагрузки и в определенных условиях. Испытательная установка, обеспечивающая правильное проведение эксперимента, показана на рис. 6.38. Постоянство действия нагрузки на образец, уменьшающийся в размерах, обеспечивается пружиной.

При таких условиях ползучесть протекает в течение очень длительного времени; имеются данные, свидетельствующие, что незначительное увеличение деформаций может быть даже через 30 лет (рис. 6.39). Интенсивность роста ползучести, однако, со временем уменьшается и через некоторое время ползучесть носит установившийся характер.

Из данных, приводимых Трокселом, Рафаэлем и Дэвисом и представленных на рис. 6.39, следует, что:

от 18 до 35% (в среднем 26%) от величины ползучести за 20 лет протекает в течение двух недель;

от 40 до 70%  (в среднем 55%) —в течение трех месяцев;

от 64 до 83% (в среднем 76%) — в течение одного года.

Если величину ползучести через один год загружения принять за единицу, тогда средние величины ползучести за последующие годы могут быть выражены следующими величинами:

1,14 через 2 года 1,2   через 5   лет 1,26 через 10    » 1,33 через 20   » 1,36 через 30    »

Эти данные показывают, что величина конечной ползучести в 1,36 раз больше ползучести через один год; в практических расчетах часто принимают, что окончательная ползучесть равна 4/3 от ползучести бетона через один год действия нагрузки. При этом для бетона, загруженного в раннем возрасте, погрешность составляет ±15%- Расчет величины окончательной ползучести по данным испытаний менее одного года затруднителен и неточен; например, ползучесть бетона через 20 лет действия нагрузки в 1,5—3 раза больше ползучести через 22 месяца загружения.

Для выражения зависимости ползучести от времени действия нагрузки предложены многочисленные математические выражения.

Различные полученные зависимости ползучести от времени, будь они гиперболические, экспоненциальные и др., получены экспериментальным путем и справедливы для бетона того состава, на котором они были установлены, таким образом наши знания ползучести все еще носят качественный характер.

Общие закономерности могут быть сделаны на основе анализа и обобщения имеющихся данных и они необходимы для нужд практики. Данные для расчета и проектирования могут быть получены с помощью диаграмм Вагнера.

ползучесть при различных сроках нагружения для бетона, изготовленного на обычном и быстротвердеющем цементах. Исследования проводились на образцах-цилиндрах диаметром 12 см, изготовленных из бетона с В/С=0,65, при содержании цемента 20% веса смеси, хранящегося на воздухе с относительной влажностью 70%.

Применительно к различным условиям эксплуатации величины удельной ползучести, приведенные на рис. 6.41, а, должны быть помножены на соответствующие коэффициенты. Значения этих коэффициентов приведены на рис. 6.41. Данные рис. 6.41,6 позволяют учитывать влияние относительной влажности окружающей среды, 6.41, в — влияние В/Ц бетона, 6.41, г — содержание цемента в смеси. Результат, полученный на основе величины удельной ползучести (рис. 6.41, а) с введением всех поправочных коэффициентов для заданных условий эксплуатации и состава смеси, дает значение расчетной величины ползучести. Кроме этого, следует также учитывать влияние на ползучесть бетона вида заполнителя и размера конструкции.