Некоторые аспекты начального модуля упругости бетонов с компенсированной усадкой на туфовых заполнителях Кабардино-Балкарии

Аннотация

Статья посвящена результатам исследований начального модуля упругости туфобетонов на природных пористых заполнителях Кабардино-Балкарии, с компенсированной усадкой с приготовленные с применением расширяющей добавки, как на кварцевых так и на туфовых песках. В статье приводятся результаты экспериментов по определению начального модуля упругости туфобетонов разных рецептур приготовления. Предлагаются значения поправочных коэффициентов в общеизвестной формуле зависимости начального модуля упругости легкого бетона от его кубиковой прочности и объемного веса сухого бетона в зависимости от рецептуры туфобетонов.

Ключевые слова: модуль упругости, туфобетоны, легкие бетоны, пористые заполнители, туф, туфовые пески, компенсированная усадка В действующих нормах СП (СНиП) характеристикой упругости (легкого) бетона при кратковременной нагрузке принимается начальный модуль упругости Е_б, который представляет собой отношение при величине у? 0.3R_рr, где унормальные напряжения, — относительные деформации, а R_pr — нормативная призменная прочность бетона. Условно считается, что при нагрузке менее 30% R_pr пластические деформации легкого бетона очень малы, и поэтому до этого предела наблюдается линейная зависимость между напряжениями и деформациями.

Исходя из соображений, что бетон является многокомпонентной системой, ряд исследователей вывели некоторые зависимости между упругими свойствами бетона и составляющих его компонентов.

На сегодняшний день наиболее распространенной моделью для описания зависимости модуля упругости бетонов от свойств составляющих его компонентов является модель Хирча, описываемая уравнением [1−3]:

где , — объемная концентрация щебня, раствора;

Е_щ, Е_р — модуль упругости щебня и раствора.

Для расчета по вышеприведенным формулам (данным моделям), необходимо владеть данными о модулях упругости составляющих компонентов, что иногда является затруднительным. Поэтому для большего удобства многие исследователи модуль упругости ставят в зависимость от его кубиковой прочности и объемного веса сухого бетона. На данный момент времени наибольшим признанием пользуется формула, предложенная в [3], которая получена в результате анализа многочисленных экспериментальных данных, а также более 70 формул, предложенных разными исследователями. Она применима как для тяжелых, так и для легких бетонов:

К (2).

Модуль упругости бетонов зависит от многих факторов, главными из которых являются свойства и качества заполнителей, количество и активность цемента, объем вовлеченного воздуха и В/Ц, состава и плотности бетона.

У легких бетонов из-за пористого заполнителя предполагается меньший модуль упругости, по сравнению с равнопрочными тяжелыми бетонами, что подтверждают многочисленные опыты [2−5]. Поэтому естественно ожидать, что в туфобетонах на кварцевых песках значения модуля упругости будут несколько выше в сравнении с туфобетонами на пористых песках.

Низкий начальный модуль упругости легкого бетона при прочих равных условиях, с одной стороны, вызывает больший прогиб, а с другой — меньшие напряжения при деформациях от внешних воздействий (изменение температуры при применении неразрезных многопролетных конструкций, при осадке опор, при динамических нагрузках и т. д.).

Известно, что бетоны, приготовленные на напрягающих цементах, имеют более плотную структуру в сравнении с бетонами на рядовых ПЦ, вследствие чего имеют повышенные деформативные показатели [2].

В настоящей работе изучался начальный модуль упругости бетонов с компенсированной усадкой на пористых заполнителях Кабардино-Балкарской Республики (КБР) как на кварцевом, так и на туфовом песке.

Для компенсации усадочных деформаций использовалась расширяющая добавка сульфоаминатного типа в количестве 12,5% массы портландцемента. Состав и дозировка были определены по методике проф. Г. В. Несветаева. Были изготовлены и испытаны образцы призмы из туфобетонов с компенсированной усадкой на кварцевом и на туфовом песке, с различной концентрацией крупного заполнителя 0,35−0,45 (или 0,7−0,9 от объема насыпной плотности). Испытания проводились в сравнении с образцами, изготовленными на рядовом портландцементе, с одинаковыми составами. Подвижность бетонной смеси всех составов при этом была равна 4−6см осадки стандартного конуса. После формования все образцы хранились в нормальных условиях.

Рис. 1. Зависимости модулей упругости туфобетонов от предела прочности на сжатие.

Методика испытаний туфобетонов производились по ГОСТ 24 452.

Из результатов исследований бетонов на пористых заполнителях Кабардино-Балкарии на кварцевых и на туфовых песках, представленных на рис. 1 видно, что начальный модуль упругости у туфобетонов на кварцевых песках выше, чем у равнопрочных туфобетонов на пористых песках в среднем на 20−25%. Это справедливо для туфобетонов как с РД, так и без нее. Такой рост начального модуля упругости вполне согласуется с известными данными СНиП.

Результаты испытаний также показали, что использование РД повышает модуль упругости у туфобетонов на 5−9%. Наименьшую эффективность от использования расширяющей добавки показали образцы туфобетонов, приготовленных на кварцевых песках, хотя в абсолютном выражении они имеют больший прирост значений модуля упругости.

Как видно из графиков на рис. 1, из всех рассматриваемых бетонов на пористых заполнителях КБР, наибольшие значения модуля упругости наблюдаются у туфобетонов с компенсированной усадкой на кварцевом песке, но все же на 10% ниже значений модуля упругости равнопрочных керамзитобетонов. туфобетон балкария кварцевый Повышенный начальный модуль упругости туфобетонов с расширяющимися добавками в сравнении с портландцементными туфобетонами определяются более плотной структурой полученного бетона, меньшей величиной общей пористости растворной составляющей и её мелкопористой структурой. Расширение бетонов в начальный период твердения, способствует лучшему уплотнению растворной матрицы, адгезии растворной составляющей к заполнителю и упрочнением контактной зоны между растворной составляющей и развитой поверхностью заполнителя, что улучшает деформативные свойства контактной зоны 30−220 мкм [6−10].

Данные испытаний образцов туфобетона в 180 суточном возрасте подтверждают вышеприведенные результаты.

Экспериментально полученные результаты были сопоставлены с данными полученными другими авторами на тяжелых заполнителях, а также с теоретическими значениями, полученными по формуле (2) для керамзитобетона в результате, которого выявлены корректирующие коэффициенты начального модуля упругости туфобетонов в зависимости от рецептуры (таблица 1).

Таблица 1 Значение поправочного коэффициента К формулы (2) в зависимости от рецептуры туфобетонов.

Таким образом, применение РД повышает начальный модуль упругости у туфобетонов до 9%, а использование кварцевого песка вместо пористого песка повышает до 25% начальный модуль упругости туфобетонов. Наибольшие значения модуля упругости наблюдаются у туфобетонов с компенсированной усадкой на кварцевом песке, но все же на 10% ниже значений модуля упругости равнопрочных керамзитобетонов.

• 1. Симонов М. З. Бетон и железобетон на пористых заполнителях. М.: Стройиздат, 1955. 254 с.
• 2. Ахматов М. А. Эффективность применения легких бетонов и железобетонных конструкций на заполнителях из каменных отходов и рыхлых пористых пород вулканического происхождения: Дисс. … докт. тех. наук 05.23.01, 05.23.05- Ростов-на-Дону 1999. 514 с.
• 3. Несветаев Г. В. Закономерности деформирования и прогнозирование стойкости бетонов при силовых и температурных воздействиях: Автореферат дисс. … докт. тех. наук: 05.23.05. Ростов-на-Дону 1998. 47c.
• 4. Маилян Р. Л. Ахматов М.А. Железобетон на пористых каменных отходах. М.: Стройиздат, 1987. 208с.: ил.
• 5. Бычков М. В. Самоуплотняющиеся бетоны пониженной плотности с применением вулканического туфа // Инженерный вестник Дона 2013, № 3 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2013/1775.
• 6. Налимова А. В. Влияние комплексной полимерной добавки на прочность и усадочные деформации цементного камня // Инженерный вестник Дона 2012, № 1 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/ n1y2012/737
• 7. Несветаев Г. В., Жильникова Т. Н. Метод прогнозирования марочной прочности бетона // Бетон и железобетон в третьем тысячелетии: Материалы 3-й Международ. конф. Ростов-на-Дону, 2004. С. 433−445.
• 8. Brandl Johannes. Selbstverdichtender Beton beim Bau eines U-Bahnhofs // Beton, -№ 9, 2003, 53, PP. 424−427.
• 9. Okamura Hajime, Ouchi Masahiro. Self-Compacting Concrete // Journal of Advanced Concrete Technology. Vol. 1. 2003. № 1, РP. 5−15.
• 10. Пирадов А. Б. Конструктивные свойства легкого бетона и железо-бетона, М.: Стройиздат, 1973. 124 с.