Растягивающие напряжения в бетоне от усадки

Обновлено: 19.04.2024

Усадка.
Под усадкой понимают способность бетона сокращаться в объеме при твердении на воздухе. Бетоны, приготовленные на специальном цементе (расширяющемся или безусадочном), не имеют усадки. Различают усадку автогенную, вызываемую физико-химическими процессами при твердении бетона, и влажностную, обусловленную изменением содержания в нем воды. Автогенная усадка не имеет большого практического значения, потому что происходит в начальной стадии твердения, когда модуль деформации еще мал. Влажностная усадка в 10…20 раз больше автогенной усадки и имеет большое значение, потому что вызывает на поверхности бетона усадочные трещины, снижающие его прочность. Высыхание бетона начинается с испарения влаги из более крупных пор, однако это не вызывает усадки. После того как относительное по массе количество воды в порах достигнет критического значения (0, 013…0, 0135), дальнейшее понижение влагосодержания сопровождается сокращением объема, которое приблизительно пропорционально потере влаги ниже критического значения.

Образование усадочных трещин обусловливается тем, что объем наружных слоев элемента интенсивно уменьшается, в то время как внутренний слой не успевает сократиться в объеме. Это вызывает в еще неокрепшем наружном слое собственные растягивающие напряжения, вследствие чего на поверхности бетона могут появиться многочисленные усадочные трещины. Усадочные трещины в первую очередь появляются в наиболее слабых местах конструкции — у резких переходов сечений, у ребер, в местах быстрого высыхания.

Замечено, что бетонные массивы высыхают медленно и неравномерно от периферии к ядру. Это явление вызывает неравномерность усадки, общая величина которой оказывается значительно меньшей, чем в элементах малого объема из того же бетона. По мере высыхания внутреннего ядра усадочные трещины закрываются и часто становятся невидимыми. При этом возможно срастание трещин и частичное самовосстановление структуры бетона. Поэтому собственные напряжения от усадки бетона непосредственно не учитывают при расчете железобетонных конструкций малых поперечных сечений. Отрицательное влияние усадочных напряжений учитывают косвенно коэффициентом однородности бетона, конструктивной арматурой и устройством усадочных швов.

Размеры усадки бетона и изменение ее во времени зависят от многих факторов:
1) с увеличением цемента на единицу объема бетона, возрастает усадка; при этом высокоактивные и глиноземистые цементы дают большую усадку;
2) с увеличением В/Ц увеличивается усадка;
3) чем меньше зернистость песка и больше пористость щебня, тем больше усадка;
4) чем влажнее условия твердения, тем меньше усадка. С уменьшением влажности воздуха с 90 до 25% усадка увеличивается примерно в 6…7 раз;
5) бетоны на щебне дают меньшую усадку, чем бетоны на гравии. При этом повышение содержания крупных заполнителей снижает размер усадки бетона. Усадка бетона примерно обратно пропорциональна модулю упругости крупных заполнителей.

Величина средней годичной линейной усадки тяжелого бетона esh % 0,0002… 0,0004, а легкого бетона esh% = 0,00045. Наибольшая часть ее проявляется в начальный период твердения и в течение первого года. Это обусловливается уменьшением влажностного градиента по мере высыхания бетона и ростом кристаллических сростков, оказывающих все большее сопротивление остающимся усадочным напряжениям.

Количество стальной арматуры и ее распределение по сечению элемента влияют на проявление усадки бетона. Опыты показывают, что даже небольшое продольное армирование бетонных образцов снижает деформации усадки более чем на 2 раза по сравнению с неармированными образцами. Это объясняется тем, что арматура, обладающая значительно большим модулем упругости, в результате сцепления с бетоном вовлекается в его совместную работу и тем препятствует свободным усадочным деформациям бетона. Вследствие этого в бетоне возникают начальные растягивающие напряжения, а в арматуре — сжимающие. Растягивающее усилие в бетоне равно сжимающему усилию в арматуре, так как процесс усадки происходит самоуравновешенью без внешней нагрузки. Растягивающие напряжения в бетоне распределяются по сечению неравномерно. Наибольшие напряжения возникают в зоне контакта с арматурой. При расстояниях между арматурными стержнями более 400 мм эта неравномерность оказывается значительной и приводит к образованию усадочных трещин. Поэтому при конструировании железобетонных элементов устанавливают специальную противоусадочную арматуру, чтобы расстояние между любыми стержнями не превышало 400 мм.

В изгибаемых элементах с одиночной арматурой, во внецентренно сжатых и растянутых элементах с большими эксцентриситетами влияние усадки будет сводиться к созданию момента внутренних сил, вызывающего растяжение бетона со стороны армированной грани сечения и сжатия на противоположной грани. Растягивающие напряжения в бетоне от его усадки будут при этом суммироваться с растягивающими напряжениями от воздействия внешних нагрузок и способствовать более раннему появлению трещин в бетоне. С появлением трещин влияние усадки уменьшается, а в стадии разрушения вовсе исчезает. В статически неопределимых конструкциях (арках, рамах и т. д.) усадка бетона может вызвать дополнительные внутренние усилия, с которыми в особых случаях необходимо считаться. Их определяют методами строительной механики, как в упругих системах, принимая коэффициент линейного укорочения от усадки железобетона: для тяжелого железобетона esh = 0,00015; для легкого железобетона esh = 0,0002.

Набухание.
Под набуханием понимают способность бетона увеличиваться в объеме при сильном увлажнении(помещении в воду). Процесс набухания бетона в воде намного быстрее усадки, потому что капиллярный подсос воды идет значительно быстрее, чем диффузия влаги при высыхании бетона. Опыты показывают, что значение линейного набухания в 4…6 раз меньше линейной усадки и составляет не более 0,05…0,11 мм в год. При набухании проникновение воды начинается с поверхности бетона, поэтому объем наружных слоев увеличивается, в то время как внутренний не успевает увеличиться. Это вызывает в наружном слое бетона неопасные сжимающие напряжения, которые не учитывают при расчете железобетонных конструкций. Продольное армирование бетонных образцов влияет на деформации набухания не менее значительно, чем на аналогичные деформации усадки, — снижает их более чем в 2 раза по сравнению с неармировапными образцами. При этом в бетоне армированных элементов возникают начальные сжимающие напряжения, а в арматуре — растягивающие. Начальные напряжения в бетоне и арматуре железобетонных элементов от набухания бетона значительно ниже, чем от усадки бетона, так как свободные деформации набухания бетона меньше деформаций его усадки.

Температурные деформации.
Бетон с увеличением температуры расширяется, а с ее понижением сжимается. Коэффициентом линейной температурной деформации называют относительное удлинение (укорочение) бетонного образца при нагреве (охлаждении) на 1 °С (в пределах изменения температуры от —40 до +50°С).
По нормам этот коэффициент равен 0,00001 для тяжелого, мелкозернистого и легкого бетона при мелком плотном заполнителе; 0,000007 — для легкого бетона при мелком пористом заполнителе; 0,000008 град-1 —для ячеистого и поризованного бетонов. При температуре ниже — 20 °С коэффициент может достигать соответственно 0, 000018 и 0, 000015 град-1.

При понижении температуры бетона в процессе его твердения температурные напряжения суммируются с усадочными растягивающими напряжениями, вследствие чего увеличивается опасность появления трещин в еще неокрепшем бетоне. Температурно-усадочные напряжения отрицательно влияют на прочностные характеристики бетонов. Стесненные температурные деформации, накапливаясь по мере увеличения размеров конструкций, могут создавать недопустимые напряжения и вызвать обрушение. Поэтому нормы ограничивают размеры деформационного блока железобетонных сооружений. Такие изменения важно учитывать, когда вы начинаете устанавливать межкомнатные двери - их правильное положение и исключение перекоса зависит от мастерства установщиков и наличия деформаций. Для конструкций одноэтажных зданий, колонны которых являются достаточно гибкими и слабее стесняют температурные деформации, нормы рекомендуют увеличивать предельные расстояния между деформационными швами на 20%, а для конструкций, возводимых в районах с минимальной среднемесячной температурой ниже — 20 °С, — уменьшать на 25 %. В общем случае расстояние между температурно-усадочными швами определяют расчетом блоков на температурно-влажностные воздействия. Усилия, возникающие от изменения температуры элементов, определяют с учетом перераспределения усилий за счет неупругих деформаций и наличия трещин. Температурные удлинения находят в зависимости от времени монтажа конструкций.

Бетон обладает свойством уменьшаться в объёме при твердении в обычной воздушной среде (усадка бетона) и увеличиваться в объёме при твердении в воде или очень влажной среде (набухание бетона).

Усадка бетона происходит в результате кристаллизации цементного камня и интенсивного испарения воды с поверхностных слоев бетона. Она особенно интенсивно протекает в первые две недели твердения бетона. Через год её можно считать практически закончившейся.

Как показывают опыты, величина усадки бетона зависит от целого ряда причин:

- количества и вида цемента (его минералогического состава) - чем больше расход цемента на единицу объёма бетона, тем (при прочих равных условиях) больше усадка; при этом бетоны, приготовленные на высокоактивных и глинозёмистых цементах, дают большую усадку. Наименьшей усадкой обладают бетоны, приготовленные на портландцементе;

- количества воды - чем больше W/C, тем больше усадка;

- крупности заполнителей и их вида - при мелкозернистых песках и пористом щебне усадка больше. Чем выше способность заполнителей сопротивляться деформированию, т. е. чем выше их модуль упругости, тем усадка меньше. При разной крупности зёрен заполнителей и меньшем объёме пустот меньше и усадка;

- от влажности окружающей среды - чем ниже влажность, тем больше усадка;

- различные гидравлические добавки и ускорители твердения (например, хлористый кальций), как правило, увеличивают усадку;

- влияние пропаривания бетона на процесс усадки изучено пока недостаточно; однако имеются данные о том, что после пропаривания усадка уменьшается примерно в 1,5 раза;

- при наличии заполнителей с глинистыми и пылевидными загрязнениями усадочные деформации бетона могут увеличиться в несколько раз.

Средняя величина годичной усадки тяжёлого бетона средней прочности, приготовленного на портландцементе, при естественном твердении составляет e_sl = 3·10 -4 относительных единиц. Абсолютная величина деформации набухания примерно в 2. 5 раз меньше усадки.

Деформацию усадки бетона можно представить как сумму деформаций двух видов - собственно усадки и влажностной усадки.

Собственно усадка происходит в результате уменьшения истинного объёма системы цемент - вода при гидратации. Она может развиваться при полной изоляции бетона от внешней среды и всегда ведёт к необратимому уменьшению первоначального объёма.

Влажностная усадка связана с уменьшением влагосодержания бетона, то есть с испарением свободной воды в цементном камне и обусловлена капиллярными явлениями (натяжением менисков в порах цементного камня); она частично обратима: при твердении на воздухе происходит уменьшение объёма (усадка), а при достаточно большом притоке влаги – увеличение объёма (набухание).

Деформации, происходящие вследствие влажностной усадки бетона, по величине в 10. 20 раз превышают деформации собственно усадки. Поэтому изменение влагосодержания бетона - основная причина усадочных деформаций.

Усадка повышает сцепление арматуры с бетоном, вызывая её обжатие, что является положительным фактором.

В реальных условиях усадка бетона происходит неравномерно: развитие усадки начинается с поверхности бетона и постепенно, по мере его высыхания, распространяется вглубь. Уменьшение объёма цементного камня встречает сопротивление со стороны инертных составляющих бетона, которые стремятся сохранить свой объём постоянным. Возникающие при этом внутренние усилия могут служить причиной микроразрушений на границе цементно-песчаного камня и крупного заполнителя и даже в самом цементно-песчаном камне. Образующиеся при этом микро- и макротрещины отрицательно влияют на физико-механические свойства бетона. Особенно существенно сказывается влияние усадки на напряженно-деформированное состояние в массивных конструкциях (плотины и т. п. конструкции).

Уменьшения начальных усадочных напряжений в бетоне и тем самым предотвращения образования усадочных трещин можно добиться технологическими мерами — правильным подбором состава бетона (за счёт уменьшения объёма пор), увлажнением среды при тепловой обработке твердеющего бетона, увлажнением, особенно в первые дни, поверхности бетона при естественном твердении и др., а также конструктивными мерами - например, устройством усадочных швов в конструкциях большой протяженности, постановкой противоусадочных сеток.

Бетоны, приготовленные на специальных цементах (расширяющемся или безусадочном) усадки не дают. Особо прочные бетоны класса В100 и выше также практически не дают усадки.

Наличие арматуры существенно уменьшает усадку и набухание бетона. Это объясняется тем, что арматура вследствие сцепления с бетоном становится внутренней связью, препятствующей свободной усадке бетона (рис. 29).

Опыты показали, что при μ = 2% деформации усадки железобетонных элементов уменьшаются в 1,5. 2 раза, при μ = 5% – более чем в 3 раза по сравнению со свободной усадкой бетона ( ).

Для определения деформации усадки железобетона при старом (зрелом) бетоне естественного твердения можно пользоваться формулой:

где μ – процент армирования сечения. Т.е. при μ = 1% , при μ = 2% – , а при μ = 10% – .

Стеснение (ограничение) арматурой деформаций усадки бетона приводит к возникновению в железобетонном элементе собственных или начальных внутренне уравновешенных напряжений: растяжения в бетоне и сжатия в арматуре.

Под влиянием разности деформаций свободной усадки бетонного элемента ( )и стесненной усадки армированного элемента ( ) (см. рис. 29)

(1.27)

в поперечных сечениях железобетонного элемента возникают растягивающие напряжения в бетоне , средние значения которых определяются по формуле:

(1.28)

Рис. 29. Деформации усадки образцов:

а – бетонного; б – железобетонного

Наибольшие значения этих напряжений находятся в зоне контакта бетона с арматурой.

где A_s – площадь сечения продольной арматуры;

А – площадь сечения элемента.

Из (1.30) находим напряжения в продольной арматуре

(1.31)

где — коэффициент армирования сечения.

Если подставить в (1.27) деформации, выраженные через напряжения, по формулам (1.28), (1.29), (1.31), то получим следующее выражение:

Из него получаем значение средних растягивающих напряжений в бетоне, действующих в поперечном сечении железобетонного элемента

(1.32)

где – отношение модулей упругости арматуры и бетона;

,здесь – коэффициент упругопластических деформаций бетона при растяжении.

Из (1.32) видно, что при усадке железобетона растягивающие напряжения в бетоне зависят от величины деформации свободной усадки бетона ( ),процента армирования и класса бетона В,т.е. . С увеличением μ сжимающие напряжения в арматуре уменьшаются, а растягивающие напряжения в бетоне возрастают и, если они достигают временного сопротивления при растяжении , то в железобетонном элементе возникают усадочные трещины. Если задаться деформацией усадки бетона ( ),величиной и принять ,то из выражения (1.32) можно найти коэффициент армирования, при котором появляются трещины. Обычно при этом принимают наибольшей и постоянной для всех классов бетона, равной 0,0003, ,также независимо от класса бетона, принимается равным 0,5. Вычисленные при этих значениях коэффициенты армирования получаются сравнительно высокими.

Начальные растягивающие напряжения в бетоне от усадки способствуют более раннему образованию трещин в тех зонах железобетонных элементов, которые испытывают растяжение от нагрузки.

В статически неопределимых железобетонных конструкциях (арках, рамах и т.п.) лишние связи препятствуют усадке железобетона, вызывая появление дополнительных внутренних усилий.

Влияние усадки эквивалентно понижению температуры на определенное число градусов. Это позволяет заменять расчёт на действие усадки расчётом на температурные воздействия. Для практических расчетов при μ = 2. 3% среднюю величину усадки железобетона часто принимают равной = 1,5 • 10 -4 , что равносильно понижению температуры на 15°С (так как коэффициент линейной температурной деформации бетона ).

Интересует обозначенный в заголовке вопрос и смежные с ним проблемы. Дано: некая бетонная балка с квадратным сечением A x A и длиной L. При её изготовлении перед заливкой бетонной смеси производится установка продольных стержней арматуры, совокупная площадь сечения арматурных стержней S. Соответственно, необходимо понять какой величины возникают напряжения в балке и в арматуре после твердения? Интуиция подсказывает, что в арматуре должны возникать сжимающие напряжения, а в массиве бетона растягивающие, и они должны расти с увеличением степени армирования. Может быть я заблуждаюсь, и некое представление о вреде переармирования ложно?

В целом логика правильная. Переармированные сечения плохи тем, что разрушение в таких сечениях имеет хрупкий характер и происходит внезапно; прочность растянутой арматуры недоиспользуется.

Спасибо, почитал, и появились ещё вопросы:
1) Кто-нибудь работает на механических испытаниях, хотел бы ознакомиться, если это возможно, с датаграммами испытания арматуры на растяжение и бетона на растяжение/сжатие?
2) Регулируются ли следующие параметры бетона нормативно: относительное удлинение при растяжении, начальный модуль упругости, коэффициент усадки? Иными словами, можно ли требовать с поставщика бетона предоставление смеси с усадкой не более какого-то нормируемого значения?
3) Какие способы уменьшения усадки существуют? Существуют ли конфликты в добавках к бетону? Как и с кем правильно согласовать использование тех или иных добавок? Может ли поставщик использовать те или иные добавки без ведома заказчика?
4) Каким образом нормируется коэффициент армирования?

Насчет 1-го вопроса, советую поискать в интернете статьи и различные диссертации на русском и англ где проводятся испытания конструкций. Можно найти довольно подробно описанные испытания для арматуры и бетона. По 2-му вопросу точно не подскажу, но есть смысл посмотреть ГОСТ на бетоны; 3 - при возведении и эксплуатации конструкции в условиях высокой относительной влажности, высыхания и усадки не происходит; происходит набухание конструкции. Также, при твердении бетона необходимо сохранять определенную влажность (например периодически поливать конструкцию) для обеспечения более равномерного высыхания и для того, чтобы избежать ситуации, когда верхний слой бетона уже высох, а внутренний еще влажный. По отношению с заказчиком к сожалению не подскажу. 4 - в соответствующих СП и СНиПах (например СП63.13330 - пункт 10.3.6) есть значения минимальных коэфф армирования, ниже которых принимать не рекомендуется.

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Ерышев В. А., Латышева Е. В., Бондаренко А. С.

Целью работы являлось установление аналитической связи между относительными деформациями усадки бетонного и железобетонного образца с симметричным армированием. В исследованиях использовались условия совместности деформаций бетона и арматуры, уравнения равновесия в сечениях железобетонного элемента. Выполнен комплекс экспериментальных исследований , включающий измерения усадочных деформаций в бетонных и такого же размера железобетонных образцах во времени. Установлено, что деформации бетонных элементов увеличиваются с начала измерений после распалубливания, а деформации железобетонных образцов по истечении некоторого времени. В работе даны рекомендации по определению усадочных напряжений в бетоне и арматуре железобетонного элемента с учетом прерывания роста усадочных деформаций .

Shrink deformations in concrete and reinforced concrete elements

Most concrete subjects are exposed to shrinkage. In concrete constructions with small sizes shrinkage develops evenly, freely and own tensions do not rise up. In reinforced concrete constructions shrink deformations develop in the straitened terms due to internal connection of concrete with an armature and their size diminishes as compared to free deformations, but there are own tensions in a concrete and armature. In the process of exploitation power deformations and tensions from different loadings change not from zero values, but added up with their own sizes which in calculations and experimental researches, as a rule, are not taken into account. In the real work a connection is established between relative deformations of shrinkage of concrete and reinforced concrete standard with the symmetric reinforcing. On foundation results of experimental researches it is set, that free shrink deformations are increased from the beginning of measuring, and deformations of reinforced concrete standards only on t 0=4-5 days after release. Taking into account breaking of growth of deformation of reinforced concrete standard from shrinkage of concrete experimental information satisfactorily comport with a calculation. It is recommended to determine deformations of reinforced concrete element from shrinkage of concrete through the proper free shrink deformations, diminishing them on 25 %. Keywords: shrink deformations, tension, concrete, experimental research.

Текст научной работы на тему «Усадочные деформации в бетонных и железобетонных элементах»

Ерышев В.А. - доктор технических наук, профессор

Латышева Е.В. - кандидат технических наук, доцент

Бондаренко А.С. - аспирант

Тольяттинский государственный университет

Адрес организации: 445667, Россия, г. Тольятти, ул. Белорусская, д. 14 Усадочные деформации в бетонных и железобетонных элементах

Целью работы являлось установление аналитической связи между относительными деформациями усадки бетонного и железобетонного образца с симметричным армированием.

В исследованиях использовались условия совместности деформаций бетона и арматуры, уравнения равновесия в сечениях железобетонного элемента. Выполнен комплекс экспериментальных исследований, включающий измерения усадочных деформаций в бетонных и такого же размера железобетонных образцах во времени.

Установлено, что деформации бетонных элементов увеличиваются с начала измерений после распалубливания, а деформации железобетонных образцов - по истечении некоторого времени. В работе даны рекомендации по определению усадочных напряжений в бетоне и арматуре железобетонного элемента с учетом прерывания роста усадочных деформаций.

Ключевые слова: усадочные деформации, напряжение, бетон, экспериментальные исследования.

Большинство бетонов подвержено усадке. В бетонных конструкциях усадка нарастает равномерно и свободно. В железобетонных конструкциях усадочные деформации развиваются в стесненных условиях за счет внутренней связи бетона с арматурой и их величина уменьшается по сравнению со свободными деформациями, но в бетоне и арматуре возникают собственные напряжения. В процессе эксплуатации силовые деформации и напряжения от различных нагрузок изменяются не от нулевых значений, а суммируются с их собственными величинами, которые в расчетах и экспериментальных исследованиях, как правило, не учитываются.

В настоящей работе устанавливается связь между относительными деформациями усадки бетонного и железобетонного образца с симметричным армированием. Предлагаются способы и результаты экспериментального определения деформаций и напряжений от усадки бетона в железобетонном образце.

Принимаются следующие обозначения: ss/, - свободные относительные линейные деформации бетонного образца в осевом направлении (величина положительная, в случае отрицательных значений в формулах принимается со знаком минус); ss/ir и -относительные деформации и напряжения сжатия в арматуре, при этом £,tir равны деформациям железобетонного элемента (т.е. ss¡ir = s, где s - относительные деформации железобетонного элемента); setsh, cjeS:Sh - относительные деформации и напряжения растяжения в бетоне железобетонного элемента (из условия равновесия, если арматура сжата, то бетон растянут).

Относительные деформации бетона, вызывающие его растяжение, равны разности деформаций бетонного и железобетонного элементов:

где относительные деформации ей ssi, подставляются со своими знаками.

Напряжения в бетоне связаны с деформациями зависимостью:

&et,sh _ ? ИЛИ CJetsh &et,sh ^et,shr> (2)

где Ев - начальный модуль упругости бетона при сжатии и растяжении; veUt, -коэффициент упругопластических деформаций бетона при усадке.

Из уравнения (1) с учетом (2) выразим деформации железобетонного элемента через напряжения в бетоне:

~ /Д/7 ИЛИ аеиЬ (в - /С: I (3)

то же через напряжения в арматуре:

Записываем условие равновесия:

откуда ивиь= -сгы, /у, где А, - площадь арматуры; Ав - площадь поперечного сечения элемента; \х=А/Ав - коэффициент армирования.

Подставляя (3) и (4) в уравнение (5), получим:

В формуле (6) неизвестными параметрами являются: £,), - свободные деформации усадки бетона и коэффициент упругопластических деформаций К',ы,. Значение коэффициента можно определить с помощью итерационного процесса,

последовательным приближением ПО Оьиь используя известные зависимости для Уь(Ы) В редакции академика Н.И. Карпенко [1].

Деформации усадки бетона £,ь зависят от многих факторов, включая составы бетона, режимы хранения после изготовления, размеров поперечного сечения и ряда других факторов. Поэтому значения деформаций £,), к моменту времени t могут определяться опытным путем, прямыми измерениями на стандартных образцах и отвечать конкретным условиям твердения бетона.

Усадочные трещины становятся проблемой в условиях естественного твердения бетона при монолитном бетонировании железобетонных конструкций на строительной площадке. Усадочные напряжения в железобетонных элементах влияют на трещинообразование, сцепление арматуры с бетоном и должны учитываться при производстве экспериментальных исследований, в том числе при осевых нагрузках сжатия и растяжения.

Для проведения экспериментальных исследований изготавливались 4 серии образцов с одинаковыми размерами 15x15x60 см. Серия включала: бетонные и железобетонные образцы, изготовленные в металлических опалубках одновременно из одного состава тяжелого бетона, в условиях Тольяттинского завода ЖБИ, в летний период времени. Составы бетона (табл. 1) подбирались варьированием весовых соотношений различных компонентов с учетом трех факторов: получения класса бетона в диапазоне В30-В45; различные величины усадочных деформаций в сериях; наличие компонентов на заводе. Железобетонные элементы армировались центральным стержнем диаметром 20 мм из арматуры класса А400 и пространственными каркасами у торцов с поперечной арматурой диаметром 6 мм, которая устанавливалась с шагом 50 мм на участках 11=13=16 см [2].

Измерения линейных деформаций усадки бетонных и железобетонных образцов производились при комнатной температуре после распалубливания на 3 сутки (после окончания твердения свежеуложенного бетона во влажных условиях) с помощью индикаторов часового типа с ценой деления 0,01 мм, установленных в рамках на каждой грани образца (рис. 1). Продолжительность измерений определялась временем начала последующих испытаний каждого железобетонного образца на осевое растяжение и сжатие, поэтому составляла от 30 до 890 суток. В большей степени усадке подвержены образцы из мелкозернистого бетона, где в качестве заполнителя использовались отсевы гранита.

Усадочные деформации увеличиваются: с ростом В/Ц, с количеством цемента на единицу объема бетона (при этом высокоактивные цементы дают большую усадку, что согласуется с литературными данными).

Состав бетонных смесей

Серия (класс б.) Цемент Заполнитель Песок В/ц Пластификатор

1 (В30) п.ц. 400, 325 кг/м3 карбонатный щебень фр. 5-20, М 600, 1265 кг/м3 кварцевый, Мкр=1,25>1,3, 560 кг/м3 0,51, 165 л/м3 -

2 (В45) п.ц. 500, 450 кг/м3 дробленый гравий, фр. 5-20, М 1000, 1260 кг/м3 кварцевый, Мкр=2,56, 540 кг/м3 0,41, 185 л/м3 -

3 (В35) п.ц. 500, 410 кг/м3 карбонатный щебень фр. 5-20, М 600, 1100 кг/м3 кварцевый, Мкр=1,2, 610 кг/м3 0,54, 221 л/м3 ЛМР-НЛХ

4 (В45) п.ц. 500, 567 кг/м3 отсев гранитный фр. 0-5, М 1400, 1392кг/м3; порошок минеральный карбонатный МП-1, 113кг/м3 речной Волжский, Мкр=1,2, 175 кг/м3 0,339, 192 л/м3 ГП Melfiux 164 IF (1,5 % от Ц)

Для сравнения в таблице 2 представлены опытные значения относительных усадочных деформаций на 28 сутки измерения, а в таблице 3 - окончание измерения. Деформации бетонных образцов в 1,7-2 раза превышают деформации железобетонных образцов (рис. 2).

Рис. 1. Схема расстановки приборов: а - схема расстановки индикаторов; б - схема расстановки тензодатчиков: ТЫ - тензодатчики на бетоне, база 50 мм;

ТЬ2 - тензодатчики на бетоне, база 10 мм; Тві; Тв2 - тензодатчики на арматуре, база 10 мм

Из условия совместности деформаций бетона и арматуры, следуя закону (1), деформации усадки бетона євиі„ вычисленные по опытным значениям є,), и є. близки или превышают предельные их значения на растяжение єві.

Напряжения в бетоне сгви1ь вычисленные по формуле (2), значительно превышают их значения из условия равновесия (5), а в отдельных случаях и предельные напряжения на растяжение ЯвЬ хотя усадочные трещины в бетоне не обнаружены [2].

Из сравнения графиков роста усадочных деформаций є,), - в бетонных и є - в железобетонных образцах следует, что свободные усадочные деформации увеличиваются с начала измерений, а деформации железобетонных образцов только на 10 = 4-5 сутки после распалубливания.

Усадочные деформации бетонных и железобетонных образцов на 28 сутки______________

Усадочные серия 1 серия 2 серия 3 серия 4

деформации (С1-1,2,3) (С2-1,2,3) (СЗ-1) (С4-1)

х1 (У* 21 29 32 46

За время прерывания роста относительных деформаций в свободные деформации выросли на Аею = (9-12) х10Г , что составляет до 25 % от их значения на окончание измерений. С тем чтобы условие совместности деформирования бетона и арматуры выполнялось, из замеренных величин в опыте £^р вычтем значения Ае1о (табл. 3).

Рис. 2. Деформации усадки бетонных (1) и железобетонных образцов (2): а) - серия 3; б - серия 4

С учетом Аего свободные относительные деформации £,/, уменьшились по абсолютной величине, однако их значения примерно на 10 % превышают расчетные значения £ по формуле (6), где К;/,лЛ 0,9. Разница между этими относительными деформациями составляют фактические относительные деформации растяжения бетона от усадки £вщь.

Опытные и расчетные значения усадочных параметров _______________________

Серия Шифр возраст образцов Сф- сут 11ЧНО шгчио 5от 1Л О X о СО

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

С1-1 125 37 - 9 -28 -25 -50 0,60 2,6 0,61

1 С1-2 135 37 - 9 -28 -25 -50 0,60 2,6 0,61

С1-3 887 48 - 9 -39 -35 -70 0,84 3,7 0,85

С2-1 35 33 - 9 -24 -23 -45 0,54 1,4 0,54

2 С2-2 45 36 - 9 -27 -25 -51 0,61 1,5 0,61

С2-3 50 38 - 8 -30 -28 -56 0,68 1,7 0,68

3 СЗ-1 30 32 18 12 -20 -18 -37 0,44 1,4 0,45

4 С4-1 40 51 25 12 -39 -36 -71 0,85 2,3 0,86

Значения усадочных напряжений сг,;(Л/,. вычисленные из условия равновесия (5), и по относительным деформациям бетона (2), согласуются между собой и составляют 30-^40 % от предельных на растяжение ст,;1=Нг. Последующие испытания железобетонных

образцов на растяжение показали обоснованность указанных корректировок при сравнении опытных и расчетных значений усилий трещинообразования.

Усадочные деформации и напряжения в железобетонных конструкциях следует определять с учетом прерывания их развития после окончания твердения свежеуложенного бетона во влажных условиях, уменьшая соответствующие свободные усадочные деформации бетона ssh на 25 %.

1. Карпенко Н.И. Общие модели механики железобетона. - М.: Стройиздат, 1996.-412 с.

2. Ерышев В.А., Латышева Е.В., Бондаренко А.С. Методика экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния линейных железобетонных элементов при осевом загружении повторными и знакопеременными нагрузками. -Вектор науки ТГУ, 2010, № 3. - С. 51-56.

Latysheva E.V. - candidate of technical sciences, associate professor

Bondarenko A.S. - post-graduate student

Tolyatti State University

Address of organization: 445667, Russia, Tolyatti, Byelorussian, 14

Shrink deformations in concrete and reinforced concrete elements Resume

In the real work a connection is established between relative deformations of shrinkage of concrete and reinforced concrete standard with the symmetric reinforcing. On foundation results of experimental researches it is set, that free shrink deformations are increased from the beginning of measuring, and deformations of reinforced concrete standards only on t0=4-5 days after release. Taking into account breaking of growth of deformation of reinforced concrete standard from shrinkage of concrete experimental information satisfactorily comport with a calculation. It is recommended to determine deformations of reinforced concrete element from shrinkage of concrete through the proper free shrink deformations, diminishing them on 25 %. Keywords: shrink deformations, tension, concrete, experimental research.

1. Karpenko N.I. the «General models of mechanics of the reinforced concrete». - М.: Stroyizdat, 1996. - 412 p.

2. Eryshev V.A., Latysheva E.V., Bondarenko A.S. Method of experimental researches of the tensely-deformed state of linear reinforced concrete elements at an axial load repeated and znakoperemennymi nagruzkami. - Tolyatti, «Vector of science of TGU», 2010, № 3. -P. 51-56.

Читайте также:

Растягивающие напряжения в бетоне от усадки

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Ерышев В. А., Латышева Е. В., Бондаренко А. С.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Ерышев В. А., Латышева Е. В., Бондаренко А. С.

Shrink deformations in concrete and reinforced concrete elements

Текст научной работы на тему «Усадочные деформации в бетонных и железобетонных элементах»