CC BY
22olya-oite@mail.ru Курбатов В.Л., канд. техн. наук,
Середа O.A., аспирант, Пастухов С.В., аспирант
Северо-Кавказский филиал Белгородского государственного технологического
университета им. В.Г.Шухова
АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДИК ДИЛАТОМЕТРИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ БЕТОНОВ
В статье рассмотрены методики дилатометрических испытаний бетонов и в процессе исследований установлено изменение температурных деформаций водонасыщенных образцов бетона в зависимости от скорости охлаждения.
Несмотря на множество различных конструкций дилатометров [1-3], они отличаются сложностью конструкции, изготовления и методики испытания, что до настоящего времени не позволяет использовать дилатометрические измерения для систематических испытаний материалов. Исключением является объемный дилатометр, используемый для ускоренного определения морозостойкости бетонов [46]. Согласно [6], водонасыщенный образец бетона помещают в измерительную камеру дилатометра, во вторую камеру помещают стандартный образец, камеры заполняют керосином и герметизируют. Дилатометр с образцами устанавливают в морозильную камеру и выдерживают 30мин, затем начинают замораживать со скоростью 0,3°с/мин до достижения температуры минус (18±2)°С. На графиках фиксируют кривую разности значений объемных деформаций испытуемого и стандартного образцов во время замораживания.
Для определения морозостойкости дилатометрическим методом используют образцы кубической формы размером 100 х 100 х 100 мм или цилиндры высотой и диаметром равным 70 мм согласно ГОСТ 10060.0-95.
Оговоренная в ГОСТ 10060.3-95 скорость охлаждения образца, равная 0,3°С/мин, не соответствует скоростям охлаждения бетонов в реальных условиях эксплуатации. А, как известно, быстрое замораживание образца приводит к образованию такой структуры замороженной воды в порах образца, которая не будет соответствовать структуре и возникающим напряжениям в образце при малых скоростях охлаждения. Кроме того в образцах - кубах размером 100 х 100 х 100 мм или цилиндрах диаметром и высотой 70 мм при скоростях охлаждения 0,3°С/мин температура на поверхности и на оси образца будет существенно различаться.
Согласно [7] время запаздывания Дт, необходимое для того, чтобы температура на оси образца приняла значение, равное температуре на его поверхности, определяется по формуле:
к 2
Дт = -
2Ka
где К - коэффициент формы образца, взят равным коэффициенту формы цилиндра, т. е. К = 2; г -радиус цилиндра; а - коэффициент температуропроводности материала.
Расчетами и экспериментально нами было установлено, что скорость охлаждения бетонного образца-цилиндра диаметром 70 мм с учетом времени запаздывания Д ? должна быть равной 0,1 °С/мин, вместо стандартного значения 0,3°С/мин.
В ГОСТ 10060.3 не оговорено, в какую морозильную камеру устанавливается образец (ее объем, мощность по хладогенту), как обеспечивается охлаждение со скоростью 0,3°С/мин, что, безусловно, отражается на режиме замораживания образца.
Нами усовершенствована конструкция линейного дилатометра [8], позволяющая испытывать образцы твердых материалов в режиме определения как линейного, так и объемного деформирования при охлаждении-нагревании.
Для измерения объемного деформирования в известном линейном дилатометре [8], произведена замена крышки дилатометра. Индикатор часового типа в крышке линейного дилатометра заменен на стеклянный капилляр, который приварен к стальной крышке объемного дилатометра через коваровую трубку. Герметичность соединения крышки объемного дилатометра обеспечивается за счет обжатия гайкой алюминиевой прокладки, расположенной между стаканом и крышкой дилатометра.
Конструкции линейного и объемного дилатомет-
а)
5}
да о», ода а," п
/¿/¿¿/¿¿//¿//¿//¿//¿¿/¿¿/¿¿/¿¿//¿//¿л?'/
гад" ;■»-.□ ^ФЬцЧ^Уод ¡УЬдч;"" ?»□
Рисунок 1 - Конструктивная схема линейного - а) и объемного - б) дилатометра: 1 - стакан с термостатирующей рубашкой заполненной хладогентом (теплоносителем), 2 - теплоизоляция, 3 - сферический выступ, 4 - опорная пластина, 5 - испытуемый образец, 6 - кварцевый стержень, 7 - измеритель деформаций - индикатора часового типа, с ценой деления 0,001мм, 8 - крышка дилатометра с водяным холодильником, 9 - фиксирующий винт индикатора, 10 - гайка, 11 - фиксирующая шайба, 12 - термопара, 13 - алюминиевая прокладка, 14 - стеклянная капиллярная трубка, 15 - рабочая жидкость, 16 - кожух
ров для испытания материалов представлена на рисунке 1.
В линейном дилатометре образец материала 5 так же, как и в объемном дилатометре, устанавливается в стакан из инвара. Сам инваровый стакан установлен в термостатирующую рубашку и сварен с нею. Стакан с термостатирующей рубашкой находится в теплоизоляции 2 закрытой кожухом 16. На испытуемом образце установлен кварцевый стержень 6, на который опирается ножка индикатора ИГМ 7 с ценой деления 0,001 мм. Индикатор крепится на крышке с водяным холодильником 8 с помощью винта 9, а сам водяной холодильник закреплен на дилатометре с помощью гайки 10. Для точной установки образца и устранения люфтов на нём крепятся шайбы 11 из легкого металла.
Образец устанавливается на опорной пластине 4, выполненной из материала, высота ^ и коэффициент линейного теплового расширения а1 которой связаны с высотой h и коэффициентом линейного теплового расширения инварового стакана а соотношением а ■ Н = а ■ Н, расположенном на сферическом выступе 3 дна инварового стакана. Это компенсирует деформации стакана при изменении температуры.
Охлаждение и нагревание испытуемого образца в дилатометре осуществляется термостатом С-505 по заданной программе.
Дилатометры могут быть доукомплектованы электронными блоками обработки сигналов датчиков перемещений и температуры с выходом на компьютер или самописец.
На рисунке 2 представлены относительные линейные деформации водонасыщенного бетонного образца диаметром и высотой 70 мм в зависимости от температуры при охлаждении-нагревании со скоростью 0,3°С/мин - а), 0,1°С/мин - б) и со скоростью 0,1°С/ мин в диапазоне температур от 20 до минус 50°С -в). Из представленных данных отчетливо видно, что скорость охлаждения-нагревания бетонных образцов существенно влияет на их температурные деформации.
При стандартных скоростях охлаждения 0,3°С/мин деформации вследствие замерзания воды проявляются в гораздо меньшей степени, чем образцов, охлажденных со скоростью 0,1°С/мин. Это наблюдается как при охлаждении, так и при нагревании образцов. Как следует из рисунка 2а, выдерживание образца бетона после охлаждения со скоростью 0,3°С/
—•— замораживание — ■— оттаивание
Т, С
замор аживание оттаивание
20 15 10
5 -10 -15 -20 -30 -35 -40 -45 -50 Т С
Рисунок 2 - Относительные линейные температурные деформации образцов Д1/1 бетона при охлаждении-нагревании: а) от 20 до 20°С со скоростью 0,3°С/мин; б) от 20 до -20°С со скоростью 0,1°С/мин; в) от 20 до - 50°С со скоростью 0,1°С/мин.
мин в течение 55 мин при минус 20°С приводит к логичному его укорочению в связи с достижением температур минус 20°С всего объема образца.
Очевидно, что скорость охлаждения при дилатометрическом определении морозостойкости бетонов по ГОСТ 10060.3-95 следует изменить, так же, как и диапазон температур охлаждения. Как следует из рисунка 2 в, зависимости Al/l от температуры образцов бетона, охлажденных со скоростью 0,1°С/мин до - 50°С отличаются от зависимостей при охлаждении до -20°С. Тем более, что на практике в климатических условиях России -20°С, не везде являются минимальными зимними температурами.
Таким образом в результате проведенных исследований:
1. Представлены конструкции линейного и объемного дилатометров.
2. Установлено значительное изменение температурных деформаций водонасыщенных образцов бетона в зависимости от скорости охлаждения.
3. Показано, что принятые в ГОСТ 10060.3-95 скорость охлаждения образцов бетона не обеспечивает их охлаждения по всему объему, что искажает реальное морозное деформирование при охлаждении водонасыщенных образцов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Горчаков, Г.И., Лифанов, И.И, Терехин, Л.Н. Коэффициенты температурного расширения и температурные деформации строительных материалов [Текст] / Г.И. Горчаков, И.И. Лифанов, Л.Н. Терехин. - Москва, 1968.- 166 с.
2. Тушинский, ЛИ., Плохов, A.B., Токарев, А.О., Синдеев В.И. Методы исследований материалов: Структура, свойства и процессы нанесения неорганических покрытий [Текст] / Л.И. Тушинский., A.B. Плохов, А.О. Токарев, В.И. Синдеев. - М.: Мир, 2004. - 384 с.
3. Аматуни, А.Н. Методы и приборы для определения температурных коэффициентов линейного расширения материалов. [Текст]/ А.Н. Аматунин. - М.: Изд-во стандартов, 1972. - 191 с.
4. Долгополое, Н.Н., Дикун, А.Д., Суханов, М.А., Фишман, В.Я. Ускоренное определение морозостойкости пористых строительных материалов. [Текст] / Н.Н. Долгополов, А.Д. Дикун, М.А. Суханов, В.Я. Фишман. - Строительные материалы, 1995г. №8. - с. 12-13.
5. Дикун, А.Д., Фишман, В.Я., Нагорняк, И.Н., Тюрина, Т.Е., Алексеев, А.В. Экспрессное определение морозостойкости бетонов дорожных покрытий дилатометрическим методом. // ГОССТРОЙ России, 2001, Бюллетень №6,
6. ГОСТ 10060.3-95 Бетоны. Дилатометрический метод ускоренного определения морозостойкости. - 8 с.
7. Осипова, В. А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена. [Текст] / В.А. Осипова. - М.-Л.: «Энергия», 1964. - 211с.
8. Печеный, Б.Г. Битумы и битумные композиции. [Текст]/ Б.Г. Печеный. - М.: Химия.1990. - 256с.
