CC BY
24
Некоторые аспекты начального модуля упругости бетонов скомпенсированной усадкой на туфовых заполнителях Кабардино-Балкарии
Б.Х. Бештоков, М.А. Бирсов, А.А. Хутов, А.В. Черкесов Кабардино-Балкарский государственный университет, Нальчик
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 Еб, который представляет собой отношение — при
е
величине о < 0.3Ярг, где о- нормальные напряжения, е - относительные деформации, а Ярг - нормативная призменная прочность бетона. Условно считается, что при нагрузке менее 30% Ярг 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]:
Е =
2
1
Ф р
_+ Фщ + ^
Ф Е + ф Е Е Е
тщ щ Тр р щ р
(1)
где фщ, фр - объемная концентрация щебня, раствора;
Ещ Ер - 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:
Е„
0,05Я + 57
' рг
1 +
29
3,8 + Я
рг
ч2,4у
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.
О
О |_
£ я
с I— ^ I-
.0
>
о
24 22 20 18 16 14 12 10
20 30 40 50
Предел прочности при сжатии, МПа
♦ рд-кварц
■ рд туф
▲ пц-кварц
• пц - туф
Керамзит
Т - РД кв.
Т - ПЦ кв.
Т - РД туф.
Т - ПЦ туф.
60
Рис. 1. Зависимости модулей упругости туфобетонов от предела прочности на сжатие.
Методика испытаний туфобетонов производились по ГОСТ 24452.
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.
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
Керамзито ТУФОБЕТОНЫ
-бетон РД + кварц. ПЦ + кварц. РД + туф. ПЦ + туф.
песок песок песок песок
1 1-0,0018*Rpr 0,97-0,00225*Rpr 0,86-0,00225*Rpr 0,8-0,00225*Rpr
0,92.0,965 0,88.0,93 0,77.0,815 0,71.0,755
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.
Литература:
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, РР. 5-15.
10.Пирадов А.Б. Конструктивные свойства легкого бетона и железобетона, М.: Стройиздат, 1973. 124 с.
References
1. Simonov M.Z. Beton i zhelezobeton na poristykh zapolnitelyakh [Concrete and reinforced concrete on porous aggregates]. M.: Stroyizdat, 1955. 254 p.
2. Akhmatov M.A. Effektivnost' primeneniya legkikh betonov i zhelezobetonnykh konstruktsiy na zapolnitelyakh iz kamennykh otkhodov i rykhlykh poristykh porod vulkanicheskogo proiskhozhdeniya: Diss. ... dokt. tekh. nauk 05.23.01, 05.23.05-Rostov-na-Donu 1999. 514 p. [Efficiency of using lightweight concrete and reinforced concrete structures on aggregates from stone waste and loose porous rocks of volcanic origin .: Thesis. ... Doctor of Technical Sciences 05.23.01, 05.23.05. Rostov-on-Don 1999. 514 pg]
3. Nesvetaev G.V. Zakonomernosti deformirovaniya i prognozirovanie stoykosti betonov pri silovykh i temperaturnykh vozdeystviyakh: Avtoreferat diss. ... dokt. tekh. nauk.: 05.23.05. Rostov-na-Donu 1998. [Regularities of deformation and prediction of the resistance of concretes for power and temperature effects: the Abstract of the thesis of a Dr.Sci.Tech .: 05.23.05. Rostov-on-Don 1998. 47 p.]
4. Mailyan R.L. Akhmatov M.A. Zhelezobeton na poristykh kamennykh otkhodakh [Reinforced concrete from porous stone aggregates]. M.: Stroyizdat, 1987. 208 pg.
5. Bychkov M.V. Inzenernyj vestnik Dona (Rus) 2013, №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2013/1775.
6. Nalimova A.V. Inzenernyj vestnik Dona (Rus) 2012, №1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/ n1y2012/737.
7. Nesvetaev G.V., Zhil'nikova T.N. Beton i zhelezobeton v tret'em tysyacheletii: Materialy 3-y Mezhdunarod. konf. Rostov-na-Donu, 2004. pp. 433-445.
8. Brandl Johannes. Beton, №9, 2003,53, pp. 424-427.
9. Okamura Hajime, Ouchi Masahiro. Journal of Advanced Concrete Technology. Vol. 1. 2003. №1, pp. 5-15.
10. Piradov A.B. Konstruktivnye svoystva legkogo betona i zhelezobetona [Constructive properties of lightweight concrete and reinforced concrete]. M., Stroyizdat, 1973. 124 p.
