В связи с расширением применения керамзитобетона в несущих конструкциях повышается актуальность исследований его деформативных свойств. В большинстве случаев уровень напряжений в конструкциях многократно изменяется, поэтому прогнозировать их надежность при эксплуатации следует с учетом степени обратимости деформаций.
Известно, что деформативные свойства керамзитобетона имеют ряд особенностей. В частности, одной из причин развития пластических деформаций такого бетона считаются гранулы керамзита. Однако исследования, проведенные в последнее время в Пензенском инженерно-строительном институте показали объективность иной интерпретации.
Для характеристики каждого компонента в отдельности и объективного представления о природе деформаций керамзитобетона в целом исследовали сначала гранулы керамзита, затем конструктивные бетоны марок М150-М300, снимая соответствующие показатели не только при загрузке образцов, но и их разгрузке, и некоторые армированные конструкции.
Изучали диаграммы сжатия керамзита. Для этого из гранул керамзита Никольского, Октябрьского и Пензенского заводов путем обтачивания изготовляли образцы-призмы, которые нагружали по физической оси вплоть до разрушения.
Деформации сжатия измеряли тензорезисторами, наклеенными по четырём граням образца.
Модуль деформации керамзита различной объемной массы растет с увеличением напряжений до уровня 0,6-0,7 RПР, а иногда и более (рис. 1). Характер деформирования, установленный на образцах правильной геометрической формы из керамзита Никольского завода, соответствует характеру деформирования реальных гранул керамзита. В исследованиях, выполненных на гранулах натуральной формы и на образцах, изготовленных из гранул, изучали деформации ползучести керамзита при осевом сжатии и растяжении, а также обратимость его деформации при разгрузке. Опыты показали, что удельная деформация ползучести керамзита при уровне напряжений сжатия от 0,37 до 0,54 R составила 6,7-8‚6*10-6 см2/кгс.
При разгрузке образцов практически полностью восстанавливались их первоначальные размеры за счет упругомгновенных деформаций. При осевом растяжении зерна керамзита не проявляли деформаций ползучести‚ а после снятия длительной нагрузки растяжения гранулы деформировались упруго в исходное положение без проявления пластических деформаций.
Длительные испытания бетона проводили на высыхающих неизолированных образцах-призмах, а также на образцах, помещенных в воду. Для изготовления призм размером 10х10х40 см использовали портландцемент вольского завода «Большевик» марки М400 (450 кг/м3), рядовой керамзитовый гравий фракций 5-20 марки 700 Никольского завода (530 кг/м3), сурский речной песок с МКР = 1‚7 (650 кг/м3), воду (170 л).
Образцы формовали при стандартных параметрах вибрации с использованием пригруза 50 гс/см2‚ твердение при температуре 80°С по режиму 12+2+8+естественное остывание. После термовлажностной обработки образцы хранили в нормальных лабораторных условиях. Загружение производили в возрасте 38-46 сут. Часть призм подвергали кратковременным испытаниям для определения прочностных и деформативных свойств.
Призменная прочность в момент загружения образцов составляла 293-312 кгс/см2, модуль упругости в среднем 162*103 кгс/см2.
Приемы были разделены на две группы по степени их обжатия, составляющей 0,4 и 0,6 RПР. Фактическая же степень обжатия призм уточнялась на разгруженных образцах после испытания их на длительное действие нагрузки (см. таблицу). Испытания призм на ползучесть в естественных условиях и при постоянном контакте с водой проводили по методике.
Первоначальные размеры образцов после выдержки их в течение 595 и 600 сут под нагрузкой восстанавливались как за счет мгновенных деформаций, так и за счет деформаций последействия. Деформации измеряли стационарно установленными на призмах индикаторами с ценой деления 0,01 и 0,002 мм на базе 200 мм. Деформации последействия призм, находившихся в воде, определяли, не прекращая их контакта с водой. При этом было установлено, что масса образцов не изменялась, следовательно, деформации последействия не сопровождались деформациями набухания призм.
Различие в степени обратимости деформаций высыхающего и набухающего керамзитобетона объясняется деформативными особенностями цементного камня и заполнителя, находящихся в соответствующей среде. Сравнение приведенных данных с результатами других исследователей показывает, что степень обратимости мгновенных деформаций керамзитобетона намного выше, чем у тяжелого бетона и цементного раствора, и несколько выше, чем у аглопоритобетона. Повышенная обратимость деформаций керамзитобетона объясняется особенностями, на наш взгляд, упругопластических свойств керамзита.
Как показывают испытания отдельных гранул, керамзит при кратковременном загружении деформируется практически упруго. Кроме того, особенностью его является постепенное увеличение модуля деформации под нагрузкой (см. рис. 1). Следует ожидать что при работе его в бетоне в условиях всестороннего обжатия более жесткой оболочкой из цементного раствора эффект повышения модуля деформации гранул должен усилиться, способствуя некоторой разгрузке растворной части и снижению падения модуля деформации бетона. Действительно, при испытании на сжатие керамзитобетонных образцов интенсивность падения модуля деформации ниже интенсивности падения модуля деформации тяжелого бетона той же прочности. Причем, характер изменения модуля деформации керамзитобетона с ростом нагрузки зависит от степени использования возможностей керамзита при работе его в бетоне.
Так, при использовании достаточно прочного керамзита и при его высокой концентрации падение модуля деформации бетона с ростом нагрузки можно полностью устранить – наблюдается даже некоторое его увеличение по отношению к начальному.
Кроме того, кратковременные испытания части призм из керамзитобетона марки М300 приведенного состава по режиму: загружение до уровня 0,5RПР – выдержка 1 ч – разгрузка показали, что остаточные пластические деформации после разгрузки составляют всего 0,02 мм/м, или 2,5% полной деформации цикла. Это свидетельствует о том, что при уровне напряжений 0,5RПР структура материала не нарушается.
Испытания образцов из керамзитобетона марки М150 с различной концентрацией керамзита по тому же режиму показали, что увеличение объема керамзита в бетоне способствует значительному снижению остаточных деформаций при разгрузке. Это подтверждает отсутствие нарушений структуры керамзита в бетоне при достаточно высоком (0,5RПР) уровне напряжений.
При длительном действии нагрузки вследствие деформаций ползучести растворной части заполнитель получает дополнительную деформацию. Учитывая характер изменения модуля деформации керамзита с ростом напряжений, его высокую упругость, а также способность его упругой работы в бетоне, эта деформация, упруго восстановленная после разгрузки образца, является дополнительным источником обратимости деформаций керамзитобетона. При этом восстановление упругой деформации керамзита приводит к растягивающим напряжениям в растворной части, претерпевшей незначительно восстановившиеся при разгрузке деформации ползучести.