Способ определения морозостойкости бетона

ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ТЕНТУ Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(ТЩ Несветаев Григорий Васильевич(64) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОРОЗОСТОЙКОСТИ БЕТОНА(57) Использование: область испытаний строительных материалов; Производят одноосное сжатиеиспытуемых образцов. Измеряют при нагружениипродольные и поперечнь 1 е относительные дефорО 9) 1 ИТ Оо 2021101.С 1(5 Ц 5 01 ИЗЗ 38 мации, Рассчитывают призменную прочность, модуль упругости бетона строят деформационную кривую. Определяют величины уровня нагружения, соответствующего верхней границе микротрещинообразования испытуемого бетона, полной относительной упругой и неупругой деформаций при этом уровне нагружения, удельной работы неупругих сил и деформирования при этом уровня нагружения. Находят отношение указанных работ. Морозостойкость рассчитывают по формуле. 1 ипИзобретение относится к испытаниямстроительных материалов и может быть использовано для ускоренного определенияморозостойкости бетонов.Известен способ определения морозостойкости бетона, по которому насыщенныеводой в течение 96 ч образцы подвергаютмногократному замораживанию в морозильной камере при (-16-20) С и оттаиванию в воде при 16-20 С. За марку бетона помороэостойкости принимают число цикловиспытаний, которые выдерживают испытуемые образцы при снижении прочности неболее чем на 5% в сравнении с контрольными (ГОСТ 10060-87. Бетона. Методы контроля морозостойкости). Этот способ имеет.существенный недостаток, а именно большую продолжительность и трудоемкость испытаний, Например, при испытании бетонас маркой по морозостойкости ЕЗОО придвухсменной работе необходимо ЗО недель,Известен также способ определенияморозостойкости, отличающийся от вышеуказанного температурой замораживания(-50)С. Способ позволяет существенно сократить испытания (определение марки поморозостойкости ЕЗОО занимает примерно5 недель при двухсменной работе), однакозначительная продолжительность способане позволяет использовать его для контроляморозостойкости с целью оперативного управления технологическим процессом получения бетона требуемой морозостойкости.Известен способ оперативного контроля морозостойкости бетона по одному циклузамораживания, включающий насыщениеобразцов водой, замораживание бетонныхобразцов до (-50) С, определение модуляупругости и прочности цементного камня вбетоне и расчет морозостойкости по соответствующей формуле.Однако продолжительность испытанийвместе с водонасыщением составляет 5 сут,что затрудняет реализацию способа дляоперативного управления технологическимпроцессом, Определение модуля упругостии прочности на растяжение цементногокамня в бетоне - трудоемкий процесс, требующий высококвалифицированных исполнителей. Для замораживания образцов до(-50)С необходимо специальное оборудо,вание, которое дефицитно и практическинедоступно лабораториям заводов железобетонных изделий,Наиболее близким из известных к изобретению является способ ускоренного определения морозостойкости бетона путемопределения удельной работы разрушениябетона по площади, ограниченной деформационной кривой, ординатой ее максимума и50 55 Е=а е" (2) где Е - мороэостойкость бетона, циклы;к - отношение удельной работы неупругих сил к удельной работе деформирования при уровне нагружения, соответствующем верхней границе микротрещинообразования испытуемого бетона;а,Ь - эмпирические коэффициенты.Значения эмпирических коэффициентов соответственно а = 82,587; Ь = 1,1613 получены посредством статистической обработки результатов определения морозостойкости 25 серий образцов из тяжелого и осью абсцисс, определения капиллярной пористости бетона по водопоглощению, контракционной пористости по номограмме, построенной для бетонов с различным 5 расходом цемента и воды, и расчета морозостойкости бетона по формуле:Е=а - (1+ В - )А Пг(1)П 1 П 1где Е - морозостойкость, циклы;10 А - удельная работа разрушения бетона, Джlдм;П 1 - капиллярная пористость, % по объему;Пг - контракционная пористость, % по 15 обьему;а,Ь - эмпирические коэффициенты, Однако определение капиллярной пористости путем водопоглощения продолжается 34 сут, в связи с чем общая 20 продолжительность способа составляет неменее 34 сут, что затрудняет его применение для оперативного управления технологическим процессом, Контракционная пористость бетона в значительной степени 25 зависит от минералогического состава цемента, в связи с чем при испытании бетонов на морозостойкость при изменении состава цемента, например при использовании новой партии цемента, необходимо строить 30 новую номограмму для определения контракционной пористости, что повышает трудоемкость и продолжительность испытаний.Целью изобретения является сокращение продолжительности и трудоемкости испытаний.Это достигается тем, что в способе определения морозостойкости бетона путем определения удельной работы разрушения бетона и расчета мороэостойкости по фор муле определяют отношение удельной работы неупругих сил к удельной работе деформирования при уровне нагружения, соответствующем верхней границе микротрещинообраэования испытуемого бетона, а расчет морозостойкости производят по Формулелегкого бетона, изготовленных на различных цементах с расходом вяжущего от 300 до 500 кг/м при различных условиях твердения, по предлагаемому способу и непосредственным эамораживаниемоттаиванием образцов при температуре замораживания -50 С,Сущность предлагаемого способа определения морозостойкости бетона состоит в том, что определяют мороэостойкость по величине отношения удельной работы неупругих сил к удельной работе деформирования при одноосном сжатии до уровня нагружения, соответствующего верхней границе микротрещинообразования испытуемого бетона.На чертеже представлена кривая деформирования бетонного образца при одноосном сжатии в осях: абсцисс - относительные деформации сжатия кар, ординат - уровень нагружения О/Япр, представляющих отношение сжимающих напряжений о, соответствующих определенному значению ядр, к прочности образца при испытании на одноосное сжатие (в данном случае - призменной прочности). Отношение .удельной работы неупругих сил к удельной работе деформирования определяется отношением площади 3 фиг. ОАР (ГОАР) к площади Я фиг. ОАС (ЗОАС) на чертеже,. Фиг. ОАР образована деформацион ной кривой до точки А, имеющей ординату, равную значению верхней границы микротре. щинообразования Вт испытуемого бетона, отрезком ОР на оси абсцисс, равном величине пластических деформаций ер 1 испыту-. емого бетона при уровне нагружения О/Впр, равном значению верхней границы микротрещинообразования Ят" линией АР;Фиг. ОАС образована деформационной кривой до точки А, имеющей ординату, равную значению Вт испытуемого бетона;ординатой АС точки А;отрезом ОС на оси абсцисс.Площадь фигуры ОАР представляет удельную работу неупругих сил, т.е. работу по разрушению структуры материала по схеме: микротрещины -фмакротрещины, Верхняя граница микротрещинообразования характеризует начало перехода микротрещин в макротрещины, т,е, начало интенсивного разрушения бетона. Площадь фигуры ОАС представляет полную удельную работу по деформированию бетона до уровня нагружения, соответствующего значению верхней границы микротрещинообраэования. Эта работа состоит из упругой(обратимой) и неупругой(работа неупру полученным данным строят кривую дефор 50. мирования испытуемого бетона. По извест 55 5 10 15 20 25 30 35 40 45 гих сил). Упругая составляющая удельной работы реформирования не вызывает нарушения структуры бетона. Отношение работы неупругих сил к полной работе деформирования характеризует процесс микротрещинообраэования структуры бетона: чем выше величина этого отношения (т,е. чем выше доля работы неупругих сил в значении полной работы деформирования), тем интенсивнее протекает процесс микротрещинообразования, в связи с чем отношение удельной работы неупругих сил к удельной работе деформирования характеризует стойкость структуры бетона к образованию микротрещин при действии внутренних напряжений. Такое микротрещинообраэование является основной причиной разрушения материала при температурных воздействиях, т,е, стойкость структуры бетона к микротрещинообразованию определяет его морозостойкость.При проведении патентных исследований не были выявлены признаки, сходные с новыми признаками предлагаемого способа, а именно определение морозостойкости бетона по величине отношения удельной работы неупругих сил к удельной работе деформирования при одноосном сжатии при уровне нагружения, соответствующем верхней границе микротрещинообразования испытуемого бетона, что свидетельствует о новизне предлагаемого технического решения. Кроме того, данное техническое решение отвечает критерию патентноспособности "изобретательский уровень", поскольку оно для специалистов не следует явным образом иэ уровня техники,Способ осуществляют следующим образом,На бетонных образцах-призмах размером 100 100 400 мм или 150 150 600 мм (в зависимости от крупности заполнителя) определяют относительные продольные и поперечные деформации, модуль упругости Ео и призменную прочность бетона Вр по методике ГОСТ 24452 "Бетоны. Методы определения приэменной прочности модуля упругости и коэффициента Пуассона". По ной методике определяют значение верхней границы микротрещинообразования испытуемого бетона, При уровне нагружения о/Вр, соответствующем значению верхней границы микротрещинообразования бетона Вт" определяют значенияполных относительных деформаций е " при уровне нагружения, соответствующем Вт" - по графику точка С;упругих относительных деформацийеу - по формулееу =(т/Ео (закон Гука),где о - величина сжимающих напряжений. при уровне нагружения д/Впр, соответствующем Вт". МПэ;Ео - модуль упругости бетона, МПа;пластических (неупругих) деформацийер- по формулеч 10Ер=Ет - ЕуНа чертеже по оси абсцисс от точки "О"откладывают значение неупругих деформаций (отрезок ОР, фиг.1). На чертеже на кривой деформирования наносят точку А сординатой, соответствующей верхней границе микротрещинообразования Втч. Соединяя попарно точки А и Р, А и С, проводятотрезки АР и АС; в результате чего образуются фигуры ОАР и ОАС с площадями соот.ветственно Яодр и .Яодс. Определяютплощади Яодр и Зодс (геометрически) и рассчитывают их отношение К - 30 АР/Водс.Расчет морозостойкости бетона производят по формуле (2),25Г р и м е р, Требуется определить морозостойкость бетона в возрасте 28 сут притемпературе замораживания (-50) С. Составбетона: цемент Ц = 400 кг/м; гравий керамз,зитовый К - 850 л/м; песок для строительз,ных работ П - 460 л/м; вода 210 л/м .з, з 3Условия твердения - нормальные.По методике ГОСТ 24452 определяютсяпродольные и поперечные относительныедеФормации призмы 10 х 10 х 40 см иэ испытуемого бетона, Результаты испытаний даны в таблице,Разрушающая нагрузка Впр = 25 4 кН(25;4 МПа), Модуль упругости составляетЕр= - = 226 101 ЧПв, 40йРР 364 . 10По методике (Берг О.ЯЩербаков Е,Н.,Писаренко Г,Н. Высокопрочностный бетон. -М,: Стройиздат, 1971. - 207 с. стр,23-24)определяют значение уровня нагружения, 45соответствующего верхней границе микротрещинообразования . (при значенииЬч = Ьапоп/Ьепр =0,5). В примере это соответствУет эначейию и/Впр = 0,86, т.е. Втч =0,86 Впр. .50Строис заисост епр1(Г/Впр),Определяются величиныполных относительных деформаций ет ",соответствующих уровню нагружения0/Впр = Вт = 0.86 Впр.ч 55По данным чертежает =1391 Оупругих относительных деформацийпРи УРОвне нагРУжениЯ О/Впр = Втч -0,86 Впр-- : 06 100,8625,4, -5228 10пластических (неупругих) деформацийер при уровне нагружения о/Впр - Вт" ==0,86 Впрер =139 10 - 96 10 =43Оплощади фигуры ОАР, характеризующей удельную работу неупругих силЗодр = 25 едплощади фигур ОАС, характеризующейудельную работу деформирования бетона доуровня нагружения, соответствующего верхней границе микротрещинообразованияЯодс = 65 едотношения К = 25/65 = 0,38;морозостойкости бетона в циклах замораживания-оттаивания при температуре замораживания (-50) С:Р =82 587р,1 б 13 О,зз 53. Фактическая морозостойкость, определенная непосредственно замораживаниемоттаиванием образцов, 57 циклов.Ошибка определенияЬ = - 100% - 7%,57-53,57Предлагаемый способ может быть эффективно использован для организацииоперативного контроля мороэостойкостибетонов в промышленности сборного железобетона, поскольку позволяет получить результат в течение 2-3 ч. Существеннымдостоинством способа является то, что необходимое для его реализации оборудова- .ние (по ГОСТ 24452) доступно любойзаводской лаборатории. Оперативный контроль морозостойкости бетона одновременно с контролем прочности позволяетсвоевременно корректировать технологический процесс производства сборного (а также монолитного) железобетона. что должнодать существенный экономический эффектза счет снижения брака, возможного снижения расхода цемента. 8 настоящее время непредставляет возможным оценить величинуэффекта в числовом выражении. посколькустатистический контроль морозостойкостибетона на предприятиях до сих пор непроводился из-за отсутствия доступныхспособов оперативного контроля морозостойкости, Но известно, что внедрение впромышленность статистического контроляпрочности бетона с учетом его однородности (ГОСТ 18105-86 Бетоны, Правила контроля прочности) принесло существенныйзкономический эффект, Можно ожидать, чторазработка статистического контроля морозостойкости бетона на основе предлагаемого способа также даст положительныйэффект.(56) Авторское свидетельство СССР Ь 1446568, кл, 6 01 й 33/38, 1987. Пиралов Т,С, и др, Способ ускоренногоопределения морозостойкасти бетона, ж,"Бетон и железобетон", 1980, М 9. е о ма ииь 10 Примечание Наг зка относ, О/Йпр абсол. КН продольные ЕпЙт" = 0,86 Впр Формула изобретенияСПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОРОЗОСТОЙКОСТИ БЕТОНА, включающий определение удельной работы разрушения испытуемого бетона и расчет 10 морозостойкости по формуле, отличающийся тем, что определяют удельную работу неупругих сил и удельную работу деформирования при уровне нагружения, соответствующем верхней границе микротрещинообразования испытуемого бетона. находят их отношение, а морозостойкость рассчитывают по формулеГ=а егде Е - морозостойкость бетона, циклы;1 - отношение удельной работы неупругих сил к удельной работе деформирования при уровне нагружения, соответствующем верхней гравице микротрещинообразования испытуемого бетона;а, Ь - эмпирические коэффициенты. 0 20.40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 230 240 250 254