Підвищення морозостійкості бетону в конструкціях промислових і гідротехнічних споруд

Підвищення морозостійкості бетону в конструкціях промислових і гідротехнічних споруд

Розвиток теорії морозостійкості бетону можливе тільки на основі обліку і використання сучасних гіпотез про причини та механізм руйнування бетону при спільній дії на нього води й морозу.

Найбільш просто пояснити руйнування кам'яного матеріалу в цих умовах тиском води, замерзає в його порах. Це пояснення, яке вважалося раніше само собою зрозумілим і вичерпним, знайшло вираз кількісної оцінки морозостійкості каменю за коефіцієнтом насичення пор водою. Проте за середньою величиною коефіцієнта насичення не можна Передбачити морозостійкість капілярно-пористого матеріалу, яким є бетон, так як міграція води призводить до нерівномірного розподілу її в залізобетонній конструкції. Роль розширення води при замерзанні враховується і в сучасних гіпотезах, але саме по собі це фізичне явище не може повністю пояснити процес руйнування бетону.

Акція на будівельні блоки, ціна за штуку в Ужгороді за м3

У цьому зв'язку велике значення для розвитку теорії морозостійкості бетону мають роботи Г. К. Дементьєва і Ю. А. Нилендера. Ю. А. Нилендер дав наукову класифікацію пустот і тріщин в бетоні, виділивши порожнечі, що утворилися при укладанні бетону (каверни, повітряні пори, водні пори), і тріщини, що виникли в результаті силових впливів. Тріщини від силових впливів поділяються на дві групи: від зовнішніх навантажень і від власних напружень. Власні напруги в бетоні, за класифікацією Ю. А. Нилендера, можуть бути трьох родів:

1. Макроструктурні напруги, що виникають внаслідок нерівномірного розподілу температури або вологи в об'ємі бетону, а також при умовах, що перешкоджають вільній деформації від усадки, набрякання і зміни температури; це ― орієнтовані напруги, уравновешивающиеся в обсягах окремих елементів конструкцій.

2. Мікроструктурні напруги, що виникають в оболонках з цементного каменю і зернах заповнювача внаслідок їх різної деформації при зміні вологості і температури. Мікроструктурні напруги з'являються також у стінках пір цементного каменю ще в період твердіння внаслідок теплового розширення води замішування і повітря при пропарюванні, а також під дією капілярних сил, осмотичного тиску, тиску замерзлої води в порах. Мікроструктурні напруги врівноважуються в обсягах, порівнянних з розміром осередку «зерно заповнювача ― оболонка» або з розміром пор у цементному камені. Теоретичний аналіз мікроструктурному напружень має якісний характер, так як він виконується для осередку «зерно заповнювача ― оболонка» або для окремої пори, які умовно виділяються з бетону. Тому формули, отримані для обчислення мікроструктурному напруг, не дають дійсних величин цих напружень в бетоні. Однак результати теоретичного аналізу представляють цінність при розгляді механізму руйнування бетону, так як дозволяють врахувати фактори корозії і з'ясувати спрямованість дії цих факторів.

3. Ультрамикроструктурные напруги ― дезорієнтовані, уравновешивающиеся в обсягах, порівнянних з розміром кристалів новоутворень в цементному камені. При взаємодії кристалічної і гелевою складових цементного каменю виникають ультрамикроструктурные напруги, роль яких вперше була досліджена в роботах А. Е. Шейкіна.

Уявлення про роль деформацій у процесі фізичної корозії бетону отримали розвиток у дослідженнях Н. А. Попова. При чергуються циклах впливу середовища на пористий матеріал спостерігається накопичення залишкових деформацій, що робить це явище подібним накопичення пластичних деформацій від багаторазових знакозмінних механічних впливів, що призводять до втоми матеріалу.

Розвиток теорії морозостійкості бетону

Н. А. Попов спільно з В. О. Невським експериментально досліджували розвиток в бетоні ушкоджень втомного типу. Узагальнення дослідних даних привело авторів до висновку, що зі збільшенням деформацій усадки та набухання бетону знижується його морозостійкість. Дослідження Н. А. Попова і його учнів довели принципову можливість порівняльної оцінки стійкості матеріалів по відношенню до багаторазових циклічних впливів середовища за характером збільшення зовнішніх розмірів та об'єму зразка.

В останні роки були опубліковані результати дослідження В. М. Москвіна і А. М. Підвального, виявили велику зміна морозостійкості бетону під впливом силових впливів від зовнішніх навантажень. У цьому дослідженні було встановлено, що існує деяка гранична величина напруги, нижче якої вплив згинаючих напруг стає мало помітною і морозостійкість напруженого бетону мало відрізняється від морозостійкості ненавантаженого бетону.

У дослідженнях В. М. Москвіна і А. М. Підвального гранична величина напруги становила 0,2 межі міцності бетону на розтяг при вигині.

Математичний напрям в області морозостійкості будівельних матеріалів розвивається О. Е. Власовим, Р. Р. Єремєєвим, Т. Пауерсом і ін.

С. В. Перначів вніс великий внесок в розвиток теорії морозостійкості і експериментальних досліджень довговічності бетону. Для його робіт характерна комплексний розгляд факторів структуроутворення і довговічності бетону. С. В. Перначів надає велике значення нормування мінералогічного складу цементу: цемент для бетонів високої морозостійкості повинен бути алитовым (C3S > 55%) С. В. Перначів рекомендує використовувати тонкомолоті цементи, а для «направленого структуроутворення» застосовувати мокрий помел клінкеру при оптимальному дозуванні гіпсу і введення сульфітно-спиртової барди.

Довговічність бетону

Здатність чинити опір бетону багаторазового заморожування та відтавання автор пов'язує з утворенням повітряних «буферних» просторів в капілярах цементного каменю, що є результатом контракції він неодноразово повертається до контракції, підкреслюючи її важливу роль.

В нашій роботі вплив контракционной пористості на морозостійкість бетону розглядається у зв'язку з обсягом капілярних пір і досі гелю.

В роботах В. о. Стольникова довговічність бетону досліджена в залежності від його будови. На його думку, має значення не тільки абсолютна величина пористості, але і фізичний характер пір ― роз'єднані вони або сполучені. В. о. Стольников розрізняє в бетоні капіляри двох типів: капіляри цементного каменю і капіляри в зоні контакту цементного каменю і заповнювачів. Капіляри в зоні контакту утворюються в результаті зовнішнього і внутрішнього водовідділення, обумовленого самоущільненням бетонної суміші в період, що передує схоплюванню. Розміри капілярних ходів, що утворюються в результаті седиментаційних процесів, досягають 5 - 10~3-1 • 10~2 см і більше. Вони крупніше капілярів цементного каменю, розмір яких складає від 1 • 10-4 до 1 • 10-3 див.

На думку В. о. Стольникова, система капілярів в зоні контакту є основним шляхом проникнення в бетон води. Поліпшення будови бетону досягається зменшенням седиментационного розшарування цементного тіста і цементного розчину, зменшенням загальної пористості і перекладом відкритої пористості в замкнуту. Практичної заходом Для ослаблення седиментаційних процесів є застосування малопластичных і ретельно ущільнених жорстких сумішей. Велике значення мають добавки поверхнево-активних речовин.

Теорія седиментаційних процесів

Зменшення седиментації цементного тіста сприяло також підвищення тонкості помелу цементу і наявність в ньому невеликої кількості трьохкальцієвого алюмінату, так як утворюється гидроалюминат кальцію створює просторову тиксотропні сітку.

Досить ефективним заходом для зменшення розшарування бетонної суміші є ретельний підбір гранулометричного складу суміші цемент-пісок крупний заповнювач. Зменшення розшарування супроводжується різким зменшенням переважного розміру пір в цементному розчині (наприклад, з 80 - Ю-4 до 2,5 - Ю-4 см).

Розроблена Ст. Ст. Стольниковым теорія седиментаційних процесів та заходи по усуненню їх шкідливого впливу на будову бетону мають велике значення для одержання водонепроникних і морозостійких бетонів.

В. о. Стольников використовував в якості сумарної фізичної характеристики будови бетону показник інтенсивності капілярного всмоктування, який визначається за розробленою ним методикою. В його дослідженнях спостерігалося підвищення морозостійкості при зменшенні інтенсивності капілярного всмоктування, яке залежить від загальної пористості, а також від її фізичного характеру. Найбільш ефективним заходом щодо зменшення капілярного всмоктування виявилося одночасне зниження В/Ц і скорочення витрати цементу, що досягалося введенням добавки с. н. в. (смола нейтралізована повітровтягуюча).

Теорія міграції вологи розроблена А. Ф. Лебедєвим, Н. А. Цитовичем, М. І. Сумгиным, А. В. Ликовим та іншими радянськими вченими. За цією теорією, розподіл вологості в замерзаючий пористому тілі є функцією всіх процесів, що відбуваються при замерзанні.

А. В. Конопленко застосував теорію міграції вологи для пояснення процесу руйнування бетону при поперемінному заморожуванні і відтаванні.

Результати дослідів А. В. Конопленко та інших дослідників підтвердили, що міграція води спрямована до охолоджуваної поверхні бетону. Внаслідок міграції збільшується насичення пір поблизу зовнішньої поверхні, що обумовлює руйнування зовнішніх шарів бетону.

На нашу думку, міграція вологи в бетоні є однією з суттєвих причин його руйнування при дії поперемінного заморожування і відтавання, проте вплив міграції має розглядатися у зв'язку з іншими чинниками.

Грунтуючись на роботах академіка П. А. Ребиндера про форми зв'язку води з твердим речовиною, Н. А. Мощанский дав наукову класифікацію пір і нещільності в бетоні, яку ми використовували в нашій роботі.

У ряді робіт розвивалася гіпотеза про «термічної несумісності компонентів бетону. Відмінність у величині їх коефіцієнтів температурного розширення розглядалася як одна з основних причин руйнування бетону при циклічній зміні температури. Обговорення проблеми «термічної несумісності» виявило, що у питанні про роль різної температурної деформації складових бетону в процесі його фізичної корозії немає єдиної думки. Нам видається, що вплив різної температурної та усадочної деформацій крупного заповнювача і розчину, цементує зерна заповнювача, повинна розглядатися у світлі робіт Ю. А. Нилендера про роль мікроструктурному напруг.

Коллінс розглядає морозостійкість бетону з точки зору зростання кристалів льоду, застосувавши до бетону гіпотезу Тебера і Буюкоса про замерзанні грунту. На думку Коллінса, внаслідок охолодження, що йде зовні, в бетонному масиві утворюється лід у вигляді шарів, паралельних зовнішньої охолоджуваної поверхні. Руйнування бетону відбувається під дією тиску зростаючих кристалів льоду.

Припущення про пошаровому утворенні льоду не узгоджується з результатами наших дослідів по вивченню міграції води в бетоні при циклічному заморожування.

У 1945 р. Пауерс опублікував робочу гіпотезу для подальшого вивчення морозостійкості бетону, яка відома як гіпотеза гідравлічного тиску. Вона заснована на припущенні, що замерзають зовнішні шари бетону розширюються і чинять тиск, відтісняють всередину ще не замерзлу воду, в результаті чого в бетоні виникає гідравлічний тиск, що розглядалася як причина руйнування бетону.

Ця гіпотеза була експериментально перевірена Валента. В дослідах використовували половинки кубиків із цементного тіста у віці від двох до шести місяців. Зразки насичували у вакуумі і потім зберігали у воді протягом декількох днів до постійного ваги. Зразки охолоджували зі сторони нижньої та бокових граней. Верхню межу з'єднували з п'єзометричною трубкою, заповненою водою, а вільну поверхню межі покривали гідроізоляцією, що перешкоджає висиханню. Зразки заморожували при -4 і -9° С протягом 2 ч.

У дослідах спостерігалося не підвищення, а зниження висоти водяного стовпа відповідно на 9 і 13 мм. В зразках цементного каменю, насичених під вакуумом, не відбувалося відтиснення води від охолоджуваних поверхонь до «теплої» грані. Заморожування води в аналогічних умовах, як і слід було очікувати, супроводжувалося спочатку деяким пониженням водяного стовпа, потім при утворенні перших кристалів льоду стався різкий підйом і спостерігалося подальше рівномірне підвищення рівня.

Валента наводить також результати випробування зразків цементного тіста на стиск і розтяг в звичайному і замороженому стані. Заморожений цементний камінь мав більш високу міцність на стиск (цього очікували експериментатори) і значно більш високу міцність на розтягання. У момент розриву навколо деяких пір було вологе кільце, що вказувало на наявність води в переохолодженому стані, незважаючи на низьку температуру (-23°С).

Гіпотеза гідравлічного тиску

Гіпотеза гідравлічного тиску, запропонована Пауерсом, суперечить дослідним даним про підвищення міцності цементного каменю на вигин в замороженому стані. На невідповідність цієї гіпотези досвідченим даними про міграцію вологи вказував А. В. Конопленко. Критичні зауваження висловлювалися і в більш пізніх роботах.

Надалі Пауерс перейшов до оцінки тиску води, замерзає в клітинці (порі) цементного каменю. Сама постановка питання про теоретичному аналізі тиску води, кристаллизующейся в капілярах цементного каменю, була кроком вперед в теорії морозостійкості бетону, хоча такий аналіз дає лише якісні, а не кількісні результати.

Гіпотези гідравлічного тиску мають певне відношення до так званої «теорії інтервалу між порами», .викладеної в роботах Пауерса. Згідно цієї теорії, роль втягнутого повітря полягає в тому, щоб запобігти розширення цементного каменя під час замерзання. При цьому ефективність повітряних пор залежить від товщини шарів цементного каменю між ними, тобто від фактора часу.

Заслуговують особливої уваги пошуки функції, яка зв'язала б морозостійкість бетону з його складом і будовою.

Вирішальні фактори морозостійкості бетону

У доповіді Б. Варриса на Паризькому симпозіумі по довговічності бетону в якості основних характеристик будови бетону прийняті водопоглинання і вміст повітря. Аналіз наведених автором даних підтверджує необхідність врахування характеристик пористості.

Запропоновані гіпотези в більшості випадків правильно пояснюють окремі сторони процесу фізичної корозії бетону (міграція вологи, тиск води в капілярі цементного каменю, розвиток деформацій і тріщин під впливом циклічних впливів середовища та ін) і кожна з них розширює наше уявлення про явища, що супроводжують дії на бетон поперемінного заморожування і відтавання.

Всі гіпотези призводять до спільного висновку, що вирішальними факторами морозостійкості є характеристики будови бетону. Однак немає загальновизнаних критеріїв для оцінки будови бетону з точки зору його морозостійкості. Середній розмір пор або середня величина проміжку між ними не є ознаками морозостійкості, так як не враховують якісного відмінності між основними групами пор в бетоні. Через відсутність характеристик якості пір бетону ще не встановлено кількісний зв'язок між морозостійкістю і будовою тверднучого бетону, яку можна було б використовувати при підборі його складу.

Обстеження стану споруд

Для виявлення причин руйнування бетону при спільній дії води й морозу повинні враховуватися умови роботи бетону в спорудах. Найбільший інтерес з цього погляду представляють споруди промислової гідротехніки, точніше ― градирні та інші об'єкти, що застосовуються в системі оборотного водопостачання. Для бетону градирень характерні вологі умови і часте заморожування в холодну пору року. Тому оцінка факторів, що впливають на бетон, і ув'язування їх з даними обстеження градирень дає можливість зробити висновки, які мають значення для підвищення морозостійкості бетону.

Баштові градирні

Градирні служать для охолодження оборотної води і входять до складу таких технологічних комплексів, як установки хімічної промисловості, парові турбіни, мартенівські і доменні печі, компресори та ін

В даний час найбільш широке поширення знайшли два типи залізобетонних градирень ― баштові гіперболічні і вентиляторні.

Основними конструктивними елементами її є: витяжна вежа, водозбірний басейн, розташований під витяжною вежею; водоотводящий і водоподводящий канали з розподільним резервуаром, розміщеним в центрі градирні; зрошувальне (водоохладительное) пристрій з водорозподільної мережею жолобів, розташованих над басейном.

Витяжна вежа градирні складається з кільцевого фундаменту, опорних колон, опорного кільця, оболонки вежі і верхнього кільця жорсткості.

За водоподводящему каналу вода надходить в центральний розподільчий резервуар і потім на дерев'яну зрошувальне пристрій комбінованого типу (пленочно-краплинне). Після проходження через зрошувальне пристрій охолоджена вода стікає в басейн градирні і з нього йде по відводить каналу в мережу.

У вітчизняній промисловості за останні роки значного поширення отримали багатосекційні вентиляторні градирні з уніфікованих залізобетонних елементів конструкції Гипротис. Така градирня складається з двох частин: підземної (водозбірного басейну) і надземної (каркаса з технологічним обладнанням і вентиляторною установкою). Каркас збирають із залізобетонних колон.

В обох напрямках колони пов'язані поперечними і поздовжніми двухветвевыми тонкостінними балками. Вони стикуються між собою зварними накладками, а вузли сполучення колон з балками омоноличиваются. Зовнішня і межсекционная обшивка градирень виконується з азбестоцементних листів посиленого профілю. Збірні залізобетонні елементи, сталеві конструкції і обшивку фарбують антикорозійним складом, а дерев'яні конструкції антисептируют.

Основною перевагою градирень описаної конструкції є те, що їх зведення по суті зводиться до монтажу збірних елементів заводського виготовлення.

Вентиляторні градирні

Вентиляторні градирні вигідно відрізняються від баштових більшою продуктивністю і компактністю. Залізобетон в елементах градирень може служити тривалий час ― 50 років і більше за умови високої якості бетону. У зв'язку з цим в даний час градирні все частіше будують із залізобетону.

Однак були випадки швидкого руйнування залізобетонних конструкцій градирень.

Як показало обстеження, проведене за участю М. М. Капкина, значне число залізобетонних градирень має ознаки руйнування бетону вже після нетривалої експлуатації, на деяких спорудах виявлені серйозні ушкодження, що потребують невідкладного ремонту.

З липня 1961 р. по березень 1962 р. комплексна бригада обстежила 20 промислових об'єктів, на яких діяло близько 400 секцій вентиляторних градирень і 12 баштових градирень. На більшості об'єктів виявлені значні руйнування залізобетонних градирень в досить короткий строк після початку експлуатації. Швидке руйнування залізобетонних конструкцій під впливом поперемінного заморожування і відтавання пояснюється в основному низькою якістю залізобетонних елементів і будівельно-монтажних робіт.

Разом з тим при задовільному якості виготовлення залізобетонних елементів і ретельному їх монтажі після чотирирічної експлуатації залізобетонних вентиляторних градирень в умовах суворого клімату р. Уфи відзначені лише незначні ушкодження.

Умови служби бетону градирень залежать від їх конструкції і режиму експлуатації. Розглянемо ці умови на прикладі вентиляторних градирень із збірного залізобетону системи Гіпро-тис.

Градирня, розроблена в Гипротисе, являє собою збірний залізобетонний каркас, обшитий азбестоцементними хвилястими листами. Всередині вона заповнена збірними блоками зрошувального пристрою: щитами (плівковий зрошувач) або решетником (крапельний зрошувач). В бризкальних градирнях зрошувального пристрою немає.

Каркас градирні являє собою систему збірних залізобетонних колон, зв'язаних між собою поперечними і поздовжніми збірними залізобетонними балками. Балки мають дві гілки, сполучені між собою розпірками біля опор і посередині прольоту.

Вода в градирні охолоджується в результаті віддачі тепла потоку повітря. Вона подається у верхню частину градирні по водорозподільної системи, розприскується через спеціальні насадки і, стікаючи по оросительному пристрою, збирається у водозбірному басейні. Завдяки штучній тязі, що створюється вентиляторами, в градирні виникає зустрічний потік повітря (показаний на рис. 2 стрілками), засмоктуваного зовні через вхідні вікна. Температура надходить в градирню води 25 ― 50 і дуже рідко 70° С, а охолодженої 20-30° С.

Умови служби бетону в конструкціях промислової гідротехніки і результати їх обстеження

Загальним для всіх елементів градирень є те, що Вони постійно омиваються оборотною водою, яка залежно від її джерела та забруднення під час робочого циклу може володіти тією чи іншою агресивністю по відношенню до бетону (сульфатної, общекислотной та ін). Крім цього, в оборотній воді можуть міститися речовини, різко інтенсифікують іржавіння арматури; присутність таких речовин стає особливо небезпечним, якщо оголена арматура з-за відколів бетону.

Особливістю оборотної води є зміна її складу та поступове підвищення концентрації розчинених речовин, що може з часом посилити її агресивна дія. Ця обставина може уявити серйозну небезпеку для довговічності залізобетонних елементів градирень.

Хоча всі елементи градирень знаходяться в постійному контакті з оборотною водою, умови служби бетону водозбірного басейну, верхньої будови вентиляторних градирень і каркаса із збірних залізобетонних елементів різко різні.

У відносно легких умовах знаходиться бетон водозбірного басейну, який, піддаючись впливу оборотної води з маломеняющейся позитивною температурою, повинен поряд зі стійкістю до дії володіти необхідною щільністю, щоб не допустити витоку води в грунт.

В більш важких умовах знаходиться бетон каркаса градирні, який, відчуваючи вплив оборотної води, піддається також поперемінному заморожуванню і відтаванню, висушування і зволоженню. Частота змін заморожування і відтавання, висушування та зволоження залежить від режиму експлуатації, щільності зрошення, напрямку і швидкості вітру, температури зовнішнього повітря і може бути досить велика.

Поперемінне заморожування і відтавання бетону

Поперемінне заморожування і відтавання бетону є найбільш небезпечним видом фізичної агресії. Бетон градирень піддається впливу морозу в досить несприятливих умовах; він насичується водою (чому крім постійного контакту з водою сприяє міграція води в бетоні під впливом різниці величин пружності пари всередині і зовні градирні) й відчуває на собі агресивний вплив потоку оборотної води (вилуговування тощо). В цих умовах почалося руйнування бетону розвивається надзвичайно швидко.

В особливо несприятливих умовах перебувають залізобетонні елементи в зоні вхідних вікон, де вступник в градирні холодне повітря стикається з відносно невеликими обсягами охолоджувальної води. При обстеженні вентиляторних градирень розглянутого типу виявлено, що руйнування бетону відбувалося саме в цій зоні. Важкі умови роботи залізобетонних елементів у зоні вхідних вікон поглиблюються і тим, що при експлуатації градирень для запобігання обмерзання вхідних вікон вентилятори періодично вмикають на зворотне обертання. Створюється зворотний потік теплого повітря, під дією якого відтають криги на вхідних вікнах, колонах і балках. Внаслідок цього бетон у зоні вхідних вікон протягом однієї зими може зазнати дуже великому числу змін заморожування і відтавання. У цих зонах градирень повинна бути забезпечена необхідна морозостійкість залізобетонних конструкцій. Для інших же елементів градирень, дотичних з вже нагрітим повітрям, вплив заморожування-відтавання є менш характерним.

Як показало обстеження, швидке руйнування залізобетонних конструкцій у зоні вхідних вікон вентиляторних градирень викликано застосуванням шлакопортландцементу, магнезиального портландцементу, заповнювачів низької якості, виготовленням залізобетонних елементів з використанням пластичних бетонних сумішей, а також жорстким режимом експлуатації градирень (підвищені гідравлічні навантаження та швидкості руху повітря, часте відтавання вхідних вікон потоком повітря, створюваним при реверсивному обертанні вентиляторів) .

Зазначене в рівній мірі відноситься і до бетону баштових градирень.

Оболонка башти градирні під час експлуатації знаходиться у важких умовах. По внутрішній її поверхні стікає конденсат пари, що утворюється при випаровуванні охолоджуваної циркуляційної води. Зовнішня поверхня оболонки піддається періодичному впливу конденсату і атмосферних опадів. Конденсат стікає легко розчиняє вапно, що виділяється при твердінні бетону.

У найбільш несприятливих умовах знаходиться бетон верхній частині оболонки вежі. Внаслідок малої товщини (близько 100 мм) він замерзає при негативних температурах зовнішнього повітря у водонасиченому стані. Коливання температури повітря викликають відповідні коливання фронту заморожування всередині бетону. Водонасиченість бетону посилюється у зв'язку зі значними температурними градієнтами, що зумовлюють у холодну пору року міграцію води зсередини градирні до її зовнішньої поверхні.

Бетон нижній частині башти і зони вхідних отворів в силу значно більшої товщини оболонки виявляється набагато менш водонасыщенным. При цьому піддається заморожуванню найменш водонасичений, зовнішній шар бетону, який природно меншою мірою пошкоджується морозом.

Цей шар охороняє найбільш водонасичені внутрішні шари бетону від заморожування. Невеликі швидкості руху холодного повітря в зоні вхідних вікон і відсутність реверсивного його руху також сприяють створенню в нижній частині баштових градирень щодо більш сприятливих умов служби бетону, ніж верхній.

Так, верхня частина баштової залізобетонної градирні, побудованої в 1956 р. з монолітного бетону на магнезиальном портландцементі (із застосуванням пластичної бетонної суміші, яка характеризується осадкою конуса 8-10 см), вже через три роки сильно зруйнувалася. У 1959 р. градирню відремонтували, причому всі наявні в оболонці вежі «вікна» заклали бетоном. При повторному обстеженні градирні знову були виявлені серйозні пошкодження.

Залізобетонні градирні розглядалися проектувальниками, будівельниками та експлуатаційниками як звичайні промислові споруди. В даний час стало абсолютно очевидно, що градирні слід розглядати не тільки як звичайні споруди промислового призначення, але і як споруди технологічного призначення, що працюють в складних температурно-вологісних умовах з високою агресивністю середовища. Тому при проектуванні градирень слід одночасно з розробкою їх конструкцій викладати докладні технічні умови, які регламентують вимоги до якості бетону та залізобетонних елементів. Ці технічні умови повинні передаватися на заводи збірного залізобетону, постачають залізобетонні елементи і товарний бетон для будівництва градирень.

Умови служби бетону гідротехнічних спорудах

Для полегшення умов служби бетону доцільно при проектуванні градирень передбачити відведення води від елементів, що безпосередньо стикаються з холодним повітрям і схильних до заморожування, а також конструктивну і теплову захист водонасичених залізобетонних елементів" від заморожування (відведення води від огороджувальних конструкцій з допомогою козирків, гідроізоляція з асфальтових матеріалів, просочення окремих елементів гарячим бітумом під тиском,, влаштування тамбурів, теплозахист бетону огороджувальних конструкцій шляхом влаштування покриття з швидкотверднучих пен типу пеноепоксідов і т. д.).

Довговічність залізобетонних градирень в значній мірі залежить від якості будівельних робіт. Найкращі конструкції, матеріали і методи проектування можуть виявитися неефективними, якщо будівництво буде вестися недостатньо добре.

Вимоги до бетону гідротехнічних споруд встановлюють на основі принципу зональності з урахуванням масивності конструкції і умов експлуатації. Класифікація гідротехнічного бетону по зонах дає можливість пред'являти диференційовані вимоги до бетону та якості матеріалів для його приготування.

В. о. Стольников запропонував класифікацію гідротехнічних бетонів в залежності від характеру впливу води:

1) бетон, піддається постійному впливу води;

2) бетон, схильний до систематичного перемінного впливу води;

3) бетон, схильний до епізодичної дії води. На нашу думку, ця класифікація є досить загальною.

Особливо інтенсивно руйнується бетон, що знаходиться в зоні змінного рівня води і піддається в зимовий період багаторазового заморожування і відтавання.

Обстеження одинадцяти набережних, побудованих в районі Японського моря, показало, що гравітаційні набережні з бутобетонних масивів після шістдесятирічної експлуатації мають у зоні змінного рівня води суцільні каверни глибиною 1 -1,5 м, висотою від 1 до 2 м. Масиви в підводній зоні зберегли необхідну несучу здатність.

Гравітаційні набережні з бетонних масивів з монолітної бетонної надбудовою після 6-8 років експлуатації мали каверни глибиною 2-4 см, місцями 6-8 см в зоні змінного рівня води. Масиви, виготовлені в водовбирну опалубці, а також захищені облицюванням з природного тесаного каменю, руйнувань не мають.

Циліндричні палі залізобетонного суднопідйомники були укладені в металеві обойми товщиною 10 мм Після 22летней експлуатації залізобетон в зоні змінного рівня мав незначні пошкодження поверхневого шару бетону. Металеві обойми майже повністю прокорродированы, але бетон всередині обойм руйнувань не має.

Обстеження морських гідротехнічних споруд, побудованих в районі Кольського затоки, виявили, що причиною швидкого руйнування призматичних залізобетонних паль причалу в зоні змінного рівня води є застосування недостатньо щільного бетону на цементі з високим вмістом трьохкальцієвого алюмінату.

Стіни камери сухого дока з монолітного армованого бетону на пуццолановом цементі почали руйнуватися вже в першу зиму після будівництва. Через вісім років були закладені каверни і торкретирована поверхня стін; через приблизно такий же термін стіни камери сильно зруйнувалися і потрібний повторний ремонт.

Бетон в підводних частинах обстежених споруд зберігся без видимих руйнувань. Бетон споруд, який прослужив від 25 до 60 років в підводній зоні, має в ряді випадків порушену структуру і знижену міцність.

Результати обстеження гідротехнічних споруд виявили наступні причини руйнування бетону:

1) низька щільність бетону;

2) застосування пуццоланового портландцементу, а також магнезиального портландцементу і цементу з високим вмістом трьохкальцієвого алюмінату;

3) корозія металевих закладних частин і арматури;

4) раннє заморожування бетону при укладанні в холодну пору року;

5) недостатня жорсткість конструкції і порушення правил її експлуатації.

Таким чином, основним резервом збільшення довговічності бетону є покращення його якості шляхом підвищення щільності. Велике значення мають також вибір цементу, якість заповнювачів, забезпечення проектної товщини захисного шару арматури та інші фактори.

3. Методологія випробування на морозостійкість бетону

Умови лабораторного випробування морозостійкості бетону, як відомо, відрізняються від реальних умов служби. Порівняно невеликий зразок бетону охолоджується в морозильній камері зі всіх сторін, тобто замерзає як замкнута система, в якій майже виключаються характерні для масивних бетонних споруд процеси тепло - і вологообміну.

Випробування зразка в таких умовах не може відтворити вплив на морозостійкість структурних напружень, що виникають в бетоні споруди внаслідок нерівномірного розподілу вологи і температури. Не враховується також вплив напружень, що виникають від навантажень.

Таким чином, звичайне випробування зразка характеризує морозостійкість самого матеріалу незалежно від напруженого стану, що виникає в даній частині споруди. Цикли відтавання і заморожування (яке зазвичай проводиться при температурі від -17 до -20° С) чергуються безперервно протягом усього періоду випробування. При порівняно короткому терміні відтавання процес самозатягивания тріщин в бетоні не може мати великого значення. На результати випробування впливають виробничі фактори. При виготовленні зразків бетонна суміш добре ущільнюється формах, самі зразки зберігають до випробування в нормальних (тобто хороших) умовах 28 діб або більш тривалий час. На жаль, у виробничих умовах період догляду за бетоном часто скорочується.

Методологія випробування на морозостійкість бетону

Найбільш важким і складним питанням методології випробування на морозостійкість бетону є перехід від оцінки його морозостійкості в лабораторних умовах до оцінки довговічності в конструкції. Як правильно призначити (розрахувати) марку бетону по морозостійкості для даної частини споруди з урахуванням строку його експлуатації, кліматичних та інших умов?

Поведінка бетону в лабораторних і природних умовах може бути виявлено шляхом зіставлення результатів стандартного і натурного випробування морозостійкості, а також шляхом залучення даних обстежень споруд.

В роботі В. М. Медведєва і В. Д. Афоніною проаналізовано результати порівняльних випробувань міцності бетонних зразків у лабораторних і природних умовах, виконаних ОИСМ Ніса Гідропроекту. Використані дані станції натурних досліджень, влаштованої в нижньому б'єфі Широківської ГЕС (Пермська обл.), де бетонні куби за зимовий період відчували 600--700 коливань рівня води.

Поведінка бетону в лабораторних і природних умовах

Коефіцієнт переходу від даних лабораторних випробувань морозостійкості до результатів натурних випробувань висловлювався дробом

Між формулами є суттєва різниця. Формула виходить з того, що лабораторні випробування є більш суворими і один цикл в лабораторних умовах еквівалентний 50-60 циклів в природних умовах. Формула характеризує зовсім інший підхід до встановлення вимог по морозостійкості бетону. По-суті N = TK являє собою число циклів заморожування і відтавання поверхневого шару бетону в природних умовах. За формулою (3) морозостійкість повинна оцінюватися числом циклів, які зазнає бетон в природних умовах, а для тонкостінних конструкцій береться подвоєна кількість природних циклів заморожування.

Сучасний стан методології випробування морозостійкості бетону ще не дає можливості встановити загальних залежностей між результатами лабораторного досвіду і терміном служби бетону в спорудженні. Ця залежність встановлюється для характерних умов експлуатації дослідним шляхом. Поєднання лабораторного експерименту з натурним дає можливість встановити співвідношення між їх результатами стосовно до конкретних природних умов і робить більш впевненими практичні рекомендації.

В роботі Б. Р. Скрамтаева, М. М. Капкина і Р. Р. Єремєєва розглянуто роль температурних напружень при випробуванні матеріалу на морозостійкість.

На думку авторів, при випробуванні на морозостійкість зразок матеріалу піддається впливу двох видів напруг: першого роду, або температурних, що викликаються нестаціонарним температурним полем, і другого роду, або микронапряжений, викликаних зростанням кристалів льоду в порах матеріалу.

Величина температурних напружень залежить від розмірів і форми зразка, швидкості зміни температури поверхні та інших факторів, не пов'язаних з майбутньою роботою матеріалу в спорудженні. Температурні напруги в зразку при випробуванні на морозостійкість і в спорудженні при промерзанні не рівні, в той час як микронапряжения в матеріалі при випробуванні на морозостійкість і в промерзающем матеріалі споруди однакові при рівноцінних температурно-вологісних режимах.

Тому слід розрізняти морозостійкість матеріалу і морозостійкість споруди, виконаного з цього матеріалу. Матеріал може бути стійким по відношенню до микронапряжениям, тобто морозостійким, але якщо у спорудженні з цього матеріалу при промерзанні можуть розвиватися розтягуючі температурні напруження, що перевищують міцність матеріалу на розрив, то споруда може виявитися неморозостойким.

У ГОСТах, що належать до випробувань на морозостійкість, не містить чітких вимог до режиму проведення досвіду. Швидкість зміни температури поверхні зразка коливається в широких межах залежно від умов проведення досліду. Природно, що і температурні напруги також не залишаються однаковими й подібними. Додавання микронапряжений і температурних напружень вносить невизначеність в кінцеві результати досвіду, робить незіставними навіть результати випробувань зразків різних геометричних розмірів при однакових режимах випробувань.

Тому правильніше було б визначати морозостійкість як властивість матеріалу чинити опір руйнуванню від особливого роду повторного навантаження, створюваної в ньому микронапряжениями при промерзанні.

Якщо виходити з цього визначення, то методика випробувань повинна виключати можливість появи в матеріалі при проведенні досвіду «сторонніх» напруг. Такими «сторонніми» напругами при випробуваннях на морозостійкість є температурні напруги.

Однак при проведенні випробувань зразків матеріалу на морозостійкість важко уникнути появи в них температурних напружень. Тому важливо оцінити їх величину і вплив на кінцевий результат випробування з тим, щоб гранично зменшити їх вплив.

Як відомо, випробування бетонів на морозостійкість проводяться на зразках, що мають форму куба. Разом з тим існуючі методи розрахунку температурних полів і температурних напружень практично не дозволяють вирішити поставлене завдання у трьох незалежних координатах. Тому в першому наближенні вона вирішена для моделі еквівалентного тіла; для куба таким тілом є куля.

Теоретичний аналіз дозволив вивести ряд залежностей, які встановлюють зв'язок величини температурних напружень з фізико-механічними властивостями матеріалу, розмірами зразка й швидкістю зміни температури його поверхні. На цій основі розроблена методика оцінки величини температурних напруг на зразку та розрахунку параметрів режиму випробування (зокрема, швидкості заморожування), при якому температурні напруги будуть перебувати в певних заданих межах. Возможность регулирования режима испытания морозостойкости с учетом температурных напряжений имеет большое значение для дальнейших научно-исследовательских работ в этой области. Вместе с тем на основе полученных результатов имеется возможность улучшить методику стандартных испытаний.

Статьи pp-budpostach.com.ua Все о бане

Статьи по пеноблоку,пенобетону,пенобетонным блокам

Статьи pp-budpostach.com.ua Статьи по бетону

Статьи Все о заборах

Статьи pp-budpostach.com.ua Все о крышах ( виды, материал, как лутше выбрать)

Статьи Все о Фундаменте

Статті по газобетону ( газоблокам ), газобетонних блоків, блоків газосиликатнных

Новини, статті, чутки, факти, різне і по чу-чуть

Статті по цеглині ( рядовому, особового,облицювальної,клинкерному, шамотною, силікатній,)