Меню

  • На главную

Поиск

  • Ползучесть бетона при сжатии и растяжении

    Posted 7/31/2009 в 7:02:06 ПП

    Ползучесть бетона — явление сложное. Она зависит от взаимодействия ряда технологических и физико-механических факторов, а также от той среды, в которой находится бетон. Существенное влияние на ползучесть бетона оказывают характер его загружения, возраст к моменту загружения, продолжительность действия нагрузки, размеры образца (т. е. масштабный] фактор), температура, влажность среды и ряд технологических факторов, связанных с самой структурой бетона.
    Экспериментально установлено, что возраст бетона к моменту загружения сильно влияет на величину деформаций ползучести: чем моложе бетон в момент загружения, тем больше величина его деформации ползучести за один и тот же промежуток времени наблюдения. Такой харак тер влияния возраста бетона на егс ползучесть вполне закономерен. В такой же зависимости находятся и предельные деформации ползучести бетона, загруженного в разном воз расте.
    Это хорошо подтверждается как старыми опытами Дж. Р. Шенка (1935 г.) для непрерывно высыхающего бетона, так и опытами С. В. Александровского и Э. Я. Багрия (1966) для гидроизолированного бетона, искусственно защищенного от высыхания. Одновременно эти опыты показывают, что после некоторого времени с момента загружения наблюдается характерная особенность в поведении стареющего бетона, а именно подобие его кривых ползучести. Это и положено в основу одной из теорий ползучести бетона, а именно теории старения.
    Существенное влияние на ползучесть высыхающих под нагрузкой бетонных образцов оказывает масштабный фактор. Многочисленные опыты  показали, что ползучесть не защищенного от высыхания бетона в естественных условиях как при кратковременном, так и при длительном действии нагрузки тем больше, чем меньше поперечное сечение образца. Путем обобщения результатов большого количества экспериментальных данных К. С.^Карапетян (1956) и И. И. Улицкий (1962) разработали
    методику определения коэффициентов масштабности ползучести и усадки бетона, которая позволяет по лабораторным опытам на малых образцах оценить ползучесть и усадку бетона в образцах с большими сечениями.
    Любопытно отметить, что масштабный фактор, как показали некоторые опыты (К. С. Карапетян, 1964), почти не оказывает влияния на ползучесть бетона при растяжении. Однако эти опыты еще недостаточны для того, чтобы сделать окончательный вывод по этому вопросу. Одновременно отметим, что на ползучести хорошо изолированных образцов влияние их размеров почти не сказывается (А. А. Гвоздев, 1966).
    Относящиеся к тридцатым годам эксперименты Р. Э. Девиса и X. Э. Девиса, Р. Дютрона, а позже и ряда других исследователей, среди которых отметим К. С. Карапетяна (1965) и И. И. Улицкого (1963), выявили существенное влияние влажности среды на ползучесть непрерывно высыхающего бетона как до, так и после его загружения. Результаты этих опытов указывают на то, что по мере высыхания бетона его ползучесть увеличивается.
    В то же время в некоторых опытах (А. 3. Басевич, 1949; К. А. Мальцов, 1945; К. М. Милейковская, 1962; Н. А. Мощанский, 1948) наблюдалось, что интенсивное увлажнение и особенно погружение в воду приводит к ускорению ползучести бетона, однако с течением времени это явление сглаживается даже для достаточно старого бетона (В. В. Блинков, 1958; Н. А. Мощанский, 1948).
    Для прямого исследования влияния влажности на ползучесть бетона при одновременном его старении С. В. Александровским (1961) по оригинальной методике были проведены специальные опыты, в которых, помимо ползучести, изучалась также и релаксация напряжений в бетоне. Эти опыты проводились таким образом, что исследуемый бетон, загруженный последовательно в разных возрастах, имел различную, но остающуюся уже неизменной с момента загрузки влажность.
    Из этих экспериментов следует, что ползучесть и релаксация бетона в естественных условиях повышаются при его высыхании, перекрывая даже с некоторого момента обратное по своему характеру влияние старения бетона.
    Таким образом, степень влажности бетона оказывает прямое и существенное влияние на его ползучесть и релаксацию, и учет влияния различной, в частности переменной, влажности на ползучесть бетона представляет непосредственный интерес для большей части инженерных сооружений, находящихся в подобных условиях.
    Выполненные иностранными исследователями опыты показали также, что циклические изменения влажности увеличивают деформации ползучести бетона.
    По-видимому, между влиянием масштабного фактора и влиянием влажности бетона на его ползучесть имеется тесная связь. В самом деле, так как малые образцы высыхают быстрее больших, то влажность бетона в них через определенный промежуток времени становится меньше, чем в больших образцах, и поэтому ползучесть малых образцов под нагрузкой выше, чем ползучесть больших образцов.
    Из немногочисленных опытов по изучению влияния температуры на ползучесть бетона следует, что с повышением температуры деформации ползучести, особенно влажного бетона, увеличиваются, а с понижением температуры уменьшаются (С. В. Александровский и О. М. Попкова, 1965; А. А. Гвоздев, 1966; см. также упомянутые выше обзоры Р. Лермита и Т. Хансена).
    Большую ползучесть обнаруживают при высоких температурах жаро-упорные бетоны (А. Ф. Милованов, 1963; В. А. Харламов, 1959).
    Зависимость ползучести молодого бетона от температурных условий изучалась в работе П. И. Васильева и др. (1966). Из выполненных опытов следует, что в очень раннем возрасте повышение температуры может снижать ползучесть, но позже, в зрелом возрасте, в согласии с другими опытами, может ее увеличивать. На это обстоятельство для старого бетона ранее обратил внимание Т. Хансен.
    Экспериментами С. В. Александровского и О. М. Попковой установлено, что в горячей воде (температура до 60°) значительно снижаются прочность на растяжение и модуль упругости бетона и одновременно сильно возрастает его ползучесть.
    Влияние температурных условий на рост модуля мгновенных деформаций довольно подробно изучалось П. И. Васильевым и Ю. И. Кононовым (1964).
    Многочисленные эксперименты показывают, что с ростом напряжения ползучесть бетона возрастает. Как именно развиваются деформации ползучести бетона во времени при различных уровнях напряжения и какая зависимость существует между ними, с достаточной полнотой было исследовано в систематических опытах.
    На основании этих экспериментов можно считать, что при действии постоянной нагрузки деформации ползучести бетона до образования в нем необратимых микротрещин практически пропорциональны напряжениям, а коэффициент поперечного расширения имеет примерно ту же величину, что и при кратковременном нагружений (Р. Лермит, цит. соч.). Это — область почти линейной ползучести. Деформация ползучести в этой области, вызванная единичным напряясением, практически не зависит от величины напряжения и называется мерой ползучести. Правда, в первый момент после приложения нагрузки наблюдается некоторая нелинейность деформаций ползучести и в этой области (С. В. Александровский, 1966;  Н. И. Катин,  1959),  вследствие чего   различие в кривых удельных деформаций ползучести (т. е. деформаций, отнесенных к единице напряжений), возникшее в этот момент времени, сохраняется и в дальнейшем. Однако степень этой нелинейности быстро снижается, и поэтому в дальнейшем приращения деформаций ползучести зависят от напряжений уже линейно.
    Отметим, что граница образования необратимых микротрещин, определяющая верхнюю грань уелов ной области линейной ползучести, не составляет постоянной доли от временного сопротивления бетона сжатию R (А. А. Гвоздев,1966).По данным О.Я.Берга (1961), она лежит примерно в пределах от 50 до 75% этого сопр отив л ения и тем выше ,чем прочнее бетон. Несомненно, на ее положение могут влиять и другие, пока еще малоизученные факторы.
    Экспериментальные исследования по изучению деформации ползучести бетона в широком диапазоне изменений величины напряжений (от 0,2 R до 0,9 В) впервые в Советском Союзе проводились П. И. Васильевым (1951, 1953, 1958). Эти исследования имели своей основной целью по данным опытов на простую ползучесть (т. е. при постоянном напряжении) установить возможность предсказания деформаций ползучести при произвольных режимах загружения в области высоких напряжений на основе теории упругой наследственности (А. К. Малмейстер, 1957; Ю. Н. Работнов, 1948; А. Р. Ржаницын, 1949; М. И. Розовский, 1956). Эти исследования показали, что упруго-мгновенные деформации бетона остаются пропорциональными напряжениям вплоть до их значений, почти соответствующих пределу прочности бетона при сжатии R, и отклонение от линейной зависимости между деформациями ползучести и напряжениями при сжатии, как это было известно и ранее, становится весьма существенным уже при напряжениях, превышающих 0,5i?.
    Следует отметить, что как в упомянутых экспериментах П. И. Васильева, так и в предшествовавших опытах иностранных исследователей не учитывалось влияние возраста бетона, т. е. его старения, на развитие деформаций ползучести при высоких напряжениях. Заметим также, что эти опыты проводились при сравнительно кратковременном действии нагрузки. В действительности же полное прекращение деформаций ползучести бетона не наступает и в очень отдаленные сроки. В самом деле, опыты по наблюдению роста деформаций ползучести бетона при действии постоянной нагрузки в течение 30 лет (Дж. Трокселл и др., Proc. Amer. Soc. Test. Mater., 1958, vol. 58) показали, что деформации ползучести непрерывно растут, хотя и чрезвычайно медленно   в  последний период.
    Экспериментальные исследования ползучести бетона при высоких напряжениях с учетом его старения были выполнены К. С. Карапетяном (1953).
    Эти опыты, проводившиеся около двух лет, показали, что характер самой связи между напряжениями и деформациями ползучести, так же как и граница области линейной пол -зучести, существенно зависит не только от величины напряжения ,но и от возраста бетона, в котором он был нагружен.
    Указанное явление, с на-шейточки зрения, весьма закономерно и исходит из самой сущности механизма ползучести бетона. При напряжениях примерно (0,5-f-0,6) R возникает новое качественное состояние бетона в связи с развитием в нем необратимых микротрещин. Это состояние зависит не только от уровня напряжений, но и от роста прочности, а следовательно, и от возраста бетона.
    Н. И. Катин (1959) также исследовал деформации ползучести бетона при высоких уровнях напряжений. Выяснилось, что при этих условиях связь между скоростями деформаций ползучести и напряжениями нелинейна. Однако через небольшой промежуток времени после загружения бетона указанная нелинейность существенно смягчается с ростом времени действия нагрузки. Это наблюдается не только для стареющего бетона в связи с повышением его прочности (что ранее было обнаружено К. С. Карапетяном), но и для бетона, старение которого почти прекратилось.
    Кривые роста деформаций ползучести во времени при разных уровнях напряжений вследствие этого не подобны, особенно в нелинейной области.
    В экспериментальных исследованиях, проведенных в пятидесятых годах в США, а позже также Р. А. Мельником (1960—1963) и Е. А. Яценко (1962), обстоятельно изучены некоторые вопросы ползучести для высокопрочных бетонов в широком диапазоне изменения напряжений и для легких бетонов типа термозитобетона.
    Бетон, обладая свойством ползучести, обнаруживает, естественно, и релаксацию, т. е. способность изменять свое напряженное состояние, когда дальнейший процесс деформирования невозможен. Релаксация сжимающих напряжений в бетоне исследована довольно полно (С. В. Александровский, 1962; 1966; И. И. Улицкий и др., 1960; А. В. Яшин, 1959; см. также упомянутые на стр. 156 обзоры О. Вагнера, Р. Лермита и Т. Хансена).
    Если бетонный образец, находящийся под длительным действием постоянной нагрузки, разгрузить и сразу после возвращения упругих
    деформаций зафиксировать его длину, то упругому последействию будут препятствовать наложенные связи, благодаря чему в образце восстановится некоторая часть усилий, под действием которых он прежде находился. И. Е. Прокопович и И. И. Улицкий, изучавшие это явление, справедливо назвали его «восстановлением напряжений».
    Деформации последействия после снятия высоких напряжений также нелинейны, особенно в первый период после разгрузки (Н. И. Катин, 1959).
    Ползучесть бетона при растяжении менее изучена, чем при сжатии. Наличие линейной зависимости между деформациями ползучести при растяжении, вплоть до напряжений, близких к предельным, было подтверждено опытами (П. И. Васильев, 1953; К. С. Карапетян, 1953; Н. И. Катин, 1959; А. М. Скудра, 1956; А. Е. Шейкин и В. Л. Николаев, 1959).
    При более высоких напряжениях имеют место нелинейные процессы,, связанные с развитием необратимых микротрещин в бетоне и незатухающей ползучестью, приводящей к разрушению образца. Ползучесть бетона при высоких растягивающих напряжениях изучена очень мало, хотя она имеет очень важное значение для правильной оценки трещиностойкости железобетонных конструкций и несущей способности некоторых бетонных сооружений.
    Рядом авторов проводились исследования соотношения между величинами деформаций ползучести бетона при его сжатии и растяжении, но результаты  исследований были весьма разноречивыми. Причины этого рассмотрены С. В. Александровским (1962). Опыты Н. И. Катина (1959), проведенные на гидроизолированных от высыхания растворных образцах из молодого бетона, внесли ясность в этот вопрос и показали, что при численно равных по величине напряжениях ползучесть бетона при растяжении на 20—30% выше, чем при сжатии. Объясняется это влиянием микродефектов структуры бетона, неизбежно возникающих в нем при растяжении в молодом возрасте. У бетона зрелого возраста в аналогичных опытах наблюдалась почти одинаковая ползучесть при сжатии и растяжении (С. В. Александровский, 1966; А. Е. Шейкин и В. Л. Николаев, 1959). Можно, видимо, считать, что меры ползучести одного и того же бетона при сжатии и растяжении практически мало различаются между собой.

    Тэги: , ,