|
Под усадкой бетона разумеют самопроизвольные, не вызванные внешней нагрузкой объемные сокращения бетона как при хранении на воздухе, так и при нагреве. Причина усадки — изменение влажностного состояния цементного камня. Следует учитывать, что до воздействия огня в бетоне развилась усадка при нормальной температуре.
Усадка ло сечению элемента неодинакова из-за неравномерного высыхания. С участков бетона, расположенных ближе к поверхности, к моменту нагрева удаляется подавляющая часть свободной воды и воды макро- и микрокапилляров, а также какая-то часть адсорбционно связанной воды. В центре сечения элемента могла присутствовать вода, имеющая все эти формы связи. Когда начинается интенсивное удаление адсрбционно связанной воды, развиваются деформации температурной усадки.
Бетон при нагреве для установления влажностного равновесия со средой теряет больше воды, чем бетон при нормальной температуре. Так как усадка при нормальной температуре возрастает по мере высыхания бетона, естественно предположить, что при нагреве температурная усадка также будет возрастать. В первое время после начала нагрева
усадка тем больше, чем выше температура. Однако чем выше температура нагрева, тем быстрее усадка затухает.
Температурная усадка бетона, нагретого до 60— 200°С, была больше деформаций усадки ненагревавшегося бетона. Деформация температурной усадки достигает своего наибольшего значения при 60—90°С и составляет при этих температурах 220—390% относительно деформаций усадки ненагревавшегося бетона. Можно преположить, что нелинейный характер изменения значения температурной усадки в зависимости от температуры нагрева обусловлен влиянием скорости высыхания бетона на его усадку и увеличением развития микротрещин при нагреве.
Для удобств расчетов усадочные деформации бетона можно условно разделить на деформации, развивающиеся при нормальной температуре, и деформации температурной усадки, которые вызываются нагревом.
Расчетную величину деформаций температурной усадки бетона определяют как разность между деформациями усадки бетона, подвергавшегося нагреву, и деформациями усадки ненагревавшегося бетона. Относительная температурная усадка бетона достигала при температуре 60—90°С (2,13—2,85) 10~4. Значение температурной усадки бетона помимо температуры нагрева зависит от скорости нагрева, от размеров образцов, от начальной влажности бетона и от вида вяжущего и заполнителей. Температурная усадка бетона при нагреве до 200°С может быть принята 2,8 * 10" .
Температурные деформации бетона при нагреве возрастают не пропорционально температуре, а по криволинейному закону.
При нагревании бетона с естественной влажностью имеет место нелинейная зависимость между деформациями и температурой. Значение коэффициента аы становится переменным.
Усадочно-температурные деформации зависят от вида и влажности бетона, температуры и физико-химических процессов, влияющих на структуру бетона.
При температуре от 20 до 300°С наблюдается удаление свободной, физически и химически связанной воды из бетона, сопровождающееся ростом температурной усадки, замедляющей температурное расширение бетона.
При температуре от 300 до 570°С происходят увеличение объема заполнителя, образование микротрещин вследствие разности температурных деформаций цементного камня и заполнителя], а также нарушение структуры цементного камня, вызванное дегидратацией гидросиликата и гидроалюмината кальция, что приводит к увеличению объема и нарушению структуры бетона.
При температуре выше 570°С происходят
модификационные превращения кристаллического кварца в
заполнителе, сопровождающиеся значительным
увеличением объема минерала, приводящего к еще большему нарушению структуры бетона. Температурная усадка, вызванная дегидратацией гидрата окиси кальция, замедляет температурное расширение бетона.
При охлаждении бетона сразу после первого кратковременного нагрева были обнаружены остаточные относительные деформации расширения, равные 0,7—1,6 -10" .
Из-за неравномерного высыхания бетона по сечению в центре элемента остается свободная влага, которая после первого нагрева устремляется от центра сечения к поверхности. Это способствовало набуханию геля в периферийных участках, где он был уже частично обезвожен. Происходят переход свободной воды в связанную воду геля и выравнивание влажности бетона по сечению образца. Увлажнение геля вызывает деформации расширения. Кроме того, из-за разности температурного расширения цементного камня и заполнителя возникают микротрещины, также вызывающие увеличение размеров образцов. Усиление миграции влаги способствует более глубокому проникновению воды в микротрещины, усиливает эффект расклинивающего действия водных пленок. Это вызывает нарушение структуры, ослабление прочности цементного камня (бетона) и увеличение его размеров.
Температурные деформации тяжелого бетона с гранитным заполнителем больше, чем у бетона с известня
ковым заполнителем при всех температурах нагрева до 800°С. Пропаренный тяжелый бетон имеет несколько большие температурные деформации, чем бетон нормального твердения. Чем меньше водоцементное отношение, тем меньше температурные деформации бетона. Основное влияние на температурные деформации бетона имеют температурные деформации заполнителя и температурная усадка цементного камня.
Температурные деформации керамзитобетона при нагревании до 800°С плавно возрастают, достигая максимума в 1,16%. Незначительное снижение температурных деформаций керамзитобетона при нагреве выше 800°С связано с ростом усадочных деформаций цементного камня.
Температурная деформация при нагреве до 200°С керамзитобетона в цилиндрах почти такая же, как и в призмах. При 600°С она на 25% больше, чем в призмах. Коэффициент температурной деформации керамзитобетона с повышением температуры уменьшается.
При первом нагреве до 300°С и охлаждении температурная усадка в нагретом керамзитоперлитобетоне больше, чем в охлажденном. При охлаждении после первого нагрева усадка керамзитоперлитобетона проявляется только вследствие обратимости линейной температурной усадки, нелинейная температурная усадка необратима.
При температуре от 300 до 450°С происходят увеличение объема заполнителя, образование микротрещин вследствие разности температурных деформаций цементного камня и заполнителя. Дегидратация гидросиликата и гидроалюмината кальция приводит к нарушению структуры цементного камня и увеличению объема и незначительному нарушению структуры керамзитоперлитобетона.
При температуре от 450 до 600 С коэффициент температурного расширения уменьшается, с 550 до 720°С появляется огневая усадка керамзитоперлитобетона, вызванная дегидратацией гидрата окиси кальция и усадкой перлита при этих температурах. Коэффициент усадки керамзитоперлитобетона классов В25 и В30 достигает своего максимального значения при 600°С и соответственно равен: —8,8 10~6 °С~1 и —4,4 10~6 °С~1. Опытами установлено, что температурная деформация бетона при первом кратковременном нагреве зависит от вида бетона, его влажности и значения температуры.
|
|
