Архив автора
Таким образом, под предельной сжимаемостью и растяжимостью будем понимать наибольшую величину упругого последействия или тягучести бетона, проявившуюся в условиях кратковременного нагружения до разрушения. Под долговременной сжимаемостью и растяжимостью будем понимать упругую сжимаемость плюс наибольшую величину ползучести бетона, проявившуюся при длительном нагружении бетона. Хотя по характеру проявления и величине предельная и долговременная сжимаемость и растяжимость бетона сильно отличны, физическая природа их аналогична и вытекает из структурных свойств и особенностей цементного камня как полидисперсной многокомпонентной системы, компоненты которой связаны между собой определенным взаимодействием. Познание этих взаимодействий в процессе меняющейся внешней нагрузки позволило бы полнее и эффективнее строить и управлять структурой цементного камня в выгодном для практических целей направлении. Однако, как это отмечалось выше, вид этих взаимодействий чрезвычайно разнообразен и сложен; в связи с этим установление четкого представления и законов взаимодействия сил и деформаций внутри системы представляет большие трудности.
Однако не меньшее значение имеет величина полной деформации под быстро нарастающей нагрузкой, прикладываемой ступенями до разрушения, которая включает и упругую, и пластическую части деформации. Именно полная деформация, характеризующая предельную сжимаемость или растяжимость бетона, при которой происходит разрушение, должна учитываться при установлении прочности, надежности и долговечности конструкции. Знание размеров этих деформаций позволяет правильно рассчитывать предварительно напряженные конструкции.
Если в каком-то возрасте t2, когда проявление пластической деформации от нагрузки и усадки прекратилось и полная деформация составила снять нагрузку, образец изменит длину на величину мгновенной деформации s. Однако она не сохраняется неизменной, а непрерывно увеличивается, давая к определенному сроку t3 дополнительную деформацию еп1. Здесь мы имеем пример упругого последействия, которое в сумме дает возврат деформации после разгрузки Р. Лермит указывает, что отношение т. е. вызываемая нагрузкой пластическая деформация пропорциональна упругой деформации.
Если наблюдаемый образец в возрасте t3 поместить в воду, он даст дополнительную деформацию вв вследствие набухания тем большую, чем больше была полная деформация ет.
Р. Лермит утверждает, что здесь справедлива закономерность окончательной остаточной деформации, пропорциональной начальной деформации
Следовательно, обусловленная нагрузкой пластическая часть деформации, как и усадка, при погружении в воду обратима в том же отношении, что и усадка, и что ползучесть и усадка неотделимы.
На графике показано развитие аналогичных деформаций при растяжении бетона.
Для случая растяжения выражения справедливы, но согласно они принимают вид:
Чем больше нагрузка, тем сильнее проявляется упругое последействие или тягучесть бетона и тем дополнительная деформация больше. Такая величина сжимаемости и растяжимости бетона в сильной степени зависит от скорости приложения нагрузки и от условий среды, с которой связан исследуемый образец бетона.
Условимся называть нормальной сжимаемостью и растяжимостью бетона способность бетона деформироваться на величину ес или ер при нагружении до разрушения ступенями в течение 1 ч, в отличие от долговременной сжимаемости и растяжимости бетона со способностью деформироваться на величину ес.макс или ер-макс при нагружении образца до 0,9 от временного сопротивления и поддержании его в таком напряженном состоянии бесконечно долгое время до стабилизации деформации либо до самопроизвольного разрушения.
Нанося на график (рис. 3.20) величины этих деформаций, видим, что пластические деформации представляют собой возрастающую функцию продолжительности загружения и выражаются почти линейной зависимостью. Чем выше степень нагружения, тем круче кривая на графике и тем в меньшей степени сохраняется закон приблизительной линейности. Если экстраполировать эти кривые влево до ординаты, соответствующей длительности нагружения t= 0, то можно обнаружить, что: во-первых, они не проходят через начало координат и, во-вторых, все кривые отсекают на оси ординат один и тот же отрезок. Это указывает на существование какой-то мгновенной не вязкой пластической деформации, происходящей одновременно с упругой.
Если нагрузка сохраняется длительное время, деформация возрастает, стремясь при очень продолжительном нагружении (в течение нескольких лет) к некоторому пределу. Такая медленно нарастающая деформация называется ползучестью бетона. Размеры деформации ползучести различны и зависят от многих причин и условий.
Если наблюдать за деформацией бетона после момента его укладки, можно представить ее развитие следующим образом.
В течение времени образец не нагружен и в нем происходит усадка. Затем прикладывают сжимающую нагрузку, которая вызывает мгновенную упругую деформацию и вместе с ней пластическую, одна часть которой происходит также мгновенно, а другая проявляется в течение длительного времени.
Если в этот период времени наблюдать образец, не подвергнутый нагружению и сохраняемый в тех же условиях влажности, он показал бы усадку.
Таким образом, возникают новые качества цемента ранее не только не использованные, но считавшиеся крайне нежелательными и вредными.
Возможность управления объемными деформациями твердеющих вяжущих и предвидение их являются новым и прогрессивным начинанием в области химии цемента, открывающим широкие перспективы на будущее.
В настоящее время НЦ вследствие его высокой водонепроницаемости начинают применять для сооружений, подверженных действию давления воды. Способность его выдерживать без фильтрации давление 10—20 ати при толщине слоя бетона 25—30 мм выгодно используется в напорных железобетонных трубах.
3.1.6. 1) Пластические деформации бетона под нагрузкой
При воздействии на бетон нагрузки происходит его деформация. Эта деформация по существу упруго-пластическая. При малых нагрузках преобладает упругая часть деформации, причем повторными нагружением и разгрузкой проявившаяся пластическая часть делается необратимой и в дальнейших загружениях будет проявляться лишь упругая часть деформации. При высоких нагрузках, особенно близких к разрушающим, преобладает пластическая часть деформации. Пластичность проявляется как при сжатии, так и при растяжении, причем деформация при сжатии более изучена.
Необходимо рассматривать два вида проявления пластических деформаций раздельно, а именно:
а) деформацию, которая проявляется сейчас же после приложения нагрузки и быстро затухает, причем преимущественная часть этой деформации происходит в течение первого часа после нагружения и почти полностью затухает в течение суток. Обычно эту деформацию называют упругим последействием при нагружении или после разгрузки. Иногда ее называют тягучестью бетона, б) деформацию, которая проявляется в течение длительного выдерживания бетона под нагрузкой и которую принято называть ползуче- честью бетона. Этот вид пластической деформации весьма важен и должен учитываться при расчете и эксплуатации предварительно напряженных конструкций. которая может проявляться в материале при его длительном предельном нагружении до степени, близкой к разрушению. В первый период после нагружения постоянной нагрузкой пластическая деформация тягучести нарастает почти по линейному закону. Прикладывая к образцу бетона заданную нагрузку в течение 1 мин и выдерживая ее затем в течение 1, 10, 20 мин и т. д. до 1 ч, получаем каждый раз все большую величину остаточной необратимой деформации.
Никакого прямого вмешательства в эти процессы построения структуры цементного камня от исследователя не требуется. В лучшем случае он ускоряет назначенные процессы структурообразования прогревом при нормальном или повышенном давлении. Такой порядок лишает конструктора и технолога по бетону возможности управлять процессами, когда затворенный цемент приходит в установленные ему стадии (см. рис. 3.4) формирования и упрочнения структуры.
П. А. Ребиндер и Н. В. Михайлов вмешались в ход процессов гидролиза и гидратации на первой стадии; подготавливая активную смесь, они механическими воздействиями (виброперемешиванием и многочастотным вибрированием) на всех технологических стадиях приготовления бетонной смеси производят разрушение формируемой структуры для достижения более плотной укладки частиц бетона и цементного камня и более глубокого развития процессов гидратации зерен цемента. В результате они достигают значительного увеличения прочности и плотности бетона.
Наши намерения идут еще дальше; мы подготавливаем состав вяжущего таким образом, чтобы стадия структурообразования проходила быстро и также быстро шло твердение цемента. Мы допускаем, чтобы образование структуры цемента глубоко вошло в стадию упрочнения и чтобы получилось достаточно прочное и твердое тело цементного камня. Созданная структура такова, что если к ней получит доступ вода, образовавшиеся в цементном камне соединения расширятся и, несмотря на высокую прочность цементного камня, разрушат эту структуру до основания, превратив ее в клейкий студень. Таким образом, в созданной структуре таятся возможности самоуничтожения. С этой точки зре-ния напрягающий цемент (НЦ) представляется в качестве вяжущего, совершенно непригодного к применению. Однако при волевом построении структуры цементного камня и, при соответствующей комбинации определенных воздействий на систему (увлажнением, нагреванием, механической обработкой и т. д.) происходит разрушение одних составляющих структуры цементного камня и быстрое возникновение в нужном сочетании и последовательности других составляющих. При этом твердое тело цементного камня остается неизменным, прочность сохраняется и даже возрастает, а объем тела цементного камня увеличивается с возможностью в случае сопротивления совершать работу деформации в виде вытягивания заложенных в бетон стержней арматуры.