Архив рубрики «ПОЛЗУЧЕСТЬ, СЖИМАЕМОСТЬ И РАСТЯЖИМОСТЬ БЕТОНА»
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.
Здесь сольватные оболочки частиц каждого типа образуются самостоятельно, без дезориентации молекул воды, что будет препятствовать слипанию ча-стиц. По мере утолщения сольватиых пленок объем частиц будет увеличиваться, что вызовет расширение цементного камня, уплотнение структуры и повышение прочности. По мере дальнейшего развития сольватации и расширения неизбежны разрыхление структуры и понижение прочности. При гидратации обычных нерасширяющихся цементов с плотной укладкой, сольватные оболочки неизбежно будут пересекаться, что вызовет дезориентацию водных диполей и сольватных оболочек. Сольватные оболочки утрачивают при этом свою стабилизирующую функцию и способствуют непосредственному слипанию частиц отвердевшего цементного камня. Г. Н. Сиверцев ведет исследования, которые могли бы подтвердить и углубить изложенный им взгляд на процессы расширения и самонапряжения НЦ. Таким образом, Г. Н. Сиверцев полностью отрицает теорию сульфоалюминатного расширения французского ученого Г. Лоссье, разработавшего новый вид расширяющегося цемента и методику его применения. Однако в теоретических построениях Г. Лоссье ярко проявляются установившийся порядок и взгляды иссле-дователей цементов, заключающиеся в том, что инженеру надлежит подбирать наилучшим образом минералогический состав цемента, если нужно сделать присадку добавок, и затворить его водой; далее же цемент дает свои структурные построения в процессе схватывания и твердения, образуя цементный камень требуемых свойств.
Это говорит в пользу торкретной технологии укладки раствора (или бетона), применение которой дает хорошие результаты: самонапряжение (без применения калибровки) достигает 50—60 кгсм2, а прочность в зрелом возрасте — 800 1000 кгсм2. Применяя метод калибровки, можно достигнуть самонапряжения бетона в 100 кгсм2 и выше.
5) Принципиальная основа процесса самонапряжения конструкций и перспективы его развития
Предложение о самонапряжении конструкции является новым словом в области предварительного напряжения железобетона. Нынешний уровень разработки метода самонапряжения указывает на прогрессивность и большие перспективы его использования в строительстве, но одновременно и на необходимость дальнейшей систематической работы по совершенствованию состава цемента, видов замедлителей схватывания, изысканию более эффективных технологических приемов (в том числе и без тепловлажностной обработки), методов калибровки напряжения с тем, чтобы от растворов перейти к бетонам с меньшим расходом вяжущего.
В СССР, наряду с высказанным выше о природе самонапряжения, существует другая, противоположная точка зрения Г. Н. Сиверцева, полностью отрицающая возможность образования гидросульфоалюмината кальция в цементной среде и развивающая иной взгляд на причины, вызывающие расширение и самонапряжение. Г. Н. Сиверцев полагает, что расширение может развиваться независимо от образования или отсутствия гидросульфоалюмината кальция, и наблюдающиеся иногда противоречивые явления при твердении НЦ могут быть обоснованы только с позиции коллоидной химии. Раширяемость представляется им как неустойчивое динамическое равновесие двух взаимно-противо-положных процессов: коагуляции, характеризующей схватывание и твердение НЦ, и сольватации частиц НЦ, тормозящей коагуляцию. Для НЦ характерно содержание нескольких разнородных суспензий — антагонистов (портландцемент, глиноземистый цемент, гипс и т. п.).
Силовая калибровка, заключавшаяся в приложении изгибающей нагрузки на затяжку в процессе тепловлажностной обработки, дала возможность перераспределить предварительные напряжения в сечении затяжки. Теперь ib средней части затяжки нижней арматуры предварительное напряжение достигло величины 6900 кгсм2, а в верхней арматуре напряжение снизилось до 800 кгсм2.
В связи с этим эпюра предварительного обжатия бетона затяжки из прямоугольной теперь преобразовалась в треугольную с краевыми напряжениями: внизу 200 и вверху 47 кгсм2 (растяжение). Меняя направление, величину и место приложения нагрузки в процессе тепловлажностной обработки конструкции (когда происходит упруго-пластическое расширение НЦ), возможно производить в широких пределах перерас-пределение внутренних сил в бетоне и арматуре, получая наивыгоднейшее предварительное напряжение конструкции. Метод силовой калибровки еще очень нов, и его широкое практическое применение станет возможным после проведения большого числа испытаний.
Отмеченные исследования растворов, приготовленных на напрягающем цементе (НЦ), относятся к случаю виброактивации цемента при затворении и укладке, в силу чего полученная средняя величина самонапряжения 40 кгсм2 является результатом некоторой потери истинной величины самонапряжения раствора НЦ, равной примерно 60 кгсм2, но которую не удалось достигнуть для вибрированных образцов. Действительная величина самонапряжения, соответствующая энергетическим возможностям НЦ, получена при укладке раствора НЦ методом торкретирования, когда сухую смесь из цемент-пушки сжатым воздухом под давлением 3—5 ати подают по шлангу к соплу, увлажняют здесь подаваемой (также -под давлением) водой и набрасывают с большой скоростью на формуемое изделие. Продолжительность времени от момента увлажнения до нанесения торкрет-слоя составляет сотые доли секунды, поэтому укладываемый таким способам раствор очень плотен, с минимальным содержанием воды, а период укладки раствора намного опережает момент начала схватывания НЦ.
Однако величина самонапряжения бетона в пределах сечения элемента может быть изменена и увеличена против указанного выше значения в результате особого технологического приема силового воздействия, названного нами калибровкой, после или во время тепловлажностной обработки. Под калибровкой напряженного состояния конструкции понимается процесс силового принудительного перераспределения напряжений в бетоне и арматуре конструкции путем деформирования конструкции за пределами упругости в период протекания процессов самонапряжения, в результате чего создается наивыгоднейшее напряженное состояние Конструкции. Калибровка позволяет производить перераспределение усилий внутри элемента в любых пределах, когда степень краевого напряжения в бетоне может быть существенно увеличена и доведена до 150 кгсм2 и выше. Здесь можно также указать на исследования, проводимые в СССР при разработке конструкции крепления из железобетона для горных выработок угольной промышленности. Главное требование к элементам крепления — это малый их вес и большая несущая способность (нагрузка от укрепляемой породы составляет примерно 10 тм2). При исследовании работа самонапряженных вибрираванных затяжек крепления горных выработак швеллерного типа, армированных высокопрочной проволокой в раз-мере 0,75% от всей площади поперечного сечения затяжки и 1,8%, если считать только от площади сечения ее растянутой зоны, было достигнуто следующее напряженное состояние затяжек (после тепловлажностной обработки в течение 6 ч при 100°С и последующего водного хранения в течение трех суток): в верхней арматуре высокое напряжение, равное 6000 кгсм2, и в нижней арматуре небольшое— 1500 кгсм2. Таким напряженным состоянием обеспечивалось равномерное обжатие бетона затяжек интенсивностью порядка 22 ати (22 кгсм2). Подобное распределение предварительных напряжений, естественно, было совершенно невыгодно для работающей на изгиб конструкции затяжки.