Коэффициент линейного расширения бетона - Brigada-Doma.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Коэффициент линейного расширения бетона

Температурные деформации бетона

Бетон, как и другие материалы, расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении. В среднем коэффициент линейного расширения бетона составляет. Однако в действительности он колеблется в зависимости от состава бетона и свойств заполнителя и вяжущего [10]. С увеличением содержания цементного камня коэффициент линейного расширения увеличивается. Например, в одном из опытов раствор состава 1:3 имел , а цементный камень ? . Определённое влияние на коэффициент линейного расширения оказывает вид заполнителя. Например, бетон на граните в опытах показал, бетон на керамзите ?, бетон на известняке ?. Зависимость коэффициента линейного расширения бетона от коэффициента линейного расширения заполнителя приведена на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1. Зависимость коэффициента линейного расширения бетона от коэффициента линейного расширения заполнителя: 1 – водное твердение; 2 ? воздушное твердение

Изменение температуры в пределах мало влияет на коэффициент температурного расширения сухого бетона, если при этом в бетоне отсутствуют физико-химические превращения. При изменении температуры влажного бетона температурные деформации складываются с влажностными усадками или расширением. При замерзании влажного бетона существенное влияние на его деформации оказывает образование льда в порах и капиллярах материала. В ряде случаев вместо деформаций сжатия при остывании бетона ниже могут наблюдаться деформации расширения, вызываемые давлением образующегося льда.

При нагревании температурная деформация бетона одновременно состоит из двух видов деформаций [9]: обратимая деформация – температурное расширение и необратимая – температурная усадка. Известная часть температурной деформации бетона является необратимой. Накапливающиеся при циклическом воздействии знакопеременные температурные остаточные деформации могут в несколько раз превышать предельную растяжимость бетона. Ко второй части температурной деформации относим соответственно деформацию полос бетона между трещинами.

Температурные деформации железобетонных элементов [9] не равны температурным деформациям бетона или арматуры, а являются функциями этих деформаций и зависят от степени армирования и вида арматуры и бетона, температуры и влажности бетона. Сначала рассмотрим влияние на деформации арматуры температурных деформаций бетона при частичном нарушении сцепления арматуры с бетоном. Это влияние проявляется двояко, из-за чего предварительно деформация бетона разделена на две части. Первая часть связана с расширением бетона по нормали к трещинам. Она влияет непосредственно на раскрытие трещин и через этот факт – на смещение арматуры относительно берега трещины.

С целью изучения влияния степени понижения температуры и увлажнения материала [9] на развитие температурных деформаций бетона при низких отрицательных температурах, были исследованы температурные деформации бетона в автоматической термокамере МПС-500, обеспечивающей температуру от 100 до . Температура в камере контролировалась по показаниям термометров сопротивления с автоматической непрерывной записью её и по показаниям ртутного термометра, дополнительно установленного в рабочем объёме камеры. Температура внутри образцов определялась по показаниям термопар, заложенных при формовании.

На предел огнестойкости изгибаемых элементов в условиях ограниченных продольных деформаций [9] существенное влияние оказывают температурные деформации бетона. Чем больше относительная величина температурных деформаций, то есть чем меньше усадка бетона, тем быстрее достигает своего максимального значения продольное усилие сжатия. Для статических расчётов необходимо иметь данные об изменении механических, упругопластических свойств и температурных деформациях бетона и арматуры при воздействии высоких температур и нагрузок, а также опытные предельные состояния железобетонных элементов при стандартном пожаре, которые можно получить только по результатам испытаний.

Деформации бетона, возникающие под влиянием изменения температуры, зависят от коэффициента линейных температурных деформаций бетона. Этот коэффициент зависит от вида цемента, заполнителя, влажностного состояния бетона и может изменяться в пределах 30%. Температурные деформации расширения пропаренного бетона и особенности бетона автоклавного твердения при одинаковой влажности и тех же составляющих значительно превосходят температурные деформации бетона нормального твердения.

При огневом воздействии происходят дополнительные потери предварительного напряжения от температурной усадки и ползучести бетона на уровне продольной арматуры, от релаксации напряжений в арматуре, разности температурных деформаций бетона и арматуры и снижения модуля упругости арматуры при нагреве.

Для предварительно напряжённых конструкций немаловажно сохранить предварительное напряжение в арматуре во время и после пожара, потеря которого происходит в основном за счёт усадки и ползучести бетона, релаксации напряжения в арматуре и разности температурных деформаций бетона и арматуры. При температуре от 450 до коэффициент температурного расширения уменьшается, с 550 до появляется огневая усадка керамзитоперлитобетона, вызванная дегидратацией гидрата окиси кальция и усадкой перлита при этих температурах. Коэффициент усадки керамзитоперлитобетона классов B25 и B30 достигает своего максимального значения при .

Для расчёта железобетонных сооружений, подвергающихся действию повышенных технологических температур с внутренней стороны и отрицательных температур с наружной, необходима также информация о температурных деформациях бетона при действии отрицательных температур. Причём температрные деформации следует определять для бетона, подвергавшегося нагреву, или без нагрева, но в процессе эксплуатации не подвергавшегося интенсивному водонасыщению. Г. И. Горчаковым, В. М. Москвиным и рядом других авторов установлено, что для свободно высыхающего старого бетона, не подвергавшегося увлажнению и предварительному нагреву, линейные температурные деформации бетона при замораживании до монотонно возрастают с понижением температуры.

В виде пара вода перемещается под влиянием градиента упругости паров [9]. Известно, что упругость пара у переохлаждённой воды выше, чем у льда, и с понижением температуры этот градиент возрастает. Поэтому процесс перегонки пара ко льду, находящемуся в крупных порах, от переохлаждённой воды в мелких порах, с понижением температуры должен ускоряться не исключая возможной миграции воды из твёрдой фазы (льда) от более мелких к более крупным кристаллам льда посредством сублимации по закону Томсона. Также путём плавления части льда в местах повышенного давления, отжатия и повторного замораживания образовавшейся воды в местах пониженного давления. Миграция воды из мелких пор и замерзанием её в более крупных порах при замораживании объясняется характером кривых температурных деформаций бетона и цементного камня при оттаивании.

Пары воды и воздух в бетоне [11] при нагреве движутся в основном вверх, в сторону открытой поверхности изделия, так как здесь, особенно у верхних слоёв, не ограниченных формой, требуется наименьшее усилие для их раздвижки и разрыхления. Поэтому визуально заметно вспучивание при нагреве и слоистая структура материала наблюдается только в верхних слоях. Для внутренних же зон вышележащие слои играют роль пригруза и препятствуют в какой-то степени развитию деструктивных явлений, которые можно было бы наблюдать визуально.

Изучение температурных деформаций бетона [11] при различных способах тепловой обработки показало, что, остаточные расширения, характеризующие степень структурных нарушений, зависят от скорости нагрева и начальной прочности, достигнутой бетоном до наложения теплового воздействия. Установлено, что бетон, имеющий определённую начальную прочность, приобретает в процессе термообработки только деформации, соответствующие температурному расширению затвердевшего материала. Объясняется это тем, что такой бетон воспринимает возникающие в результате нагрева внутренние напряжения, снижая тем самым их деструктивное воздействие. Исходя из этих представлений С. А. Мироновым и Л. А. Малининой введено понятие о «критической» прочности – минимальной прочности бетона, при которой наложенное тепловое воздействие не приводит к структурным нарушениям. Расширение бетона с такой прочностью практически равно температурному расширению затвердевшего бетона того же состава.

Деформации температурной усадки и ползучести бетона при нагреве определяются опытным путём в лаборатории. Результаты определения деформаций температурной усадки [3] при кратковременном и длительном нагреве оформляются в виде диаграммы, на которой по оси абсцисс откладывается температура, а по оси ординат – величина температурных деформаций при первом, втором и третьем нагреве и охлаждении. При первом нагреве вычисляется температурная деформация бетона, при втором и третьем нагреве – деформация температурного расширения бетона. Разность деформации температурного расширения и температурной деформации представляет деформацию температурной усадки при кратковременной и длительной нагрузках

Линейная относительная температурная деформация – относительное изменение линейных размеров образца, вызванная совместным действием температурной усадки бетона.

Линейная относительная деформация температурного расширения ? относительное увеличение размера образца, вызванное температурным расширением бетона при нагрузке.

Линейная относительная температурная деформация усадки ? относительное уменьшение размеров ненагруженного образца, вызванное испарением из него влаги при нагрузке.

Деструктивные процессы при замораживании и постепенное разрушение разнообразны [8]. При нагревании и охлаждении компоненты бетона – цементный камень, заполнители и вода в его порах изменяют объём в соответствии с присущими каждому материалу коэффициентами температурных деформаций. Различие в этих коэффициентах может служить одной из причин появления напряжения в зонах контакта материалов. Однако основной причиной разрушения бетона является давление льда, образующегося при фазовом переходе воды в лёд и с увеличением объёма до 9% или гидравлическом давлении воды, отжимаемой льдом. На морозостойкость бетона оказывает влияние степень его водонасыщения, минеральный состав цемента, от которого зависит структура цементного камня и его перового пространства, вид и крупность зёрен заполнителя, водоцементное отношение, введение пластифицирующих воздухововлекающих добавок.

Для железобетонных пролётных строений мостов характерны два типичных случая замораживания бетона. К первому случаю относится разрушение бетона на горизонтальных и наклонных поверхностях поясов балок, подверженных увлажнению атмосферными осадками. Накапливавшаяся влага может задерживаться на бетонной поверхности и проникать внутрь пояса железобетонной балки. Ко второму случаю относятся вертикальные поверхности стенок и поясов при эпизодическом увлажнении атмосферными осадками и замораживании на воздухе. Длительная служба железобетонных конструкций в условиях агрессивного воздействия природной среды может быть обеспечена коррозионной стойкостью, как бетона, так и арматуры.

Температурные деформации бетона близки к температурным деформациям стали, что обеспечивает их надёжную совместную работу в железобетоне при различных температурах окружающей среды.

СНиП 2.06.08-87. Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений Часть 4

7. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ

КОНСТРУКЦИЙ НА ТЕМПЕРАТУРНЫЕ

И ВЛАЖНОСТНЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ

7.1. Учет температурных воздействий следует производить:

а) при расчете бетонных конструкций по прочности в соответствии с п. 5.1, а также при расчете их по образованию (недопущению) трещин в случаях, когда нарушение монолитности этих конструкций может изменить статическую схему их работы, вызвать дополнительные внешние силовые воздействия или увеличение противодавления, привести к снижению водонепроницаемости и долговечности конструкции;

б) при расчете статически неопределимых железобетонных конструкций, а также при расчете железобетонных конструкций по образованию (недопущению) трещин в случаях, указанных в п. 6.1;

в) при определении деформаций и перемещений элементов сооружений для назначения конструкций температурных швов и противофильтрационных уплотнений;

г) при назначении температурных режимов, требуемых по условиям возведения сооружения и нормальной его эксплуатации;

д) при расчете тонкостенных железобетонных элементов непрямоугольного сечения (тавровые, кольцевые), контактирующих с грунтом.

Температурные воздействия допускается не учитывать в расчетах тонкостенных конструкций, если обеспечена свобода перемещений этих конструкций.

7.2. При расчете бетонных и железобетонных конструкций следует учитывать температурные воздействия эксплуатационного и строительного периодов.

Читайте также:  Как сделать бетонный блок своими руками

К температурным воздействиям эксплуатационного периода относятся климатические колебания температуры наружного воздуха, воды в водоемах и эксплуатационный подогрев (или охлаждение) сооружения.

Температурные воздействия строительного периода определяются с учетом экзотермии и других условий твердения бетона, включая конструктивные и технологические мероприятия по регулированию температурного режима конструкции, температуры замыкания строительных швов, полного остывания конструкции до среднемноголетних эксплуатационных температyp, колебаний температуры наружного воздуха и воды в водоемах.

Конкретный перечень температурных воздействий, учитываемых в расчетах бетонных и железобетонных конструкций основных видов гидротехнических сооружений, должен устанавливаться нормами на проектирование соответствующих видов сооружений.

7.3. В расчетах бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений на температурные воздействия при соответствующем обосновании допускается учитывать тепловое влияние солнечной радиации.

7.4. Учет влажностных воздействий при расчете бетонных и железобетонных конструкций должен быть обоснован в зависимости от возможности развития усадки или набухания бетона этих конструкций.

Допускается не учитывать усадку бетона в расчетах:

тонкостенных конструкций, находящихся под водой, контактирующих с водой или засыпанных грунтом, если были предусмотрены меры по предотвращению высыхания бетона в период строительства.

7.5. Температурные и влажностные поля конструкций рассчитываются методами строительной физики с использованием основных положений, принятых для нестационарных процессов.

7.6. Данные о температуре и влажности наружного воздуха и другие климатологические характеристики должны приниматься на основе метеорологических наблюдений в районе строительства. При отсутствии таких наблюдений необходимые сведения следует принимать по СНиП 2.01.01-82 и по официальным документам Государственной гидрометеорологической службы.

Температура воды в водоемах должна определяться на основе специальных расчетов и по аналогам.

7.7. Для сооружений I класса теплофизические характеристики бетона устанавливаются на основании специальных исследований. Для сооружений других классов и при предварительном проектировании сооружений I класса указанные характеристики бетона допускается принимать по табл. 1 и 2 рекомендуемого приложения 2.

7.8. Деформативные характеристики бетона, необходимые для расчета термонапряженного состояния конструкций, допускается принимать:

начальный модуль упругости бетона, МПа, в возрасте менее 180 сут – по формуле

где – безразмерный параметр, принимаемый по табл. 3 рекомендуемого приложения 2;

– возраст бетона, сут;

начальный модуль упругости бетона в возрасте 180 сут и более следует принимать в соответствии с п. 2.15.

Характеристики ползучести бетона следует принимать по табл. 4 рекомендуемого приложения 2.

Для сооружений I класса деформативные характеристики бетона следует уточнять исследованиями на образцах из бетона производственного состава.

7.9. Расчет бетонных и железобетонных конструкций по образованию (недопущению) температурных трещин следует производить по формулам:

а) при проверке образования трещин и определении их размеров

Для образования поверхностной трещины необходимо, чтобы условие (74) выполнялось в пределах зоны растяжения, глубина которой в направлении, перпендикулярном поверхности, была бы не менее 1,3 , где – максимальный размер крупного заполнителя бетона;

б) при недопущении трещин в конструкциях, рассчитываемых по второй группе предельных состояний,

в) при недопущении трещин в конструкциях, рассчитываемых по первой группе предельных состояний,

где и – соответственно нормативное и расчетное сопротивления бетона на осевое растяжение, определяемые в соответствии с п. 2.11;

– коэффициент перехода от нормативного сопротивления бетона на осевое растяжение к средней прочности на осевое растяжение бетона производственного состава, определяемый в соответствии с п. 7.10;

– коэффициент, учитывающий зависимость прочности бетона на осевое растяжение от возраста и принимаемый в соответствии с п. 7.11;

– модуль упругости бетона, определяемый в соответствии с п. 7.8;

– коэффициент условий работы, равный для массивных сооружений – 1,1, для остальных – 1,0;

– работа растягивающих напряжений на соответствующей разности полных и вынужденных температурных деформаций в бетоне:

где – текущее время;

– температура бетона в момент времени ;

– температурный коэффициент линейного расширения бетона;

– деформации бетона, определенные с учетом переменных во времени модуля упругости и ползучести бетона;

– растягивающие напряжения в бетоне:

где – напряжения в бетоне, определенные с учетом переменных во времени модуля упругости и ползучести бетона.

7.10. Коэффициент определяется по формуле

где – коэффициент, зависящий от установленной обеспеченности гарантированной прочности бетона и равный 1,64 при = 0,95 и 1,28 при = 0,90;

– коэффициент вариации прочности бетона производственного состава.

В проектах бетонных и железобетонныx конструкций гидротехнических сооружений следует принимать = 0,135 при = 0,95, = 0,17 при = 0,90.

7.11. Значение в зависимости от возраста бетона следует принимать для строительного периода по табл. 5 рекомендуемого приложения 2, для эксплуатационного периода, как правило, равным 1,0.

Для сооружений I и II классов коэффициент следует уточнять исследованиями на крупномасштабных образцах из бетона производственного состава.

7.12. Для сооружений I и II классов в технико-экономическом обосновании, а для сооружений III и IV классов – во всех случаях допускается расчет по образованию (недопущению) трещин от температурных воздействий производить по формуле

где – температурные напряжения в момент времени ;

– коэффициент, определяемый согласно указаниям п. 5.3;

– предельная растяжимость бетона, определяемая по табл. 6 рекомендуемого приложения 2;

– коэффициент, учитывающий зависимость от возраста бетона, определяемый по табл. 7 рекомендуемого приложения 2.

При определении коэффициента значения следует принимать равными длине участка эпюры растягивающих напряжений в пределах блока. В расчетах по формуле (79) следует принимать при см или при наличии на участке эпюры растягивающих напряжений зоны с нулевым градиентом напряжений.

ОСНОВНЫЕ БУКВЕННЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Усилия от внешних нагрузок и воздействий

в поперечном сечении элемента

М – изгибающий момент;

N – продольная сила;

Q – поперечная сила.

– расчетные сопротивления бетона осевому сжатию соответственно для предельных состояний первой и второй групп;

– расчетные сопротивления бетона осевому растяжению соответственно для предельных состояний первой и второй групп;

– расчетные сопротивления арматуры растяжению для предельных состояний первой и второй групп;

– расчетное сопротивление поперечной арматуры растяжению для предельных состояний первой группы при расчете сечений, наклонных к продольной оси элемента;

– расчетное сопротивление арматуры сжатию для предельных состояний первой группы;

– начальный модуль упругости бетона при сжатии и растяжении;

– модуль упругости арматуры;

– отношение соответствующих модулей yпpугости арматуры и бетона .

Характеристики положения продольной арматуры

в поперечном сечении элемента

– обозначение продольной арматуры:

а) для изгибаемых элементов – расположенной в зоне, растянутой от действия внешних усилий;

б) для сжатых элементов – расположенной в зоне, растянутой от действий усилий или у наименее сжатой стороны сечения;

в) для внецентренно растянутых элементов-наименее удаленной от точки приложения внешней продольной оси;

г) для центрально растянутых элементов – всей в поперечном сечении элемента;

– обозначение продольной арматуры:

а) для изгибаемых элементов – расположенной в зоне, сжатой от действия внешних усилий;

б) для сжатых элементов – расположенной в зоне, сжатой от действия внешних усилий или у наиболее сжатой стороны сечения;

в) для внецентренно растянутых элементов – наиболее удаленной от точки приложения внешней продольной силы.

– ширина прямоугольного сечения, ширина ребра таврового или двутаврового сечения;

– высота прямоугольного, таврового или двутаврового сечения;

– расстояние от равнодействующей усилий соответственно в арматуре и до ближайшей грани сечения;

-рабочая высота сечения ( );

– высота сжатой зоны сечения (бетона);

-относительная высота сжатой зоны бетона, равная

– расстояние между хомутами, измеренное по длине элемента;

– эксцентриситет продольной силы N относительно центра тяжести приведенного сечения;

– расстояние от точки приложения продольной силы соответственно до равнодействующей усилий в арматуре и ;

– номинальный диаметр арматурных стержней;

– площадь всего бетона в поперечном сечении;

– площадь сечения сжатой зоны бетона;

– площадь приведенного сечения элемента;

– площадь сечений арматуры соответственно и ;

– площадь сечения хомутов, расположенных в одной нормальной к продольной оси элемента плоскости, пересекающей наклонное сечение;

-площадь сечения отогнутых стержней, расположенных в одной наклонной к продольной оси элемента плоскости, пересекающей наклонное сечение;

– момент инерции сечения бетона относительно центра тяжести сечения элемента;

– момент инерции приведенного сечения элемента относительно его центра тяжести;

– момент инерции площади сечения арматуры относительно центра тяжести сечения элемента;

– момент инерции сжатой зоны бетона относительно центра тяжести сечения;

– статический момент площади сечения сжатой зоны бетона относительно точки приложения равнодействующей усилий в арматуре ;

– статические моменты площади сечения всей продольной арматуры относительно точки приложения равнодействующей усилий соответственно в арматуре и .

– надежности по назначению сооружения;

– условий работы сооружения;

– условий работы бетона;

– условий работы арматуры;

– армирования, определяемый как отношение площади сечения арматуры к площади поперечного сечении элемента , без учета свесов сжатых и растянутых полок.

ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕТОНА ДЛЯ РАСЧЕТА КОНСТРУКЦИЙ

Бетон расширяющийся: свойства, сферы применения, нюансы изготовления

Бетон расширяющийся (ГОСТ 32803-2014) — это материал, содержащий в своем составе напрягающий цемент или специальные расширяющие добавки для формирования предварительного напряжения конструкций в период твердения смесей.

В результате таких условий схватывания раствора, удается получить расширяющийся бетон, обладающий повышенной плотностью, водонепроницаемостью и долговечностью (см. видео в этой статье).

Объемные деформации конструкций

При производстве железобетона, во время гидратации цемента образуются коллоидные и кристаллические образования, которые по-разному могут влиять на процессы деформации, происходящие в цементном камне.

Коллоидные образования в период твердения смесей уплотняются и способствуют появлению усадочных раковин. А образуемые кристаллы, при определенных температурных условиях в момент гидратации цементного камня, могут увеличиваться в объеме, провоцируя тем самым тепловое расширение бетона, приводящее к появлению трещин на поверхности конструкций.

Усадочные деформации

Усадка по механизму возникновения делится на два вида.

  1. усадочное напряжение (расширение)
  2. усадочная деформация.

Интенсивность протекания таких деформаций зависит от показателей влажности и температуры окружающей среды.

Изменения, происходящие в результате усадочной деформации, в сочетании с таким явлением, как линейное расширение бетона, значительно снижают трещиностойкость и долговечность сооружений. Первооснова усадки — это протекающий в течение некоторого времени процесс снижения линейных размеров смеси, вызванный физико-химическими реакциями, происходящими на тот момент в структуре изделия.

Усадочные процессы можно распределить на несколько этапов:

  • пластическая деформация, происходящая в момент схватывания смеси,
  • усадка, вызванная последующим твердением смесей (до 28 дней),
  • деформации, происходящие в зрелом возрасте (более 28 дней).

Коэффициент усадки представляет собой условное процентное отношение изменения начального объема материала в сравнении с его конечным значением, и обычно не превышает 1,5%.

Линейная температурная деформация

Линейное расширение — это объемные трансформации, происходящие в структуре материала под воздействием внутренних или внешних температурных факторов.

  • Коэффициент линейного расширения железобетона (α). Это относительное увеличение линейных размеров конструкций при повышении температуры на 1 K в стандартных условиях.
  • Коэффициент теплового расширения бетона. Его величина, зависит от температуры и сравнительной влажности окружающей среды. Данный параметр неразрывно связан с показателем теплопроводности материала.

На заметку: Последнее значение представляет собой способность изделия аккумулировать, или проводить тепло через свою структуру. Чем выше плотность — тем выше этот параметр.

  • Коэффициент линейного расширения бетона. Равен 0,00001 (°С)-1 — то есть, при повышении температуры до +50°С, линейное расширение будет иметь значение 0,5 мм/м.
  • Коэффициент расширения бетона. Также зависит от марки цемента и состава заполнителей.
Читайте также:  Трубы бетонные безнапорные гост

Заполнитель и цементный камень владеют разными коэффициентами теплового расширения. Поэтому, при изменении температурных условий эти компоненты ведут себя неодинаково, в результате чего возникают объемные напряжения в структуре изделия, способствующие образованию трещин как на поверхности, так и внутри материала.

Для предотвращения трещинообразования, температурного расширения и усадочных деформаций в современном строительстве предусмотрен целый комплекс мероприятий:

  • расширительные швы в бетоне (деформационные или температурные),
  • повышение частоты армирования конструкций,
  • разделение монолитных поверхностей на отдельные автономные блоки и др.

Однако все эти методы значительно повышают себестоимость строительства и не всегда действуют результативно в отношении повышения эксплуатационных характеристик. Наиболее эффективным способом устранения вышеописанных недостатков является использование расширяющихся и напрягающих вяжущих.

Расширяющиеся и напрягающие бетоны

Бетоны напрягающие — это смеси на основе напрягающих цементов, способные в начальной фазе твердения увеличиваться в объеме и растягивать находящуюся в непосредственном контакте арматуру, которая в результате таких процессов получает эффект самонапряжения (обжатия).

  • Причем, арматурные стержни растягиваются независимо от их направления и схемы расположения в структуре изделия, что способствует получению двухосного объемного самонапряжения конструкций.
  • Механизм действия расширяющихся материалов основан на создании контролируемого направленного кристаллообразования в период твердения цементного камня, что способствует регулированию процесса объемных деформаций в пластической структуре изделия.
  • Применение расширяющихся быстротвердеющих бетонов, благодаря регулируемому линейному расширению, позволяет значительно компенсировать последствия усадочных деформаций, повысить трещиностойкость и сроки эксплуатации зданий и сооружений.

Свойства

В практике существуют два основных вида расширяющихся материалов:

  • с нормируемой величиной обжатия,
  • с компенсированной усадкой, но с ненормируемым самонапряжением (обжатием).

Помимо этих категорий, можно выделить в отдельную группу расширяющиеся мелкозернистые смеси, применяемые для ремонтно-восстановительных работ.

Основные характеристики напрягающих бетонов (ГОСТ 32803-2014):

  1. Для тяжелого предусматривают следующие классы на сжатие: B20—B90, на растяжение — Bt0,8—Bt4,0.
  2. Для легкого: на сжатие — B10—B40, на растяжение — классы Bt0,8—3,2.
  3. С учетом величины напряжения, бетон классифицируют по следующим маркам: Sp0,6—4,0.

Подсказки: марки по самонапряжению Sp 0,6—1,0 относят к разряду бетонов с компенсированной усадкой, а классы Sp 1,2—4,0 к расширяющимся смесям с нормируемым обжатием.

  1. По морозостойкости F200—F
  2. По водонепроницаемости: тяжелые —W12—W20, легкие — W8—W
  3. Данный материал обладает высокой прочностью (40–70 Мпа). Причем, рост этого значения особенно интенсивно наблюдается в раннем возрасте (28 суток). По истечении трех месяцев прочность на растяжение—сжатие увеличивается на 30%, а по достижению 6 месяцев — на 40%.
  4. Отсутствует коррозия арматуры.
  5. Высокая сульфатостойкость.
  6. Газопроницаемость в 40 раз ниже в сравнении с тяжелыми бетонами на портландцементе.

Применение

Отмеченные свойства данного материала позволяют его эффективное применение как в монолитных, так и в сборных железобетонных конструкциях:

  • при строительстве несущих элементов и проезжей части мостов, что позволило увеличить несущую способность на 12–16%,
  • для строительства энергетических объектов ТЭЦ, ГЭС, АЭС и др.,
  • при сборном строительстве туннелей метрополитена,
  • при возведении напрягающих конструкций спортивного назначения (крытые спортивные арены и пр.),
  • при производстве железобетонных труб высокого давления,
  • для оборудования покрытий кровель и устройства прочных промышленных полов,
  • широкое использование при устройстве надежных гидроизоляционных покрытий, наносимых методом торкретирования.

Материалы

Расширяющийся бетон производится на основе напрягающего и безусадочного цемента с использованием крупных и мелких заполнителей природного происхождения.

Вяжущие

Расширяющиеся цементы представляют собой смеси, состоящие из портландцемента или глиноземистого цемента со специальными добавками, обеспечивающими увеличение объема структуры цементного камня на начальном этапе твердения.

В качестве добавок обычно выступают:

  • гипс,
  • глиноземистые шлаки,
  • гидроалюминаты кальция.

В процессе гидратациии цементного камня образуются гидросульфоалюминатные соединения кальция, в момент формирования которых возникает эффект расширения структуры, компенсирующий усадочные явления.

Наибольшее распространение получили следующие виды цементов:

  1. Водонепроницаемые расширяющиеся цементы (ВРЦ), получаемые путем смешивания глиноземистых цементов (70%), гидроалюмината кальция (10%) и тонкомолотого гипса (20%).

  1. Водонепроницаемые безусадочные цементы (ВБЦ), состоящие из тех же компонентов что и (ВРЦ), но взятыми в других пропорциях и в других объемных соотношениях. Эти цементы способны формировать цементный камень высокой водонепроницаемости, выдерживающий давление воды до 0,70 Мпа.

  1. Расширяющийся цемент (РПЦ), получаемый в результате тонкого помола и смешивания портландцемента (60%), высокоглиноземистых доменных шлаков (5–7%), гипса (7–10%) и минеральной добавки (20–25%).

  1. Гипсоглиноземистые расширяющиеся цементы (ГГРЦ), состоящие из смеси тонкоизмельченного глиноземистого доменного шлака (70%) и молотого гипса (30%).

  1. Напрягающие цементы (НЦ) производят на базе портландцемента (60–70%), глиноземистого цемента (18–20%) и двуводного гипса, совместно измельченных до показателя удельной поверхности минимум 3500 см2/г (см. фото).

Заполнители

Доля крупных и мелких заполнителей в бетоне, может достигать 80% от общего объема смеси, и оказывать значительное влияние на физико-химические свойства изделия. Оптимальный подбор состава данных компонентов может существенно сократить использование цемента, цена которого в значительной мере влияет на себестоимость продукта.

Кроме того, заполнители наравне с вяжущими могут улучшать технические характеристики конструкций:

  • увеличивать прочность и сдерживать деформации,
  • снижать значение ползучести,
  • принимать на себя воздействие линейных напряжений и частично компенсировать усадку.

Для приготовления расширяющихся растворов, в роли крупных заполнителей выступают гравий и щебень фракций 5–70 мм. Требования к данному материалу такие же, как и для традиционных тяжелых бетонов (ГОСТ 10268-80).

Рекомендуемая марка крупных заполнителей

В качестве мелкого заполнителя, чаще всего используют кварцевый песок мелких фракций (ГОСТ 8736-93) плотностью 2000–2800 кг/м3 , причем, чем меньше фракция, тем выше плотность бетона.

Приготовление расширяющихся смесей

Расширяющие и напрягающие бетоны при необходимости можно приготовить своими руками, в условиях строительной площадки.

Существует два основных способа для изготовления быстротвердеющих водонепроницаемых смесей:

  • с применением напрягающих и расширяющихся цементов,
  • с использованием специальных расширяющихся добавок на основе портландцемента.

Расход модифицированных цементов и пропорции по отношению к заполнителям, такие же, как и для приготовления обычного тяжелого бетона. Инструкция для приготовления расширяющихся смесей с использованием портландцемента для каждой добавки индивидуальна. Пропорции и порядок действий описаны на тыльной стороне упаковки продукта.

Модифицирующие расширяющие добавки

При производстве быстротвердеющих расширяющих бетонов используют алюминатносульфатные и алюмооксидные добавки, обладающие как расширяющим, так и напрягающим действием.

Наиболее распространенные это:

  1. Расширяющая химическая добавка (РД) — тонкоизмельченная сухая смесь алюминатных и сульфатных компонентов, позволяющая получать изделия с высокой водонепроницаемостью, морозостойкостью и компенсированной усадкой.

  1. Добавка РСАМ — сухой порошок светло-коричневого цвета. Служит для получения безусадочного и напрягающего вяжущего на основе портландцемента. При равнозначном объеме цемента, введение добавки в состав смеси существенно повышает прочность на растяжение—сжатие, и полностью удаляет проблему возникновения трещин.

  1. Expancrete — это сухая неорганическая добавка, компенсирующая усадку. Эффект действия зависит от объема используемой присадки, водоцементного соотношения, фракции и состава заполнителя, а также частоты армирования конструкций. Поэтому, необходимое количество добавки определяют опытным путем.

Расширяющийся бетон необходимо укладывать в опалубку с оптимальным уплотнением и последующим тщательным уходом, обеспечивающим требуемый температурный и влажностный режим, при котором исключаются незапланированные линейные расширения конструкций.

Линейное расширение труб

Под линейным расширением подразумевают способность изделия изменять свои размеры при повышенных температурах. Данная особенность свойственна для трубопроводов всех материалов, в том числе и из полипропилена.

Что такое коэффициент линейного расширения

Коэффициент линейного расширения представляет собой физическую характеристику, которая показывает относительное увеличение линейных габаритов труб либо других изделий в условиях возрастания температуры на 1К (Кельвин) при неизменном давлении.

коэффициента линейного расширения осуществляется по формуле:

α– коэффициент линейного расширения;
Δl – удлинение трубы;
l1 – первоначальная длина трубы при Т1;
Δt – разность температур.

Независимо от того, из какого материала изготовлены трубы (металла, полипропилена или какого-то другого), в любом случае при проектировании трубопроводных коммуникаций следует учитывать линейное расширение стали, ПП и т.д.

В трубопроводах холодного водоснабжения изменения температуры практически отсутствуют, поэтому в этом случае трубы не изменяют свои размеры, следовательно, на данную величину можно не обращать внимания. Совсем иначе обстоят дела с системами подачи горячей воды и отопительными коммуникациями, в которых имеет место процесс температурного расширения.

Чем опасно линейное расширение

Стоит отметить, что у неармированных трубопроводных изделий коэффициент температурного расширения гораздо выше, нежели у армированных. Данное обстоятельство также следует учитывать при расчёте трубопроводов.

Если выпустить из виду линейное расширение полипропиленовых труб, то в результате воздействия температурных нагрузок возможно вырывание элементов крепежа и появление на прямолинейных участках синусоидальных деформаций. В таких местах начинает собираться воздух, на фоне чего ухудшится пропускная способность сети. В системах отопления происходит снижение температуры рабочей среды в радиаторе и поломка соединений.

Факторы, влияющие на тепловое расширение

Каждый материал отличается химическими характеристиками и физическими показателями, которые влияют на особенности эксплуатации и подверженность изделия воздействию внешних факторов.

Коэффициент линейного расширения труб во многом зависит от химического состава материала, из которого они изготовлены. Например, полипропиленовые изделия при многих своих преимуществах перед металлическими трубопроводами, более подвержены температурному удлинению. Но если говорить именно о трубах из ПП, то более устойчивы армированные модели.

Отдельного внимания заслуживает продукция “Акватерм”, которая по сравнению с другими трубами из полипропилена гораздо устойчивее к температурным нагрузкам.

Рассмотрим особенности линейного расширения различных материалов.

Особенности линейного расширения труб из поливинилхлорида

Поливинилхлоридные (ПВХ) трубы так же, как и другие пластиковые изделия подвержены тепловым деформациям. В условиях эксплуатации ПВХ систем из поливинилхлорида происходит удлинение трубопровода. При этом линейное расширение составляет 0,06-0,08 мм/м ( о С).

Особенности линейного расширения труб из ABS

У труб ABS величина линейного удлинения составляет 0,09 мм/м ( о С), что гораздо больше, чем у полипропиленовых труб.

Особенности линейного расширения труб из полиэтилена

По сравнению с трубопроводной продукцией из полипропилена, полиэтиленовые трубы обладают достаточно высоким температурным удлинением – 0,15-0,20 мм/м ( о С). В то время, как этого недостатка лишены изделия из сшитого полиэтилена, у которого данный показатель составляет 0,024 мм/м ( о С). Благодаря этому, трубы PEX подходят для использования в системах, которые будут эксплуатироваться при повышенных температурных нагрузках. Но тем не менее для продления срока службы трубопроводной коммуникации крайне важно компенсировать тепловые деформации.

Читайте также:  Какой бетон нужен для фундамента дома

Особенности линейного расширения труб PVDF

Трубы из PVDF имеют много плюсов, но при этом у них довольно высокий коэффициент линейного расширения. Поэтому они менее подходят для создания отопительных сетей и коммуникаций горячего водоснабжения, чем полипропиленовые трубы. Тепловое удлинение трубы PVDF составляет 0,12-0,18 мм/м ( о С).

Особенности линейного расширения труб PB

Изделия из PB (полибутилена) при всех своих достоинствах реагируют на скачки температуры. У труб PB линейное расширение достигает 0,12 мм/м ( о С).

Особенности линейного расширения труб из металлопласта

Металлопласт представляет собой многослойную конструкцию. Каждый из входящих в состав материалов имеет разное тепловое расширение. В результате этого при температурных колебаниях возможно расслоение изделия и нарушение герметичности в месте соединения. В целом линейное расширение металлопласта не превышает 0,025 мм/м ( о С).

Особенности линейного расширения стали

Коэффициент линейного расширения стали зависит от марки металла, каждая из которых имеет свой состав. Включение тех или иных добавок обуславливает свойства материала. При создании отопительных коммуникаций из ПП изделий для компенсации линейного расширения реализуются разные решения. В большинстве ситуаций создаются угловые соединения. При необходимости создать строго прямолинейный участок данная проблема устраняется с помощью технологии скользящей трубы – создание подвижного соединения, которое располагается между двумя точками крепежа. При этом в случае повышения температуры обеспечивается нужное удлинение.

Особенности линейного расширения металла

Линейное расширение металла является одним из самых минимальных. Коэффициент теплового удлинения можно рассчитать самостоятельно или посмотреть в соответствующей справочной литературе. Наиболее подвержены температурным нагрузкам алюминий и медь. Если сравнивать алюминиевые и стальные трубы, то данная величина у изделий из алюминия в два раза больше, нежели у трубопроводной продукции из стали. Поэтому при использовании металлических труб для создания отопительных сетей, следует заранее выполнить необходимые расчёты (формула линейного расширения указана выше).

Особенности линейного расширения труб из полипропилена

Как показывает расчёт линейных расширений, обычные ПП трубы обладают высоким коэффициентом температурного удлинения. Так, например, если монтировать трубопровод при температуре 20 о С, а потом начать транспортировать по нему рабочую среду при температуре 90 о С, то сама коммуникация нагреется до 70 о С. В результате температурного воздействия произойдёт изменения размеров: 10,5 мм на каждый метр.

Эффективным решением данной проблемы стало изготовление армированных труб, у которых коэффициент температурного расширения в 5 раз меньше, нежели у изделий без армирования.

Из всего существующего ассортимента полипропиленовых трубопроводных систем, представленного на современном рынке, у труб “Акватерм” один из самых низких коэффициентов линейного удлинения.

Сводная таблица линейного расширения разных пластиковых труб

Наименование трубКоэффициент линейного удлинения труб мм/м ( о С)
ПВХ (поливинилхлорид)0,06-0,08
PEX (сшитый полиэтилен)0,024
PVDF ( поливинилиденфторид )0,12-0,18
ABS ( акрилонитрил-бутадиен-стирол )0,09
PE (полиэтилен)0,15-0,20
PB (полибутилен)0,12
Металлопласт0,025
ПП (полипропилен)0,035

Как избежать линейного расширения

Такая особенность, как деформация в результате воздействия температур, со временем приводит к удлинению и провисанию системы. В случае с полипропиленовыми трубами вопрос решился благодаря гибким компенсаторам, которые устанавливаются на прямых участках коммуникации более 10 м. Данные компенсирующие детали представляют собой достаточно простые соединительные элементы, напоминающие завёрнутую петлю. В их задачу входит компенсация расширения труб в результате резких скачков температуры и давления.

  • Обеспечить стабильное давление в трубопроводах на протяжении всего периода эксплуатации системы;
  • Сохранить прямолинейность на всех участках трубопровода.

Использование гибких компенсаторов решает вопрос с линейным расширением у полипропиленовых труб. А у труб Акватерм он полностью нейтрализуется и значение приближается к 0. При этом остаются все положительные качества ПП труб, которые позволяют создавать надёжные и долговечные трубопроводы.

Как решить проблему линейного расширения труб из других материалов

Если для полипропиленовых труб используются гибкие компенсаторы, то при монтаже коммуникаций из поливинилхлоридных комплектующих вообще не устанавливаются компенсирующие элементы. А для PVDF систем предназначены компенсаторы Козлова. Их установка положительно сказывается на качестве трубопровода и эксплуатационном периоде.

Разновидности компенсаторов

В настоящее время выпускаются разные модели компенсаторов:

Г-образные;
Z-образные;
П-образные;


Сильфонные, которые в свою очередь бывают сдвиговыми, осевыми и т.д.

О компенсаторах более подробно будет рассказано в нашем следующем обзоре.

Подводя итог, стоит сделать акцент на важность значения линейного расширения труб при проектировании трубопроводов, поскольку оно влияет на их качество и срок службы.

Полипропиленовые трубы не требующие компенсаторов

Полипропиленовые трубы от немецкой компании “Aquatherm” имеют много преимуществ, одним из которых является минимальное линейное тепловое расширение 0,035 мкм. Таким низким показателем не может похвастаться ни одна аналогичная продукция. В большинстве случаев коэффициент линейного термического расширения составляет 0,15 мкм.

Минимальная деформация гарантирует работу трубопровода без повреждений долгие годы и обеспечивает возможность не использовать компенсаторы при вертикальной прокладке в шахте и каналах.

Трубы произведенные в Германии, широкого спектра применения.

Система отлично подходит для подведения воды к бассейнам, как в частных, так и промышленных масштабах. Так же используется для транспортировки химических сред.

Трубы произведенные в Германии, широкого спектра применения.

Трубопроводная система из инновационного материала fusiolen, специально разработанная для систем холодоснабжения, обогрева поверхностей, транспортировки агрессивных сред и сжатого воздуха, а также для систем геотермальной энергетики.

Вопросы, комментарии, отзывы

Ваш комментарий отправлен!

Чтобы задать любой интересующий Вас вопрос, отправить запрос на расчет продукции или запросить необходимую документацию Вы можете воспользоваться специальной формой на сайте, отправить письмо по электронной почте или позвонить по телефону

Полимербетон

Полимербетон (resin concrete, Plastbeton, beton de resine) — это бетон на основе органического высокомолекулярного связующего (вяжущего). Как правило, в качестве связующего в полимербетоне используются термореактивные смолы:

  • фурановые (получаемые в основном из фурфурольно-ацетонового мономера — мономера ФА),
  • фенольные,
  • ненасыщенные полиэфирные,
  • эпоксидные.

Иногда для изготовления полимербетона применяют термопласты, например, кумароно-инденовые смолы.

Наполнителями (заполнителями) для полимербетона как правило служат гранитный или андезитовый щебень, кварцевый песок и др.

Размер частиц наполнителя составляет 0,1—40 мм, влажность — не более 5%.

Соотношение в полимербетоне связующее : грубодисперсный наполнитель может изменяться в пределах от 1 : 3 до 1 : 20 (по массе). Если используют связующие, которые отверждаются кислыми отвердителями (например, мономер ФА), содержание карбонатов в наполнителях ограничивают (в пределах 0,5—1%), так как взаимодействие карбонатов с отвердителями обусловливает значительное газовыделение, приводящее к понижению плотности и прочности полимербетона. Содержание отвердителя полимебетоне составляет 2—30% от массы связующего.

Помимо грубодисперсных наполнителей, в композицию вводят 10—50% (от массы связующего) различных веществ, улучшающих технологические свойства, а также эксплуатационные показатели полимербетона.

Основные компоненты полимербетона:

  • полимерное связующее;
  • грубодисперсные наполнители;
  • отвердители;
  • тонкодисперсные наполнители (графит, сажа, фарфоровую муку, барит и др.), повышающие прочность, модуль упругости, а в некоторых случаях и химстойкость полимербетона;
  • пластификаторы (дибутилфталат, синтетические каучуки), способствующие повышению эластичности изделий из полимербетона;
  • растворители и разбавители (например, фурфурол в фурановые смолы, толуол или ацетон в эпоксидные смолы), повышающие пластичность композиции и облегчающие ее формование;
  • порообразователи и другие добавки.

Типичный состав композиции (в % по массе):

  • щебень — 52,
  • речной песок — 29,
  • молотый кварц — 7,
  • мономер ФА — 10,
  • бензолсульфокислота — 2.

При изготовлении полимербетона компоненты тщательно перемешивают в обычном лопастном или шнековом смесителе или в вибросмесителе (отвердитель загружают в последнюю очередь). Процесс пожароопасен. Изделия из полимербетона формуют методами свободного литья или виброформования. Композицию выдерживают в формах сначала 1 сут при 18 — 25 °С, а затем 10—30 ч при 80—120 °С до полного отверждения связующего. В тех случаях, когда композицию не подвергают термообработке, прочность изделий из полимербетона повышается в течение 1—3 мес после их изготовления.

Свойства полимербетона

Свойства полимербетона определяются типом и количеством связующего и наполнителя, а также степенью отверждения связующего.

  • Прочность полимербетона при сжатии: 50—120 Мн/м 2 ;*
  • Прочность полимербетона при изгибе: 12—40 Мн/м 2 ;
  • Прочность полимербетона при растяжении: 6—20 Мн/м 2 ;

*1 Мн/м 2 ≈10 кгс/см 2 ),

  • Ударная вязкость полимербетона— в пределах 10—20 кдж/м 2 , (или кгс·см/см 2 .)
  • Ползучесть полимербетона зависит в основном от типа связующего, степени его отверждения, а также от условий нагружения. При длительном действии нагрузки, не превышающей 50% от разрушающей, деформация образцов полимербетона на основе мономера ФА прекращается через 240 сут нагружения. В интервале температур 20—70 °С образцы полимебетона на основе эпоксидных смол характеризуются незатухающей ползучестью.
  • Теплостойкость полимербетона на основе различных связующих следующая (в °С):
  • фурановые смолы — 150—200,
  • эпоксидные — 80—120,
  • полиэфирные — 70—100,
  • фенольные — 120—180.
  • Температурный коэффициент линейного расширения полимербетоне в 2—6 раз превышает этот показатель для стали и обычного бетона; при повышении температуры от —40 до 60 °С он изменяется от 20·10 -6 °С -1 до 60·10 -6 °С -1 .
  • Теплопроводность полимербетона на основе мономера ФА меньше, чем у гранита и стали, соответственно в 10 и 100 раз.
  • Полимербетоны обладают высокой стойкостью к действию химических реагентов (таблица 1).

Таблица 1: Химическая стойкость полимербетона и обычного бетона в различных средах (по 10-балльной шкале)

КислотыЩелочиРастворителиФурановый2108
986-7Полиэфирный6-78-107-9
9-105-77На основе портландцемента155-6
  • Водопоглощение плотного полимербетона составляет 0,2—1,5% (за 30 сут).
  • Полимербетон морозостоек: после 100 циклов замораживания и оттаивания масса фуранового полимербетона уменьшается на 0,1—0,2%, а его прочность снижается лишь на 5—8% (заметное снижение прочности наблюдается после 300 циклов).
  • Полимербетоны, особенно на основе полиэфирных и эпоксидных смол, обладают хорошей адгезией ко многим материалам; Для полимербетонов, содержащих связующие, отверждаемые кислотами, характерна низкая адгезия к портландцементному бетону. Для повышения адгезии такой бетон перед нанесением на него полимербетона кислотного отверждения покрывают кислотостойким материалом.
  • Прочность связи при испытании полимербетона на отрыв изменяется в пределах 2—10 Мн/м 2 (20— 100 кгс/см 2 ).

Полимербетон широко применяют для:

  • покрытия полов в производственных помещениях с агрессивными средами,
  • покрытия мостов и дорог, подвергающихся воздействию интенсивных нагрузок,
  • для декоративной отделки различных сооружений.
  • изготовления тюбингов, шахтной крепи, труб и т.д.

Армированный металлом полимербетон (сталеполимербетон) перспективен как высокопрочный материал, который может быть использован в конструкциях, контактирующих с агрессивными средами. Применение полимербетона в строительных конструкциях ограничивается в некоторых случаях его ползучестью при низких температуpax и горючестью.

О свойствах бетонов, изготовляемых на основе композиций неорганических вяжущих веществ и органических высокомолекулярных связующих, см. Полимерцемент.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector