eCPI
э л е к т р о н н а я   в е р с и я   ж у р н а л а

beushausen   bester

Подходящие методы выдержки для сокращения усадочных трещин верхних бетонных слоев

Композитное сборно-монолитное строительство, как правило, предусматривает заливку верхнего слоя поверх сборного ж/б элемента. Одна из сложностей при этом заключается в расчете и ограничении усадочного трещинообразования. С целью разработки практических инструкций для минимизации трещинообразования было исследовано влияние семи режимов выдержки на растрескивание в условиях усадки верхних бетонных слоев [1].

1/2

Верх­ние слои мо­но­лит­но­го бе­то­на или рас­тво­ра, уло­жен­ные на сбор­ные же­ле­зо­бе­тон­ные эле­мен­ты, за­час­тую под­вер­га­ют­ся объ­ем­ным из­ме­не­ни­ям от­но­си­тель­но су­щест­ву­ю­ще­го ос­но­ва­ния. Сле­до­ва­тель­но, предот­вра­ще­ние стес­нен­но­го уса­доч­но­го тре­щи­но­об­ра­зо­ва­ния яв­ля­ет­ся важ­ным усло­ви­ем для про­ек­ти­ро­ва­ния и стро­и­тельст­ва на­деж­ных ком­по­зит­ных кон­струк­ций. В рам­ках упро­щен­ной ана­ли­ти­чес­кой мо­де­ли стес­нен­ные уса­доч­ные на­пря­же­ния мож­но счи­тать про­пор­ци­о­наль­ны­ми уса­доч­ной де­фор­ма­ции и мо­ду­лю упру­гос­ти верх­не­го слоя. Эти на­пря­же­ния час­тич­но ком­пен­си­ру­ют­ся ре­лак­са­ци­ей рас­тя­же­ния. Если рас­тя­ги­ва­ю­щие на­пря­же­ния пре­вы­ша­ют проч­ность на сжа­тие верх­не­го слоя, то в нем воз­ни­ка­ет так на­зы­ва­е­мое стес­нен­ное уса­доч­ное тре­щи­но­об­ра­зо­ва­ние.

Не­смот­ря на от­но­си­тель­но чет­кое по­ни­ма­ние ме­ха­низ­мов стес­нен­но­го уса­доч­но­го тре­щи­но­об­ра­зо­ва­ния и мер, ко­то­рые мож­но при­нять для его умень­ше­ния, вклю­чая по­вы­ше­ние во­до­вя­жу­ще­го от­но­ше­ния (в/в) [2], со­кра­ще­ние до­ли це­мент­но­го те­с­та [3], ис­поль­зо­ва­ние под­хо­дя­щих вспу­чи­ва­ю­щих аген­тов, по­вы­ше­ние со­дер­жа­ния за­пол­ни­те­лей, до­ба­вок, фиб­ры и т.п., стес­нен­ное уса­доч­ное тре­щи­но­об­ра­зо­ва­ние – по-преж­не­му час­тое яв­ле­ние. Дру­гой спо­соб по­вы­ше­ния проч­нос­ти верх­не­го слоя к стес­нен­но­му уса­доч­но­му тре­щи­но­об­ра­зо­ва­нию за­клю­ча­ет­ся в вы­бо­ре пра­виль­но­го ре­жи­ма вы­держ­ки.

Вы­держ­ка бе­то­на при­ме­ня­ет­ся для уско­ре­ния гид­ра­та­ции це­мен­та пу­тем кон­тро­ля вла­ги и/или тем­пе­ра­ту­ры бе­то­на [4]. Су­щест­ву­ет мно­жест­во раз­лич­ных ре­жи­мов вы­держ­ки раз­ной про­дол­жи­тель­нос­ти в за­ви­си­мос­ти от на­зна­че­ния бе­то­на и пре­ва­ли­ру­ю­щих усло­вий окру­жа­ю­щей сре­ды. Вы­держ­ка ока­зы­ва­ет вли­я­ние на все свойст­ва бе­то­на, ко­то­рые ре­гу­ли­ру­ют стес­нен­ное уса­доч­ное тре­щи­но­об­ра­зо­ва­ние, вклю­чая усад­ку при вы­сы­ха­нии, проч­ность на рас­тя­же­ние, мо­дуль упру­гос­ти и ре­лак­са­цию рас­тя­же­ния. Кро­ме то­го, вы­держ­ка так­же вли­я­ет на дол­го­веч­ность бе­то­на, что име­ет боль­шое зна­че­ние для за­щи­ты ар­ма­ту­ры.


Методология

В усло­ви­ях ла­бо­ра­то­рии бы­ло при­го­тов­ле­но три сме­си: рас­тво­ры с во­до­вя­жу­щим от­но­ше­ни­ем 0,45, 0,60 и 0,80. Для всех трех сме­сей ис­поль­зо­ва­лось по­сто­ян­ное со­дер­жа­ние во­ды 285 л/м3. Так­же ис­поль­зо­ва­лись це­мент ЦЕМ III/42.5N (с со­дер­жа­ни­ем при­мер­но 37 % из­мель­чен­но­го гра­ну­ли­ро­ван­но­го шла­ка (GGCS) и 63 % клин­ке­ра и дру­гих до­пол­ни­тель­ных ин­гре­ди­ен­тов) и квар­це­вый карь­ер­ный пе­сок (0-2 мм). В ка­чест­ве це­ле­вой осад­ки ко­ну­са бы­ло вы­бра­но зна­че­ние 75 мм. Кро­ме то­го, был ис­пы­тан ком­мер­чес­кий рас­твор, ко­то­рый пред­став­ля­ет со­бой мо­ди­фи­ци­ро­ван­ный по­ли­ме­ром ре­монт­ный рас­твор на ос­но­ве це­мен­та, со­дер­жа­щий мик­ро­си­ли­ку и об­лег­чен­ный мел­кий за­пол­ни­тель, ко­то­рый мар­ки­ро­ван как вы­со­ко­эф­фек­тив­ный рас­твор и про­фи­ли­ру­ю­щий рас­твор, ко­то­рый мож­но ис­поль­зо­вать для верх­них сло­ев и ре­монт­ных ра­бот об­ще­го ха­рак­те­ра.

В об­щей слож­нос­ти бы­ло рас­смот­ре­но семь ре­жи­мов вы­держ­ки: вы­держ­ка на воз­ду­хе, вы­держ­ка под плас­ти­ко­вым укры­ти­ем и вы­держ­ка под влаж­ной меш­ко­ви­ной в те­че­ние 2 и 7 су­ток, вы­держ­ка с ис­поль­зо­ва­ни­ем за­щит­но­го по­кры­тия и спе­ци­аль­но­го со­ста­ва. Эти ме­то­ди­ки вы­держ­ки счи­та­ют­ся наибо­лее прак­тич­ны­ми ме­то­ди­ка­ми для верх­них сло­ев. Все об­раз­цы вы­дер­жи­ва­лись в ла­бо­ра­тор­ных усло­ви­ях при 21 ± 10C и 59 ± 5% от­но­си­тель­ной влаж­нос­ти. Об­раз­цы рас­па­луб­ли­ва­лись в воз­рас­те 24 ± 1 ч, пос­ле че­го они вы­дер­жи­ва­лись в од­ном из вы­ше­опи­сан­ных ре­жи­мов в со­от­вет­ст­ву­ю­щей сре­де.

Об­раз­цы, вы­дер­жи­ва­е­мые на воз­ду­хе, не­за­мед­ли­тель­но по­ме­ща­лись в сре­ду для вы­держ­ки. Об­раз­цы с плас­ти­ко­вым укры­ти­ем за­па­ива­лись тре­мя сло­я­ми по­ли­эти­ле­на низ­кой плот­нос­ти, в то вре­мя как об­раз­цы, вы­дер­жи­ва­е­мые под влаж­ной меш­ко­ви­ной, укры­ва­лись дву­мя сло­я­ми про­пи­тан­ной меш­ко­ви­ны, за­па­ян­ные тре­мя сло­я­ми плас­ти­ко­вых лис­тов. Вы­держ­ка про­дол­жа­лась в те­че­ние 2 или 7 су­ток, пос­ле че­го об­раз­цы остав­ля­ли без за­щи­ты в сре­де вы­держ­ки. Во вре­мя вы­держ­ки влаж­ная меш­ко­ви­на сма­чи­ва­лась каж­дые два дня. Об­раз­цы, вы­дер­жи­ва­е­мые с ис­поль­зо­ва­ни­ем за­щит­но­го по­кры­тия, по­кры­ва­лись дву­мя пер­пен­ди­ку­ляр­ны­ми сло­я­ми гид­ро­изо­ля­ци­он­но­го мо­ди­фи­ци­ро­ван­но­го по­ли­ме­ром це­мент­но­го рас­твор­но­го шла­ма. В по­след­нем ва­ри­ан­те об­раз­цы по­кры­ва­лись дву­мя пер­пен­ди­ку­ляр­ны­ми сло­я­ми со­ста­ва на ос­но­ве смо­лы в со­от­вет­ст­вии с ASTM C309 тип 1, класс B [5], пос­ле че­го они вы­дер­жи­ва­лись на воз­ду­хе. Обо­зна­че­ния, ис­поль­зу­е­мые для ха­рак­те­рис­ти­ки ре­жи­мов вы­держ­ки, ука­за­ны в Таб­ли­це 1.


table1
Таблица 1: Используемые обозначения режима выдержки


Экспериментальные исследования

Процедура испытаний

Ис­пы­та­ния с коль­цом про­во­ди­лись в со­от­вет­ст­вии с по­ло­же­ни­я­ми стан­дар­та ASTM C1581-09a [6]. Сталь­ное коль­цо со стен­кой тол­щи­ной 12,7 мм, на­руж­ным диа­мет­ром 324 мм и вы­со­той 155 мм ис­поль­зо­ва­лось в ка­чест­ве огра­ни­чи­ва­ю­ще­го внут­рен­не­го коль­ца (Рис. 1). Во­круг внут­рен­не­го коль­ца бы­ло за­ли­то коль­цо рас­тво­ра тол­щи­ной 30 мм. По за­вер­ше­нии вы­держ­ки верх­няя по­верх­ность об­раз­ца по­кры­ва­лась рас­плав­лен­ным па­ра­фи­но­вым вос­ком во из­бе­жа­ние по­те­ри вла­ги че­рез верх­нюю по­верх­ность, та­ким об­ра­зом во вре­мя вы­держ­ки на воз­ду­хе вы­сы­ха­ние про­ис­хо­ди­ло толь­ко по окруж­нос­ти. Для каж­до­го ре­жи­ма вы­держ­ки и ком­би­на­ции рас­тво­ров бы­ло из­го­тов­ле­но три об­раз­ца для ис­пы­та­ний с коль­цом.


sample
Рис. 1: Образцы для испытаний с кольцом после распалубки, во время и после выдержки (влажная мешковина)

Был ор­га­ни­зо­ван еже­днев­ный мо­ни­то­ринг об­раз­цов в те­че­ние од­но­го ча­са на на­ли­чие тре­щин. Пос­ле раст­рес­ки­ва­ния об­раз­цов за­пи­сы­вал­ся их воз­раст. Пло­щадь тре­щин за­ме­ря­лась по ис­те­че­нии 14 су­ток пос­ле на­ча­ла тре­щи­но­об­ра­зо­ва­ния. Пло­щадь рас­счи­ты­ва­лась пу­тем ум­но­же­ния сред­ней ши­ри­ны рас­кры­тия тре­щин на дли­ну тре­щи­ны. Сред­няя ши­ри­на тре­щин опре­де­ля­лась на ос­но­ва­нии трех за­ме­ров ши­ри­ны рас­кры­тия тре­щин у верх­ней час­ти, у цент­ра и ниж­ней час­ти тре­щи­ны. Сред­нее зна­че­ние вы­чис­ля­лось на ба­зе трех ве­ли­чин пло­ща­ди тре­щи­ны.


Возраст трещинообразования


Воз­раст тре­щи­но­об­ра­зо­ва­ния, опре­де­лен­ный в хо­де ис­пы­та­ний с коль­цом, ука­зан в Рис. 2. Об­раз­цы, вы­дер­жи­ва­е­мые на воз­ду­хе, по­ка­за­ли са­мый низ­кий воз­раст тре­щи­но­об­ра­зо­ва­ния для всех ти­пов сме­сей. Од­на­ко они не всег­да де­мон­ст­ри­ро­ва­ли наибо­лее низ­кий воз­раст тре­щи­но­об­ра­зо­ва­ния, как вид­но в слу­чае с об­раз­ца­ми с в/в 0,45, вы­дер­жан­ны­ми в те­че­ние 7 су­ток под плас­ти­ко­вы­ми лис­та­ми и под укры­ти­ем из влаж­ной меш­ко­ви­ны, и об­раз­ца­ми с в/в 0,60, вы­дер­жан­ны­ми в те­че­ние 7 су­ток под плас­ти­ко­вы­ми лис­та­ми.

Об­раз­цы, вы­дер­жан­ные в те­че­ние 2 су­ток под плас­ти­ко­вы­ми лис­та­ми и влаж­ной меш­ко­ви­ной, по­ка­за­ли уве­ли­че­ние воз­рас­та тре­щи­но­об­ра­зо­ва­ния, по срав­не­нию с об­раз­ца­ми, вы­дер­жан­ны­ми на воз­ду­хе (на 1-2 су­ток) для всех ти­пов сме­сей, в то вре­мя как вы­держ­ка под укры­ти­ем из влаж­ной меш­ко­ви­ны да­ет боль­ший при­рост (1 сут­ки), чем вы­держ­ка под плас­ти­ко­вы­ми лис­та­ми. По­вы­ше­ние воз­рас­та тре­щи­но­об­ра­зо­ва­ния об­раз­цов с вы­держ­кой на воз­ду­хе, по срав­не­нию с об­раз­ца­ми, укры­ты­ми плас­ти­ко­вы­ми лис­та­ми, ста­но­вит­ся бо­лее за­мет­ным по ме­ре рос­та в/в от­но­ше­ния. Вы­держ­ка под плас­ти­ко­вы­ми лис­та­ми при­ве­ла к не­су­щест­вен­ным из­ме­не­ни­ям воз­рас­та тре­щи­но­об­ра­зо­ва­ния для сме­сей всех ти­пов, од­на­ко вы­держ­ка под влаж­ной меш­ко­ви­ной спо­собст­во­ва­ла уве­ли­че­нию воз­рас­та тре­щи­но­об­ра­зо­ва­ния (1 сут­ки) для сме­сей с в/в 0,60 и 0,80.

sample
Рис. 2: Влияние режима выдержки на возраст трещинообразования образцов для испытаний с кольцом