Сравнение свойств усадки ВЦБ с простым бетоном

Для изучения различий в протекании процессов растрескивания от усадки ВЦБ и обычного бетона был проведен эксперимент для четырех видов ВЦБ и одного вида обычного бетонов (табл. 7.9) кольцевым методом. Время формирования первой трещины и развитие ее максимальной ширины в процессе твердения бетонных колец приведено на рис. 7.9.
Судя по представленным графическим зависимостям (рис. 7.9), из пяти исследуемых видов бетона наиболее поздно растрескался обычный бетон Yj; формирование первых трещин в нем началось лишь на 7-е сутки экспонирования в камере с сухим воздухом. Для четырех видов ВЦБ процессы формирования первых трещин произошли гораздо быстрее: для ВЦБ Yf с золой - в возрасте 6 сут.; для контрольного ВЦБ Yc - 2,5 сут.; для ВЦБ Yk и Ys - 2 сут. По кривым развития максимальной ширины трещины видно, что данный параметр для четырех видов ВЦБ гораздо выше, чем для обычного бетона; причем для ВЦБ с MK максимальная ширина раскрытия трещин самая большая; для ВЦБ с ДГШ ниже, но все-таки превышает значения, полученные для контрольного состава без добавок. Максимальная ширина трещин для ВЦБ с золой еще более низкая, но также значительно выше, чем для обычного бетона.

По полученным результатам испытания растрескивания бетонов кольцевым методом установлено, что процессы растрескивания в ВЦБ протекают намного интенсивнее, чем в обычных бетонах: при этом, влияние различных минеральных добавок на тенденцию растрескивания от усадки различно.
Например, введение MK приводит к значительному увеличению растрескивания от усадки бетона; тенденция к растрескиванию ВЦБ с удельной поверхностью ДГШ 800 м2/кг выше контрольного высокопрочного бетона, а для ВЦБ с золой - ниже.

Результаты испытания контракционной усадки бетона методом стандартной усадки при высыхании и синхронным кольцевым методом приведены на рис. 7.10 и 7.11.

Результаты, полученные стандартным методом (рис. 7.10) показали, что до 14 суток твердения усадка трех видов ВЦБ чуть выше, чем для обычного бетона Yj; в возрасте 14 суток значение усадки обычного бетона Yj уже превышает усадку ВЦБ Yk с ДГШ, для которого скорость усадки существенно замедляется. Усадка обычного бетона возрастает с повышением возраста; через 90 суток усадка обычного бетона ниже, чем для контрольного ВЦБ Yc; выше, чем для ВЦБ Yf с золой и значительно выше, чем для ВЦБ Yk с ДГШ. Видно (рис. 7.10), что при определении усадки бетона стандартным методом характеристики ранней усадки ВЦБ и обычного бетона различаются не существенно.
Результаты испытания, определенные синхронным кольцевым методом (рис. 7.11) показали, что уже в возрасте 3 суток степень усадки ВЦБ для четырех видов бетонов уже становится высокой, превышая усадку обычного бетона в 2 раза; вплоть до 90 суток твердения значения усадки для ВЦБ стабильно увеличиваются. Усадка обычного бетона до 5 суток твердения протекает незначительно, а после 5 суток - начинает нарастать с повышенной скоростью, однако не превышая аналогичных параметров для ВЦБ. В возрасте 90 суток общая ранняя усадка ВЦБ значительно выше, чем дня обычного бетона.

Как правило, наиболее часто бетон используется в сжатых элементах строительных конструкций, поэтому исследования динамического модуля упругости при растяжении проводят крайне редко. Как правило, анализ ранних относительных значений модуля упругости при растяжении проводится в соответствии с единством нарастания динамического модуля упругости при растяжении и сжатии на основе результатов экспериментальных исследований данной характеристики при сжатии. В процессе исследования были одновременно отформованы четыре группы образцов бетонов (Yj, Yc, Yk и Yf); результаты испытания динамического модуля упругости при сжатии в возрасте 3 суток представлены на рис. 7.12.

По сравнению ВЦБ с обычном бетоном ранняя прочность при сжатии более высокая и нарастает значительно более быстрыми темпами, т.е. и ранний динамический модуль упругости ВЦБ более высокий, чем у обычного бетона. По полученным результатам испытания динамического модуля упругости видно, что ранний динамический модуль упругости для ВЦБ Yc, Yk и Yf уже к 3 суткам значительно выше, чем для обычного бетона, что, очевидно, и приводит к раннему появлению трещин от усадки.

Анализ нарастания прочности бетона при растяжении является очень важным для анализа трещин, однако данный параметр достаточно трудно определять прямыми исследованиями. Обычно проводят исследования предела прочности на растяжение при изгибе и раскалывании, по которым косвенно оценивают прочность бетона при растяжении. Результаты испытаний бетонов на растяжение при изгибе и раскалывании, проведенные согласно GB50081, приведены на рис. 7.13.

Проведенные исследования показали, что предел прочности бетона на растяжение при изгибе и раскалывании медленно повышается с увеличением возраста; однако по абсолютным значениям эти величины для ВЦБ значительно выше аналогичных для обычного бетона. В целом, как прочность при растяжении, так и шаг ее нарастания для ВЦБ и обычного бетона намного ниже, чем предел прочности при сжатии. Поэтому создание бетонов с высокой трещиностойкостью невозможно только за счет повышения предела прочности при сжатии.
Проведенный анализ механических свойств составов показал, что ранняя прочность при сжатии и темп ее нарастания для ВЦБ и обычных бетонов достаточно высоки, а ранний динамический модуль упругости для высокопрочных бетонов гораздо выше, чем для обычных. Так, в возрасте 3 суток динамический модуль упругости для трех видов ВЦБ уже превышает 30 ГПа (рис. 7.12). Несмотря на то что прочность на растяжение при изгибе и раскалывании для ВЦБ гораздо выше, чем для обычного бетона, величина ее нарастания гораздо меньше, чем для прочности при сжатии, что не позволяет сдерживать процессы растрескивания бетона.

Результаты испытаний ВЦБ и обычного бетона на ползучесть приведены на рис. 7.14. Установлено, что при воздействии нагрузки в раннем возрасте (3 суток от момента формования образцов) значения ползучести для обычного бетона Yj значительно выше, чем для все видов ВЦБ. В возрасте 90 суток фактические значения ползучести составляют: для обычного бетона 126,7*10в-6 /МПа, для контрольного ВЦБ Yc - лишь 95,66*10в-6 /МПа, а для ВЦБ Yk со шлаком и Yf с золой, соответственно, всего 41,86*10в-6 /МПа и 63,17*10в-6 /МПа, что свидетельствует об уменьшении ползучести бетонов при введении минеральных добавок. В связи с тем, что значения ползучести ВЦБ в раннем возрасте ниже, чем для обычного бетона, релаксация напряжений в высокопрочных бетонах также будет меньше, что увеличивает тенденцию ВЦБ к растрескиванию от усадки.


Микрофотографии ВЦБ Yc и обычного бетона Yj, сделанные с помощью растрового электронного микроскопа (РЭМ) в возрасте 3 суток, представлены на рис. 7.15 и 7.16. На фотографиях видно, что в микроструктуре ВЦБ (рис. 7.15), в связи с небольшим пространством для роста кристаллов Са(ОН)2, присутствуют маленькие поры и дефекты, практически нет игольчатых кристаллов Aft, большая часть заполнена продуктами гидратации, т.е. микроструктура ВЦБ более плотная. Для обычных бетонов (рис. 7.16) в контактной зоне, очевидно, формируется шестиугольный пластинчатый кристалл Ca(OH)2 большего размера в связи с наличием достаточного пространства, игольчатые кристаллы Aft растут букетами, поэтому микроструктура обычного бетона более рыхлая, а кристаллы из продуктов гидратации имеют достаточное пространство для роста. Различия в микроструктурах ВЦБ и обычного бетона приводят к существенным различиям в их свойствах.
Для сравнения характеристик поровой структуры были проведены исследования ВЦБ Yc и обычного бетона Yj в возрасте 3 суток. Схематичный вид дифференциальных кривых распределения пор по радиусам приведен на рис. 7.17. Для обычного бетона выделены три наиболее вероятных размера пор -698.8, 149.5 и около 39.7 нм. а для ВЦБ - только один размер пор. также равный 39.7 нм. Для ВЦБ количество пор с размером от 1100 до 70 нм меньше, чем для обычного бетона, зато преобладают поры с размером от 70 до 3.2 нм.

При анализе графика изменения суммарной частоты появления пор от их размера установлено (рис. 7.18), что для ВЦБ кривая смещается в сторону более низких величин. Характеристики поровых структур для исследуемых видов бетона приведены на рис. 7.19. Выявлено, что пористость ВЦБ значительно ниже, чем для обычного бетона; количество пор с размером от 3,2 до 100 нм для высокопрочного бетона значительно выше; причем, именно эти поры оказывают наибольшее влияние на раннюю усадку при высыхании и контракционную усадку.

Анализ способности к растрескиванию от усадки для высокопрочного и обычного бетонов показал, что существуют следующие различия:
(1) более высокие значения ранней обшей усадки для ВЦБ;
(2) существенное увеличение динамического модуля упругости для высокопрочных бетонов;
(3) значительное уменьшение ползучести и снижение релаксации напряжений для ВЦБ;
(4) незначительное увеличение в процессе твердения предела прочности при растяжении; гораздо более низкое, чем предела прочности при сжатии.
Ранняя усадка бетона связана с его растрескиванием; введение в состав ВЦБ минеральных добавок, обладающих свойствами гидратации, приводит к формированию более сложных механизмов, влияющих на усадку, что требует проведения дополнительных исследований.