О влиянии отрицательных температур на прочность бетона
Несмотря на то, что в последнее время появилось значительное количество работ о влиянии отрицательных температур на прочность бетонов высоких марок, проблема морозостойкости бетона в строительных конструкциях до сих пор остается нерешенной. Для ее решения необходимо дальнейшее накопление и анализ экспериментальных данных о влиянии отрицательных температур на прочностные и деформативные характеристики бетонов самых различных составов, при этом характер температурно-влажностных воздействий также должен быть самым разнообразным.
В связи с этим не вызывает сомнений актуальность рассматриваемой работы. Авторами была поставлена задача в натурных условиях колеблющихся отрицательных температур (от 0° до —42°С) исследовать на бетонах различной начальной прочности влияние длительности воздействия этих температур, а также величины минимальной температуры принятою режима испытаний на изменение прочностных характеристик бетона.
Решение поставленной задачи имеет известный практический интерес, поскольку большинство бетонных и железобетонных конструкций сооружений на Крайнем Севере и в Северо-Восточной части Сибири могут работать в какой-то мере в подобном температурно-влажностном режиме. Подход же исследователей к решению этой задачи нельзя признать правильным.
Так, для установления влияния величины абсолютного минимума длительно действующих (в течение 150 сут.) колеблющихся отрицательных температур, авторы определяли прочностные характеристики бетона, подвергнутого одному циклу кратковременного (5—6 ч) замораживания и оттаивания. По результатам этих экспериментов можно сделать лишь частный вывод, применимый только к данному режиму испытаний, но никак нельзя делать какие-либо выводы применительно ко всему многообразию температурных режимов работы бетона даже в одном и том же климатическом районе.
Кроме того, те выводы о влиянии величины абсолютного минимума отрицательных температур, которые были сделаны по результатам указанных кратковременных испытаний, не мечут быть целиком приняты еще и но следующим причинам.
Выводы сделаны на основании сравнения величин призменной прочности Rпр, бетона оттаявших образцов, однократно замороженных до температур —39° и —32°С. Отметим, что для обоснованных выводов далеко недостаточно варьировать всего двумя температурными точками, к тому же весьма мало отличающимися по величине. Кроме того, как показывают исследования, проведенные в ЦЛК НИИЖБ и других организациях, величина Rпр бетонов высоких марок и естественной влажности (каковые и испытываются в рассматриваемой работе) после одного цикла замораживания и оттаивания, при замораживании даже до —70°С, практически не изменяется. Следовательно, та разница в величине Rпр бетона, которая получена в работе при указанных испытаниях, может быть объяснена только погрешностью эксперимента.
Необходимо обратить внимание на необоснованный и неправильный по существу вывод о влиянии начальной прочности бетона и его влажности на сопротивление длительному Бездействию переменных отрицательных температур.
Во-первых, тот общий вывод, который делают авторы о влиянии начальной прочности бетона, может иметь только ЧЕСТНЫЙ характер и действителен только для бетонов исследуемых в данной работе составов.
Во-вторых, рядом работ [1—3] установлено, что решающее влияние на морозостойкость бетона оказывает не его начальная прочность, а в значительно большей степени его водоцементное отношение и структура. При одинаковой начальной прочности бетон, имеющий различные величины ВЩ и различную плотность, будет иметь различную морозостойкость. Это положение, обоснованное многочисленными исследованиями, не требует здесь особого развития.
Что касается влияния влажности бетона на его морозостойкость, то авторы рассматриваемой статьи для выяснения данного вопроса сравнивают величины естественной влажности бетонов различных составов. Такой подход к решению поставленной ими задачи неправилен, поскольку по данным последних теоретических и экспериментальных исследований [4—С] решающее влияние на морозостойкость бетона имеет не его весовая влажность, а степень водонасыщения пор и капилляров. Поэтому с выводами авторов статьи по данному вопросу нельзя согласиться.
Наконец, необходимо отмстить, что объяснение большинства результатов исследований дано авторами или в недостаточно четкой форме, или эти объяснения далеко не являются исчерпывающими, а в некоторой части просто неверны.
Например, из результатов данной работы следует, что после длительного воздействия на бетон колеблющихся отрицательных температур, его призменная прочность уменьшается в большей степени, чем кубиковая. Объяснение этому авторы находят во влиянии сил трения между опорными гранями и плитами пресса при испытании кубиком на сжатие. Но таким образом можно объяснить погрешности методики исследований, а не их результаты.
Далее, влияние длительности действия мороза при резких колебаниях отрицательных температур на снижение прочности бетона авторы объясняют «температурными деформациями бетона и постепенным расшатыванием его структуры за счет различия коэффициентов температурного расширения льда... и скелета бетона». Объяснение это не совсем четкое и далеко неполное. Так, если говорить о расшатывании структуры бетона, то решающее значение здесь будет иметь не различие и коэффициентах температурного расширения льда и скелета бетона, в сущности, правильно отмеченное авторами.
Ослабление связен структурной решетки бетона будет вызываться, прежде всего, многократно повторными силовыми нагрузками на стенки пор и капилляров, возникающими при соответствующих многократных резких колебаниях отрицательных температур.
Указанные силовые воздействия могут развивался в бетоне за счет действия избыточных давлений различного вида, возникающих при фазовых переходах воды и лед [4, 5]: гидравлического давления отжимаемой незамерзшей части воды и давления дополнительного кристаллольдообразования и капиллярных норах при миграции в последние поды из геловых нор.
В заключение необходимо отмстить, что, несмотря на наличии ряда положительных сторон, рассматриваемая статья может неправильно ориентировать читателя.
ЛИТЕРАТУРА
1. Москвин В. М. Капкпн М. М„ М а з у р Б. М. Деформации при отрицательных температурах бетонов различных видов твердении. М., Стройиздат, 1961.
2. Горчаков Г. II. Морозостойкость бетона в зависимости от его капиллярной пористости. «Бетон и железобетон», 1964, № 7.
3. AItисг W. Eiiifliiss*. des claslisclmii Vcrhallcns und dcr Form§. nderung des Zcmeiistcines auf eie Froslwidcrslaiulsfiihigkcit des Bclons-.Banstorfiiidiislrio-, 19GG, N 7.
4. Cordon VV. A. Freezing and Eliawiiw o[ Conovele. Mechanism and Control. .Journal of American Concrcle .Institute", ЦП*, vol. 63. N 5.
5. Powevs Trcval C. The Mechanism ot Frost Action in Concrete. .Cement. Urn and Gravel", I960, vol. 41. N C.
6. С. Москвин В. M., Каикин М. М.. Антонов Л. II. Влияние отрицательных температур на прочность и упруго-пластические свойства бетона. «Бетон и железобетон»,I967, № 10.
7. Бакаев В. А., Киселев В. С, Краспльиикон К. Г. Понижение температур плавления воды в капиллярах пористого тела. ДАН СССР, 1959, № 4.
Д-р техн. наук В. М. МОСКВИН, инж. В. Н. ЯРМАКОВСКИЙ
журнал бетон и железобетон 1969