нилэп оиси

Рекомендации

по учету потерь предварительного напряжения от усадки и ползучести

Научно-исследовательская и проектная лаборатория экспериментального проектирования жилых и общественных зданий Одесского инженерно-строительного института

(НИЛЭП ОИСИ)

Рекомендации

по учету потерь предварительного напряжения от усадки и ползучести керамзитобетона на карбонатном песке

Москва Стройиздат 1987

построение кривых усадки и изменения влажности бетона во времени;

определение упругомгновенных и быстро на тек а ющих деформа-ций ползучести в момент обжатия образцов;

определение текущих деформаций ползучести загруженных бетонных образцов, а также образцов, обжатых усилием предварительного напряжения;

построение кривой зависимости усадки бетона от изменения его влажности;

построение кривых изменения во времени модуля упругости и призменной прочности исследуемого бетона;

построение кривых деформаций ползучести керамзитобетона во времени в зависимости от уровня напряжений;

построение кривых мер ползучести исследуемого бетона; построение кривых потерь от усадки и ползучести керамзитобетона во времени в зависимости от уровня обжатия;

построение кривых потерь напряжений в арматуре в области линейной и нелинейной ползучести бетона.

3.13.    Измерения текущих значений температуры воздуха в помещении, где проводятся опыты, должны производиться с помощью ртутных термометров с ценой деления 0,1—0,2° С.

3.14.    Определение относительной влажности воздуха в помещении, где проводится опыт, .следует производить по психрометрическим таблицам с помощью технического психрометра. Не рекомендуется применение волосяных (бытовых) гигрометров, не обладающих стабильностью и требуемой точностью измерений.

3.15.    В ходе опыта по изучению усадки, ползучести и потерь предварительного напряжения должны проводиться одновременные измерения: температуры и относительной влажности воздуха в помещении, массы и деформаций усадки образцов, деформаций температурных эталонов, деформаций ползучести загруженных образцов, деформации армированных образцов.

Опытные образцы, их изготовление и условия твердения

3.16.    Опытные образцы из керамзитобетона на карбонатном песке, методы «х изготовления и условия твердения должны удовлетворять требованиям ГОСТ 24544-81 с изм. и настоящих Рекомендаций.

3.17.    Материалы для приготовления бетонной смеси и бетонная смесь должны удовлетворить требованиям пп. 2.8—2.20.

3.18.    Формы для изготовления бетонных образцов должны удовлетворять требованиям ГОСТ 10180-78*. Они должны быть металлическими, жесткими, разъемными, со строганными или шлифованными внутренними поверхностями. Конструкция форм должна обеспечивать плотность стыков соединяемых частей, чтобы при формовании исключить утечку « цементного теста ». Их желательно объединять в кассеты.

Для предохранения форм от прилипания бетона ее рабочие поверхности смазываются. Для образцов, которые в ходе опыта подвергаются всестороннему высыханию или высыханию через торцьт, рекомендуется смазка густым известковым молоком, для образцов.

10

защищенных от высыхания (изолированных), — смазка минераль ными маслами.

3.19.    Общее количество формуемых из одной смеси образцов-близнецов определяется требуемым объемом экспериментальных исследований. Отклонение плотности отдельных образцов серии не должно превышать ±20 кг/м³.

3.20.    Формование образцов производится в горизонтальном положении. Образцы, по которым в дальнейшем замеряются деформации ползучести, можно формовать в вертикально расположенных формах.

Формование образцов производится на стандартной вибропло-щадке (частота колебаний 3000±180 об/мин; амплитуда колебаний 0,35...0,5 мм). Для каждого образца серии время вибрирования должно быть одинаковым. Время между приготовлением первого и последнего образца одной смеси не должно превышать 1 ч.

3.21.    Образцы естественного твердения в течение 2—3 сут (до распалубливаяия) должны находиться в укрытых от высыхания формах при температуре помещения 20±2°С.

Пропаренные образцы распалубливают не позже чем через I сут после тепловой обработки.

3.22.    Дальнейший режим твердения назначается в зависимости от поставленных задач исследования. В соответствии с программой исследований может быть назначен специальный режим хранения. В остальных случаях образцы хранятся согласно ГОСТ 10180-78*.

3.23.    По истечению срока хранения, отвечающего его проектной марке (для лабораторных исследований обычно в возрасте 28 сут), образцы хранят в помещении с температурой воздуха 20±2° С и влажностью 65±5%.

3.24.    Для измерения длительных деформаций кубиковой и призменной прочности, начального модуля упругости рекомендуется принимать образцы размерами 10x10X40, 16X15X60 см.

3.25.    Стандартными образцами для определения деформаций усадки и ползучести керамзитобетона на карбонатном песке рекомендуется принимать призмы размером 10X10X40 см.

3.26» В качестве стандартных образцов для определения прочности на сжатие и призменной прочности следует принимать кубы размером 10XWX10 см и призмы размером 10X10X40 см.

Испытания их проводятся кратковременной нагрузкой до разрушения в соответствии с программой эксперимента и обязательно в возрасте 28 сут. В каждой группе должно быть не менее трех стандартных образцов.

3.27.    Выбор размеров образцов для изучения потерь предварительного напряжения арматуры следует обосновывать в зависимости от целей эксперимента с учетом масштабного фактора массивности конструкции, коэффициента армирования.

3.28.    Как известно, усадка бетона в наибольшей степени зависит от потерь бетоном капиллярной, структурно-связанной и адсорбированной воды. Поэтому существенное влияние па усадку оказывают температура и влажность окружающей среды.

Опыты по определению усадочных деформаций должны проводиться в условиях, максимально исключающих влияние изменения вышеуказанных факторов.

Полностью исключить возможное изменение температуры воздуха в помещении, где проводятся опыты, не представляется воз-

11

можньш, поэтому деформации бетона, вызванные температурными колебаниями, должны замеряться на температурных эталонах.

3.29.    Образцы, используемые в качестве температурных эталонов, должны быть изолированы от влажностных потерь и являться близнецами по отношению к рабочим. Измерение температурных деформаций рекомендуется производить по трем и более температурным эталонам. Гидроизоляция может осуществляться любыми экспериментально проверенными способами. Общепринятым является способ гидроизоляции последовательно слоем расплавленного парафина, полиэтиленовой пленки, технического вазелина и опять слоем полиэтиленовой пленки.

Приборы для измерения деформаций, а также и способы установки их на температурных эталонах и рабочих образцах должны быть одинаковыми.

3.30.    Существенное влияние на усадку оказывает площадь высыхания образцов. Поэтому рекомендуется использовать образцы-близнецы, отличающиеся условиями высыхания.

Кроме температурных эталонов рекомендуется использовать образцы-близнецы всесторонне высыхающие и высыхающие только по торцам.

В каждой группе должно быть не менее трех образцов.

В ходе эксперимента образцы должны взвешиваться для определения их влагопотерь. Дли этого необходимо применять устройства для их взвешивания без нарушения показаний приборов, используемых при измерении усадочных деформаций.

3.31.    Опыты по изучению деформаций ползучести могут проводиться как на изолированных, так и на незащищенных от высыхания образцах.

При проведнии опытов на изолированных образцах для исключения деформаций от температурных колебаний необходимо использовать температурные эталоны (пп. 3.28, 3.29).

Если опыты проводятся на незащищенных от высыхания образцах, то в качестве эталонов для исключения влияния на деформации ползучести колебаний температуры и влажности воздуха применяются незагруженные и неизолированные образцы, являющиеся близнецами по отношению к рабочим (эталоны). Приборы для измерения деформаций, а также способы установки их на эталонах и рабочих образцах должны быть одинаковыми.

3.32.    Наряду с основными образцами с нестандартными размерами необходимо использовать также и стандартные образцы.

3.33.    Стандартные образцы изготовляют из той же смеси, что и нестандартные, и хранят в одинаковых условиях.

Подбор составов керамзитобетона на карбонатном песке

3.34.    Подбор составов керамзитобетона рекомендуется производить на тех же материалах, из которых будут изготовляться опытные образцы для изучения усадки, ползучести и потерь предварительного напряжения от них.

3.35.    При подборе составов керамзитобетона в зависимости от постановленной в основном эксперименте цели должны быть заданы:

класс бетона по прочности на сжатие (или диапазон классов)_г средняя плотность или пределы ее изменения;

диапазон изменения расхода цемента, факторов состава (при изучении их влияния на усадку, ползучесть керамзитобетона на карбонатном песке и потери преднапряжения от них);

характеристики исходных материалов;

дополнительные требования к составам.

3.36.    Подбор составов керамзитобетона включает следующие этапы:

определение свойств исходных материалов;

назначение исходного (базисного) состава для опытных замесов;

приготовление серии опытных замесов и обработка результатов испытаний образцов из этих замесов;

назначение составов керамзитобетона на карбонатном песке и при необходимости их корректировку по заданным характеристикам (п. 3.35).

3.37.    Составы керамзитобетона подбираются на сухих заполнителях.

3.38.    Качество керамзитобетонной смеси контролируется согласно ГОСТ 10181.(0—4).81.

3.36. Значения агрегатно-структурного фактора рекомендуется принимать в пределах 0,3<М/(М+К) <0,7.

3.40. Расход компонентов исходного (базисного) состава на 1 м³ керамзитобегтонной смеси рекомендуется определять в соответствии с указаниями «Рекомендаций по производству и применению керамзитобетона на известняковом 'песке для конструктивных элементов жилых домов» (М.: Ст.ройиздат, 1986).

3.41_% Порученный состав керамзитобетона на карбонатном песке проверяется на соответствие заданной прочности и плотности путем приготовления серии опытных замесов для изготовления ■опытной партии контрольных кубов размером ШХ15X15 см.

3.42.    При получении удовлетворительных результатов проверки полученный состав назначается в качестве исходного (базисного).

При неудовлетворительных результатах проверки полученный состав корректируют путем изменения содержания исходных материалов . Корректировку можно производить несколько раз до получения удовлетворительных результатов.

3.43.    В показатели исходного (базисного) состава, помимо расхода компонентов, включают плотность керамзитобетона после формования, тепловой обработки, а также в высушенном до постоянной массы состоянии.

3.44.    Для получения некоторого заданного по прочности на сжатие (или по другим показателям) диапазона составов керамзитобетона на карбонатном песке рекомендуется использовать для подбора составов методику планированного эксперимента, которая позволяет решать такую задачу в кратчайший срок с минимальными затратами.

3.45.    Для получения диапазона классов бетона по прочности на сжатие (за счет изменения расхода цемента при постоянном расходе воды) в качестве одного из факторов рекомендуется принимать количество пылевидной фракции песка (<0,14 мм) в процентах от массы всего количества песка.

3.46.    Эксперимент рекомендуется проводить по близкому к 7>-оптимальному плану для трех факторов, варьируемых на трех

13

уровнях В качестве контролируемых выходов принимаются прочность керамзитобетона и плотность его в высушенном до постоянной массы состоянии.

3.47.    Указания по выбору факторов, интервалов их варьирования, а также методика обработки результатов эксперимента с целью получения математических моделей (уравнений регрессии) изложены в Рекомендациях по производству и применению керамзитобетона на известняковом песке для конструктивных элементов жилых домов.

3.48.    В качестве основного уровня расхода компонентов состава керамзитобетона принимается расход для исходного (базисного) состава.

3.49.    После окончательного построения уравнений регрессии проводят аналитическую и графическую интерполяцию их и назначают состав или группу составов, удовлетворяющих требованиям.

Оборудование для испытаний

3.50.    Испытания образцов на прочное и» н определение модуля упругости бетона следует проводить на прессах, удовлетворяющих требованиям ГОСТ 8905-82* Допускается применение другого испытательного оборудования, отвечающего требованиям ГОСТ 10180— 78*

3.51.    Для испытания образцов на ползучесть следует применять пружинные, рычажные, рычажно-пружинные и гидрогравитационные установки, обеспечивающие измерение величины длительной нагрузки с точностью ±3% и не допускающие ее изменения в процессе исследования более чем на 2%. Для соблюдения последнего условия не допускается периодическое догружение образцов.

При применении пружинных установок рекомендуемая величина длительной нагрузки должна составлять 70—80% максимального усилия, допускаемого для данной установки.

3.52.    Для нагружения образцов в пружинных установках мощностью 80 кН и более рекомендуется пользоваться гидравлическими домкратами, насосные станции которых снабжены образцовыми манометрами. Величина прикладываемой к образцу нагрузки должна находиться в пределах от 30 до 80% максимального давления, допускаемого для данного манометра.

3.53.    Установки, предназначенные для нагружения призм длительной нагрузкой, предварительно тарируют путем приложения нагрузки через динамометр. Тарирование можно не производить, если в установку в ключей динамометр.

Пружины установок малой мощности разрешается тарировать на прессах, удовлетворяющих требованиям ГОСТ 8905-82*.

3.54.    В установках всех тнпоп нагрузка через центрирующие шары передается на стальные опорные плиты, устанавливаемые на торцы призмы. Размеры опорных плит в плане должны быть не менее размеров сечения образца, а их толщина должна определяться расчетом и зависеть от прикладываемого усилия и сечения призмы.

Для призм размером 10ХЮХ40 см, нагружаемых усилием до 200 кН, минимальную толщину опорных плит следует принимать 30 мм.

14

На поверхности опорных плит в плане при размерах, превышающих размеры сечения призмы, наносят разметку для центрирования образца по геометрической оси.

3.55.    При применении пружинных установок необходимо соблюдать обязательное требование, предъявляемое к пружинам: при проектном усилии обжатия образца они должны иметь большую осадку, в 50—100 раз превосходящую возможное укорочение (удлинение) образца под нагрузкой вследствие ползучести бетона.

Если этого достичь не удастся, то для соблюдения требований постоянства усилия сжатия пружины в ходе опыта придется время от времени догружать.

3.56.    При необходимости создания в образце усилия более 100 кН следует применять многопружинные установки, состоящие из пакета .пружин, рычажно-пружинные или комбинированные приспособления.

3.57.    В пружинных и рычажно-пружинных установках с пакетами пружин необходимо первоначально протарировать пружину, а затем уже в собранном виде протарировать сами установки.

Тяги пружинных установок должны быть динамометрическими и заранее протарированными, что позволяет контролировать фактическое усилие в образце по деформациям тяг при его нагрузке и разгрузке.

3.58.    Пневматические, гидравлические и комбинированные силовые установки применяют для изучения деформаций ползучести в том случае, если они позволяют поддерживать заданный режим загружения или постоянство усилия в образце в течение длительного времени.

Приборы» их расположение и крепление

3.59.    Применяемые приборы должны фиксировать деформации бетона с погрешностью, не превышающей 0,001% (е«ИГ“⁵).

Обычно применяют индикаторы часового типа с ценой деления 0,001, 0,002, 0,01 мм, механические тензометры, переносные дефор -мометры, тензодатчики активного сопротивления.

3.60.    Точность измерения деформаций зависит от правильности расположения приборов на образце. Они должны быть установлены строго по осям граней. При этом (приборы размещаются на одном уровне по высоте образца симметрично относительно его поперечных осей.

3.61.    При кратковременных испытаниях рекомендуется устанавливать приборы на каждой грани призмы. При определении деформации усадки и ползучести допускается установить их На двух про. тивоположных гранях.

3.62.    База измерений деформаций — это расстояние между осями держателей.

Минимальная база измерений принимается с учетом минимальной крупности заполнителя, но не менее 50 мм, максимальная - -201 (где h — высота призм).

3.63.    Крепление приборов к образцам осуществляется с помощью металлических рамок с держателями или держателей, завинченных в закладные анкеры либо приклеенных к телу бетона.

3.64.    Анкеры замоноличиваются в бетон при его формовании. Допускается крепить анкеры к бетону перед испытаниями; для это-

15

го в местах их крепления высверливают в теле бетона отверстия и высокопрочными растворами замоноличивают в них анкеры.

3.65.    Держатели к бетону рекомендуется приклеивать клеями на основе эпоксидных смол^ При этом приклеиваемая поверхность должка иметь достаточную площадь для обеспечения надежности соединения.

3.66.    Устройство для измерения деформаций с помощью индикаторов часового типа состоит из самого прибора, закрепленного верхним держателем, подвижного упора, закрепленного в нижнем держателе, и штанги, соединяющей подвижный упор с головкой индикатора.

Для надежности соединения в верхнем торце штанги делают лунку в виде вогнутой полусферы, треугольную лунку — на подвижном упоре. Нижний конец штанги обрабатывают в виде сферической головки.

3.67.    Перед испытаниями и после них следует убедиться в ра-ботоспособности прибора.

Кратковременные испытания

3.68.    Для сравнительных оценок результатов экспериментов по изучению длительных деформаций керамзитобетона необходимо проводить кратковременные испытания с целью определения куби. ксюой и призменной прочности, а также начального модуля упругости. Испытания следует проводить на стандартных образцах из исследуемого бетона (см. п. 3.26) разного возраста₉ в том числе обязательно в возрасте 28 сут.

3.69.    Кубы и призмы для определения кубиковой и призменной прочности керамзитобетона при кратковременном сжатии необходимо испытывать на одном и том же прессе.

Для построения кривой роста прочности керамзитобетона при сжатии, а также изменения начального -модуля упругости во времени, образцы рекомендуется испытывать в возрасте 3, 7, 14, 28, 60, 90, 120, 180, 270 и 360 сут, причем в каждом из указанных сроков должно быть испытано не менее трех призм-близнецов и трех кубов-близнецов соответствующего сечения.

3.70.    Испытания образцов следует производить в соответствии с требованиями ГОСТ 24462 80.

Определение деформаций усадки керамзитобетона. Обработка экспериментальных данных

3.71.    Измерение деформаций усадки керамзитобетона следует начинать при естественном твердении бетона сразу после окончания его схватывания (затвердения), но не позднее трехсуточного возраста, а при термовлажностной обработке бетона — после остывания образцов. До начала измерений образцы должны храниться при температуре воздуха 20±3° С и относительной влажности не менее 90%, а далее — при температуре воздуха 20±3°С и относительной влажности 60=t3%. Срок первого измерения деформаций устанавливают с момента изготовления образцов в часах или сутках.

Измерение деформаций рекомендуется производить в течение первых семи суток ежедневно, с 7 по 15-е сут. — через день, в ло-

16

следующие 45 сут — два раза в неделю, затем до 120 сут — один раз в неделю и далее, до конца испытаний — 2 раза в месяц.

При этом должны быть зафиксированы деформации в возрасте 3, 7, 14, 28. 60, 90, 120, 270 и 360 сут.

3.72.    Отсчеты по приборам записывают в журнал, составленный по форме № 4 (прил. 2). Относительные деформации усадки образца е_s (*» t_w) определяют по результатам наблюдений в соответствии с требованиями пп. 5.1, 5.2 ГОСТ 24544-81.

3.73.    По данным наблюдений за образцами с учетом показаний приборов на температурных эталонах строятся кривые их усадки во времени до ее равновесного значения (см. рис. 2 прил. 3). На этом графике отмечается также расчетная предельная величина усадки, определяемая в соответствии с рекомендациями п. 3.79.

3.74.    Равновесной влажностью бетона называется его влажность после естественного высыхания образцов на воздухе до постоянной массы. Постоянство массы образцов должно быть зафиксировано трижды на трех последних взвешиваниях с интервалом в одну неделю. Во время трех последних взвешиваний обязательно должны быть измерены температура и относительная влажность воздуха в помещении.

3.75.    Для определения содержания влаги в бетоне необходимо взвешивание образцов. Взвешивание должно производиться в ге же сроки, что и измерение деформаций усадки, на образцовых технических весах первого класса точности и с помощью разновесов первого класса точности. Не рекомендуется использовать торговые весы и гири, так как они не обладают требуемой точностью. По результатам взвешивания и последующего расчета влагопотерь, влажности керамзитобетона строятся кривые изменения их влажности по массе во времени до ее равновесного значения (см. рис. 4 прил. 3). На этом графике отмечается расчетная величина начальной влажности бетона по массе, определяемая в соответствии с п. 3.77

3.76.    По данным наблюдений за образцами строится кривая зависимости относительных деформаций усадки этих образцов от уменьшения влажности бетона по массе до ее равновесного значения (см. рис. 5 прил. 3). На этом графике с помощью экстраполяции (см. п. 3.79) достраивается участок кривой, соответствующий досушиванию образцов до их массы в высушенном состоянии (см. п. 3.78)

377. Расчетная величина начальной влажности бетона W по массе определяется по формуле

m₀)/mо,    (5)

где т* — масса влажного образца при первом взвешивании (в начале эксперимента; г; т₀ - масса сухого образца, г.

3.78.    Досушивание образцов до сухого состояния для определения их «сухой» массы т₀ рекомендуется производить при той же температуре воздуха над осушителем в эксикаторе.

Допускается досушивание образцов с применением методов экспресс-сушки при повышенных температурах. При этом температура сушки выше 60° С не рекомендуется, так как возможно необратимое разрушение некоторых кристаллогидратов цементного камня.

3.79.    Расчетная предельная величина усадки керамзитобетона (°°, находится графически экстраполированием кривой относительной усадки (см. рис. 5 прил. 3) по вертикали, соответст-

17

вующей расчетной величине начальной влажности бетона по массе (см. п. 3.77).

Предельную величину деформаций усадки e_s (оо, t_w) можно также определять построением диаграммы в осях At; At/e_s (t, t_w\ в соответствии с требованиями п. 5.6 ГОСТ 24544-81 .

3.80.    Коэффициент линейной усадки бетона р представляет собой относительную деформацию усадки, вызываемую уменьшением его влажности по массе на единицу при равномерном высыхании. Он определяется как тангенс угла наклона кривой относительных деформаций усадки керамзитобетона к оси изменений его влажно, сти по массе р —tga (см. рис. 5 прил. 3).

3.81.    Результаты обработки экспериментальных данных рекомендуется аппроксимировать надлежащими аналитическими выражениями в зависимости от целей эксперимента. Зависимость текущих относительных деформаций усадки от времени наблюдений рекомендуется описывать выражением

г*(1, t_w)=B_s(oo,    ’    1,    (6)

где a _s — параметр, подбираемый по опытным данным из условия наилучшей аппроксимации экспериментальных кривых.

Определение деформаций ползучести керамзитобетона и обработка экспериментальных

данных

3.82.    Загружение образцов и измерение деформаций ползучести следует осуществлять, как правило, при достижении бетоном проектной прочности на сжатие, т. е. в возрасте t₀=2S сут. В случае необходимости испытания можно начинать ив другие сроки, предусматриваемые программой исследований. После окончания нагружения отсчеты по приборам рекомендуется брать через 7г, 1, 3, 6 и 12 ч, в последующие 6 сут — ежедневно, с 7 по 15-е сут — через день, в последующие 415 сут — 2 раза в неделю, затем до 180 сут — 1 раз в неделю и далее, до конца исследований, как правило, 2 раза в₍ месяц. При этом должны быть обязательно сняты отсчеты по приборам через 7г и 3 ч, а также через 1, 3, 7, 14, 28, 60, 90, 120, 180, 270, 360, 480, 600 и 720 сут после нагружения.

На ненагруженных образцах-близнецах измерения деформаций производят в те же сроки, что и на нагруженных.

3.83.    Отсчеты по приборам в процессе загружения записывают

в журнал, составленный по форме № 5 (прил. 2), а результаты наблюдений за длительными деформациями образцов — в журнал по форме № 7 (прил. 2). Относительные полные деформации загруженных образцов, а также деформации ползучедти е_с (t, h) определяют в соответствии с требованиями    пп.    5.1—6j5

ГОСТ 24544 -81 *. Результаты всех вычислений записывают в журнал, составленный по форме № 6 и 8 (прил. 2). Там же записывают значения параметров ползучести бетона (см. пп. 3.7 и 3.8).

3.84.    При кратковременных испытаниях контрольных образцов-близнецов (см. пп. 3.68—3.70) получают данные, характеризующие изменение физико-механических характеристик исследуемого бетона во времени. После оценки надежности и достоверности этих данных (см. пп. 5.1—5.10) строят соответствующие кривые зависимости поочности и модуля упругости от возраста бетона.

3.85.    Для каждой серии образцов, загруженных длительной нагрузкой, строят кривую зависимости удельных деформаций ползучести или относительных деформаций ползучести от времени (см. рис. 6—8 прил. 3).

Полученные зависимости аппроксимируют с помощью надлежа. щего аналитического выражения.

3.86.    Предельное значение удельной деформации ползучести С(оо, /₀) или относительной деформации ползучести е_с (о°, *₀) определяют построением диаграммы в осях A t_M A t/G(t, £₀) или A t/e_c (t, t₀) в соответствии с ГОСТ 24544-81*.

3.87.    Для аппроксимации кривых линейных удельных деформаций ползучести керамзитобетона на карбонатном песке молодого возраста с физико-механическими свойствами, неинвариантными относительно начала загружения, рекомендуется применять выражение

C(t,t₀)=C(°o,t_B)[l-ke V' '^о)],    (7)

где k и — параметры, подбираемые по опытным данным из условия наилучшей аппроксимации экспериментальных кривых.

4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАТЕМАТИКО-СТАТИСТИЧЕСКИХ

МЕТОДОВ ПРИ ИЗУЧЕНИИ УСАДКИ И ПОЛЗУЧЕСТИ

КЕРАМЗИТОБЕТОНА НА КАРБОНАТНОМ ПЕСКЕ

И ПОТЕРЬ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В АРМАТУРЕ

4.1.    Математико-статистические методы при изучении усадки ползучести и потерь предварительного напряжения от них в арма туре рекомендуется применять в следующих случаях:

при обработке результатов традиционно поставленных («пассивных») экспериментов с целью оценки их надежности и достоверности — первый случай;

для получения и статистического анализа математических моделей, отражающих зависимость параметров, численно характеризующих исследуемые явления (усадка, ползучесть, потери предварительного напряжения)- и позволяющих прогнозировать величины этих параметров в зависимости от предварительно выбранных факторов и их взаимодействий — второй случай.

4.2.    В первом случае используют простейшие статистические оценки совокупностей экспериментальных данных. Методика определения этих оценок приведена в п. 5 настоящих Рекомендаций.

4.3.    Во втором случае используют факторный регрессионный или дисперсионный анализ, обрабатывая результаты как «пассивного» эксперимента, так и «активного», поставленного по заранее составленной схеме (плану), обладающей оптимальными свойствами с точки зрения объема экспериментальных работ и статистических требований.

Постановка, проведение и обработка результатов активного эксперимента основаны на методах математической теории эксперимента (МТЭ), позволяющих достигнуть намеченной цели в кратчайшие сроки и при минимальных затратах.

Эти методы особенно эффективны при исследовании бетонов на новых видах заполнителей, влияние которых на длительные процессы изучено недостаточно.

19

УКД 691.327 : 666.973.2 : 666.64 - 492.3 : 620.192 : 624.044 : 593.374

Рекомендовано к изданию секцией Научно-технического совета НИЛЭПОИСИ.

Рекомендации по учету потерь предварительного напряжении от усадки и ползучести керамзигобетона на карбонатном песке / НИЛЭП ОИСИ. — М.: Стройиздат, 1987. - ИМ с.

Содержат методику экспериментального и расчетного определения деформаций ползучести и усадки керамзигобетона на карбонатном песке и потерь предварительного напряжения в арматуре, вызванных ими.

Даны указания по проектированию и подбору составов керамзите бетона на карбонатном песке» приведены значения деформаций ползучести и усадки в зависимости от состава и класса бетона, а также характер их изменения во времени.

Для инженерно-технических и научных работников проектных, научно-исследовательских институтов и производственных операций, а также студентов строительных вузов.

3203000000 - 212

Р-------------

047 (01) - 87

Табл. 24, ил. 20.

ИнструкГп-нормат., 1 выш-109 - 87

©Стройиздат, 1987

4.4. При использовании методов МТЭ для экспериментальной изучения усадки, ползучести и суммарных потерь предварительного напряжения от них рекомендуется применять компактные статистические планы Бокса-Бенкена второго порядка для двух или трех факторов, варьируемых на трех уровнях (соответственно планы типа З² и З¹). Из плана типа З¹ при фиксировании любого из трех факторов на постоянном уровне можно получить план типа З² Указанная особенность таких планов позволяет в рамках одного эксперимента изучать усадку и ползучесть керамзитобетона. План типа З² (табл. 4, выделенный участок) рекомендуется для изучения усадки, план типа З¹ (табл. 4) — для изучения ползучести, а

Таблица 4

Номер строки плана Факторы Хз X, ха 8—11 ±1 ±1 0 13, 14, 2, 3 ±1 0 ±1 15, 12, 4, 1 0 ±1 ±.1 5—7 0 0 0

оба плана — для изучения потерь предварительного напряжения. Обработка результатов поставленного таким образом эксперимента проводится методом регрессионного анализа, который включает в себя построение уравнения регрессии (математической модели) объекта исследования (усадка, ползучесть) (4.23) и статистический анализ этого уравнения (пп. 4.24^4.27).

При использовании методов МТЭ для экспериментального изучения потерь предварительного напряжения в арматуре рекомендуется применять двухфакторный план (см. табл. 10) с одинаковым или разным числом уровней варьирования факторов в зависимости от поставленной в эксперименте задачи. Обработка результатов поставленного таким образом эксперимента проводится методом дисперсионного анализа, который в данном случае включает в себя оценку существенности влияния назначенных факторов и их взаимодействия на изучаемый параметр (потери предварительного напряжения).

4.5. При назначении факторов следует исходить из поставленной в эксперименте задачи, выбирая в качестве варьируемых те факторы, влияние которых на исследуемое явление намечено изучить (п. 3).

4.6 В качестве основных факторов, влияние которых на усадку, ползучесть керамзитобетона и потери предварительного напряжения в арматуре следует изучить в первую очередь, рекомендуется принимать некоррелированные технологические факторы состава (независимые переменные), варьируя которыми можно в значительной степени влиять на прочностные и деформативные характеристики керамзитобетона.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Широкое применение легких бетонов для изготовления конструкций различного назначения и различных классов определяется комплексом всесторонних научных исследований этих бетонов и постоянно расширяющейся практикой строительства. В ряде случаев основные технико-экономические преимущества легких бетонов на местных заполнителях настолько существенны, что их применение становится более целесообразным по сравнению с обычным тяжелым бетоном и определяется только рассмотрением конкретных технологических вопросов.

В этих условиях уточненный учет длительных процессов усадки и ползучести таких бетонов при определении потерь предварительного напряжения особенно необходим, так как имеющиеся данные в отношении их деформативности и возможности применения для предварительно напряженных конструкций противоречивы и неоднозначны. Влияние, оказываемое ползучестью, усадкой бетона на работу конструкций, должно находить все более полное отражение в инженерных расчетах. Необходимым условием для этого является возможность достаточно надежной оценки численных значений указанных величин на стадии проектирования конструкций из керамзитобетона на карбонатном песке.

Керамзитобетон на карбонатном песке для многих районов СССР является местным строительным материалом и представляет собой одну из разновидностей легкого бетона, где в качестве мелкого заполнителя применяются отходы камнепиления известняка-ракушечника (карбонатная порода).

В настоящих Рекомендациях излагается методика экспериментального и расчетного определения деформаций ползучести и усадки керамзитобетона на карбонатном песке и практический метод получения числовых параметров ползучести, вызванных ими. Для получения числовых параметров ползучести, усадки и потерь предварительного напряжения от них использованы как простейшие статистические оценки совокупностей экспериментальных данных, так и многофакторный статистический анализ и теория планирования эксперимента для построения математических моделей длительного деформирования керамзитобетона на карбонатном песке.

Настоящие Рекомендации составлены на основе научно-исследовательских работ, выполненных в Одесском инженерно-строительном институте в 1974—1984 гг., и обобщения различных методик экспериментального и расчетного определения деформаций ползучести, усадки и потерь предварительного напряжения от них.

Рекомендации разработаны НИЛЭП ОИСИ (кандидаты технических наук А. С. Столевич — ответственный за выпуск, С. В. Макаров, Р. Л. Тимчишина, инженеры Е. В. Лысенко, В. Г. Суханов, А, И. Костюк, Г. Т. Филипович, И. А. Столевич, П. А. Сенкевич).

При составлении Рекомендаций использованы материалы НИИЖБ, ЦНИИЭП жилища. Ростовского ИСИ, Симферопольского филиала Укрн ист ром проекта, АрмНИИСа, сектора строительных конструкций НИИС Литовской ССР, МАДИ, ЦНИИС Минтранс-строя СССР, НИИСК Госстроя СССР, а также рекомендации ЕКБ-ФИП.

Все замечания и предложения по содержанию настоящих Рекомендаций просьба направлять в НИЛЭП ОИСИ по адресу: 270029, г. Одесса, ул Дидрихсона, д. 4. ¹

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Настоящие Рекомендации содержат положения по учету потерь предварительного напряжения в арматуре от ползучести и усадки при расчете железобетонных конструкций из керамзитобе-тона на карбонатном песке на цементном вяжущем.

1.2.    Рекомендации составлены в соответствии ГОСТ 24544-81 с изм. «Бетоны. Методы определения деформаций усадки и ползучести» и с учетом «Методических рекомендаций по исследованию усадки и ползучести бетона» (М.: НИИЖБ 1975), «Рекомендаций по учету ползучести и усадки бетона при расчете бетонных и железобетонных конструкций» (М.: НИИЖБ, 1984) и базируются на углубленном изучении физиюо-механических свойств керамзитобето-на на карбонатном песке.

1.3 Результаты статистической обработки опытных данных позволяют с большой надежностью прогнозировать для расчетов характеристики материала и количественные закономерности длительного деформирования керамзитобетона на карбонатном песке. Эти нормируемые параметры создают единую основу расчетный методов, используемых при проектировании с учетом влияния длительных процессов деформирования на работу конструкции.

1.4. Настоящие Рекомендаций позволяют более точно оценить влияние ползучести, усадки и потерь предварительного напряжения на напряженно-деформируемое состояние, трещиностойкость и жесткость предварительно напряженных керамзитожелезобетонных конструкций и создают возможности для рационального и экономического их проектирования.

1.5.    В настоящих Рекомендациях приведен расчет стержневых элементов предварительно наирядаиных железобетонных конструкций из керамзитобетона на карбонатном песке, применяемых в гражданском, промышленном, транспортном и других областях строительства и предназначенных для эксплуатации при температуре не выше 50° С и не ниже минус 40° С и относительной влажности воздуха в пределах от 30 до 100%. Температура и влажность среды устанавливаются заданием на проектирование, при отсутствии в задании необходимых указаний — определяются по отраслевым техническим условиям.

1.6.    Настоящие Рекомендации содержат практические методики определения деформаций усадки, ползучести, их предельных значений и потерь предварительного напряжения в арматуре от ползучести и усадки керамзитобетона на карбонатном песке.

Предлагаемые методики позволяют отразить влияние на указанные величины индивидуальных характеристик керамзитобетона на карбонатном песке, конструктивных особенностей железобетонного элемента, условий изготовления и эксплуатации.

1.7.    Численные характеристики керамзитобетона на карбонатном песке, приведенные в настоящих Рекомендациях, предназначены только для проектирования. Характеристики арматуры, а также другие данные не нашедшие отражения в настоящих Рекомендациях, следует принимать по соответствующим нормативным документам.

1.8.    Нормируемые в настоящих Рекомендациях деформативные характеристики керамзитобетона ца карбонатном песке могут служить исходными данными не только для расчета потерь предвари-

тельного напряжения в арматуре, но также для других расчетных оценок, связанных с влиянием длительных процессов на напряженно-деформированное состояние керамзитожелезобетонных конструкций.

1.9. В настоящих Рекомендациях величины характеристик де-формативности керамзитобетона даны применительно к условиям естественного твердения. При загружении длительной нагрузкой в раннем возрасте (f₀<28 сут) керамзитобетона, подвергнутого тепловой обработке, под /₀ следует подразумевать возраст, приведенный к условиям естественного твердения и определяемый согласно указаниям п. 6.16.

2. ТРЕБОВАНИЯ К КЕРАМЗИТОБЕТОНУ

НА КАРБОНАТНОМ ПЕСКЕ

2.1.    Керамзитобетон на карбонатном песке представляет собой легкий бетон, в котором в качестве мелкого заполнителя применяется песок, полученный путем дробления и отсева отходов камне-пиления карбонатных пород (известняков-ракушечников).

2.2.    Керамзитобетон на карбонатном песке по структуре, прочности, плотности в сухом состоянии, деформативности и другим показателям должен удовлетворять требованиям проекта, соответствующих технических условий и других нормативных документов.

2.3.    По структуре керамзитобетон на карбонатном песке должен быть плотный (слитный), изготовленный из цементного вяжущего, воды, керамзита, карбонатного песка. Объем пустот должен составлять не более 6%.

2.4.    Основные физико-механические характеристики керамзито* бетона на карбонатном пе(ске при обеспеченности 0,95 приведены в табл.. 1.

Таблица I

Класс бетона Значения характеристик бетона предельная плотность в сухом состоянии р, кг/м* нормативная призменная почность Rbn> МПа нормативная прочность при растяжении Rbt,/t< МНо вю 1400 9.1 0,73 В 1-2,5 1600 11.4 0,83 В15 1700 13.5 0,92 В'20 17Б0 17,7 и В25 1600 21.8 1,3 ВЗО И850 25,9 1,5

2.6. Средняя плотность керамзитобетона па карбонатном песке в высушенном до постоянной массы состоянии не должна превышать проектное значение более чем на 5%.

5

2.6.    Коэффициент вариации при оценке прочности керамзитобе-тона на осевое сжатие V# не должен превышать 0,1135, а при оценке средней плотности Vp должен быть не более 0,06.

2.7.    Прочность керамзитобетона в момент его обжатия усилием предварительного напряжения (передаточная прочность Я_8р) должна назначаться в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01—84.

2.8.    Для приготовления керамзитобетона на карбонатном песке рекомендуется использовать местные заполнители, отвечающие требованиям действующих нормативных документов. Применение привозных заполнителей допускается только при соответствующем технико-экономическом обосновании.

2.9.    В качестве крупного заполнителя рекомендуется применять керамзитовый гравий предельной крупностью не более 20 мм, отвечающий требованиям ГОСТ 9759—<83.

2.10.    Марку керамзитового гравия по насыпной плотности и его прочности при сдавливании в цилиндре в зависимости от заданного класса бетона по прочности при сжатии рекомендуется принимать по табл. 2.

Таблица 2

Класс бетона но прочяости на осевое сжатие Насыпная плотность, кг/м3 Прочность при сдавливании в цилиндое. МПа В10 350-400 1-1,5 В 12,5 400—450 1,5—2 В15 450—500 2—2,5 В20 500—600 2,5—3,5 В25 600—700 3,5—4,5

2.11.    Рекомендуется применять керамзитовый гравий чисто рассортированный по фракциям 5—10, 10—20 мм. Отношение объема фракций 10—20 мм-к объему фракций 5—10 мм в общем составе смеси рекомендуется назначать в пределах 1—1,5.

Содержание в смеси керамзитового гравия фракции 20—40 мм допускается не более 20% по объему.

2.12.    Коэффициенты вариации насыпной плотности Vp и прочности V_R для каждой партии керамзитового гравия должны быть, соответственно, не более 0,05 и 0,15.

2.13.    В качестве мелкого заполнителя для приготовления керамзитобетона на карбонатном песке применяется песок из известняков-ракушечников, полученный путем дробления и рассева отходов камнепиления и кусков известняка-ракушечника (бута).

2.14.    Пригодность известняка-ракушечника для получения песка определяется прочностью песка, полученного путем дробления исходной породы или отсеянного из отходов без дробления.

Для приготовления керамзитобетонной смеси рекомендуется применять карбонатный песок прочностью не ниже 0,1 МПа.

б

2.15. Зерновой состав песка после отсева зерен крупнее 5 мм

должен соответствовать требованиям, указанным в табл. 3.

Рекомендуется применять пески крупные или средние с модулем

крупности М_к =2,0—3,5 согласно ГОСТ 8736-435.

Содержание в песке зерен крупностью 5—10 мм должно быть

не более 5% по массе.    _    .

Таблица 3

Размер отверстий контрольных сит, мм 2.5 1,25 0,63 аз is 0Д4 Менее 0,14 Полный остаток на контрольных ситах, % по массе 0—35 15—55 36—*75 55—90 70-100 0—30

Наличие в песке зерен крупнее 10 мм не допускается.

2.16.    Содержание в песке глинистых частиц допускается не более 1%.

2.17.    Песок при обработке раствором едкого натра (колометри-ческая проба па органические примеси) не должен придавать раствору окраску темнее цвета эталона.

2.18.    Содержание в песке водорастворимых сернистых и сернокислых соединений в пересчете на S0₃ не дштутокается более 1% но массе.

2.19.    Для приготовления керамзитобетона на карбонатном песке

рекомендуется применять портландцемент и шлакопортландцемент марок 300, 400, 500, отвечающие требованиям ГОСТ    10178—76

2.20.    Вода для затворения керамзитобетонной смеси должна \довлетворять требованиям ГОСТ 23732-79.

3. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ УСАДКИ И ПОЛЗУЧЕСТИ КЕРАМЗИТОБЕТОНА НА КАРБОНАТНОМ ПЕСКЕ, А ТАКЖЕ ПОТЕРЬ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В АРМАТУРЕ

Принятые определения и обозначения.

Общие требования к эксперименту

3.1. Эксперимент по изучению ползучести и усадки керамзитобетона на карбонатном песке, а также потерь предварительного напряжения в арматуре рекомендуется выполнять на образцах естественного твердения или подвергнутых тепловой обработке. Изучение потерь предварительного напряжения от усадки и ползучести можно выполнять в условиях центрального или внецен-тренного сжатия при натяжении арматуры как на упоры, так и на бетон.

7

3.2.    Экспериментальное определение деформаций усадки и ползучести керамзитобетона на карбонатном песке рекомендуется проводить параллельно, т. е. на образцах-бдизнецах одинаковых составов, размеров, изготовленных одновременно и наблюдаемых в одни и те же сроки, с размещенными на них аналогичными приборами для измерения деформаций, установленными на одинаковых базах и с помощью одинаковых средств.

3.3.    Полной деформацией е(1, ?₀) образца, нагруженного лли тельной нагрузкой, называется сумма деформаций, проявляющихся от начала загружения /о к рассматриваемому моменту времени t, состоящая из:

упругой (упруго-мгновенной) деформации е*;

деформации ползучести е_с(*» *о), вызываемой нагрузкой;

деформации усадки    (t,    t_w),    связанной с высыханием образца;

е(/, *o)=eo+e_c(f,    П)

3.4.    Упругую деформацию во бетонного образца, нагружаемого длительной нагрузкой, принимают равной:

при ступенчатом нагружении — сумме упругих деформаций 2Асо, возникающих от начала до конца приложения отдельной ступени нагрузки или догрузки;

при непрерывном нагружении — упругой деформации, возникающей к концу нагружения.

3.5.    Деформацией усадки e_s (*, fw) называется деформация бетонного неиагруженного образца, хранящегося при определенной постоянной температуре и влажности воздуха. При необходимости, чтобы исключить влияние случайных колебаний температуры воздуха в помещении, где проводятся опыты, рекомендуется применять-соответствующие температурные эталоны в количестве не менее трех (см. п. 3.29).

3.6.    Деформация ползучести е_с (f, t_Q) образца, нагруженного длительной нагрузкой, представляет собой разность между полной деформацией образца и суммой его упругой деформации и средней арифметической величиной деформаций усадки, полученных на не-нагруженных образцах-близнецах *;

ficU* *o)-e(f, fo)—[воЧ"в,у(/, /fp)1<    (2)

При этом имеется в виду, что все образцы находятся в одинаковых условиях при определенной постоянной температуре и влажности окружающей среды.

3.7. Мерой ползучести (удельной ползучестью) C(t, *₀) называется деформация ползучести, вызванная единичными напряжениями. Она определяется путем деления деформации ползучести на напряжение в бетоне аъ > вызванное постоянной длительной нагрузкой.

С(/, to) =e_c(f, t_Q)lob-    (3)

¹ Все неупругие деформации 2Де^/. проявляющиеся при ступенчатом

нагружении образца в течение выдержек на отдельных ступенях нагружения. включаются в деформации ползучести.

3.8.    Характеристикой ползучести <p(f, f₀) называется частное от деления деформации ползучести на упругую деформацию

Ф(*. М-«с(Л W/eb«fi*(/o)C(/_t «,    (4)

где £* (/о) — начальный модуль упругости бетона в момент его нагружения.

3.9.    В ходе эксперимента по исследованию усадки рекомендует* ся установить зависимости:

деформаций усадки от времени наблюдений; влагопотерь керамзитобетоиа от времени наблюдений; деформаций усадки от влагопотерь образца во время его высыхания;

а также определить:

предельные величины влагопотерь керамзитобетоиа;

•предельную (равновесную) влажность керамзитобетоиа; предельные деформации усадки;

физические характеристики бетона, связанные с его высыханием и усадкой: коэффициент линейной усадки (см. п. 3.80) и начальную влажность (см. п. 3.77).

ЗЛО. При исследовании ползучести керамзитобетоиа на карбонатном песке необходимо:

установить зависимости текущих деформаций ползучести от уровня начальных напряжений, продолжительности действия нагрузки и возраста бетона к моменту загружения;

определить предельные величины деформаций ползучести; установить условную границу области линейной деформации ползучести;

выделить из деформаций ползучести и изучить быстра втекающие деформации ползучести во время загружения и деформации ползучести, медленно развивающиеся во времени с момента окончания загружения;

определить прочность, модуль упругости и коэффициент Пуассона исследуемого бетона.

3.11.    Кроме того, эксперимент может включать в себя изучение влияния на деформации усадки, ползучести и потерь предварительного напряжения технологических факторов (вида, качества, крупности и содержания в единице объема керамзитобетоиа мелкого и крупного заполнителя, сорта, марки и минералогического состава цемента, состава бетона, характера тепловой обработки бетона и условий его твердения, т. и.), а также некоторые другие специальные вопросы, например, исследование деформаций упруго-го последействия, релаксаций напряжений в бетоне и др.

3.12.    Методика эксперимента по изучению усадки и ползучести керамзитобетоиа на карбонатном песке, а также потерь предварительного напряжения в арматуре должна предусматривать:

измерение текущих значений температуры и относительной влажности воздуха в -помещении, где проводится опыт;

измерение текущих деформаций усадки незагруженных бетонных образцов, а также армированных образцов без предварительного напряжения;

измерение текущих значений влагопотерь незагруженных образцов;

определение полных текущих деформаций загруженных бетонных образцов, а также образцов, обжатых усилием предварительного напряжения;

9

1