Требования к бетонам гидротехнических сооружений

Особенности бетона и бетонных работ в гидротехническом строительстве

К гидротехническим сооружениям относят сооружения, находящиеся в воде или постоянно, или временно (периодически). Эти сооружения возводятся в самых различных условиях и помимо силовых воздействий подвер­гаются воздействиям воды, мороза, агрессивных сред, кавитации, увлаж­нению-высушиванию и т.д. Вследствие этого бетоны для гидротехнических сооружений должны обладать свойствами, отличающими их от обычных бето­нов, рассчитываемых в основном на силовые воздействия.

Так, эти бетоны должны обладать такими дополнительными свойства­ми, как водонепроницаемость, морозостойкость, кавитационная стойкость и трещиностойкость. Выполнение этих требований обеспечивается соответ­ствующим подбором состава бетона, специальной технологией его пригото­вления и технологией производства бетонных работ.

Гидротехническое строительство в нашей стране характеризуется ук­ладкой огромных объемов бетона. Особенно большие объемы бетонных ра­бот имеют место на гидроузлах с бетонными плотинами. Так, например, объем бетона на строительстве Братской ГЭС с бетонной гравитационной плотиной составил 4,9 млн. м³, а на строительстве Саяно-Шушенской ГЭС с арочно-гравитационной плотиной – более 9,0 млн. м³. Таким образом, одной из основных особенностей бетонных работ в гидротехническом стро­ительстве является большой объем этих работ вследствие массивности гидротехнических сооружений и их больших размеров.

Отсюда вытекает и вторая особенность бетонных работ в гидротехническом строительстве – необходимость предусматривать в комплексе бетонных работ технологические мероприятия по обеспечению трещиностойкости и монолитности массивных бетонных сооружений. Известно, что твердение бетона идет с выделением тепла гидратации цемента, т.е. бетон в период твердения разогревается. При массивных конструкциях бетон разогревается до 40 и даже 50-60°С. Затем этот бетон подверга­ется внешнему воздействию температур наружного воздуха и начинает ос­тывать до эксплуатационной температуры, причем остывание протекает неравномерно, вызывая температурные перепады и, как следствие, температурные напряжения. Технология производства бетонных работ должна обеспечить такой температурный режим в блоках бетонирования и в целом в сооружении, который не вызвал бы недопустимых температурных перепа­дов и трещинообразования в блоках и обеспечил монолитность этих кон­струкций. Поэтому в комплексе бетонных работ имеются технологические мероприятия по регулированию температуры бетонной смеси на бетонном заводе и бетона в блоках бетонирования.

Третьей особенностью производства бетонных работ в гидротехни­ческом строительстве является необходимость обеспечения однородности бетона с требуемыми его качествами, опять же с целью повышения трещиностойкости и монолитности. Поэтому комплекс бетонных работ должен включать технологические операции по обеспечению такой однородности. Это точное фракционирование заполнителей и точное дозирование состав­ляющих и др.

Существенной особенностью, вытекающей также из больших объемов работ, является необходимость комплексной механизации всех технологи­ческих операций и всей технологий бетонных работ, так как только комплексная механизация всех процессов с механизмами большой производительности может обеспечить укладку таких больших объемов работ с большой интенсивностью. Например, годовая укладка бетона на строительстве Саяно-Шушенской ГЭС составила 1200 тыс. м³/год, а месячная – 154 тыс. м³/мес.

Таким образом, как по требованиям к свойствам бетона, так и к технологии его приготовления и укладки, бетон для гидротехнических сооружений имеет значительные отличия от обычных бетонов.

Особое место в гидротехническом строительстве занимают сооружения из укатанных бетонов, позволяющих значительно повысить интенсивность работ при одновременном упрощении технологии и мер борьбы трещинообразованием.

В общем, технология бетонных работ включает в себя целый комплекс различных технологических операций и мероприятий, а именно: приготовление и хранение заполнителей, приготовление и транспортирование бетонной смеси, укладку и уплотнение бетонной смеси в блоках, уход за уложенным бетоном. Сюда же входят арматурные и опалубочные работы, подготовка блоков бетонирования и др. Каждая операция из этого ком­плекса имеет свое определенное влияние на качество бетона и его свой­ства, поэтому в целом качество и свойства бетона обеспечиваются со­блюдением определенных требований именно во всей цепочке технологии бетона, а не только в какой-то одной.

Требования, предъявляемые к бетону гидротехнических сооружений

Требования к бетонам гидротехнических сооружений устанавливают­ся на основе анализа условий службы сооружений в соответствии с указаниями нормативных документов.

Основным при установлении требований к бетону является правильное определение комплекса внешних факторов, воздействующих на бетон гидротехнических сооружений в пери­од строительства и последующей эксплуатации. В зависимости от харак­тера воздействующих факторов и их интенсивности устанавливают соответ­ствующие требования к бетону и назначают марки бетона.

Бетон подразделяют по следующим признакам:

а) в зависимости от расположения в конструкциях по отношению к уровню воды на подводный бетон, бетон зоны переменного уровня воды и бетон
надводный;

б) по массивности конструкций на бетон массивный и немассивный;

в) по действию напора воды на бетон напорных и бетон безнапорных конструкций;

г) по расположению в массивных конструкциях на бетон наружной и бетон внутренней зоны.

Основными техническими требованиями к бетону гидротехнических сооружений являются: механическая прочность и предельная растяжимость (предельная относительная деформация), водонепроницаемость, морозостойкость, допустимая степень водопоглощения и линейных изменений при увлажнении и высыхании, стойкость против агрессивного воздействия воды данного состава, отсутствие вредного взаимодействия щелочей цемен­та с заполнителями, допустимая степень разогрева, специальные, уста­навливаемые в проекте (например, стойкость против кавитационного раз­рушения при больших скоростях воды, стойкость против истираемости потоком воды с донными и взвешенными наносами).

Прочность бетона характеризует сопротивляемость бетона сжимающим и растягивающим напряжениям, а также его деформативность. В зависимости от гарантированной прочности бетона при сжатии, измеряемой в мегапаскалях (МПа), ГОСТ устанавливает следующие классы: В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В25; В30; В35. Эти классы по прочности на сжатие отвечают гарантированной прочности бетона в МПа с обеспеченностью . Для массивных сооружений допускается . Классы бетона по прочности для речных гидротехнических сооружений, как правило, устанавливаются в возрасте 180 дней. В случае сокращенных сроков строительства и быстрого ввода сооружений в эксплуатацию допускается устанавливать их в возрасте 28 и 90 дней. Для бетона морских сооружений классы по прочности устанавливаются в возрасте 28 дней.

Классы по прочности на осевое растяжение устанавливаются в тех случаях, когда они имеют главенствующие значения и контролируются на производстве. Предусматриваются следующие классы: Вz0,8; Вz1,2; Вz1,6; Вz2; Вz2,4; Вz2,8; Вz3,2.

Кроме классов бетона по прочности ГОСТ допускает в особых случаях применять показатели прочности по маркам М, характеризующим сопротивляемость бетона сжимающим и растягивающим напряжениям в кг/см² (в соответствии с ранее существовавшей классификацией). По прочности на сжатие ранее предусматривались следующие марки: М 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700, 800; по прочности на растяжение: Рz 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45.

При этом между классами бетона по прочности В и марками М имеются примерно следующие соответствия: М100 соответствует В7,5; М150 соответствует В10, В12; М200 соответствует В15; М250 соответствует В20; М350 соответствует В25.

Предельная растяжимость бетона (предельная относительная деформация), характеризующая сопротивляемость бетона деформациям (например, температурным), должна быть не менее: 5·10^-5 – для бетонов внутренних зон, 7·10^-5 – для бетонов наружных зон.

Методы определения различных характеристик бетона по образцам в лабораторных условиях регламентируется соответствующими нормативными документами.

Водонепроницаемость бетона характеризует сопротивление бетона воздействию напоров воды. ГОСТом устанавливаются следующие марки по водонепроницаемости: W 2, 4, 6, 8, 10, 12, 16. Марки устанавливаются в зависимости от напорного градиента J, определяемого как отношение максимального напора в метра к толщине конструкции в метрах, и от температуры воды tв:

W=φ(J, tв, агрессивности среды) (13.1) (табл.11).

Таблица 11. Марки по водонепорницаемости

Примечание: Для конструкций с градиентом напора свыше 30 следует назначить марку бетона по водонепроницаемости W 16 и выше.

Для речных гидротехнических сооружений марки бетона по водонепроницаемости устанавливают в возрасте 180 дней, для морских – в возрасте 28 дней. Для бетона внутренних зон может приниматься марка по водонепроницаемости W-2 (при соответствующем обосновании). Для конструкций морских гидротехнических сооружений марки бетона по водонепроницаемости устанавливают в зависимости от зоны расположения и типа конструкций, но не ниже W4.

Морозостойкость бетона – это сопротивляемость бетона воздействию попеременного замораживания и оттаивания. ГОСТ устанавливает следующие марки по морозостойкости: F 50, 75, 150, 200, 300, 400, 500. Марка по морозостойкости для речных гидротехнических сооружений устанавливается в зависимости от климатических условий района и числа расчетных циклов попеременного замораживания и оттаивания или перехода через нуль температуры воздуха в течение года, т.е.

F=φ (климатических условий, числа циклов замораживания и оттаивания) (13.2) (табл.12).

Таблица 12. Марки по морозостойкости

Примечание: 1. Климатическме условия, характеризующиеся среднемесячной температурой наиболее холодного месяца: умеренные – выше минус 10ºС, суровые – от минус 10 до минус 20º, особо суровые – ниже минус 20 ºС.

2. Среднемесячная температура определяется по СНиП 2.01.01-82, а также по данным гидрометеорологической службы.

3. При числе циклов более 200 следует применять специальные виды бетонов или конструктивныю теплозащиту.

Срок твердения бетона по марке морозостойкости принимается равным 28 суткам, а для массивных сооружений в теплой опалубке – 60 суткам.

Стойкость бетона к агрессивной среде характеризует его сопротивляемость разрушению от действия подземных или иных вод, содержащих различные агрессивные включения. Агрессивность воды устанавливается в соответствии со специальными инструкциями. В зависимости от рода агрессивности выбирают соответствующий вид цемента, стойкий против этого воздействия, а также проводят другие мероприятия для повышения сопротивляемости воздействию агрессивной среды (повышают водонепроницаемость, плотность и др.) или в случае необходимости применяют гидроизоляцию конструкции.

Существенным требованием к бетону гидротехнических сооружений в массивных конструкциях является требование пониженного тепловыделе­ния при твердении бетона для снижения перепадов температур и вслед­ствие этого облегчения борьбы с трещинообразованием. Это требование обеспечивают применением соответствующего вида цемента с пониженной теплотой гидратации, тщательным подбором состава бетона с минимально необходимым расходом цемента при применении различных добавок, сни­жающих расход цемента. По этому показателю особенно ценным и являются укатанные бетоны с расходом цемента – 60-120кг/м³.

13.3. Зональное расположение марок бетона

Одним из наиболее важных мероприятий по снижению общего расхода цемента при строительстве массивных сооружений является зональное расположение различных марок бетона по поперечному профилю сооруже­ния.

В зависимости от требований, предъявляемых к отдельным частям сооружений, в частности к телу плотины, различают следующие зоны (рис. 13.1): I – наружные части сооружения выше уровней воды, находящиеся под воздействием всех атмосферных факторов; 2 – наружные части сооружения в пределах переменных уровней воды; 3 – наружные части и подошва сооружений, находящиеся постоянно ниже уровня воды; 4 – внут­ренняя часть сооружения; 5 – части сооружений, подверженные особым воздействиям.

Размеры отдельных зон (толщину и высоту) назначают в зависимос­ти от величины действующего напора, конструктивных размеров элемен­тов плотины, схемы разрезки плотины на блоки бетонирования, размеров последних и климатических условий района строительства. Как правило, границы зон совмещают с границами блоков бетонирования по технологи­ческим соображениям, однако в принципе вполне возможна укладка 2 марок бетона в один блок.

Рис. 13.I. Схема зонального расположения марок бетона:

а – глухая плотина, б – водосливная плотина, в – здание ГЭС, г – шлюз

Зона 1 – определяющее требование по прочности или морозостойкости (для суровых климатических условий); Зона 2 – определяющая требование по морозостойкости; Зона 3 – определяющая требование по водонепроницаемости; Зона 4 – определяющая требование по прочности и минимальному тепловыделению; Зона 5 – специальные требования

Требования к бетону каждой зоны можно подразде­лить на определяющие (основные) и дополнительные.

К определяющим относятся требования, которые в конечном итоге играют решающую роль при назначении марки бетона и его состава. Для каждой зоны, как правило, возможно выделить эти определяющие требования. Так, для зоны I определяющим требованием, как правило, является или требование по прочности, или по морозостойкости (для суровых климатических условий), для зоны 2 – требование по морозостойкости, для зоны 3 – требование по водонепроницаемости, для зоны 4 – требование по прочности и минимальному тепловыделению, для зоны 5 – специальные требования.

К дополнительным требованиям относятся такие, которые не оказы­вают существенного влияния на состав бетона, но которые также должны быть учтены при назначении марки бетона и проектировании. Так, бетон зоны 2, безусловно, должен обладать определенной водонепроницаемостью, прочностью и другими свойствами.

Поскольку в каждой зоне сооружения бетон работает в различных условиях и к нему предъявляются различные требования, то, как прави­ло, для каждой зоны устанавливаются свои классы и марки бетона. Каж­дое требование к бетону выражается через свои характеристики, поэто­му в принципе каждая марка бетона должна включать все эти характерис­тики. Однако, как показывают исследования и опыт проектирования, боль­шинство требований взаимосвязаны между собой, и удовлетворение многих требований можно выразить через ограниченное количество характе­ристик. Поэтому, как правило, марка бетона содержит три основные характеристики: классы по прочности и марки по водонепроницаемости и по морозостойкости и записывается в виде: В15, W6, F150. Все про­чие требования к бетону различных зон, не вошедшие в явном виде в ха­рактеристики марки бетона, должны быть проверены и удовлетворены при подборе состава бетона и при необходимости выражены через те же основ­ные характеристики путем их корректировки. Например, требование кавитационной стойкости может сочетаться с требованиями повышения класса или марки по прочности и марки по морозостойкости. Увязка марок бето­на по различным признакам производится лабораторными испытаниями. На рис. 13.1.а. дано зональное распределение бетона в плотине Зейской ГЭС.

Рис. 13.1.а. Зональное распределение бетона в плотина Зейской ГЭС

Зональное распределение марок бетона в сооружениях из укатанного бетона имеют свои особенности, которые будут рассмотрены в специальной главе №24.

ГЛАВА 14. Теоретические основы определения требований к технологии бетонных работ

14.1. Температурный режим блоков бетонирования

Процесс твердения бетонной смеси происходит с выделением тепла. Вначале под влиянием тепла экзотермии бетонный блок после укладки смеси разогревается, а затем под воздействием внешних условий (воздух, вода) бетон будет остывать. При этом можно выделить четыре характерных периода (рис.14.I): 1) период экзотермического разогрева; 2) период снижения температуры в блоке до средней эксплуатационной; 3) переходный период; 4) эксплуатационный.

Рис. 14.1. Изменение температурного режима бетона в блоках бетонирования (в блоках внутренней части массив­ных сооружений)

I – температура в центре блока (точка I); 2 – температура у наружной грани (точка 2); 3 – сред­няя температура бетона в блоке; 4 – средняя тем­пература бетона в блоке в период эксплуатации сооружения; 5-8 – продолжительности первого-четвертого периодов

В первый период наблюдается значительный подъем температуры в блоке за счет тепла, выделяемого при гидратации цемента. Максимальная интенсивность тепловыделения наблюдается в первые сутки, и основное выделение тепла происходит в первую неделю (7 дней), а к месячному возрасту выделение тепла настолько ничтожно, что может практически не учитываться. Интенсивность тепловыделения и общее количество тепла зависят от марки и типа цемента (рис. 14.2).

Рис.14.2. Тепловыделение цементов и бетона: а – интенсивность тепловыделения различных марок, б – интегральные кривые тепловыделения в бетоне при температурах бетонной смеси 7 и 14°С для шлакопортландцемента марки 250

Во второй период под воздействием температуры окружающего воздуха (среды) происходит остывание блока до эксплуатационных температур. Установлено, что внутри сооружений с течением времени устанавливается температура, близкая к среднемноголетней температуре воздуха. Эта температура является той температурой, при которой необходимо омоноличивать все строительные швы, чтобы в будущем не наблюдалось их раскрытие. Продолжительность этого периода зависит от массивности сооружения и колеблется от нескольких месяцев до года и более.

В третий период температура в блоках колеблется в зависимости от условий теплообмена с наружным воздухом и готовности сооружения в целом. В блоках, расположенных внутри массива сооружения и не подвергающихся уже открытому воздействию воздуха, колебания температуры в этот период небольшие и, как правило, не опускаются ниже среднегодовой. В отдельных же точках и даже блоках, расположенных на наружной грани, возможны в этот период значительные колебания от существенного разогрева в летний период до глубокого промерзания зимой. Если строительные швы уже омоноличены, то такое промерзание блоков в зимний период уже вредно, и для его исключения необходимо предусматривать соответствующую теплозащиту. Продолжительность этого периода обычно несколько лет до момента полного окончания сооружения и установления в нем эксплуатационного температурного режима.

Четвертый период – эксплуатационный, изменение температуры бетона в этот период происходит закономерно с колебаниями по сезонам года вокруг средней эксплуатационной с большей или меньшей амплитудой колебаний в зависимости от условий теплообмена. Внутри массивных сооружений колебания температур практически равны нулю, и только в зоне 3-5 м от наружной грани сказываются сезонные колебания наружного воздуха.

Определение температурного режима блоков на различных этапах с учетом всех факторов производится на основе выполнения специальных теплотехнических расчетов. Не останавливаясь здесь на методах расчетов и отсылая заинтересованных к специальной литературе, укажем здесь, что существуют специальные программы для расчета температурного режима на ЭВМ

14.2. Термонапряженное состояние блоков. Причины трещинообразования

Как и в любом физическом теле, изменение температуры бетона ведет к изменению его объема, и если свободному изменению объема и размеров что-то препятствует, то в этих блоках появляются сжимающие или растягивающие температурные напряжения. Главным требованием к техно­логии бетонных работ в этом плане является обеспечение таких условий бетонирования, которые не привели бы к появлению трещин.

Из теории прочности бетона и железобетона известны два вида тем­пературных напряжений – "собственные" и "вынужденные". Для тех и дру­гих напряжений имеются формулы для их определения. В функциональном виде эти формулы выглядят следующим образом:

, (14.1)

где: – приращение напряжений на i-м интервале возраста бетона в блоке; – приращение температурного перепада на этом интервале; – модуль упругости; – коэффициент защемления; – коэффициент релаксации; – коэффициент Пуассона; – коэффициент линейного расширения; – условная прочность бетона на растяжение; – коэффициент запаса на трещинообразование.

Для инженеров-технологов, занимающихся вопросами технологии бе­тонных работ, интерес представляют не столько сами напряжения, сколь­ко те перепады температур, которые вызывают опасные напряжения и при­водят к трещинообразованию. Поэтому, переходя к допустимым напряжени­ям и через них к допустимым перепадам температур [ ] и заменяя на , т.е. , получаем общую формулу для допустимых перепадов температур:

[ ] = , (14.2)

где: – предельная растяжимость.

Как показал опыт гидростроительства, непосредственные причины образования трещин зависят от условий "защемления" и от места положе­ния блока в теле плотины (рис. 14.3, а):

1) для блоков "защемленных" и расположенных в основании плотины основной причиной трещинообразования является перепад между осредненной температурой в блоке в период экзотермии и осредненной температурой в период эксплуатации (рис. 14.3.б)

; (14.3)

2) для блоков в свободной зоне – перепад между температурой в центре блока и температурой бетона на гранях блока в данный период (рис. 14.3.в)

; (14.4)

Рис. 14.3. Расположение блоков и опасные температурные перепады в них:

а – зоны расположения блоков: I зона – прискальная , II зона – переходная , III зона – свободная , б, в – графики изменения температур в блоке и опасные перепады температур для блоков "защемленных" и для "свободных", – изменение средних температур в блоках I зоны; – изменение температур на наружной части блоков III зоны; – изменение температур в центре блоков III зоны

Кроме того, образование трещин на наружных гранях всех блоков в раннем возрасте возможно от высокой интенсивности (скорости) остывания бетона на гранях:

, (14.5)

где: – перепад температуры; – продолжительность остывания по времени.

14.3. Определение допустимых температурных перепадов

В соответствии с 14.2 при решении задачи предотвращения трещинообразования в блоке прежде всего следует определить допустимые перепады температур для конкретных условий и технологию, которая бы обеспечила выполнение этого условия.

Обычно задачу решают таким образом. Для заданных конкретных ус­ловий бетонирования блока (состав бетона, температура бетонной смеси, условия тепловыделения и теплоотдачи из блока и т.д.) рассчитывают изменение температурного поля в блоке во времени. Далее по детальным формулам семейства (14.1) определяют температурные напряжения. При этом продолжительность времени, за которое определяют температурные напряжения, делят на ряд интервалов и для каждого интервала опреде­ляют приращения напряжений с учетом конкретного измерения температуры бетона, модуля упругости во времени и всех других характерис­тик бетона и коэффициентов, входящих в формулы.

Для блоков, расположенных на "жестком основании", приращение вынужденных напряжений составит:

а) при полном "защемлении": ;

б) при "неполном защемлении": .

Задаваясь различными мероприятиями по регулированию температур­ного режима в блоке и, как следствие, изменяя температурное поле и при­ращение, определяют суммарные напряжения при различных наборах меро­приятий и выбирают тот вариант, при котором суммарные напряжения не превосходят допустимых:

.

Указанные подробные расчеты термонапряженного состояния блоков достаточно трудоемки и их выполняют обычно с помощью программ на ЭВМ. То же касается расчетов температурных полей в блоках бетонирования. Однако практика проектирования выработала и более простые, приближенные методы решения практических задач, возникающих при определении требований к температурному режиму блоков и назначении различных ме­роприятий по их обеспечению, которые дают приемлемые для предварительных прогнозов результаты. Один из этих методов изложен ниже.

Основным допущением в этом методе является принятие осредненных значений величин , , , для всего интервала времени. Тогда

.

Приняв , получим: .

В предельном случае: ,

откуда допустимый температурный перепад средних температур в блоке

, (14.6)

а допустимый перепад максимальных температур в блоке

, (14.7)

где – переходный коэффициент от средней температуры в блоке в период экзотермии к максимальной. Этот коэффициент зависит от условий теплообмена блока с окружающей средой и определяется по результатам расчета температурного поля в блоке или для предварительных расчетов – по аналогам.

14.4. Факторы, влияющие на величину допустимого перепада температур

Для того чтобы выявить эти факторы, рассмотрим последовательно все члены, входящие в формулы (14.2) – (14.6).

Предельная растяжимость бетона определяется лабораторными исследованиями при подборе состава бетона. При быстром приложении внешней силы предельная растяжимость бетона меняется в пределах от до в зависимости от состава и марки бе­тона.

Нормативными документами рекомендованы следующие средние значения предельной растяжимости бетона:

Марка бетона

Предельная растяжимость

В то же время опытами установлено, что предельная растяжимость несколько увеличивается, если нагрузка возрастает медленно, как это обычно имеет место при температурных воздействиях. Как и прочность бетона и модуль упругости бетона, предельная растяжимость изменяется с возрастом бетона. Рост предельной растяжимости , происходит несколько медленнее, чем рост модуля упругости , и быстрее, чем рост прочности (рис. 14.4).

Рис. 14.4. Зависимость механических характеристик бетона от возраста

I – изменение модуля упругости;

2 – изменение предельной растяжимости; 3 – изменение прочности бетона

Опытами установлена также зависимость предельной растяжимости бетона от градиента напряжений в нем. Это особенно важно учитывать при расчете термонапряженного состояния блоков, так как температурные напряжения часто характеризуются высокими градиентами. При наличии значительного градиента температурных напряжений предельная растяжимость бетона при расчете его трещиностойкости может быть принята в 1,5 – 2 раза больше, чем соответствующая величина, определенная при одноос­ном растяжении.

Из других факторов, влияющих на фактическую предельную растяжимость в блоке, существенное влияние оказывают состав бетона и его однородность. Чем выше однородность бетонной смеси, тем при прочих равных условиях выше предельная растяжимость. Однородность бетонной смеси можно повысить целым рядом технологических мероприятий: применением большего количества фракций как крупного, так и мелкого заполнителя, обеспечением тщательного перемешивания бетонной смеси, обеспечением условий нерасслаиваемости бетонной смеси при транспортировании и укладке и др.

Таким образом, εпр = φ(M, , состава, однородности, возраста бетонной смеси), (14.8)

Коэффициент линейного расширения изменяется в зависимости от состава бетона и колеблется в пределах . При вы­держивании высокой однородности состава бетона и положительной темпе­ратуры коэффициент линейного расширения относительно стабилен. Одна­ко он существенно возрастает после замерзания бетона. Так, при температуре (– 5… – 20)°С значение коэффициента линейного расширения увеличивается на 40 – 50%, а при дальнейшем понижении температуры снижается. При этом он все же на 20% выше, чем для талого бетона. В целом =φ (состава бетонной смеси, однородности, и температуры бетона). (14.9)

Коэффициент релаксации Кр является следствием ползучести бетона. Под коэффициентом релаксации Кр понимают степень изменения на­пряжения за время , считая от момента приложения нагруз­ки при условии, что относительная деформация за это время остается постоянной. Это явление характеризуется кривой релаксации напряжений изображенной на рис. 14.5, причем изменение различно для бетона разных возрастов. Таким образом, функционально коэффициент релаксации

, (14.10)

где: – возраст бетона в момент начала охлаждения бетонной кладки; – возраст бетона к моменту остывания бетонной кладки до средней эксплуатационной температуры (до температуры омоноличивания); – продолжительность остывания блока.

Рис.14.5. График для определения значений коэффициентов релак­сации (затухания) температурных напряжений – возраст бетона к началу интенсивного охлажде­ния бетонной кладки; – возраст бетона к момен­ту охлаждения бетонной кладки до температуры омоноличивания строительных швов; – продолжитель­ность охлаждения.

Коэффициент защемления Кз характеризует степень ограничения свободы деформаций из-за укладки его на жесткое основание (скалу, старый бетон). Как показывают исследования, этот коэффициент зависит от относительной длины блока , т.е. от размеров блока бетонирования и от отношения модулей деформации бетона и основания (рис. 14.6)

Кз=φ , (14.11)

Рис. 14.6. График для определения коэффициента защемления в нижней точке А

прискального блока при равномерном остывании – нагреве:

Из рис. 14.6 следует, что коэффициент защемления тем выше, чем выше относительная длина блоков и чем выше модуль упругости основания Eосн по отношению к модулю упругости бетона Eбет.

Модуль упругости бетона Ебет, как было сказано ранее, зависит от возраста бетона. В возрасте 7-10 сут. модуль упруго­сти составляет 0,6 - 0,7 от годичного а в возрасте 3-4 сут. он еще меньше. В зрелом возрасте модуль упругости гидротехнического бетона составляет 200 000 – 400 000 кг/см². Средние значения его зависят от марки бетона:

Марка бетона MI00 М200 М250 М300 М400

Модуль упругости 1,7·105 2,4·105 2.65·I05 2,9·105 3,3·I05

При замерзании бетон становится более жестким вследствие превращения части воды, заполняющей поры, в лед, и ожесточения структурных связей внутри цементного камня. При этом его модуль упругости возрас­тает по сравнению с его значениями для талого бетона примерно в полтора раза. Таким образом,

Eбет = φ (М, возраст бетона, Tбет). (14.12)

Модуль упругости Eосн существенно зависит от категории основания (скальное, нескальное, бетонное). Для естественных оснований модуль упругости к моменту строительства уже сформировался и не зависит о времени. Это обстоятельство определяет изменение соотношения характеристик бетона и скального основания в первые моменты после укладки бетона. Если вначале скальн