Материал: Бетон повышенной термостойкости для огнестойких железобетонных изделий. Перцев В.Т., Загоруйко Т.В

Рис. 2.8. Сканирующий микроскоп «Jеol jsm-6380LV»

4) исследование макроструктуры бетона осуществлялось с помощью микроскопа Биолам ЛОМО Д1, совмещенного с цифровым фотоаппаратом Nikon D3000. Микроскоп Биолам ЛОМО Д11 использовался для исследования непрозрачных объектов в отраженном свете с осветителем ОИ-21 и позволил фотографировать наблюдаемые объекты, подсвечивая их осветителем ОИ-35. Для этого применялся цифровой фотоаппарат Nikon D3000 с зеркальной камерой с 10-мегапиксельной матрицей, большим трехдюймовым монитором разрешения 230000 точек, процессором EXPEED и с возможностью съемки в формате RAW. Оптические исследования при увеличении до 54 раз дают возможность установить изменения - наличие трещин, локальных разрушений, микроповреждения в виде трещин, каверн и т.д., происходящие в бетоне повышенной термостойкости после температурного воздействия от 700 0С до 1100 0С.

2.6. Методы испытаний физико-механических свойств бетона повышенной термостойкости

2.6.1. Определение средней плотности и прочностных характеристик бетона

Определялись средняя плотность бетона повышенной термостойкости по ГОСТ 12730.1-78 [108] на образцах – балочках размером 4×4×16 см, а также прочность при изгибе и сжатии по ГОСТ 30744-2001 [109].

Образцы-балочки бетона, хранились в нормальных условиях при температуре 20 ± 2 ° С и относительной влажности 100 %. Испытание на прочность проводилось через 28 суток нормального твердения.

Прочность бетона, МПа, вычислялась с точностью до 0,1 МПа при испы-

41

таниях на сжатие и до 0,01 МПа при испытаниях на растяжение для каждого образца по формулам

где Р – разрушающая нагрузка, Н; F – площадь поперечного сечения образца, м2; b, h, L – соответственно, ширина, высота поперечного сечения призмы и расстояние между опорами при испытании образцов на растяжение при изгибе, мм (м).

Обеспеченность значений полученных характеристик составляло вероятность 0,95.

2.6.2.Определение термостойкости бетона

Всоответствии с требованиями ГОСТ 20910-90 [13] испытания проводились на трех бетонных образцах-кубах с ребром длиной 7,07 см из бетонной смеси рабочего состава.

Сущность метода заключается в определении способности образцов бе-

тона выдерживать резкие смены температур для классов по предельно допустимой температуре применения бетонов И7– И11 от 700 – 1100 ° С до 20 оС.

Для бетонов средней плотности менее 1500 кг/м3 термическую стойкость

Топределяли в воздушных теплосменах в следующем порядке.

1.После высушивания образцы помещали в печь, предварительно разогретую до расчетной температуры, и выдерживали при этой температуре в течение 1 ч. Колебания температуры в печи от расчетной температуры допускались в пределах ± 10 0С. Нагрев производили при температуре 700, 900, 11000С.

2.Через 1 ч образцы вынимали из печи и охлаждали струей воздуха комнатной температуры из вентилятора в течение 20 мин. Затем нагревание повторяли.

3.Каждый нагрев и охлаждение на воздухе являлись одной теплосменой. После каждой теплосмены остывшие образцы осматривали, отмечали появление трещин, характер разрушения (выкрашивание или откол материала) и определяли потери в массе.

4.Число теплосмен, вызвавших разрушение образцов или потерю бетоном 20 % первоначальной массы, принимали за термическую стойкость бетона

ввоздушных теплосменах.

2.6.3.Определение теплопроводности бетона

Всоответствии с требованиями ГОСТ 7076-99 [110] испытания на теплопроводность проводились на установке ИТСМ-100.

42

Сущность метода заключается в создании стационарного теплового потока, проходящего через плоский образец определенной толщины и направленного перпендикулярно к лицевым (наибольшим) граням образца, измерении плотности этого теплового потока, температуры противоположных лицевых граней и толщины образца.

Образцы с помощью шлифования приводили в соответствие с требуемыми размерами, которые составляли 150×150×15 мм. Толщину образцапараллелепипеда измеряли штангенциркулем с погрешностью не более 0,1 мм в четырех углах на расстоянии (50,0 ± 5,0) мм от вершины угла и посередине каждой стороны. За толщину образца принимали среднеарифметическое значение результатов всех измерений. Затем образцы высушивали в сушильном шкафу до постоянной массы. Перед началом испытаний образцы взвешивали. Погрешность определения массы и размера образцов не превышала 0,5 %. Для высушенных образцов определяли изменение их влажности. Образец устанавливали между теплообменниками. В процессе испытания разность температур лицевых граней образца Tu составляла от 10 до 30 К. Устанавливали заданные значения температур рабочих поверхностей плит прибора и последовательно через каждые 300 с проводили измерения. После окончания измерений образцы взвешивали.

Определяли плотность образца в соответствии с нормативно-технической документацией на материал или изделие конкретного вида.

Теплопроводность в Вт/(м × К) вычисляли по формуле

qср k

где δ - толщина образца (высота рамки), м; ∆t - перепад температур на поверхностях образца, ° С; qср – средняя плотность теплового потока, проходящего через образец, Вт/м2; n – число контактов; Rk – термическое сопротивление контакта между образцом и теплообменником или слоями образца, м2× К/Вт, Rк=0,005 м2× К/Вт (для теплоизоляционных материалов и изделий не учитывают).

2.6.4. Определение реологических свойств бетонной смеси

Определяли реологические характеристики бетонной смеси на вискозиметре ротационного типа РВ-4, а именно предельное напряжение сдвига и величина «эффективной» вязкости. Схема ротационного вискозиметра РВ-4 представлена на рис. 2.9.

Готовили цементное тесто, которым заполняли наружный цилиндр прибора. Затем цилиндр укрепляли на оси вращения прибора, в него вставляли внутренний сплошной рифленый цилиндр. Часть цементного теста, вытесненная внутренним цилиндром, удаляли. Поверхность теста выравнивалась для то-

43

го, чтобы глубина погружения внутреннего цилиндра была одинаковая прим всех опытах.

Рис. 2.9. Схема ротационного вискозиметра РВ-4:

1 – наружный цилиндр (радиусом 2 см);

2 – внутренний цилиндр (радиусом 1 см), глубина погружения внутреннего цилиндра – 9,7 см;

3 – барабан (с радиусом 2,2 см);

4 – тормозное приспособление;

5 – ролик; 6 - зазор между внешним и внутренним цилиндрами

Измерения начинали с постепенного нагружения системы. Внешний цилиндр приводили во вращение посредством грузов (для удобства расчётов использовали грузы одинаковой величины), прикреплённых к концам нити, перекинутой через блоки и намотанной на барабан 5, ось которого совпадает с осью вращения системы. Внутренний цилиндр 2 имеет рифлёную поверхность, что исключает возможность скольжения цементного теста по его поверхности и обусловливает лучшее сцепление. Остановку прибора и его пуск осуществляли с помощью тормозного приспособления 4.

Принцип работы РВ-4 основан на измерении скорости вращения наружного цилиндра при неподвижном внутреннем под действием груза (P) определенной величины.

Предельное напряжение сдвига τо (Па) рассчитывали по формуле

где F – сила, приложенная к исследуемой среде, Н; S - площадь поверхности исследуемой среды, к которой приложена сила F; является постоянной величиной, зависящей от размеров внутреннего и внешнего цилиндров (S = 0,008996м2).

«Эффективную» вязкость µ (Па·с) рассчитывали по формуле

где dv/dn ≈ vm/n - градиент скорости сдвига; vm- линейная скорость вращения наружного цилиндра, м/с; n – расстояние, на котором происходит разрушение цементного теста при вращении наружного цилиндра, м, (n = 0,005 м).

Линейную скорость вращения рассчитывали по формуле

где v – частота вращения, с-1.

44

2.6.5. Методика исследования адгезионной прочности слоя бетона повышенной термостойкости и несущего слоя

в вариатропных изделиях

Исследования адгезионной прочности слоев бетона повышенной термостойкости и бетона несущей конструкции на отрыв выполнялись с помощью электромеханического пресса МР-05-1 с использованием оборудования, соответствующего методике испытаний по ГОСТ 26816-86 [111], позволившего обеспечить равномерное распределение разрывного усилия в контактной зоне двухслойных образцов.

Изготовленные двухслойные образцы со слоем бетона повышенной термостойкости и конструктивным слоем из высокопрочного бетона размером 10 × 10 × 10 см были распилены на балочки размером 5 × 5 × 10 см. Сцепление бетонных слоев изучалось методом отрыва накладок от двухслойных образцов - балочек размером 5 × 5 × 10 см. Металлические накладки приклеивались к образцам смесью клея на основе полиэфирной смолы с молотым пескомнаполнителем. Состав клея на полиэфирной смоле М 105 ТВ: смола полиэфирная М 105 ТВ - 100 вес. частей; бутанокс - отвердитель - 5 вес. частей; молотый песок - наполнитель – 40 вес. частей. Для приготовления клея полиэфирная смола перемешивалась в течение 3 мин с отвердителем, а затем добавлялся наполнитель и снова все перемешивалось до получения однородной массы. Клей использовался в течение 30 мин с момента окончания приготовления.

Испытание образцов методом отрыва проводили в следующей последовательности: в месте приклейки накладок снимали поверхностный слой бетона глубину от 0,5 до 1 мм и поверхность очищали от пыли; накладки приклеивали к бетону так, чтобы слой клея на поверхности бетона не выходил за пределы накладки; образец с приклеенными накладками вставляли в электромеханический пресс МР-05-1 (рис. 2.10) для испытания на отрыв.

Рис. 2.10. Электромеханический пресс МР-05-1

45