24 Окт 12 НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ПРОЦЕССЫ КОРРОЗИИ

В работе [10.12] обобщены данные, свидетельствующие о влиянии напряженного состояния бетона на его коррозионную стойкость.

При сжатии на уровне 0,4х0,6Лпп стойкость бетонов в растворах сульфатов оказалась значительно более пысокой, чем и отсу ісіниі. напря­жений, и выше, чем при напряжении 0,8Я„р. При всех уровнях напряже­ния растяжения стойкость бетона понижалась независимо от минерально­го состава цемента.

Очевидная связь стойкости бетона с напряжениями может быть объяс­нена влиянием последних на структурные характеристики бетона, сте­пень его дефектности и проницаемость.

Призмы из бетона с В/Ц = 0,4 и 0,5, будучи растянутыми до 0,6R^ Поглощали в 2 раза больше сульфатов, чем сжатые до 0,6/?Пр, а с В/Ц = = 0,6 и 0,7 в 3...4 раза больше. Соответственно разнилась глубина про­никания.

Так сквозная пористость бетонных образцов с В/Ц, равным 0,4 и 0,6, определенная при их насыщении 5%-ми растворами хлорида натрия и сульфата натрия, была в пределах 0,396—0,399 и 0,56...0,564% соответ­ственно. При сжатии образцов до 0,6/?I[p сквозная пористость уменьша­лась соответственно до 0,330...0,337 и 0,5...0,506. Дальнейшее увеличение степени сжатия до й,8А'Пр привело к увеличению соответствующих значе­ний до 0,335...0,358 и 0,54...0,574%. Подобно этому изменялись эффек­тивные коэффициенты диффузии растворов: уменьшались при сжатии на уровне 0,4...0,6/?Пр и увеличивались при более высоких напряжениях.

. Отмечено увеличение поперечного расширения при сжатии насыщен­ных жидкостями призм по сравнению с призмами в воздушно-сухом состоянии. Коэффициент поперечной деформации увеличивается с 0,2 до 0,3...0,64, что свидетельствует об облегчении роста микротрещин вследствие расклинивающего действия растворов в их вершинах.

В ЦНИИС Минтрансстроя В. Г. Голубовым были получены зависимос­ти фильтрационной проницаемости бетона от степени напряженного состояния при сжатии. Сжимающие напряжения Rf,J'", соответствующие начальной стабилизации приращения обьема сжимаемого образца, сни­жают проницаемость. Рекомендованы предельные уровни сжимающих напряжений, не вызывающие увеличения проницаемости бетона:

/?11р, МПа 10 20 30 40 50 60

Отмечено [10.16] 25...50%-е снижение прочности образцов, нагру­женных до 0,6Ар по сравнению с ненагруженными в растворах сульфа­тов, едкого натра и морской воде.

Наибольшую морозостойкость показали сжатые призмы с уровнем напряжения менее нижней параметрической точки микротрещинообра - зования R° [10.7]. В опытах [10.23] установлено повышение морозо­стойкости образцов, подвергавшихся переменным сжимающим напряже­ниям в пределах 0,35...0,46/?Пр (0,7R? t) но сравнению с ненагруженными образцами.

Поданным [10.29] о результатах натурных испытаний железобетон­ных балок в приливно-отливной зоне океана разрушение нагруженных образцов при замораживании шло заметно интенсивнее, чем ненагру - женных.

В работе [10.8] было показано, что влияние сжимающих нагрузок при замораживании бетона является функцией его прочности и связано с гра­ницами трещинообразования.

Большие исследования были выполнены A. M. Подвальным [10.13]. Нагруженные до 0,2Лр образцы при циклическом замораживании и оттаивании снижали динамический модуль упругости быстрее, чем не- нагруженные. Сравнительно быстрее это проявлялось при нагружении до 0,35Яр и катастрофически быстро при 0,5Лр.

При насыщении образцов и оттаивании в 5%-м растворе сульфата натрия разрушение шло быстрее, чем в воде (табл. 10.1).

Таблица 10.1. Влияние условий испытания на долговечность замораживаемого бетона Уровень напряжения Коэффициент стойкости при отгаивании Изгиба Ь 5%-м растворе сульфата в пресной воде Натрия 1 0 0,95 1 0,2 0,28 0,58 0,35 0,16 0Д6 0,5 0,07 0,14 0,65 - 0,06

Данные, приведенные в табл. 10.2, показывают, что сжимающие напря­жения невысокого уровня увеличивают морозостойкость бетона.

Таблица 10.2. Морозостойкость сжатого бетона Уровень напряжения °Кр Средняя прочность Др, МПа, после испытания на морозо­стойкость Примечание 0 3,48 До замораживания 0 2,49 После 200 0,45 2,93 То же 0,08 3,37 0,11 3,9 После 200 циклов 0,14 4,19 То же

Результаты оценки влияния напряжений изгиба (0,6/\и) на сульфато­стойкость бетона [10.16] принципиально не отличаются от приведенных данных по морозостойкости.

Длительное хранение железобетонных балок в зоне переменного гори­зонта воды Кольского залива [10.16] привело к более интенсивному разрушению бетона при напряжениях эксплуатационного уровня но срав­нению с разрушениями неиагруженных балок. Быстрее разрушалась рас­тянутая часть сечения балок, особенно в максимально напряженной сред­ней части пролета. Как правило, разрушение начиналось в местах сило­вых трещин, постепенно распространяясь по всей растянутой зоне се­чения.

Интенсивное разрушение торцов балок было связано с влиянием напряжений, возникающих в результате разности температурных дефор­маций бетона и косвенной арматуры.

Прогибы балок, замораживающихся и оттаивающих в воде, сущест­венно превышали прогибы балок, находившихся на воздухе.

При этом и первых было отмечено появление дополнительных грещин в растянутой части сечения с напряжениями в бетоне 0,7...0,85Яр при постоянной нагрузке.

Наблюдались случаи разрушения балок по наклонным сечениям, по-видимому, в результате снижения прочности бетона на растяжение.

Влияние напряженного состояния на интенсивность коррозии бетона можно представить графически [ 10.9j в виде кривой с экстремумом (рис. 10.1).

Анализ поведения [10.12] железобетонных элементов, подвергающих­ся в процессе эксплуатации действию жидкой среды и статической нагрузки и разнообразных сочетаниях но уровню, знаку, очередноегн и продолжительности приложения, но всей поверхности или в наиболее напряженных участках, показывает, что в результате изменения свойств бетона существенно и необратимо изменяется напряженно-деформиро - 3 ванное состояние в сечениях и важнейшие параметры элемента: размеры сжатой и растянутой частей сечения и их соотношение, уровни напряже­ний в них, положение равнодействующей усилий в сечениях, а соответст­венно и деформативность, прогибы и несущая способность.

Увлажнение, низкие и высокие температуры могут рассматриваться как воздействия, эквивалентные механической нагрузке.

Подробно результаты исследований и предложения по учету напря­женного состояния при прогнозировании стойкости железобетонных конструкций равно как и по учету действия среды при прогнозе долго­вечности конструкции излагаются в [10.6].

Здесь же уместно высказать некоторые соображения о сравнительной стойкости предварительно напряженных конструкций. С одной стороны, известны случаи внезапных обрушений [10.2], вызванных хрупким кор­розионным разрушением некоторых видов напрягаемой арматуры (см. гл. 7). Однако анализ обстоятельств таких аварий показывает, что почти все они связаны либо с недоучетом агрессивности среды, действующей уже в процессе изготовления конструкции (возведения сооружения), или при эксплуатации в сочетании с допущенными дефектами производ­ства работ, среди которых наиболее распространены хлоридное загрязне­ние бетона и несовершенное 'заполнение (инъецирование) каналов в кон­струкциях с натяжением арматуры на бетон.

Если допустить, что из улйминутых аварий будут извлечены должные уроки и будет существенно повышена культура производства предвари­тельно напряженных конструкций, то последние должны отличаться бо­лее высокой стойкостью, чем конструкции с ненанрягаемой арматурой. Это связано с тем, что, как правило, при предварительном напряжении по расчету принимается более высокая прочность бетона, которая обыч­но сопровождается пониженной проницаемостью. В таких конструкциях, особенно большепролетных, принимается большая толщина защитного слоя.

Наконец, в агрессивных средах нормы [10.5] ограничивают ширину или не допускают раскрытия трещин, о роли которых будет сказано да­лее. Однако нельзя не привести одного примера неудачного конструиро­вания и исполнения конструкции [10.3]. При обследовании сборных реб­ристых преднаиряженных плит покрытия фонаря здания котельного отделения ГРЭС было обнаружено растрескивание и отслаивание бетона

У Rpn I Rp

<J < О.

Рис. 10.1. Влияние напряженного сос­тоянии Іьі интенсциностъ Коррм'їии бе­тона

£ - показатель интенсивности корро­зии под нагрузкой; — то же, при отсутствии внешней нагрузки; А — А, — зона торможения коррозии бетона при сжатии; A T В, и А В зоны интенсивной коррозии бетона при высоких уровнях сжатия и рас­тяжения

В ребрах, где под защитным слоем толщиной 20—25 мм располагалась напрягаемая арматура. Разрушение бетона ребер было вызвано корро­зией арматуры и, прежде всего, ненапрягаемого стержня диаметром 8 мм, расположенного под предварительно напряженной и имевшего защитный слой толщиной от 0 до 12 мм, т. е. никак не зафиксированного в проектном положении при бетонировании. Его коррозия была след­ствием нейтрализации защитного слоя, который, оказавшись разрушен­ным продуктами коррозии, уже не смог длительно защищать напрягае­мую арматуру, к которой через трещины поступала дождевая вода, кис­лые газы, кислород.

В результате на отдельных участках поверхности преднапряженной арматуры образовался слой ржавчины толщиной до 3 мм.