Поведение бетона в лабораторных и естественных условиях

Коэффициент перехода К от данных лабораторных испытаний морозостойкости к результатам натурных испытаний выражался дробью

Между формулами имеется существенная разница. Формула исходит из того, что лабораторные испытания являются более суровыми и один цикл в лабораторных условиях эквивалентен 50-60 циклам в естественных условиях. Формула характеризует совсем иной подход к установлению требований по морозостойкости бетона. По-существу N = TK представляет собой число циклов замораживания и оттаивания поверхностного слоя бетона в естественных условиях. По формуле (3) морозостойкость должна оцениваться числом циклов, которые претерпевает бетон в естественных условиях, а для тонкостенных конструкций берется удвоенное число природных циклов замораживания.

Современное состояние методологии испытания морозостойкости бетона еще не дает возможности установить общих зависимостей между результатами лабораторного опыта и сроком службы бетона в сооружении. Эта зависимость устанавливается для характерных условий эксплуатации опытным путем. Сочетание лабораторного эксперимента с натурным дает возможность установить соотношение между их результатами применительно к конкретным природным условиям и делает более уверенными практические рекомендации.

В работе Б. Г. Скрамтаева, М. М. Капкина и Г. Г. Еремеева рассмотрена роль температурных напряжений при испытании материала на морозостойкость.

По мнению авторов, при испытании на морозостойкость образец материала подвергается воздействию двух видов напряжений: первого рода, или температурных, вызываемых нестационарным температурным полем, и второго рода, или микронапряжений, вызываемых ростом кристаллов льда в порах материала.

Величина температурных напряжений зависит от размеров и формы образца, скорости изменения температуры поверхности и других факторов, не связанных с будущей работой материала в сооружении. Температурные напряжения в образце при испытании на морозостойкость и в сооружении при промерзании не равны, в то время как микронапряжения в материале при испытании на морозостойкость и в промерзающем материале сооружения одинаковы при равноценных температурно-влажностных режимах.

Поэтому следует различать морозостойкость материала и морозостойкость сооружения, выполненного из этого материала. Материал может быть стойким по отношению к микронапряжениям, т. е. морозостойким, но если в сооружении из этого материала при промерзании могут развиваться растягивающие температурные напряжения, превышающие прочность материала на разрыв, то сооружение может оказаться неморозостойким.

В ГОСТах, относящихся к испытаниям на морозостойкость, не излагается четких требований к режиму проведения опыта. Скорость изменения температуры поверхности образца колеблется в широких пределах в зависимости от условий проведения опыта. Естественно, что и температурные напряжения также не остаются одинаковыми и подобными. Сложение микронапряжений и температурных напряжений вносит неопределенность в конечные результаты опыта, делает несопоставимыми даже результаты испытаний образцов разных геометрических размеров при одинаковых режимах испытаний.

Поэтому правильнее было бы определять морозостойкость как свойство материала сопротивляться разрушению от особого рода повторной нагрузки, создаваемой в нем микронапряжениями при промерзании.

Если исходить из этого определения, то методика испытаний должна исключать возможность появления в материале при проведении опыта «посторонних» напряжений. Такими «посторонними» напряжениями при испытаниях на морозостойкость являются температурные напряжения.

Однако при проведении испытаний образцов материала на морозостойкость трудно избежать появления в них температурных напряжений. Поэтому важно оценить их величину и влияние на конечный результат испытания с тем, чтобы предельно уменьшить их воздействие.

Как известно, испытания бетонов на морозостойкость проводятся на образцах, имеющих форму куба. Вместе с тем существующие методы расчета температурных полей и температурных напряжений практически не позволяют решить поставленную задачу в трех независимых координатах. Поэтому в первом приближении она решена для модели эквивалентного тела; для куба таким телом является шар.

Теоретический анализ позволил вывести ряд зависимостей, которые устанавливают связь величины температурных напряжений с физико-механическими свойствами материала, размерами образца и скоростью изменения температуры его поверхности. На этой основе разработана методика оценки величины температурных напряжений в образце и расчета параметров режима испытания (в частности, скорости замораживания), при котором температурные напряжения будут находиться в определенных заданных пределах. Возможность регулирования режима испытания морозостойкости с учетом температурных напряжений имеет большое значение для дальнейших научно-исследовательских работ в этой области. Вместе с тем на основе полученных результатов имеется возможность улучшить методику стандартных испытаний.