Характер воздействия отрицательных температур на бетон
Отрицательные температуры являются одним из наиболее опасных и жестких природных воздействий на бетон, приводящих к его разрушению. В настоящее время известно [19], что основной причиной этого разрушения является замерзание воды в порах и капиллярах материала. При этом имеется несколько гипотез о механизме замерзания затвердевшего бетона и причинах разрушения бетона при замораживании:
• кристаллизационное давление льда;
• гидравлическое давление в порах и капиллярах вследствие отжатия воды из зоны замерзания;
• гидростатическое давление в порах и капиллярах вследствие возникающих тангенциальных напряжений растяжения в стенках пор и капилляров;
• различия в коэффициентах линейного расширения льда и скелета бетона.
Под влиянием отмеченных в бетоне явлений происходят деструктивные процессы, которые могут проявляться в виде поверхностного шелушения и отслаивания наружных слоев бетона, разрушения структуры по всему объему без видимых внешних признаков, а также разрушения, сопровождающегося как внутренним, так и поверхностным шелушением и отслаиванием.
|
|
Сопротивляемость бетона воздействию отрицательных температур, или его стойкость, зависит от множества факторов. Она зависит от состава бетона и качества исходных материалов для его приготовления,
69
Глава 3. Эксплуатационные воздействия и работоспособность опор
условий формирования его структуры и ее состояния при замораживании бетона, степени насыщения бетона водой, условий замораживания и оттаивания (скорости и степени изменения температуры, частоты изменения температуры и т.п.), размеров и вида конструкций, степени и вида армирования, напряженного состояния и т.д. Характеристикой стойкости бетона при замораживании является его марка по морозостойкости. Под последней понимается число циклов замораживания и оттаивания бетона в водонасыщенном состоянии при температуре - 15 °С, которое способны выдержать образцы бетона без снижения прочности на сжатие более чем на 15% и без потери более 5% массы.
Для опор контактной сети установлены следующие марки по морозостойкости: при эксплуатации конструкций при расчетной зимней температуре до —40 °С включительно марка бетона по морозостойкости должна быть не менее F150, а при расчетной зимней температуре ниже -40 °С она должна быть не менее F200. Определение морозостойкости проводится на стандартных образцах размером 100 х 100 х 100 мм или 150х 150х 150 мм. В ряде случаев проверка морозостойкости бетона проводится и на натурных конструкциях. В частности, С. В. Шестоперовым [20] проведены испытания центрифугированных опор в режимах замораживание — оттаивание в водах Кольской приливной станции. Эти испытания показали, что через 1000 циклов замораживания и оттаивания в опорах не было отмечено повреждений в виде трещин, шелушения и т.д. Из этого был сделан вывод о высокой морозостойкости центрифугированного бетона. Однако наблюдения за опорами и последние исследования показывают, что определенную роль в процессах разрушения бетона опор, наряду с указанными выше факторами, играет и напряженное состояние, возникающее при отрицательных температурах в опорах. Появление этого напряженного состояния связано с неоднородностью центрифугированного бетона по толщине стенки и вследствие этого с различием коэффициентов линейного температурного расширения различных слоев. При сухом состоянии бетона это различие невелико, возникающие при этом напряжения имеют небольшую величину и не оказывают существенного влияния на общее напряженное состояние опор. Однако во влажном состоянии это различие в коэффициентах линейного температурного расширения наружных и внутренних слоев может резко возрасти, а в ряде случаев может измениться и сам характер деформаций. При замерзании бетона и дальнейшем понижении температуры в зависимости от влажности бетон может испытать деформации расширения вместо требуемых деформаций сокращения.
|
|
70
Глава 3. Эксплуатационные воздействия и работоспособность опор