Влияние температуры воды на конструктивные свойства и диаграммы деформирования пено-и фибробетонов изучалось на испытаниях на осевое сжатие и осевое растяжение 96 опытных образцов из пено-и фибропенобетона

В опытах варьировались:

• — вид бетона — пенобетон, фибропенобетон;
• — температура воды затворения t°- +4°С, +20°С, +37°С;
• — вид напряженно-деформированного состояния — осевое сжатие, осевое растяжение;
• — виды образцов — призмы 10×10×40см, восьмерки 10×10×70см;
• — возраст бетона t — 7, 28, 90, 365 суток.

В качестве фибр применялись волокна из полипропилена, процент фибрового армирования был постоянным и равным 4%.

Испытания опытных образцов проводили, дублируя их — с постоянной скоростью нагружения и с постоянной скоростью деформирования.

За отправную точку принимались показатели пенои фибропенобетона с t°=+20°С.

Сравнение макроструктуры пенои фибропенобетонов на воде затворения с температурой +4°С, +20°С и +37°C показало, что при прочих равных условиях у пенои фибропенобетонов на воде +4°C размер пор ощутимо меньше, чем на воде +20°C и форма пор близка к круглой, в то время как у пенои фибропенобетонов на воде +37°C размер пор заметно крупнее и форма их эллиптическая, что хорошо корреспондируется с [1].

Меньший размер пор у пенои фибропенобетонов на воде затворения с температурой +4°C приводит и к их лучшим конструктивным характеристикам.

Прочность на сжатие R_b (табл. 1,2) у пенобетонов на воде с t°=+4єС в возрасте 7 суток была на 8,1% больше, чем у пенобетонов на воде с t°=+20°C и на 13,51% больше, чем у пенобетонов на воде с t°=+37°C, прочность которых, в свою очередь, была ниже на 5,41%, чем у пенобетонов на воде с t°=+20°C. К 28 суткам эта разница составила соответственно 10,87; 19,57 и -8,7%, к 90 суткам — 12,28; 22,81 и -10,53% соответственно и на 365 сутки — 12,5; 24,17 и -11,67% соответственно.

Еще в большей степени выявленный эффект заметен в прочности на сжатие фибробетонов (табл.1,2).

Таблица 1.

Влияние температуры воды затворения на прочность на осевое сжатие и осевое растяжение пено- (числитель) и фибропенобетонов (знаменатель).

Таблица 2.

Отклонения прочности пенои фибропенобетонов при температурах воды затворения +4єС и +37єС на осевое сжатие (числитель) и осевое растяжение (знаменатель) от их прочности при температуре +20єС.

Прочность на растяжение R_bt (табл. 1,2) у пенобетонов на воде с t°=+4єС в 7 суток была на 12% больше, чем на воде с t°=+20°C и на 20% больше, чем на воде с t°=+37°C, прочность которых, в свою очередь, была ниже на 8%, чем на воде с t°=+20°C. В 28 суток эта разница составила соответственно 15,52; 27,06 и -11,54%, в 90 суток — 20,21; 34,04 и -13,83% соответственно и в 365 суток — 22,88; 38,13 и -15,25% соответственно.

Еще больше этот эффект повышения прочности на растяжение у фибробетонов (см. таблицы 1,2).

Причиной повышения прочности на сжатие и на растяжение пенобетонов, приготовленных при t°=+4єС по сравнению с пенобетонами, приготовленными при температурах t°=+20єС и +37єС, являлось ускоренное кластерообразование, вызванное пониженной температурой воды затворения [3]. Причиной же повышенного по сравнению с пенобетонами прироста прочности фибропенобетонов при сжатии и при растяжении — при температуре +4єС по сравнению с фибробетонами при температуре +20°C — являлось ускоренное кластерообразование, вызванное не только пониженной температурой воды затворения, но еще и фибрами. То есть совмещение двух причин — пониженной температуры воды затворения и фибрового армирования — привело к синергетическому эффекту и конечный результат усилился.

Так, однако, не произошло в фибропенобетонах при температуре +37°C — там повышенная температура привела к замедленному кластерообразованию, а фибровое армирование — к повышенному, и суммарный эффект снизился.

Отметим также, что как пено-, так и фибропенобетоны на воде затворения с t°=+4єС продолжали набирать прочность при сжатии и растяжении в течение 365 суток, что объясняется продолжением процессов гидратации в цементном камне в течение всего этого периода. В то же время прочность пенои фибропенобетонов на воде затворения с t°=+20°C и t°=+37°C после 90 суток изменялась незначительно.

Предельные деформации (соответствующие максимальной прочности) пенобетонов с различной температурой воды затворения как при осевом сжатии е_bR, так и при осевом растяжении е_btR, демонстрировали обратную картину — при понижении температуры воды затворения они снижались, при ее повышении — росли во все контрольные сроки твердения (рис.2).

При 7 сутках предельные деформации при сжатии у пенобетонов на воде с t°=+4єС были на 10,1% меньше, чем у пенобетонов на воде с t°=+20°C и на 22,5% меньше, чем у пенобетонов на воде с t°=+37°C, предельные деформации которых, в свою очередь, были выше на 11,4%, чем у пенобетонов на воде с t°=+20°C. К 28 суткам эта разница составила 14,8; 29,7 и -14,9%, к 90 суткам — 18,2; 34,7 и -16,5% и на 365 сутки — 20,5; 39,1 и -18,6% соответственно.

А вот в фибробетонах такого выраженного эффекта не наблюдалось. В них на воде с t°=+4єС в возрасте 7 суток предельные деформации были практически те же — на 3,2% больше, чем у фибропенобетонов на воде с t°=+20°C, но на 14,5% меньше, чем у фибропенобетонов на воде с t°=+37°C, предельные деформации которых, в свою очередь, была больше на 11,3%, чем у фибропенобетонов на воде с t°=+20°C.

Отклонения предельных деформаций сохраняют те же тенденции и в другие сроки — так, у фибропенобетонов на воде +4єС, +20°C и +37°C они достигают в 28 суток соответственно 4,8; 13,5 и 8,7%, в 90 суток — 5,8; 17,8 и 12%, а на 365 сутки — 7,1; 20,6 и 13,5%.

Указанные тенденции, характерны и для предельных деформаций пенои фибропенобенов при осевом растяжении.

Дело в том, что в пенобетонах с t°=+4єС ускоренное по сравнению с другими температурами воды затворения структурообразование приводит с одной стороны — к росту прочности, а с другой — к снижению деформативности вследствие более упругих и жестких внутренних связей. А в фибробетонах с t°=+4єС ускоренное структурообразование приводит с одной стороны — к усилению роста прочности благодаря деформативности, так как пониженная температура воды затворения повышает жесткость структуры, а синтетические фибры, наоборот, снижают ее, повышая пластические свойства и нивелируя этим общий эффект.

Начальный модуль упругости при сжатии и растяжении у пенобетонов с t°=+4єС практически во все сроки твердения был одинаков и до 9,8% выше, чем у пенобетонов с t°= +20°C и еще на 4,9% выше, чем у пенобетонов на воде с t°=+37°C. Похожая картина наблю;

а).

б).

Рис. 2 Зависимость изменения предельных деформаций при сжатии (а) и растяжении (б) у пенобетонов (——) и фибропенобетонов (——)от температуры воды затворения в различном возрасте далась и у фибропенобетонов — там отклонения были соответственно 9,1 и 4,2%

Но если у пенобетонов повышение начального модуля упругости объяснялось повышением прочности и уменьшением предельных деформаций, что смещало вверх и влево максимум на диаграмме «напряжения-деформации», то у фибропенобетонов большее, чем у пенобетонов, повышение прочности компенсировало немного повысившиеся предельные деформации и смещало сильнее вверх и чуть вправо максимум на диаграмме «напряжения-деформации», приводя почти к такой же величине начального модуля упругости.

Диаграммы деформирования «напряжения-деформации» — для пенобетонов при сжатии и при растяжении при t°=+4єС по сравнению с диаграммами при t°=+20єС, принятой за эталонную, при всех сроках твердения характерны следующие особенности: максимум смещается вверх и влево; угол подъема в начале координат растет; увеличивается подъемистость диаграммы в восходящей ветви.

Для диаграмм же пенобетонов при t°=+37єС при всех сроках твердения при сжатии и растяжении характерные особенности, по сравнению с диаграммами при t°=+20єС, несколько иные: максимум смещается вниз и вправо; угол подъема в начале координат снижается; уменьшается подъемистость диаграммы в восходяшей и нисходящей ветвях.

Что же касается фибропенобетонов, то при t°=+4єС эти же отличия будут иными — максимум смещается сильно вверх и немного вправо; угол подъема в начале координат чуть растет — из-за большого подъема максимума по вертикали; увеличивается подъемистость как в восходяшей, так и в нисходящей ветвях.

При t°=+37єС для диаграмм фибропенобетонов характерные особенности, по сравнению с диаграммами при t°=+20єС: максимум смещается вниз и вправо; угол подъема в начале координат снижается; уменьшается подъемистость диаграммы в восходяшей и нисходящей ветвях.

Выявленные особенности изменения диаграмм деформирования характерны во все сроки твердения и при сжатии и растяжении.

В целом же очевидно, что при понижении температуры воды затворения становится возможным ускоренное формирование структуры пенои фибропенобетонов с улучшенными физико-механическими характеристиками.