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