Қыздыру кезінде жасанды тас материалдардың жай-күйінің ерекшеліктері

Бетон композициондық материал болғандықтан, оның жай-күйі цемент тасына, толықтырғышқа және олардың бірлескен әрекетіне байланысты болады.

Жоғарыда жекелей цемент тасының және табиғи тас материалдардың қыздыру кезіндегі жай-күйі қарастырылды, енді қалғаны бетон компоненттерінің қыздыру кезіндегі әсерлесу ерекшелігін қарастыру. Химиялық басланысудың бір ерекшелігі - 200 °С дейін қыздырғанда кварцтық құм кремноземімен кальций гидроксидінің бірігуі ( бұған бетонның тез қатуы үшін автоклавқа ұқсас жағдай әсер етеді: қысымды, температураны, ауаның ылғалдылығын ұлғайту). Сондай-ақ осы жағдайда цемент тасының клинкерлік минералдарының қосымша гидратациясы жүзеге асады. Бұның бәрі беріктіктінің ұлғаюына біршама жағдай жасайды.

Бетонды 200 °С жоғары қыздырғанда байланыстырғыштың отыруына және толтырғыштың кеңеюіне ұшырайтын деформацияның қарама-қарсы бағыты туындап, байланыстырғыш пен толтырғышта жүретін үрдістер бетонның беріктігін төмендетеді. 20-дан 100 °С дейінгі температурада кенейетін ылғал ұяшықтардың қабырғасына қысым түсіреді және судың буға айналуы бетон ұяшықтарында қысымды ұлғайтып, ішкі кернеуленген күйді тудырып, беріктілікті төмендетеді.

Бос судың жойылу мөлшері бойынша бетонның беріктігі артуы мүмкін (сур.

2.5).

Сур. 2.5. Жүктемесіз жағдайда портландцементті бетон беріктігінің салыстырмалы өзгеруі: 1 – бастапқы біркелкі ылғал кезінде сынау; 2 – тұрақты массаға дейін 105 – 110°С кептіргеннен

кейін сынау [6]

Тұрақты массаға дейін 105…110 ºС С температурада кептіру шкафында кептірілген бетон үлгісін қыздырғанда физикалық байланысқан су болмайды, сондықтан қыздырудың басында беріктіктің бірден төмендеуі байқалмайды.

Бетонды қыздырып салқындатқаннан кейінгі беріктігі тәжірибе жүзінде үлгі қыздырылған максималды температурадағы беріктігіне сәйкес келеді. Бетонның кейбір түрлерінде материалдың ұзақ мерзімде ыстық күйде болуынан теріс үрдістердің тереңірек жүру есебінен салқындаған кезде беріктігі төмендейді.

Біз тасушы конструкциялардың жұмыстық сипатына тән емес жүктемесіз қыздыру кезінде бетон беріктігінің өзгерісін қарастырдық. Сондықтан 70- жылдардан бастап Ресей ТЖМ ӨҚЖҒЗИ (ВНИИПО) жүктемелі бетон үлгілеріне сынақтар жүргізеді. Сонымен қатар үлгінің бұзылуы (тұтастығын жоғалту) тіркелетін температураны (критикалық) және салыстырмалы суммарлық деформацияны (сыртқы күштердің әсерінен бос сығылуы және созылуы) өлшейді.

Әртүрлі өлшем, сыртқы жүктемеден салыстырмалы кернеу кезіндегі бетон үлгісінің қыздыру бойынша деформацияның өсу сипаты 2.6 суретте көрсетілген.

, ,

20 b tem b tem

R

  (2.1)

Мұндағы:σb,tem – сыртқы жүктемеден болған кернеу, МПа; R20 – 20 °С температурада бетонның сығылуға уақытша қарсыласуы 20 °С, МПа.

Сур. 2.6.Гранитті толықтырғыштан жасалған В 30 ауыр бетоның жүктемелі жағдайда қыздырғанда деформациясының салыстырмалы өзгеруі:

1 – γБ=0,2; 2 – γБ=0,3; 3 – γБ=0,5; 4 – γБ=0,8

2.6суретте көрсетілгендей жүктемені ұлғайтқан сайын сығылу деформациясы азайып, сығылу деформациясы көбейеді, ал жүктеме ауырлаған сайын жеңіл жүктемеге қарағанда үлгілердің бұзылуы (тұтастығын жоғалту) соғұрлым төмен температурада болады.

Осындай сынақтардың нәтижесі бойынша отты жұмыстар кезінде салыстырмалы жүктеме өлшемінен үлгі өзінің тұтастығын жоғалтқан температураға (критикалық) байланысының сызбасын жасайды. Оларды 2.7 суретте көрсетілгендей етіп сызып, өлшем бірлігін (γb,tem) салыстырмалы беріктік немесе бетонның қыздыру кезіндегі беріктігін өзгерту коэффициенті деп атайды.

Рис. 2.7. Гранитті толықтырғыштан жасалған В 30 ауыр бетоның жүктемелі жағдайда қыздырғанда беріктігінің салыстырмалы өзгеруі[6]

Бұл өлшем әрқашан бірден төмен (физикалық мағынасы бойынша – сыртқы күштерден болатын салыстырмалы кернеу). Қыздырудың басында материалдың беріктігінің артуы орын алса оны есепке алуға осындай сынақтардың әдістемесі

мүмкіндік бермейді. Сынақтардың нәтижесі бойынша сызба жасалған 2.8 суретте температураның диапазоны 550 ден 820°С дейін себебі салыстырмалы кернеу өлшемі (γb,tem) сынақтарда 0,3 - тен 0,7 аралығында өзгерген. (γb,tem) 0,7 ден 1 ге дейінгі аумақ болжамдап пунктирлі сызықпен байланысқан.

2.7 суретте көрсетілген үлгінің салыстырмалы жүктемесі үлкен болған сайын, ол соғұрлым төмен критикалық температурада бұзылады. Осыған байланысты ғалымдар, кернеулі жағдайда сынақ жүргізсе температураның өсуімен бетонның беріктігі төмендейді деген қорытынды шығарады.

Сонымен қатар ауыр бетоннан (темірбетон) жасалған құрылыс конструкциясы өрт кезінде жарылыс тәрізді бұзылуға бейім. Бұл құбылыс ылғалдылығы критикалық өлшемнен жоғары материалдан жасалған конструкцияларда өрт кезінде температура жылдам көтерілген жағдайда байқалады. Бетон неғұрлым нығыз болған сайын оның буөткізгіштігі төмен, сондықтан жоғары беріктігіне қарамастан жоғарыда қарастырылған құбылыстың туындауына бейім. Жеңіл және ұяшықты көлемдік массасы 1200 кг/м³ төмен бетондар жарылыс тәрізді бұзылуға бейім емес.

Жеңіл және ұяшықты бетондардың өзгешелігі ауыр бетондардың жай-күйіне қарағанда өрт жағдайында жылу өткізгіштігінің төмендігіне байланысты қызу уақыты ұзағырақ.

Өрт жағдайында силикатты материалдардың жай-күйі байланыстырғыш әк- силикатына толықтырғышқа және олардың қыздыру кезіндегі өзара қатынасына байланысты болады. Негізінен ол портландцементті бетонның жай-күйіне ұқсас.

(сур. 2.8).

Сур.2.8. Қыздыру кезінде силикабетонның салыстырмалы беріктігінің өзгеруі:1 – жүктемесіз жағдайда; 2 – жүктемелі жағдайда [6]

Айырмашылығы дегидратация реакциясына екі компонент ұшырайды Са(ОН)2және qaO·SiO2·nH2O, ал портландцементті байланыстырғышта бірнеше компонент Силикатты материалдардан жасалған конструкциялар көбінесе ауыр силикатты бетон портландцементті бетонға қарағанда өрт жағдайында жарылыс

тәрізді тұтастығын жоғалту құбылысына бейім.

Асбестцементтің қыздыру кезіндегі жай-күйі цемент тасының (матрица) және асбесттің (толықтырғыш арматура) жай-күйімен анықталады. Олардың қыздыру кезіндегі беріктігін өзгерту сызбасы сапалық түрде ұқсас. Асбест, цемент тәрізді қыздыру кезінде химиялық байланысқан суды жоғалтып, біртіндеп беріктігі төмендейді (сур 2.9).

Сур. 2.9.Силикабетонды қыздырып салқындатқаннан кейін салыстырмалы беріктігінің өзгеруі [6]

Қорытындысында асбестцементтің беріктігін өгертуі 2.10 суретте көрсетілген.

Сур. 2.10. Қыздыру кезінде асбестцементтің салыстырмалы беріктігінің (ию кезінде) өзгеруі [6]

Асбестцемент бұйымдардың өрт жағдайындағы өзгеше жай-күйіне құрылымының анизотроптылығы әсерін тигізеді, себебі бұл бұйымдарды

жасағанда қалыңдығы бойынша қабаттылығы анық көрінеді. Қабаттар арасындағы ілініс беріктігі әр қабаттағы материалдың беріктігінен айтарлықтай төмен. Яғни материал бұзылу кезінде қалыпты немесе жарылыс тәрізді қатпарлануы мүмкін.

Асбестцементтің микро кеуектерінде бастапқы ылғалдың мөлшері артқан сайын, орташа тығыздығының артуы есебінен бу өткізгіштігі төмендеп, беріктігінің артуына қарамастан жарылыс тәрізді тұтастығын жоғалтуға бейімділігі ұлғаяды, яғни ауыр бетондар да осыған ұқсас.

Керамикалық материалдардың және минералды қорытпалардың өрт жағдайындағы беріктілік қасиеттері тәжірибе жүзінде өзгермейді. Керамикалық материалдар үшін қыздыру температурасы 950…1300 °С дейін жеткенде беріктіктігі елеулі өзгеруі мүмкін. Минералды қорытпалар үшін – шекті температура олардың балқу температурасына жақын. Бұл температураларға ережеге сәйкес өрт кезінде қол жетпейді. Бұл топтағы материалдардың өрт жағдайындағы бұндай жай-күйі барлық үрдістердің (химиялық) алғашқы қыздыру (оларды жасау кезінде) кезінде болғандығымен түсіндіріледі, ал қайталап қыздырғанда тек физикалық үрдістер (температуралық деформация және капилярлық ылғалдың жойылуы) орын алады. Нығыз керамикалық бұйымдарды (мысалы жабынды плиталар) интенсивті қыздыру кезінде жарылыс тәрізді тұтастығын жоғалтуға төтеп беруі мүмкін.