Усадочная трещиностойкость бетона с дисперсным армированием. Трещиностойкость бетона


Трещиностойкость бетона

Температурные трещины

 

Реакции минералов цемента с водой идут с выделением тепла, наибольшее его количество образуется в первые дни твердения. Степень нагрева бетона в конструкции зависит от ее массивности и тепловыделения бетона. Оно определяется расходом цемента в бетоне и его характеристиками (минералогический состав, тонкость помола, количество минеральной добавки).

В то время как тонкостенные конструкции отдают тепло в атмосферу, в массивных охлаждаются только периферийные слои, тогда как центр конструкции разогревается и расширяется. Температура в нем может достигать 60-70 °С.

В итоге в поверхностных слоях возникают растягивающие напряжения, что может приводить к образованию трещин.

Основным путем борьбы с трещинообразованием в массивных конструкциях является снижение тепловыделения бетона. Оно достигается применением низкотермичных цементов, бетонов с пониженными расходами цемента, введением в бетон минеральных добавок.

Температурные трещины возможны и в конструкциях небольшой толщины, например в так называемых «распластанных» (дороги, бетонные полы и др.). Связь с основанием препятствует их деформациям. Это приводит к возникновению в них напряжен и возможным трещинам. Представляет опасность как охлаждение конструкций, так и их нагрев. Поэтому в таких конструкциях (и в ряде других случаев) устраивают как температурные швы сжатия, так и швы расширения. Учитывая низкую прочность бетона при растяжении, более важны швы сжатия. Они не ликвидируют трещин, а лишь определяют места их образования. В этих местах уменьшают сечение конструкции прокладкой деревянных реек или нарезкой шва. При необходимости швы гидроизолируют.

Еще один вид температурных напряжений и трещин в бетоне может возникать при различных коэффициентах температурного расширения цементного камня и заполнителей. Как отмечено выше, для цементного камня он нередко оказывается более высоким. В отдельных случаях при значительных температурных колебаниях и существенной разнице в коэффициентах термического расширения компонентов бетона возможно трещинообразование и нарушение сцепления цементного камня с заполнителями.

Усадочные трещины

Для многих изделий усадка протекает в «стесненных» условиях. Поэтому в них возникают растягивающие напряжения, что может приводить к трещинообразованию.

При этом возможны две ситуации:

  • высыхание поверхностных слоев бетона, тогда как его центральная часть остается влажной;
  • высыхание конструкции в условиях, частично или полностью препятствующих их деформированию.

В первом случае наиболее неприятная ситуация возникает, когда поверхность еще и охлаждается. При этом растягивающие напряжения от усадки и остывания суммируются, что повышает вероятность образования трещин.

Во втором случае в конструкциях с большими размерами в плане (например распластанных) усадочные трещины неизбежны. Поэтому, как и для температурных трещин, лишь регулируются места их образования путем устройства усадочных швов. Иногда устраивают и совмещенные температурно-усадочные швы.

Напряжения возникают в бетоне и в случае, если бетонная конструкция деформируется свободно. Выше уже отмечалось, что заполнители сдерживают усадку цементного камня. Но нереализованная часть усадки трансформируется в растягивающие напряжения в оболочках цементного камня вокруг зерен заполнителей. Картина аналогична рассмотренной выше для температурных напряжений. Хотя природа усадочных и температурных трещин разная, механизм их образования одинаков: возникновение и рост растягивающих напряжений — трещины.

Следует заметить, что определенную роль в предотвращении усадочного трещинообразования играет длительность влажностного ухода за бетоном. При ее увеличении растет прочность бетона при растяжении, а при более позднем высыхании уменьшается величина усадки. И наоборот: высыхание бетона, допущенное в раннем возрасте, с большей вероятностью приводит к трещинообразованию.

www.uniexo.ru

Деформативные свойства и трещиностойкость бетона

Деформации и напряжения

 

При действии нагрузок или изменении внешних условий (например температуры) твердые тела претерпевают деформации. Они делятся на упругие (исчезающие после снятия нагрузок) и пластические (необратимые). При деформировании в телах возникают напряжения — внутренние силы, противодействующие деформациям.

В ненагруженном материале атомы находятся на расстояниях, при которых эти силы взаимно уравновешиваются. При деформациях сжатия атомы «принудительно» сближаются и между ними возникают силы отталкивания, при деформациях растяжения возникают силы притяжения. Эти внутренние силы и являются напряжениями.

Величину напряжений при сжатии или растяжении можно рассчитать, как нагрузку, отнесенную к площади поперечного сечения образца т. е. используется та же формула, а для бетона и те же единицы (МПа), что и для прочности.

Напряжения в бетоне могут возникать и при отсутствии нагрузки. Они называются внутренними напряжениями. Эти напряжения возникают при изменении температуры или высыхании бетона, если соответствующим температурным и усадочным деформациям что-либо препятствует (например, длина бетонного элемента фиксирована).

Поэтому связь напряжений и деформаций в бетоне может быть различной:

  • при внешних нагрузках деформации увеличиваются с ростом напряжений;
  • при деформациях другой природы, протекающих без препятствий (например температурных или усадочных), напряжений не возникает. Но если эти деформации чем-либо ограничиваются (например, длина тела фиксирована), в бетоне возникают напряжения.

Таким образом, картина противоположна предыдущей: или бетон деформируется, или в нем возникают напряжения.

 

Усадка бетона

Усадкой называется уменьшение размеров бетона, происходящее при снижении его влажности. Обратный процесс — увеличение размеров при увлажнении — набухание.

Существует несколько разновидностей усадки:

  • начальная усадка (или осадка), протекающая в свежеот-формованном, еще пластичном бетоне;
  • аутогенная усадка, происходящая при отсутствии влаго-обмена твердеющего бетона с окружающей средой. Влажность его в этом случае снижается вследствие химического связывания воды. Наибольшую величину аутогенная усадка имеет для бетонов с низкими В/Ц, в обычных бетонах ее роль незначительна;
  • влажностная усадка, вызываемая высыханием бетона — основной ее вид, который и рассматривается ниже.

«Виновником» усадки бетона является цементный камень. Ее причины заключены в самой структуре камня, а именно — в наличии капиллярных пор и гелевой составляющей (частиц гидросиликатов, покрытых водными оболочками).

Высыхание бетона происходит в определенной последовательности: сначала теряют воду самые крупные поры, затем все более и более мелкие.

Начало испарения воды из капилляров приводит к образованию в них водных менисков и возникновению капиллярных сил. Это те самые силы, что вызывают поднятие воды по капиллярам. В данном случае они направлены со всех сторон вглубь бетона, что и приводит к его сжатию. Продолжение высыхания приводит к перемещению водных менисков во все более узкие части капилляров и возрастанию капиллярных сил и капиллярной усадки.

Степень высыхания бетона зависит от относительной влажности окружающего воздуха (ф). Чем ниже ее значения, тем меньше становится диапазон размеров капилляров, еще удерживающих воду.

Полностью капилляры освобождаются от воды при ф = 45%, и капиллярный механизм усадки перестает действовать. Но при дальнейшем снижении влажности начинается испарение воды из геля. Это приводит к гелевой усадке бетона (сближаются частицы гидросиликатов, постепенно теряющие оболочки адсорбированной воды). В итоге усадка протекает во всем диапазоне снижения влажности окружающего воздуха. Чем она ниже, тем величина усадки больше.

Со временем усадка прекращается, так как влажность бетона приходит в равновесие с окружающей средой

Пр увлажнении бетона его размеры увеличиваются, при повторном высыхании — вновь уменьшаются. Бетоны, эксплуатируемые н условиях переменной влажности, претерпевают многократные деформации усадки и набухания. Их влияние негативно и может приводить к «расшатыванию» структуры бетона. Величина влажностных деформаций уменьшается со временем, так как продолжающаяся гидратация цемента способствует уплотнению бетона.

Переменное увлажнение и высушивание является наиболее неблагоприятным видом влажностного режима при эксплуатации конструкций. Согласно ГОСТ 31384 ему присвоен класс ХС-4.

Значительное влияние на величину усадки оказывают технологические факторы. Она возрастает при увеличении тонкости помола цемента, В/Ц, содержания воды и цемента в бетонной смеси (т. е. объема цементного камня в бетоне).

С ростом концентрации заполнителей в бетоне усадка уменьшается. Если для чистого цементного камня она составляет 3-5 мм/м, то для раствора 0,6-1 мм/м, а для бетона 0,2-0,4 мм/м.

Величина усадки и ее скорость существенно уменьшаются при увеличении сечения конструкции. Так, при сечении 4x4 см половина усадки протекает в течение недели, а при сечении 30x30 см — в течение года. Поэтому наиболее опасна усадка для тонкостенных конструкций.

www.uniexo.ru

трещиностойкость бетона - это... Что такое трещиностойкость бетона?

 трещиностойкость бетона

 

трещиностойкость бетона вязкость разрушения бетона Способность бетона сопротивляться началу движения и развитию трещин при механических и других воздействиях.[ГОСТ 28013-89]

Синонимы

  • вязкость разрушения бетона

Справочник технического переводчика. – Интент. 2009-2013.

  • трещиностойкость
  • трещиностойкость горной породы

Смотреть что такое "трещиностойкость бетона" в других словарях:

  • Трещиностойкость — способность материала противостоять образованию трещин, характеризуемая величиной вязкости разрушения. [Тарасов В. В. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: учебное пособие для вузов / В. В. Тарасов, В. А. Килин.– Владивосток:… …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

  • Трещиностойкость (вязкость разрушения) бетона — – способность бетона сопротивляться началу движения и развитию трещин при механических и других воздействиях. [ГОСТ  29167 91] Рубрика термина: Свойства бетона Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы, Автодороги …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

  • Трещиностойкость покрытия — – способность защитного покрытия сохранять сплошность при ограниченной деформации защищаемой конструкции. [ГОСТР52804 2007] Рубрика термина: Защита бетона Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы, Автодороги …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

  • Трещиностойкость железо­бетонных конструкций — – способность железобетонных конструкций восприни­мать действующие нагрузки без образования трещин или с ограниченной шириной их раскрытия в зависи­мости от требования норм. [Терминологический словарь по бетону и железобетону. ФГУП «НИЦ… …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

  • Трещиностойкость защитного покрытия — – способность защитного покрытия сохранять сплошность при деформации защищаемого изделия или конструкции. [СТ СЭВ 4419 83] Рубрика термина: Защита от коррозии Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы, Автодороги …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

  • трещиностойкость — 3.36 трещиностойкость : Способность материала конструкции сопротивляться образованию или развитию до заданных пределов в нем трещин под действием нагрузок, технологических и климатических воздействий. Источник: СТО НОСТРОЙ 2.29.110 2013: Мостовые …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Трещиностойкость (вязкость разрушения) бетона — 1. Трещиностойкость (вязкость разрушения) бетона Способность бетона сопротивляться началу движения и развитию трещин при механических и других воздействиях Источник: ГОСТ 29167 91: Бетоны. Методы опред …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Свойства бетона — Термины рубрики: Свойства бетона Адгезия к бетону База измерения продольных линейных деформаций образца Вода минерализованная …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

  • Защита бетона — Термины рубрики: Защита бетона Защитные покрытия Кальматрон Нейтрализация (карбонизация) бетона углекислым газом Пропитка бетона …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

  • СТ СЭВ 4419-83: Защита от коррозии в строительстве. Конструкции строительные. Термины и определения — Терминология СТ СЭВ 4419 83: Защита от коррозии в строительстве. Конструкции строительные. Термины и определения: 2. Агрессивная среда Среда, воздействие которой вызывает коррозию строительного материала в изделии или конструкции Определения… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

technical_translator_dictionary.academic.ru

способ определения трещиностойкости бетона - патент РФ 2390018

Изобретение относится к области строительства и предназначено для исследования прочностных свойств материалов, а именно трещиностойкости, и может быть использовано при оценке свойств бетонов, применяемых в конструкциях и изделиях. Способ определения трещиностойкости бетона включает нагружение бетонных образцов сжимающими и растягивающими усилиями, определение и сравнение параметров, характеризующих их физические свойства - способ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018 , E, µ, Rсж, Lпр, замеренные после высушивания до стабилизации массы и в водонасыщенном состоянии, причем процесс высушивания - стабилизации массы, протекает при влажности 40% и температуре 18-20°С, а процесс водонасыщения - при атмосферном давлении до стабилизации массы, и оценку трещиностойкости по коэффициенту трещиностойкости Ктр с помощью метода интеграции всех трещин, присутствующих в бетонном образце в одну приведенную трещину, величину длины которой рассчитывают по формуле Lпр=2Eспособ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018 /(способ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018 µ2Rсжспособ определения трещиностойкости бетона, патент № 23900182), где способ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018 - поверхностная энергия бетона, Дж/м2, Е - модуль упругости бетона, МПа, µ - коэффициент Пуассона, Rсж - прочность бетона на сжатие, МПа, а коэффициент трещиностойкости рассчитывают по формуле способ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018 , где способ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018 - длина приведенной трещины у сухих образцов, м, способ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018 - длина приведенной трещины у водонасыщенных образцов, м. Технический результат - повышение точности и достоверности определения трещиностойкости бетона. 2 табл.

Изобретение относится к области строительства, а именно к способам определения трещиностойкости, предназначено для исследования прочностных свойств материалов путем приложения к ним сжимающих статических нагрузок и может быть использовано при оценке свойств бетонов, применяемых в конструкциях и изделиях.

Способ определения трещиностойкости бетона заключается в следующем. Изготавливаются образцы, причем для достоверности физико-механических характеристик они испытываются в воздушно-сухом и водонасыщенном состоянии, составы образцов отличаются наличием химических добавок, расходом цемента и водоцементным отношением.

Известен метод определения трещиностойкости материалов при равновесных испытаниях образцов с фиксацией размеров развивающейся трещины /ГОСТ 29167-91. Бетоны. Методы определения характеристик трещиностойкости, вязкости разрушения при статическом нагружении. [Текст]. - Введ. 1992-01-01. - М.: Изд - во стандартов, 1991. - 30 с./ [1]. В этом случае размер трещины определяется в процессе поэтапного нагружения с выдержками по 60-120 с. В качестве метода фиксирования результатов принимается микроскопическое наблюдение.

Недостатком этого способа является прерывистость испытаний, которая не дает полной картины развития трещины в любой промежуток времени, а также учитывая высокую скорость процесса, метод микроскопического наблюдения не дает точных данных.

Известен способ определения критической длины магистральной трещины путем испытания партии образцов с искусственно созданной трещиной, вдвое превышающей максимальный размер включений композитного материала, и партии образцов, не имеющих такой трещины. По величинам предельных напряжений определяют критическую длину трещины /А.с. СССР 819618, МКИ 3 G01N 3/08. Способ определения характеристики трещиностойкости материалов. / Л.П.Трапезников, В.И.Пащенко, АЛ.Пак (СССР). - № 2496382/25-28; заявл. 17.06.77; опубл. 07.04.81, Бюл. № 13. - 2 с./[2]. Принят за прототип.

Недостатком способа является недостаточная точность и достоверность определения критической длины макротрещины ввиду того, что пределы прочности испытываемых образцов с искусственной трещиной и без нее определялись только при одной (стандартной) скорости нагружения.

Сущностью изобретения является повышение качества строительных материалов.

Техническим результатом изобретения является повышение точности и достоверности определения критической длины магистральной трещины, спектра физико-механических характеристик, а также коэффициента трещиностойкости бетона.

Технический результат достигается тем, что в известном способе, включающем нагружение бетонных образцов сжимающими и растягивающими усилиями, определение и сравнение параметров характеризующих их физические свойства в воздушно-сухом и водонасыщенном состоянии, причем процесс высушивания - стабилизации массы, протекает при влажности 40% и температуре 18-20°С, а процесс водонасыщения - при атмосферном давлении до стабилизации массы, и оценку трещиностойкости по коэффициенту (Ктр), особенностью является то, что оценку трещиностойкости производят с помощью метода интеграции всех трещин, присутствующих в бетонном образце в одну приведенную трещину, а в качестве определяемых и сравниваемых параметров используют значения комплекса физико-механических характеристик (способ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018 , E, µ, Rсж, Lпр), замеренных после высушивания до стабилизации массы и в состоянии полного водонасыщения при атмосферном давлении и одинаковых составах бетона; величину длины приведенной трещины рассчитывают по формуле:

способ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018

где способ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018 - поверхностная энергия бетона, Дж/м2;

Е - Модуль упругости бетона, МПа;

µ - коэффициент Пуассона;

Rсж - прочность бетона на сжатие, МПа,

а коэффициент трещиностойкости рассчитывают по формуле:

способ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018

где способ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018 - длина приведенной трещины у сухих образцов, м;

способ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018 - длина приведенной трещины у водонасыщенных образцов, м.

Прочность бетонных образцов (кубов 0,1×0,1×0,1 м) на сжатие (RCM) определялась в соответствии с требованиями ГОСТ 10180-74, «Бетон тяжелый. Методы определения прочности», на прессе марки П-50.

Модуль упругости (E) и коэффициент Пуассона (µ) определялись по импульсно-акустическому методу с использованием ультразвукового прибора УКБ - 1 м. Акустические характеристики измерялись на кубах в соответствии с требованиями методики МИ II-74.

Определялась объемная масса бетона (способ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018 ) в соответствии с требованиями ГОСТ 12730-67.

Измерялось время прохождения продольных (способ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018l) и поперечных (способ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018cg) ультразвуковых волн и база прозвучивания (l).

Вычислялись скорости прохождения продольных (сl) и поперечных (ccg) ультразвуковых волн по зависимости:

способ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018

где l - база прозвучивания, м;

способ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018способ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018 - время прохождения сигнала через элемент преобразователя и контактную смазку, с;

способ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018 - время распространения ультразвукового импульса на базе, измеренное с помощью прибора, с.

Производилось вычисление значений коэффициента Пуассона по методике МИ II-74.

способ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018

Вычислялся модуль упругости по этой же методике.

способ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018способ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018

Поверхностная энергия (способ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018 ) определялась по энергии импульсов акустической эмиссии, выделявшихся при образовании в материале трещины определенной площади, загружением образца, растягивающими усилиями. Образец выполнен в форме пластины размерами 0,16×0,13×0,02 м, с инициаторами трещины длинной по 0,01 м, исходящими из цилиндрического отверстия 0 0,02 м, устроенного в геометрическом центре пластины.

При нагружении образцов растягивающим усилием импульс акустической эмиссии, возникающий в образце в момент образования новых поверхностей, принимается пьезоэлектрическим преобразователем, усиливается широкополосным предварительным усилителем, а затем пропускается через квадратичный детектор. Далее сигнал подается на логарифмический усилитель, динамический диапазон которого выше, чем диапазон линейного оконечного усилителя. С линейного оконечного усилителя сигнал поступает на емкостный накопитель, где происходит суммарное накопление импульсов акустической эмиссии, прошедших измерительный тракт. Для передачи на самописец в схему включен катодный повторитель, который не позволяет разряжаться емкостному накопителю.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения характеристики трещиностойкости материалов, включающем нагружение сжимающим усилием и доведение до разрушения образцов, не используется искусственно созданная трещина и определение длины приведенной трещины осуществляется с помощью теоретических аспектов, а в качестве показателя оценки трещиностойкости принимается коэффициент трещиностойкости.

способ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018

где способ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018 - длина приведенной трещины у сухих образцов, м;

способ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018 - длина приведенной трещины у водонасыщенных образцов, м.

При определении этого параметра был использован комплекс физико-механических характеристик: поверхностная энергия, модуль упругости, коэффициент Пуассона и прочность бетона при статическом сжатии.

В качестве экспериментальной части все перечисленные параметры были определены для 16 опытных составов, отличающихся видом и расходом цемента, расходом воды затворения и режимами пропаривания, а также наличием химической добавки ПАЩ-2 в количестве 0,2способ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018 0,4%. Причем образцы испытывались в воздушно-сухом и водонасыщенном состоянии, что было сделано для достоверности воссоздания условий эксплуатации бетонных элементов.

Принятые составы представлены в таблице 1.

Значения физико-механических характеристик, полученные при расчете в соответствии с предложенной методикой, представлены в таблице 2.

С помощью полученных значений можно оценить поведение бетона, в частности процесс адсорбционного понижения прочности, или, другими словами, «Эффект Ребиндера». Суть явления заключается в том, что вода, являясь самым распространенным на земле поверхностно-активным веществом, имеет клиновидное строение дипольной молекулы, и она, адсорбируясь на поверхности адсорбента, проникает в устья микродефектов и микротрещин, создавая расклинивающее усилие. Из этого следует, что в материале, имеющем в своем составе огромное количество дефектов, при водонасыщении создается эффект «преднапряжения».

Таблица 1
Составы исследуемых бетонов
№ п/пВид цемента Расход цемента, кг/м 3Водоцементное отношение, В/ЦСостав бетонной смеси по массе, Ц:П:Щ Расход химической добавки ПАЩ-2,%
1Быстротвердеющий портландцемент375 0,4 1:1,59:3,18-
2 3750,6 1:1,52:3,03-
3 6250,4 1:0,78:1,57-
4 6250,6 1:0,72:1,44-
5 Алюминатный портландцемент 3750,4 1:1,59:3,18-
6 3750,6 1:1,52:3,03-
7 6250,4 1:0,78:1,57-
8 6250,6 1:0,72:1,44-
9 Шлакопортландцемент 5000,7 1:0,83:1,67-
10 3000,7 1:1,81:3,62-
11 5000,5 1:1,90:1,80-
12 3000,5 1:1,94:3,88-
13 5000,7 1:0,83:1,670,4
14 3000,7 1:1,81:3,620,2
15 5000,5 1:1,90:1,800,4
16 3000,5 1:1,94:3,880,2
где Ц:П:Щ - цемент:песок:щебень;В/Ц - водоцементное отношение

Анализируя результаты исследований можно сделать выводы:

- коэффициент трещиностойкости показывает влияние водонасыщения и наличия химических добавок на трещиностойкость бетона;

- для бетонов могут быть определены теоретические значения величин критических напряжений, при которых происходит разрушение образца;

- действие «эффекта Ребиндера» наиболее четко и полно прослеживается при применении энергетического подхода и полученные показатели позволяют наиболее четко и полно оценить действие данного явления.

Данное техническое решение отличается простотой применения и точностью результатов.

способ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018

Источники информации

1. ГОСТ 29167-91. Бетоны. Методы определения характеристик трещиностойкости, вязкости разрушения при статическом нагружении. [Текст]. - Введ. 1992-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 1991. - 30 с.

2. А.с. СССР 819618, МКИ3 G01N 3/08. Способ определения характеристики трещиностойкости материалов. / Л.П.Трапезников, В.И.Пащенко, А.П.Пак (СССР). - № 2496382/25-28; заявл. 17.06.77; опубл. 07.04.81, Бюл. № 13. - 2 с.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ определения трещиностойкости бетона, включающий нагружение бетонных образцов сжимающими и растягивающими усилиями, определение и сравнение параметров, характеризующих их физические свойства в воздушно-сухом и водонасыщенном состоянии, причем процесс высушивания - стабилизации массы протекает при влажности 40% и температуре 18-20°С, а процесс водонасыщения при атмосферном давлении до стабилизации массы, и оценку трещиностойкости по коэффициенту Ктр, отличающийся тем, что оценку трещиностойкости производят с помощью метода интеграции всех трещин, присутствующих в бетонном образце, в одну - приведенную трещину, а в качестве определяемых и сравниваемых параметров используют значения комплекса физико-механических характеристик - способ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018 , Е, µ, Rсж, Lпр, замеренные после высушивания до стабилизации массы и в водонасыщенном состоянии при атмосферном давлении и одинаковых составах бетона, величину длины приведенной трещины рассчитывают по формулеспособ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018 ,где способ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018 - поверхностная энергия бетона, Дж/м2;Е - модуль упругости бетона, МПа;µ - коэффициент Пуассона;Rсж - прочность бетона на сжатие, МПа,коэффициент трещиностойкости рассчитывают по формулеспособ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018 ,где способ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018 - длина приведенной трещины у сухих образцов, м;способ определения трещиностойкости бетона, патент № 2390018 - длина приведенной трещины у водонасыщенных образцов, м.

www.freepatent.ru

Саденко Д.С., Ерошкина Н.А., Коровкин М.О. Исследование трещиностойкости бетона c добавкой хризотила и суперпластификатора

УДК 539.384:691.32:620.191.33

Саденко Денис Сергеевич1, Ерошкина Надежда Александровна2, Коровкин Марк Олимпиевич31ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», к.т.н., доцент2ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», к.т.н., инженер-исследователь3ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», к.т.н., доцент

АннотацияПриведены результаты исследования влияния хризотила на прочность и характеристики трещиностойкости (вязкости разрушения) мелкозернистого бетона при статическом нагружении. Показано, что добавка 1 % хризотила повышает трещиностойкость и деформативно-прочностные характеристики бетона.

Ключевые слова: бетон, хризотил

Sadenko Denis Sergeevich2, Eroshkina Nadezda Alexandrovna2, Korovkin Mark Olimpievich41Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor2Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Engineer-researcher3Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor

AbstractThe article contains the results of experimental research into the effect of chrysotile on the strength and fracture toughness characteristics of fine grained concrete under static loading. It is shown that 1% addition of chrysotile increases fracture toughness and deformability and strength characteristics of concrete.

Keywords: chrysotile, concrete

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:Саденко Д.С., Ерошкина Н.А., Коровкин М.О. Исследование трещиностойкости бетона c добавкой хризотила и суперпластификатора // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 1. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/01/46320 (дата обращения: 12.01.2018).

Развитие технологии бетона, произошедшее за последние десятилетия, позволяет в несколько раз повысить прочность бетона, производимого промышленным способом [1]. Однако при повышении прочностных характеристик бетона возрастает его хрупкость и снижается трещиностойкость. Для устранения этого негативного эффекта применяется стальная, полимерная или минеральная фибра. Исследования, проводившиеся на протяжении последних десятилетий, убедительно показывают, что дисперсное армирование бетона повышает его трещиностойкость, ударостойкость, прочность на растяжение и изгиб [2-4]. Повышение трещиностойкости бетона за счет использования микроармирующих добавок, наряду с использованием высокоэффективных водоредуцирующих добавок, способно значительно повысить долговечность бетона [5, 6] и снизить его проницаемость для коррозионно-активных агентов.

В настоящее время для дисперсного армирования наиболее широко применяется дорогостоящая металлическая фибра, которая склонна к коррозии при неблагоприятных условиях эксплуатации. К числу наиболее перспективных материалов для дисперсного армирования бетона относятся волокна хризотила, которые представляют собой трубки с внешним диаметром 20 нм. Они характеризуются более высокой, чем у стали прочностью при растяжении и стойкостью в щелочных средах. Хризотил является природным материалом, и относится к одним из самых дешевых видов волокон.

В настоящей работе было исследовано влияние добавки хризотила в количестве 1 % от массы цемента на деформативно-прочностные свойства и параметры разрушения растворной составляющей бетона. Кроме состава с добавкой хризотила, исследовался бездобавочный контрольный состав.

Исследования проводились на составе с соотношением песок:цемент 1:2 при водоцементном отношении 0,4. Для приготовления смеси использовался один из наиболее эффективных суперпластификаторов [7] Melflux 5581F в количестве 0,25 % от массы цемента. Из этой смеси изготавливались образцы типа I с размерами 40×40×160 мм для испытания по методике [8]. После формования образцы выдерживались при температуре 20 °С в течении 4 часов, а затем подвергались тепловлажностной обработке по режиму: 3 часа – подъем температуры, 7 часов – выдержка при 80 °С и 5 часов – охлаждение.

Исследование трещиностойкости мелкозернистого бетона проводилось по методике стандарта [8], с помощью измерительно-вычислительного комплекса «АСИС-1» производства НПП «ГЕОТЕК» [9] с оснасткой для испытания на изгиб (рис. 1).

При исследовании трещиностойкости расстояние между опорами призм составляло 130 мм. Скорость нагружения образца составляла 0,02 мм/мин. Величины λ и φ, используемые в расчетах [8], принимались равными 0,35 и 0,3077, соответственно.

а)

б)

Рис. 1. Общий вид измерительно-вычислительного комплекса  «АСИС-1» (а) и схема испытания (б)

Результаты определения зависимостей «прогиб – сила» для составов без добавки и с добавкой хризотила приводятся на рис. 2.

Рис. 2. Влияние прогиба образцов на силу сопротивления

Из приведенных на рис. 2 зависимостей величины прогиба от приложенной нагрузки видно, что развитие магистральной трещины у состава бетона с армирующим волокном происходит позже, чем в составе бетона без хризотилового волокна. Несмотря на то, что величина прогиба такого состава почти в 2 раза выше, чем бездобавочного состава, этот состав дольше сопротивляется разрушению при большей нагрузке.

По полученным результатам (рис. 2) вычисляли следующие характеристики раствора – модуль упругости (Еб) рассчитывали исходя из величины прогиба (f), образуемого при действии на образец нагрузки (Fс) соответствующей началу движения магистральных трещин по формуле:

,

где Iк– момент инерции (, b, h – ширина и высота образца в м).

Результаты вычисления различных характеристик трещиностойкости исследованных составов по методикам [8] приводятся в таблице.

Таблица. Характеристики трещиностойкости исследованных составов

№ п/п Характеристика Без добавки 1 % хризотила
1 Модуль упругости (Eb), МПа 18496,4 33299,1
2 Энергозатраты на процессы развития и слияния микротрещин до формирования магистральной трещины статического разрушения (Wm), МДж 0,0129 0,0025
3 Энергозатраты на упругое деформирование до начала движения магистральной трещины статического разрушения (We), Н×мм 0,0286 0,0051
4 Энергозатраты на локальное статическое деформирование в зоне магистральной трещины (Wi), Н×мм 1,53E-05 0,0069
5 Расчетные энергозатраты на упругое деформирование сплошного образца (Wuic), МДж 0,0077 0,01997
6 Удельные энергозатраты на статическое разрушение до момента начала движения магистральной трещины (Gi),МДж/м2 17,3 29,9
7 Удельные эффективные энергозатраты на статическое разрушение (GF), МДж/м2 11,6 27,5
8 Статический J-интегралi (Ji), МДж/м2 9,8 10,7
9 Статический критический коэффициент интенсивности напряжений (Ki), МПа×м0,5 0,74 0,76
10 Критерий хрупкости (χFc), м 11,5 15,8
11 Условный критический коэффициент интенсивности напряжений (Kc), кН×м0,5 0,65 0,78
12 Прочность на изгиб, МПа 8,4 10,2

Сравнение данных в таблице показывает, что за счет введения хризотила повышается прочность на изгиб при растяжении на 22 %, модуль упругости бетона возрастает в 1,8 раза.

При введении хризотилового волокна (данные таблицы) происходит значительное увеличение энергии приходящейся на развитие магистральных трещин и энергии расходуемой на разрушение образца вследствие восприятия растягивающих напряжений хризотиловыми волокнами. В результате коэффициент трещиностойкости – вязкость разрушения повышается с 0,65 до 0,78.

Растворная составляющая бетона с добавкой хризотила уступает по характеристикам бетонам, армированным стальной фиброй [2]. Причиной этого, по нашему мнению, является неравномерное распределение хризотиловых волокон из-за их комкования в процессе перемешивания.

Проведенные исследования позволили подтвердить предположение о положительной роли хризотилового волокна как армирующего элемента бетона для повышения его трещиностойкости, модуля упругости и прочности при растяжении.

Библиографический список
  1. Калашников В.И. Через рациональную реологию в будущее бетонов. Ч.3. От высокопрочных и особовысокопрочных бетонов будущего к суперпластифицированным бетонам общего назначения настоящего // Технологии бетонов. 2008. № 1. С. 20.
  2. Пухаренко Ю. В., Голубев В. Ю. О вязкости разрушения фибробетона // Вестник гражданских инженеров. – 2008. – № 3 (16). – С. 80-83.
  3. Зайцев Ю.В. Механика разрушения для строителей: учеб. пособие для строит. вузов. М.: Высш. шк., 1991. – 288 с.
  4. Пащенко А.А. Армирование неорганических вяжущих веществ минеральными волокнами. Наука – строительному производству. М.: Стройиздат. 1988. 382 с.
  5. Коровкин, М.О. Исследование эффективности суперпластификатор С-3 в вяжущем низкой водопотребности/М.О. Коровкин//Строительство и реконструкция. -2011. -№ 2. -С. 83-87.
  6. Коровкин, М.О. Ресурсосберегающая эффективность суперпластификатора в бетоне/М.О. Коровкин, В.И. Калашников//Региональная архитектура и строительство. -2011. -№ 2. -С. 59-61.
  7. Коровкин М.О. Эффективность суперпластификаторов и методология ее оценки: монография // М. О. Коровкин, В. И. Калашников, Н. А. Ерошкина; М-во образования и науки Российской Федерации, Федеральное гос. бюджетное образовательное учреждение высш. проф. образования “Пензенский гос. ун-т архитектуры и стр-ва”. Пенза, 2012. 144 с.
  8. ГОСТ 29167-91. Бетоны. Методы определения характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении.
  9. Устройство компрессионного сжатия [Электронный ресурс] / режим доступа: http://www.npp-geotek.ru/catalog/info/compression/
Количество просмотров публикации: Please wait

Все статьи автора «Ерошкина Надежда Александровна»

web.snauka.ru

Усадочная трещиностойкость бетона с дисперсным армированием

В последние годы получили широкое распространение высокопрочные (ВПБ) и высококачественные (ВКБ) бетоны, применение которых дает возможность уменьшить материа-лоемкость и повысить эффективность строительства. Однако практика строительства предъявляет к бетонам новые требования, что объясняется применением их не только в обычных, но и в экстремальных условиях, в конструкциях новых архитектурных форм, в тонкостенных панелях со сложным рельефом и оболочках, пустотелых балках, трубах, резервуарах, при устройстве покрытий дорог и аэродромов, при изготовлении защитных элементов и др.Актуальным направлением в получении бетонов нового поколения, отличающихся более широкими функциональными возможностями, является применение комплексного дисперсного армирования, рассматриваемого как средство торможения трещинообразования в бетоне на соответствующих структурных уровнях различного масштаба. Повышение трещиностойкости бетонов за счет дисперсного армирования рассмотрено во многих научных работах, что позволило значительно улучшить качественные характеристики бетона.При проведении настоящих исследований выполнена оценка прочности, усадки и усадочной трещиностойкости высокопрочных бетонов с многоуровневым дисперсным армированием.В качестве армирующих элементов приняты включения, условно разделяемые по со-отношению l/d (l — длина, d — диаметр включения) на:— элементы в виде минеральных частиц с l/d=1;— элементы в виде волокон с l/d>1.Армирующими элементами на макроуровне являлись полиамидные волокна Roximat NIL фирмы “Rodia” длиной 6 и 12 мм со следующими характеристиками: плотность — 1,17 г/см3; диаметр — 15-18 мкм; прочность на растяжение — 500 МПа; модуль упругости — 2-4 ГПа; относительное удлинение при разрыве — 60 %.Армирующие элементы на микроуровне (уровне цементного микробетона) представ-ляли собой комплексные органоминеральные модификаторы, вводившиеся в приготовляемые смеси совместно с цементом. В качестве минерального компонента модификаторов применялся бой силикатного силикатного кирпича удельной поверхностью 680 м2/кг.Для пластифицирования бетонных смесей использовался суперпластификатор С-3 на основе продуктов поликонденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида, выпускаемый в соответствии с ТУ 6-36-020429-625 Новомосковским химическим комбинатом органического синтеза.Суперпластификатор вводился в бетон в две стадии: 1 — на стадии приготовления ком-плексного органоминерального модификатора минеральный наполнитель размалывался совместно с суперпластификатором, количество которого составляло 50 % его общей дозиров-ки; 2 — на стадии приготовления фибробетона в него вводились остальные 50 % суперпластификатора. Общее количество суперпластификатора равнялось 1 % массы цемента.Процесс приготовления фибробетона включал следующие стадии. На первой стадии в водный раствор суперпластификатора С-3 вводили полиамидное волокно с последующим перемешиванием в течение 40-80 с в лабораторном лопастном смесителе с вертикальным валом. К распушенному таким образом волокну добавляли цемент и смесь перемешивали до получения однородной суспензии, к которой затем добавляли заполнитель в соответствии с принятой дозировкой.Для приготовления фибробетона использовали портландцемент марки ПЦ-500Д0 производства ПО “Осколцемент”, высокопрочный гранитный щебень фракции 5-10 мм и песок (отсев ПГС) с модулем крупности 2,6. Расход компонентов составлял, кг/м3 бетона: цемент — 562, песок — 575, щебень — 1322. В/Ц бетона контрольного состава, приготовленного без суперпластификатора, достигало 0,4, с суперпластификатором — 0,27 при осадке конуса бетонной смеси 4-6 см. Изготовленные из фибробетона образцы в течение 28 сут твердели в нормальновлажностных условиях.Как следует из приведенных в табл. 1 данных, в возрасте 1 сут прочность на сжатие бетона контрольного состава равна 18,4 МПа, фибробетона с полиамидным волокном при длине волокна 6 и 12 мм выше соответственно на 30 и 25 %. Максимальная прочность на сжатие фибробетона в возрасте 1 сут достигает 33,2 МПа при использовании полиамидных волокон длиной 6 мм, применяемых в комплексе с органоминеральным модификатором. С увеличением длины волокна до 12 мм прочность фибробетона снижается и в возрасте 1 сут составляет 27,6 МПа, превышая при этом прочность бетона контрольного состава.Установленные закономерности выявлены также при оценке нормативной прочности на сжатие фибробетона в возрасте 28 сут: при длине волокна 6 и 12 мм этот показатель увеличился на 20 и 15 % соответственно. При использовании полиамидных волокон в сочетании с боем силикатного кирпича увеличение прочности бетона равнялось 38 и 44 %.Испытания образцов из высокопрочного фибробетона показали также, что наличие в их составе полиамидных волокон в комплексе с боем силикатного кирпича способствует значительному росту прочности образцов на растяжение при изгибе. Так, в возрасте 1 сут прочность на изгиб бетона контрольного состава равнялась 5,5 МПа, фибробетона, приготовленного с полиамидным волокном в сочетании с боем силикатного кирпича, — 11,2 и 11,6 МПа при длине волокон соответственно 6 и 12 мм.Таким образом, комплексное дисперсное армирование тонкомолотыми минеральными наполнителями и полиамидными волокнами способствует значительному повышению прочностных показателей бетона.Усадочные деформации исследуемого бетона определялись по стандартной методике ГОСТ 24544-81. После стабилизации воздушной усадки в естественных условиях образцы помещались в эксикаторы или термошкафы с прокаленным хлоридом кальция при относи-ельной влажности воздуха =5-10 % и комнатной температуре 20±2оС. По достижении стаблизации усадки в этих условиях определялась величина полных усадочных деформаций после высушивания образцов при температуре 105оС. Данные о развитии деформаций усадки, а также набухания исследованных бетонов приведены в табл.2.Как следует из приведенных в табл. 2 данных, установлено значительное снижение величин усадочных деформаций бетона с дисперсным армированием на всех этапах их определения: в воздушно-влажностных и воздушно-сухих условиях, а также при высушивании при температуре 105оС.Интенсивное развитие усадочных деформаций фиксировалось в течение первых 30-60 сут испытаний. При этом рост усадочных деформаций и их конечное значение в бетоне контрольного состава оказались значительно выше, чем в дисперсно армированном бетоне.Высушивание образцов до полного удаления из них влаги приводило к существенному снижению усадочных деформаций. Так, усадка высокопрочного бетона контрольного состава достигала 1,2 мм/м, а фибробетона с полиамидным волокном длиной 6 и 12 мм равнялась соответственно 0,5 и 0,76 мм/м. При использовании полиамидного волокна в сочетании с наполнителем (бой силикатного кирпича) минимальные усадочные деформации бетона по-сле высушивания образцов составили 0,38 и 0,47 мм/м при длине армирующих волокон соответственно 6 и 12 мм (рис. 12).Жесткое циклическое воздействие попеременного высушивания-насыщения в воде является определяющим для оценки трещино-стойкости бетона. Это подтверждено осмотром трещин на образцах, ширина раскрытия которых в бетоне контрольного состава после второго цикла испытаний составила до 0,1-0,15 мм, а в дисперсно армированном бетоне равнялась всего лишь 0,05-0,07 мм (рис. 13). При дальнейшем циклическом воздействии попеременного увлажнения-высушивания в бетоне контрольного состава наблюдалось заметное развитие усадочных деформаций и появление трещин: после 8 циклов испытаний ширина раскрытия трещин в этом бетоне достигала 2,7 мм. Наименьшая ширина раскрытия трещин, составившая 0,25 и 0,4 мм, отмечена в бетоне с дисперсным армированием составов 4 и 5 соответственно (рис. 13).Таким образом, при многократном циклическом воздействии попере-менного увлажнения-высушивания дисперсно армированные бетоны отличаются высокой трещиностойкостью и могут использоваться для изготовления конст-рукций с высокой степенью надежности, эксплуатируемых в условиях попеременного высушивания-увлажнения, замораживания-оттаивания.Применение дисперсного армирования бетона на микро- и макроуровнях с целью повышения его трещино-стойкости является важной предпосылкой для получения бетонов нового поколения, отличающихся более широкими функциональными возможностями. Высокопрочные бетоны с многоуровневым дисперсным армированием будут востребованы во всех тех случаях, когда необходимо применение бетона с повышенной трещиностойкостью, прочностью на растяжение, высокой ударопрочностью и износостойкостью.

stroyspot.ru

ВЛИЯНИЕ ВОЗДУХОВОВЛЕЧЕНИЯ НА ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ ДОРОЖНЫХ БЕТОНОВ

Статья опубликована в рамках:

 

Выходные данные сборника:

 

ВЛИЯНИЕ  ВОЗДУХОВОВЛЕЧЕНИЯ  НА  ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ  ДОРОЖНЫХ  БЕТОНОВ

Курбатов  Владимир  Леонидович

канд.  техн.  наук,  профессор  Белгородского  государственного  технологического  университета  им.  В.Г.  Шухова,  Северо-кавказского  филиала,  РФ,  г.  Минеральные  Воды

 

INFLUENCE  OF  AIR  ENTRAINMENT  ON  CRACK  RESISTANCE  OF  PAVEMENT  CONCRETE

Vladimir  Kurbatov

candidate  of  Science,  professor  of  North  Caucasus  branch  of  Belgorod  State  Technological  University  named  after  V.G.  Shukhov,  Russia  Mineralnye  Vody

 

АННОТАЦИЯ

Рассмотрены  работы,  посвященные  трещиностойкости  бетонов  и  методам  ее  определения.  Показаны  преимущества  разработанного  устройства  для  определения  внутренних  напряжений  и  трещиностойкости  материалов.  Устройство  было  использовано  при  определении  влияния  пластифицирующих  и  воздухововлекающих  добавок  на  структурные  внутренние  напряжения  при  твердении  бетонов  и  температурные  напряжения  при  их  охлаждении,  а  также  на  температуры  растрескивания  от  действия  этих  напряжений. 

ABSTRACT

There  are  examined  works  devoted  to  the  question  of  crack  resistance  of  concrete  and  estimation  methods  of  it.  There  are  shown  advantages  of  the  developed  device  for  identification  of  internal  stress  and  crack  resistance  of  materials.  The  device  has  been  used  when  defining  the  influence  of  water-reducing  and  air-entraining  admixtures  on  structured  internal  stresses  during  concrete  curing,  on  thermal  stresses  during  its  cooling  down  and  on  cracking  temperatures  from  stresses  effect. 

 

Ключевые  слова:  трещиностойкость  бетонов;  методы  испытания;  добавки

Keywords:  crack  resistance  of  concrete;  testing  methods;  admixtures. 

 

Подавляющее  число  работ  различных  исследователей,  как  в  нашей  стране,  так  и  за  рубежом,  посвящены  изучению  прочности  бетона  и  только  в  отдельных  исследованиях  Мальцева  К.А.,  Берга  О.Я.,  Зайцева  Ю.В.,  Бабкова  В.В.,  Панасюка  В.В.,  Гузеева  Е.А.,  Леоновича  С.Н.,  Милованова  А.Ф.  Шейкина  А.Е.,  Федорова  А.Е.,  Грушко  И.М.  и  других  авторов  уделяется  внимание  проблемам  трещиностойкости  бетонов.  Это  связано  с  трудоемкостью  исследований  трещиностойкости  бетонов  и  недостаточной  разработки  экспериментальных  методов  ее  объективной  оценки.

Специфической  особенностью  цементных  бетонов  является  весьма  существенное  различие  между  показателями  прочности  на  сжатие  и  показателями  прочности  на  растяжение  или  при  изгибе,  которые  определяют  в  какой-то  мере  их  трещиностойкость.  Трещинообразование  в  дорожных  цементобетонных  покрытиях  согласно  [2]  обусловлено  усадочными  деформациями,  возникающими  при  твердении  бетонов,  испарении  воды  и  при  их  охлаждении.  Наряду  с  этим  дополнительные  деформации  (сжатия  или  растяжения)  в  дорожном  цементобетонном  покрытии  всегда  появляются  при  замерзании  грунтового  основания,  имеющего  в  различных  точках  неодинаковую  влажность,  что  вызывает  их  неравномерное  поднятие.  Исследованию  усадочных  структурных  и  влажностных  деформаций  и  напряжений  в  бетонах  и  растворах  посвящены  работы  Диброва  Г.Д.,  Гвоздева  А.А.,  Берга  О.Я.,  Ахвердова  И.Н.,  Бабкова  В.В.  и  др.

Авторским  коллективом  с  участием  академика  АН  УССР  В.В.  Понасюка,  Е.А.  Гузеева  и  др.  разработан  ГОСТ  29167-91  «Методы  определения  характеристик  трещиностойкости  (вязкости  разрушения)  при  статическом  нагружении  бетонов».  Определение  характеристик  кратковременной  трещиностойкости  образцов  бетонов  по  этому  ГОСТу  осуществляют  при  статическом  нагружении  при  равновесных  и  неравновесных  механических  испытаниях.  Для  определения  характеристик  трещиностойкости  испытывают  образец  с  начальным  надрезом,  который  наносят  при  помощи  режущего  инструмента  или  при  формовании  образцов  путем  закладывания  фольги  или  металлической  пластины. 

При  равновесных  испытаниях  записывают  диаграмму:  усилие  F  —  перемещение  (деформация)  образца  V.  Полученные  диаграммы  состояния  трансформируют  в  расчетные  и  производят  дополнительные  построения,  на  основе  которых  определяют  по  представленным  зависимостям  силовые  и  энергетические  характеристики  трещиностойкости  материала.

По  результатам  неравновесных  испытаний  образцов  на  изгиб,  на  осевое  растяжение,  на  внецентренное  сжатие  и  на  растяжение  при  раскалывании  фиксируют  значение  Fcx-нагрузку,  соответствующую  динамическому  началу  движения  магистральной  трещины  и  по  соответствующим  зависимостям  9—12  (ГОСТ  29167-91)  определяют  характеристику  трещиностойкости  Ксх-  условный  критический  коэффициент  интенсивности  напряжений.

Изложенная  на  основе  теоретических  положений  линейной  механики  разрушения  материалов  в  ГОСТ  29167-91  методика  определения  трещиностойкости  бетонов  позволяет  получить  детальную  характеристику  процессов  разрушения  бетона  при  определенных  схемах  нагружения,  что,  безусловно,  представляет  значительную  научную  ценность  и  расширяет  представления  о  механизме  разрушения  бетонов.  Однако  определение  трещиностойкости  бетонов  по  изложенной  методике  весьма  трудоемкое,  необходимо  оперировать  с  42  показателями,  которые  получают  по  результатам  испытания  бетонных  образцов  и  при  их  трансформации.  Кроме  того,  в  получаемой  информации  о  трещиностойкости  бетонов  не  учитываются  процессы  изменения  структуры  бетонов  и  их  трещиностойкости  в  процессе  эксплуатации,  особенно  в  таких  сложных  условиях,  в  которых  эксплуатируются  дорожные  бетоны.  Вероятно,  этим  и  обусловлено  то,  что  требования  ГОСТ  29167-91  являются  рекомендательными. 

Исследованию  внутренних  напряжений  и  деформаций  усадки  в  процессе  твердения  и  набухания,  возникающих  в  цементном  камне  и  бетоне,  посвящено  значительное  количество  работ  Г.Д.  Диброва  и  сотрудников  [1].  Отмечая,  что  в  цементном  камне  одним  из  самых  важных  факторов  являются  физико-химические  межмолекулярные  структурирующие  связи  и  их  изменение  под  влиянием  среды,  он  результатами  своих  исследований  подтвердил  принцип,  сформулированный  академиком  П.А.  Ребиндером  относительно  влияния  смачивающих  жидкостей  на  прочность  твердых  тел.  В  частности,  прочность  и  трещиностойкость  цементного  камня  и  бетонов  во  многих  случаях  определяется  силами,  возникающими  в  их  структуре  при  высыхании,  замораживании,  осмотическими,  от  кристаллизационного  давления  при  сульфатной  коррозии  цементного  камня  и  др.  Он  подчеркивает,  что  величина  внутренних  усадочных  напряжений  в  цементном  камне  зависит  не  от  градиента  влажности,  а  прежде  всего  от  природы  жидкой  фазы  и  се  взаимодействия  со  структурой.

Развитие  внутренних  напряжений  в  цементном  камне  Дибров  Г.Д.  изучал  с  помощью  контрактометра-релаксометра,  принцип  устройства  которого  основан  на  измерении  с  помощью  пружинного  динамометра  усилий  в  испытуемом  образце.  Как  следует  из  работы  [1],  в  начальный  период  замораживания  преобладает  термическое  сжатие  структуры.  С  понижением  температуры  до  –10  °С  в  цементном  камне  с  наибольшим  содержанием  воды  (В/Ц)=0,5  происходит  резкое  падение  напряжений  из-за  расширения  воды  при  фазовом  переходе  ее  в  лед.  Жидкая  фаза  начинает  переходить  в  лед  при  температурах,  близких  к  0  °С,  в  крупных  порах  и  в  сравнительно  широких  устьях  микротрещин.  При  этом  в  процессе  дальнейшего  пониже-ния  температуры  создаются  условия  для  роста  крупных  микротрещин  и  дефектов  под  влиянием  кристаллизационного  давления  льда.  Автор  считает  [2],  что  вода  граничных  слоев  (адсорбированная  вода)  не  переходит  в  лед,  а  перемещается  к  тупиковым  участкам  развивающихся  микротрещин,  вызывая  адсорбционное  понижение  прочности  и  образование  микротрещин,  с  чем  нельзя  согласиться,  Адсорбированная  на  поверхности  или  в  микротрещинах  минерального  заполнителя  вода  связана  адсорбционными  силами  и  не  имеет  подвижности  даже  при  положительных  температурах.  Замерзание  пленок  адсорбированной  воды  происходит  при  температурах  ниже  0  °С  по  мере  появления  возможности  сближения  ее  молекул  в  процессе  охлаждения  ее  подложки.  Представленные  в  работе  [1]  графики  показывают,  что  охлаждение  до  –30  °С  не  приводит  к  растрескиванию  образцов  цементного  камня,  что  обусловлено  деформированием  пружинного  динамометра  в  схеме  испытания,  представленной  в  [1],  что  не  моделирует  напряженное  состояние  бетонного  покрытия  по  схеме  защемленного  по  концам  образца. 

  В  патенте  США  [5]  предложено  устройство  для  измерения  термических  напряжений  в  структуре  бетона,  включающее  образец  бетона,  расположенный  в  форме,  ограниченной  захватами  и  боковыми  пластинами,  расположенными  между  захватами. 

Недостатком  известного  устройства  является  получение  относительных  показателей  напряжений  в  испытуемых  образцах  в  связи  с  тем,  что  схема  испытаний  образцов  бетона  в  устройстве  не  моделирует  реальные  условия  нагружения  бетонных  покрытий,  которые  имеют  место  в  практике,  а  именно  при  полном  или  частичном  ограничении  деформирования  материала  при  структурной  и/или  температурной  усадке.

С  целью  расширения  функциональных  возможностей  устройства  и  обеспечения  испытания  материалов  по  схеме  защемленного  по  концам  образца  при  действии  структурных  внутренних  напряжений,  температурных  внутренних  напряжений  и  старения  —  каждого  в  отдельности  или  при  любом  их  сочетании  разработано  устройство  [3],  лишенное  недостатков  описанных  в  устройстве  [5].  В  нашей  работе  использовалось  это  устройство  для  исследований  усадочных  структурных  напряжений  в  процессе  твердения  образцов  в  течение  28  суток  при  температуре  20±2  °С  температурных  напряжений  при  последующем  охлаждением  их  до  температуры  растрескивания.

Для  исследований  были  приняты  бетоны,  содержащие  щебеночные  и  песчаные  фракции,  полученные  из  дробленого  гравия  и  галечника  Добровольненского  карьера.  Гравийно-галечный  материал  представлен  минералами  известняка,  кварцита  и  кварца,  истинная  плотность  2700  кг/м3,  пористость  2,6  %,  водопоглощение  0,54  %,  содержание  пылевидных,  глинистых  и  илистых  частиц  0,74  %,  содержание  зерен  пластинчатых,  лещадных  и  игловатых  форм  7,02  %,  марка  по  истираемости  И-1,  по  дробимости  1000,  по  морозостойкости  Мрз  50.  В  смесях  использовали  цемент  производства  ОАО  «Новороссийский  цементный  завод»  марки  ЦЕМ  142,5  Н.

Прочностные  и  деформативные  показатели  цементных  бетонов,  как  и  других  материалов,  в  значительной  степени  определяются  их  пористостью  (плотностью). 

В  обстоятельных  работах  Полака  А.Ф.  и  Бабкова  В.В.  показано  [4],  что  повышение  прочности  бетонов  особенно  при  растягивающих  напряжениях,  а  также  ударной  прочности,  морозостойкости,  трещиностойкости  достигается  при  условии  создания  монопорового  пространства  в  си-теме,  то  есть  размеры  пор  должны  быть  одинаковыми  и  как  можно  меньших  диаметров. 

Для  изучения  влияния  таких  добавок  на  трещиностойкость  бетонов  были  взяты:  комплексная  полифункциональная  добавка  Д-5  (ТУ  5443-008-44628610-2011),  суперпластификатор  С-3  МУ  (ТУ  2492-001-45285129-2000)  и  разработанная  комплексная  добавка  ЖККА  (СТО  32647016-001-2009).  Составы  и  свойства  мелкозернистых  бетонов  представлены  в  табл.  1  и  2.

Таблица  1. 

Составы  мелкозернистых  бетонных  смесей

№  со­ста­вов

 

 

става

 

Состав  бетона,  %  масс.

цемент

песок

щебень

вода

В/Ц

Добавки  в  бетонную  смесь

Д-5

С-ЗМУ

ЖККА

*«*!•

1

21,46

20,39

48,75

9,40

0,43

2

21,44

20,43

48,68

9,30

0,43

0,65

3

21,42

20,45

48,65

9,28

0,43

0,25

4

21,41

20,42

48,64

9,28

0,43

0,25

 

Таблица  2. 

Свойства  мелкозернистых  бетонных  смесей  и  бетонов 

№  сос­та­вов

Осад­ка  конуса,  ОК,  см

Прочность,  МПа

Моро­зостой­кость,  циклы

Rcж

/  Rизг

Тр,  °С

В/Ц

Объем  вовле­ченного  воздуха  в  бетон­ной  смеси,  %

при  сжатии

Rсж

при  растяже­нии  при  изгибе

Rизг

1

2

32,9

4,4

109

7,5

+2

0,43

1,8

2

3

40,2

5,5

214

 

7,3

+1

0,43

2,1

3

3

41,7

5,9

3  4  2

7,1

–4

0,43

3,8

4

3

40,0

6,2

461

6,4

–8

0,43

6,5

 

Рисунок  1.  Развитие  структурных  усадочных  напряжений  в  бетоне  при  твердении  и  температурных  напряжений  при  охлаждении.  Цифрами  обозначен  №  составов  по  таблице  1

 

По  полученным  зависимостям  внутренних  напряжений,  возникающих  в  бетонном  образце  в  процессе  твердения  во  времени  и  при  последую-щем  охлаждении,  определяли  температуру  растрескивания  бетона  Тр  (рис.  1).  Как  следует  из  рис.  1  и  табл.  1  и  2,  температура  растрескивания  бетонов  в  значительной  степени  понижается  в  зависимости  от  применяемой  добавки.  Введение  полифункциональной  добавки  Д-3  позволяет  несколько  увеличить  объем  вовлеченного  воздуха  в  бетонной  смеси  и  повысить  морозостойкость.  Введение  пластифицирующей  добавки  С-ЗМУ  и  добавки  ЖККА  позволяет  увеличить  объем  вовлеченного  воздуха  в  бетонных  смесях,  что  проявляется  в  значительном  увеличении  морозостойкости  и  снижении  температур  растрескивания  Тр  бетонов.  Особенно  значительное  понижение  Тр  (на  10  °С)  наблюдается  в  бетоне  при  введении  разработанной  воздухововлекающей  и  пластифицирующей  добавки  ЖККА  (табл.  2).

 

Рисунок  2.  Температурные  напряжения  σ  т  бетонных  образцов  в  зависимости  от  температуры  с  различным  водонасыщением:  1  —  0  %;  2  —  3,1  %;  3  —  4,9  %;  4  —  5,9  %;  5  —  8,1  %

 

На  температурные  напряжения  и  температуры  растрескивания  бетонов  значительное  влияние  оказывает  присутствие  воды  в  испытуемых  образцах.  Как  следует  из  рис.  2,  по  мере  возрастания  водонасыщения  образцов  (состав  1,  табл.  1)  температурные  напряжения  понижаются,  а  температуры  растрескивания  сначала  понижаются  до  достижения  водонасыщения  порядка  6,0%  затем  начинают  возрастать.  Установленная  закономерность  может  быть  объяснена  тем,  что  при  замерзании  вода,  увеличиваясь  в  объеме,  снижает  коэффициент  теплового  расширения  бетона,  переходя  в  твердое  состояние  оказывает  дополнительный  омоноличивающий  эффект  и  увеличивает  прочность  бетона.  При  достижении  водопоглощения  бетона  значения,  превышающего  объем  пор,  замерзающая  вода  вследствие  невозможности  ее  перемещения  в  свободные  поры,  оказывая  давление  на  стенки  пор,  приводит  к  образованию  микротрещин  в  бетоне,  снижающем  его  прочность,  и  повышению  температур  растрескивания.

Повышение  устойчивости  к  трещинообразованию  от  действия  структурных  усадочных  и  температурных  деформаций  может  быть  учтено  при  расчете  длины  плит  цементобетонных  покрытий  и  определении  числа  поперечных  швов  в  покрытиях.

 

Список  литературы:

1.Дибров  Г.Д.,  Фоменко  В.К.  Природа  возникновения  внутренних  напряжений  в  дисперсных  структурах.  //  Тезисы  докладов  и  сообщения  Всесоюзного  совещания  «Гидратация  и  твердение  вяжущих».  Уфа.  1978.  —  С.  251—267.

2.Левицкий  Е.Ф.,  Чернигов  В.А.  Бетонные  покрытия  автомобильных  дорог.  М:  Транспорт,  1988.  —  288  с.

3.Печеный  Б.Г.,  Курбатов  В.Л.  Данильян  Е.А.,  Потемкин  В.Г.  Устройство  для  определения  внутренних  напряжений  и  трещиностойкости  материалов  в  покрытиях  дорог  //Строительные  материалы.  —  2011.  —  №  10  —  С.  48—49. 

4.Полак  А.Ф.,  Бабков  В.В.,  Андреева  Е.П..  Твердение  минеральных  вяжущих  веществ.  Уфа.  Башкнигоиздат,  1990.  —  215  с.

5.Jin  Keun  Kim,  Sang  Eun  Jeon,  Kook  Han  Kim.  Apparatus  for  and  method  of  measuring  thermal  stress  of  concrete  structure.  Patent  US  2001/0049968  A1.  //Pub.  Date:  Dec.13.  2001.

sibac.info


Смотрите также