автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Ползучесть и другие физико-механические свойства высокопрочных мелкозернистых бетонов нового поколения на основе органоминеральных модификаторов

На правах рукописи

Кузнецов Евгений Николаевич

ПОЛЗУЧЕСТЬ И ДРУГИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВЫСОКОПРОЧНЫХ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ БЕТОНОВ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫХ МОДИФИКАТОРОВ

Специальность: 05.23.01 — Строительные конструкции, здания

и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 2004

Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии Ордена Трудового Красного Знамени «Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона» (ГУЛ «НИИЖБ») Госстроя РФ

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

доктор технических наук, профессор Н.И. Карпенко

доктор технических наук, профессор СВ. Александровский

кандидат технических наук, профессор В.В. Доркин

ЗАО «ЦНИИЭП им. Б.С. Мезенцева»

Защита диссертации состоится «18» марта 2004 г. в /5* часов на заседании диссертационного совета Д 303.006.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук в Государственном унитарном предприятии Ордена Трудового Красного Знамени «Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона (ТУП «НИИЖБ») Госстроя РФ по адресу: 109428, Москва, 2-я Институтская, д. 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУЛ «НИИЖБ».

Автореферат разослан «17» февраля 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Л.Н. Зикеев

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В современном строительстве всё отчетливее проявляется тенденция применения высокопрочных материалов, в частности бетонов. За последнее десятилетие в отдельных странах прочность применяемых товарных бетонов возросла в 1,5 раза, и ставятся задачи её повышения в 2-3 раза (до уровня 100 МПа) в ближайшие десятилетия. Кроме этого на данном этапе развития строительства все чаще выдвигаются тезисы о высоком долговременном экономическом эффекте от применения в конструкциях бетонов нового поколения — особо надежных бетонов, которые являются не только высокопрочными (класс по прочности на сжатие от В60 и выше), но и обладают высокими эксплуатационными свойствами. За рубежом для таких бетонов введен специальный термин «High Performance Concrete — высококачественный бетон».

Оригинальные решения проблемы производства высококачественного бетона (бетона нового поколения) найдены в России. Среди них можно выделить производство бетонов на основе применения полифункциональных модификаторов серии МБ (порошкообразных материалов на органоминеральной основе: микрокремнезем или его смесь с золой уноса и суперпластификатором, а также регулятор твердения), разработанного сотрудниками НИИЖБ. Одновременно на основе МБ получают высокоподвижные смеси (ОК=20-г25 см), чем устраняется недостаток традиционных технологий получения высокопрочных бетонов из жестких смесей.

За последние шесть лет произведено более 500 тыс. м3 модифицированных с помощью МБ бетонов прочностью на сжатие 60-80 МПа и выше для различных сооружений, среди них: Лефортовский тоннель (г. Москва), стадион Локомотив (г. Москва), Юмагузинское водохранилище (Башкирия), высотные здания на Рублевском и Ленинградском проспектах г. Москвы, а также ММДЦ «Москва-Сити» и др. В указанных сооружениях в основном применялись тяжелые бетоны на крупном заполнителе при объемной массе ~2400 кг/м3, которым до этого уделялось основное внимание в исследованиях. Однако применение МБ открывает принципиальную возможность получения облегченных высокопрочных бетонов нового

БИБЛИОТЕКА I

— песке (без применения щебня), которые и стали темой данного исследования.

Предварительные исследования показывали, что из-за изменения составляющих цементного камня, контактной зоны между вяжущим и заполнителем применение модификаторов серии МБ качественно меняет характеристики мелкозернистых бетонов. При этом удается устранить известные недостатки аналогичных мелкозернистых бетонов, получаемых по традиционной технологии, однако этот вопрос требовал проведения обширных теоретических и экспериментальных исследований. В основном предстояло выяснить, устраняет ли новая технология известные недостатки мелкозернистых бетонов — повышенную деформативность и ползучесть.

Целью диссертационной работы является исследование по расширенной программе физико-механических и реологических свойств высокопрочных мелкозернистых бетонов нового поколения с применением органоминеральных модификаторов, получение полных экспериментальных данных по этим свойствам, и на их основе построение теоретических зависимостей для методов расчета и норм проектирования, а также установление зависимости изменения деформаций ползучести от структуры цементного камня.

Автор защищает:

- новые экспериментальные данные кратковременных и длительных испытаний на сжатие, осевое растяжение и растяжение при изгибе, в том числе мелкозернистого (с различным содержанием МБ) и тяжелого (для сопоставления) высокопрочных бетонов нового поколения и теоретический подход к их обоснованию;

- предложения по описанию деформаций ползучести высокопрочных бетонов нового поколения;

- предложения по учету быстронатекающих деформаций ползучести высокопрочных бетонов нового поколения в мерах ползучести;

- предложения по учету влияния физической нелинейности высокопрочных бетонов нового поколения при высоких уровнях напряжений на ползучесть и диаграмму деформирования;

- результаты проверки изучения изменения деформаций ползучести в зависимости от дозировки модификатора в бетоне со временем;

- определение эффективности применения высокопрочных бетонов нового поколения в конструкциях зданий повышенной этажности из монолитного железобетона (стенах и ядрах жесткости, а также в изгибаемых элементах с большими пролетами без предварительного напряжения на примере расчетов конструктивных решений зданий в г. Москве).

Научную новизну работы составляют:

- новые экспериментальные данные по физико-механическим и реологическим свойствам высокопрочных мелкозернистых бетонов нового поколения, данные их сопоставления со свойствами равнопрочных традиционных бетонов на крупном и мелком заполнителе и теоретическое обоснование результатов эксперимента на основе анализа исследований в цементном камне;

- сопоставимые (в пределах различий 1,5-3,5% для одинаковой дозировки МБ) значения начального модуля упругости у модифицированных мелкозернистых и тяжелых бетонов с одинаковой дозировкой МБ при их равной прочности;

- данные о сопоставимых деформациях ползучести (в пределах различий 8%) у модифицированных мелкозернистых и тяжелых бетонов с одинаковой дозировкой МБ при их равной прочности;

- данные о пониженных деформациях ползучести для высокопрочных мелкозернистых бетонов нового поколения при определенной концентрации модификатора по сравнению с традиционными высокопрочными мелкозернистыми бетонами;

- предложение по совершенствованию теоретических зависимостей для мер ползучести и диаграмм деформирования применительно к высокопрочным мелкозернистым и тяжелым бетонам нового поколения;

- предложения по определению момента

трещинообразования изгибаемых элементов у высокопрочных бетонов с учетом ограниченных пластических деформаций;

- предложения по нормированию деформаций ползучести при расчете мелкозернистых бетонов нового поколения;

- результаты анализа влияния составляющих цементного камня (в первую очередь его кристаллических и гелиевых частей) на основе его свойств и свойств бетона.

Практическая ценность и внедрение результатов

Полученные экспериментальные данные позволяют значительно дополнить существующую базу данных о физико-механических и реологических свойствах традиционных бетонов сведениями об аналогичных характеристиках высокопрочных бетонах нового поколения, особенно мелкозернистых на основе введения модификатора серии МБ, включающих микрокремнезем, золу уноса, суперпластификатор и регулятор твердения. Разработанные теоретические зависимости и предложения для методов расчета и норм проектирования позволят повысить надёжность проектирования железобетонных конструкций из высокопрочных бетонов нового поколения как для нового строительства, особенно из монолитного железобетона, так и при усилении и реконструкции. Применение новых высокопрочных бетонов позволяет экономить расход арматуры и (или) бетона за счет уменьшения сечений несущих конструкций.

Результаты работы приняты для включения в новую разработку «Пособия по расчету статически неопределимых железобетонных конструкций», а также использованы при составлении «Временной инструкции по учету новых высокопрочных бетонов класса В60-В90» для ЗАО «Мосинжстройпроект».

Результаты работы использованы при вариантном расчете высотного здания в г. Москве.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации опубликованы в четырёх научных статьях. Материалы диссертации доложены и обсуждены на:

- Конференции творческой молодёжи. Новые идеи развития бетона и железобетонных конструкций. ГУЛ НИИЖБ, 2002 г.;

- Seventh, CANMET/ACI International Conference on Superplaticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete, October 20-23, 2003 Berlin, Germany (Седьмая CANMET/ACI международная конференция по суперпластификаторам и другим химическим добавкам в бетоне, 20-23 октября 2003 г.).

Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения; пяти глав, основных выводов, списка литературы*из 72 наименований. Работа изложена на 209 страницах компьютерного текста, включая 46 таблиц и 106 рисунков.

Настоящая работа выполнена в 2000-03 г.г. в лаборатории Механики железобетона ГУП НИИЖБ Госстроя РФ под руководством академика РААСН, д.т.н., проф. Н.И. Карпенко совместно с лабораторией Добавок в бетон ГУП НИИЖБ * при непосредственной помощи и консультации по технологии бетонов на основе МБ д.т.н., проф. С.С. Каприелова и к.т.н. А.В. Шейнфельда. Часть экспериментальных исследований выполнялись на базе МГСУ при практической и консультативной помощи науч. сотр. И М. Безгодова (МГСУ).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Цели и задачи работы. Советскими и зарубежными учеными достаточно подробно изучены реологические свойства традиционных бетонов обычной прочности, бетонов высокой прочности (класса В60 и выше) сделанных по традиционным технологиям, а также вопросы, связанные с учетом этих свойств в нормах проектирования. Основные результаты этих работ содержатся в известных отечественных работах СВ. Александровского, Н.Х. Арутюняна, О.Я. Берга, В.М. Бондаренко, П.И. Васильева, А.А. Гвоздева, Р.А Мельника, Г.Н. Писанко, И.Е. Прокоповича, В.И. Сытника, И.И. Улицкого, З.Н. Цилосани, А.В. Яшина их учеников и многих других ученых. Представленные исследования этих ученых показывают, что современные теории ползучести и их важная составляющая — мера ползучести, разрабатывались в тесной связи с многочисленными экспериментальными исследованиями, которые проводились как в нашей стране, так и в зарубежных странах. Однако основная масса экспериментальных исследований относилась к изучению ползучести малой и средней прочности бетона (в основном до марки

300). Ползучесть высокопрочных бетонов экспериментально изучалась в значительно меньшей степени, и это, как правило, были тяжёлые бетоны с крупным заполнителем, сделанные по традиционным технологиям. Ползучесть традиционных мелкозернистых высокопрочных бетонов исследовалась в малой степени. Можно указать лишь на эксперименты В.И. Сытника и Ю.А. Иванова (1967 г.), Е.Н. Щербакова и Рожкова (1967 г.).

Однако есть и экспериментальные исследования ползучести тяжелых высокопрочных бетонов нового поколения, которые проведены: Ф.А.Иссерсом, М.Г.Булгаковой и др. (НИИЖБ); Н.В. Смирновым и его сотрудниками (ЦНИИС). Поэтому возникла проблема, как экспериментального исследования новых разновидностей высокопрочных бетонов, так и проверки особенностей применения современных теорий ползучести к описанию деформаций ползучести в элементах из этих бетонов.

Содержание работы и методика проведения экспериментов. Объектом исследования был высокопрочный мелкозернистый бетон нового поколения с применением модификатора МБ14-50С.

Идея эксперимента заключалась в сравнении физико-механических свойств, и, прежде всего деформаций ползучести, бетонов одинакового класса по прочности на сжатие:

1. Сравнивали высокопрочные мелкозернистые бетоны с равными объемами цементного камня, но отличающимися между собой по качеству цементного камня.

2. Сравнивали высокопрочные бетоны с разным объемом цементного камня одинакового качества.

Для решения первой задачи исследовали образцы четырех серий с одинаковым количеством вяжущего (цемент + модификатор) и одинаковым водовяжущим отношением, равным 0,23. Качество цементного камня меняли изменением дозировки модификатора при постоянном объеме вяжущего. При этом стремились исключить по возможности влияние других факторов: вида и объема заполнителя, водовяжущего отношения, общей пористости и других факторов, которые для исследованных серий не менялись. Серия 1ж изготовлена по традиционной технологии при 0%МБ, 2ж - при 10% по массе от вяжущего, Зж - при 20% и 4ж - при 50% МБ. Таким образом, изменения физико-механических свойств мелкозернистого бетона добивались только за счет изменения

качества цементного камня.

Для решения второй задачи изменять физико-механические свойства пытались за счет вида "заполнителя и изменения общей пористости и объема цементного камня, не изменяя при этом качества цементного камня (то есть, сохраняя одинаковую дозировку модификатора и одинаковое водовяжущее отношение, равное 0,23). Эта задача решалась на трех сериях образцов: серия 6ж — тяжелый бетон с 20% МБ, серия Зж - мелкозернистый бетон с 20% МБ, серия 5ж — мелкозернистый с 20% МБ и еоздухововлекающей добавкой СНВ.

При этом предстояло определить оптимальный состав мелкозернистого бетона нового поколения и сравнить его с мелкозернистым бетоном, сделанным по традиционной технологии и с тяжелым модифицированным бетоном.

Составы и свойства бетонных смесей, отвечающих указанным выше образцам, приведены в табл.1.

В процессе экспериментальной работы изучались физико-механические характеристики бетонов при кратковременном загружении: кубиковая и призменная прочности при сжатии, прочность на осевое растяжение и растяжение при изгибе, начальный модуль упругости при сжатии и растяжении, коэффициент Пуассона, кинетика изменения этих свойств до ~1,5 лет твердения, строились диаграммы деформирования при сжатии для части образцов.

Среди изучавшихся реологических свойств были: усадка, простая ползучесть в течение 180 суток, после этого полная разгрузка и наблюдение За деформациями обратной ползучести течении трёх месяцев. При сжатии образцы загружались до относительного уровня напряжений ~0,24т-0,31Кьт- Кроме этого образцы Зж, 5ж и 6ж были поставлены под длительную сжимающую нагрузку с относительным уровнем напряжений Образцы 2ж, и 6ж ставились под длительную нагрузку на уровень 0,6№(ш на осевое растяжение и на растяжение при изгибе.

Испытания проводились по методикам соответствующих ГОСТов и рекомендаций, разработанных ранее сотрудниками НИИЖБ. Испытания проводились на образцах размером 10x10x40 см, 10x10x10 см и 15x15x15 см.

Каждая серия образцов изготовлялась из бетонной смеси одного замеса в бетономешалке принудительного действия.

На призмы, которые должны были испытываться только на усадку, сразу после распалубки, то есть через сутки после формования, в течение не более- чем трех, а позднее не более двух часов, надевались рамки со стационарно установленными индикаторами часового типа. После чего эти образцы перемещались в климатическую камеру с температурой 14,4±3 °С и относительной влажностью воздуха 78±10%.

Оставшиеся образцы, помещались в камеру, обеспечивающую у поверхности образцов нормальные условия. После хранения до возраста 28 суток в нормальных условиях, все кубы и часть призм, предназначенных для определения кратковременных характеристик, испытывались; остальные переносилась в камеру с обычной влажностью (для последующего определения изменения свойств бетона в процессе старения).

Другая часть образцов (предназначенная для установки на ползучесть) через суток вынимались из камеры нормального

твердения. Образцы подвергали ультразвуковому прозвучиванию для определения их однородности. При этом для установки образцов под длительную нагрузку, и для температурно-усадочной компенсации отбирались образцы с разной скоростью прохождения ультразвука. После этого образцы взвешивались, и определялся их объёмный вес. Затем наклеивались оголовники толщиной 304-60 мм и поперечные маячки для крепления стационарных индикаторов часового типа. При осевом растяжении для крепления оголовников и захватных устройств, дополнительно, применялись четыре анкера. Усилие на оголовки при сжатии передавалось через стальные шарики, а при осевом растяжении через специальное устройство, что обеспечивало безмоментную передачу нагрузки.

В промежутках между этапами подготовки каждый образец хранился под влажными опилками.

Образцы, предназначенные для установки на ползучесть, в возрасте суток гидроизолировались парафином. После этого

надевались рамки, приборы, и призмы устанавливались в установки, где выдерживались в течение суток, за которые выбирались все люфты. Общий вид оборудованного образца в установке на сжатие показан на фото 1, а на осевое растяжение на фото2.

Для каждой серии были предусмотрены по две призмы для компенсации деформаций от температурно-усадочных воздействий.

Загрузка .призм длительной нагрузкой осуществлялась в

возрасте 35 суток. Для этого применялись пневмогидравлические испытательные установки, разработанные И.М. Безгодовым.

Помещения, в которых находились образцы, отличались достаточно стабильными температурами, плавно изменяющимися в течение года = 11,4 -г 25°С). При этом относительная влажность в МГСУ была около ~73%±10%, в климатической камере НИИЖБ 78±10%.

Измерение деформаций усадки начиналось через сутки после формования, а далее замеры выполнялись через сутки, трое, семь суток, после чего достаточно было выполнять замеры раз в две недели. Вид образцов в камере, поставленных только на усадку, показан на фотоЗ.

I м

I* I

Фото 2. Общий вид испытательных установок для длительного осевого растяжения

Фото 3. Образцы, поставленные на усадку в климатической камере

Таблица 1. Составы и свойства бетонных смесей

№ серии Характеристика состава Состав бетонных смесей, кг/м3 Свойства бетонных смесей

Цемент (М500Д0) МБ14-50С Песок (М.^2,5) Щебень (фракция 5..20 мм) Вода СПС-3 снв В Ц+М Б В/Ц ОК, см Расплыв, см Объёмный вес, кг/м3 П Ц+М Б V » вв? %

1ж ц+п+с-з (по старой технологии — 0% МБ) 762 — 1356 — 179 23 — 0,235 0,235 5 2320 1,78 7,0

2ж Ц+10%МВ+П 706 75 1296 — 183 — — 0,235 0,260 21 ~32 2260 1,67 7,5

Зж Ц+20%МБ+П 691 133 1310 — 178 — — 0,233 0,282 22 ~34 2254 1,71 9,0

4ж Ц+50%МБ+П 487 255 1220 — 168 — — 0,231 0,345 23 "¡Г 2130 1,67 9,5

5ж Ц+20%МБ+П+ +СНВ 622 131 1216 — 174 — 0,112 0,231 0,280 23 "4(Г 2143 1,62 15,0

бж Ц+20%МБ+П+ ■ +щ 545 115 575 995 155 — — 0,235 0,284 22 ~32 2385 — 3,6

При замере деформаций ползучести интервалы между снятием отчётов решено было изменить. Последовательность снятия стала такой: в момент загружения, далее с интервалами 20, 40, 60, 120 минут, затем в течение суток через несколько часов (в зависимости от скорости приращения деформаций); затем через 3, 7 суток после загружения, последующие полтора месяца — 1 раз в неделю, далее до момента разгрузки — 2 раза в неделю. Это было решено сделать, чтобы зафиксировать деформации быстронатекающей ползучести — в течение 1-2* суток.

Загрузка на обоих этапах происходила ступенями по -0,05 и -0,1 от Кьщ. При этом сначала образец загружался до уровня не более 0,15 от 11ьт — для определения его физического центра. Нагрузка на ступень прикладывалась в течение 10-20 секунд. Продолжительность выдержки на ступени была постоянной и составляла четыре минуты.

Результаты проведенных экспериментов и теоретической

обработки. Полученные в результате кратковременных испытаний основные физико-механические характеристики опытных образцов приведены в табл.1. В табл.2, представлены результаты длительных испытаний на усадку и ползучесть.

Характеристики бетонных смесей

Замена части цемента на комплексный модификатор при постоянном водовяжущем отношении приводит к повышению подвижности бетонной смеси (ОК у серии 1ж — 5 см, у остальных 22-23 см), повышению объема вовлеченного воздуха и, как следствие, к снижению объемной массы смеси. Эта тенденция проявляется по мере увеличения дозировки модификатора, а, следовательно, и доли замещенного в составе бетонной смеси цемента (см. серии 1ж-4ж в табл.1). Введение в бетонную смесь воздухововлекающей добавки приводит к дополнительному вовлечению воздуха.

Прочность бетонов

В среднем для изучавшихся серий кубиковая прочность была равна -100 МПа, меняясь от серии к серии в интервале 10%, то есть изучавшиеся бетоны можно отнести к классу по прочности на сжатие В 80 (при коэффициенте вариации 13,5%).

Призмешшя прочность бетонов

Призменная прочность с уменьшением содержания модификатора менялась в интервале от 63,7 МПа (при 50% МБ) до 81,0МПа(10% МБ). Для тяжелого бетона призменная прочность была равна 84,7 МПа, а для серии с воздухововлекающей добавкой СНВ 68,7 МПа. Таким образом, коэффициент призменной прочности убывает с увеличением МБ до 0,68. Для тяжелого бетона коэффициент был выше, чем у мелкозернистого и составил 0,74.

Модуль упругости и коэффициент Пуассона

Выявилось, что на модуль упругости и на коэффициент Пуассона в возрасте 28 - 35 суток оказывают влияние условия хранения образцов после распалубки до испытаний.

С введением модификатора до 10% от количества цемента, начальный модуль упругости увеличился на -12%, а затем, с увеличением процентного содержания модификатора, он стал уменьшаться (на ~11%). Серия образцов с СНВ показала, что для неё начальный модуль упругости меньше на ~15%. У тяжелого бетона с тем же содержанием модификатора, что и у соответствующего мелкозернистого бетона, модуль был выше по разным данным на чта значительно меньше, чем

аналогичная разница в СНиП для традиционных бетонов (25% для ВЗО).

При сравнении начальных модулей упругости при растяжении и сжатии оказалось, что разница составляет 5-10% и в одну и в другую стороны, что можно считать, в пределах погрешности для испытаний на растяжение.

Среднее значение коэффициента Пуассона составило 0,25, а минимальное было равно 0,23.

Изменение призменной прочности, начального модуля упругости и коэффициента Пуассона во времени

С течением времени призменная прочность, модуль упругости и коэффициент Пуассона изменились. Призменная прочность после 1,5 лет твердения при -70-85% относительной влажности окружающей среды значительно выросла. Для серий с МБ она выросла в большей степени (более 40%), чем без МБ (25%). Серия с СНВ показала увеличение прочности на 28%, а тяжелый бетон на 23%.

о. £ (Л N ь. S ы S к» В ** S Серии

2,43 2,19 к» ы Ъ ve ы V¡ Kl Средняя плотность, т/м3

109,6 98,4 ve ы 110,0 О ve Ъ 93,4 Se s о з я * О f si и г

102,1 1 101,0 102,6 102,7 103,4 90,8 а! § * 3 | (Г "

0,93 1,03 И* 0,93 0,97 0,97 Отношение поз.4 к позЗ

84,7 OV 00 63,7 Хе 90 и* £ Призменная прочность Яьт в -30 сут., МПа

0,74 0,69 0,69 в V ОС 0,74 0,87 Коэффициент призменной прочности К„/л (отношение поз.6 к позЗ)

104,0 87,4 i-» о (л Тл 103,7 115,1 99,1 Призменная прочность Кьт в -1,5 года, МПа

Ь» Ь> У b¡ 39,1 41,8 44,1 w se Начальный модуль упругости при сжатии и растяжении ЕдеЮ3 в -30 сут., МПа

46,4 39,4 40,9 45,0 45,4 42,7 Начальный модуль упругости при сжатии и растяжении ЕьхЮ3 в -13 года, МПа

4^2 2,43 1 2,78 £ ev 1 Прочность на осевое растяжение Кыш, МПа X а

6,03 4,02 1 4,41 1 Прочность на растяжение при изгибе Кылв, МПа в п 13 X

N ** 1л 1 Ъ Vi 1 Предельные относительные деформации при осевом растяжении еышХЮ5 я X я S в

Ы (л ъ. к> к> Ъ 1 ы ос Ъ 27,7 1 Предельные относительные деформации при изгибе гы/тХЮ5 в S •о fie q

% о ** в> (Л 1 h^ «е 1,65 1 Коэффициент у (отношение поз.12 к поз.11) <D L о

1005 в\ «л о 1 а U» -j (Л 1 Экспериментальный момент трешинообразования, Нм ü

¿ь ао 4,66 1 Ul Ъ ve 5,40 1 Прочность на осевое растяжение Кыл» МПа 3 * Г ТЗ в п •о 5 3 S я S в в

£ л. 9,71 1 9,12 90 b, Ы 1 Прочность на растяжение при изгибе Иь«™ МПа

12,2 ** К) 1 и Ъ 1-» K» N* 1 Предельные относительные деформации при осевом растяжении ЕЫтХЮ*

38,1 £ 1 23,9 23,6 1 Предельные относительные деформации При ИЗГИбе СыГгаХЮ* ш ТЗ ю 3

1373 1618 1 1520 1421 1 Экспериментальный момент трещинообразования, Нм V. о

Таблица 3. Реологические свойства исследованных бетонов

< - Серии Условно предельные, хЮ"5 Коэффициент кратковременной ползучести фы для низкого (высокого) уровней Коэффициент длительной ползучести (рм для низкого (высокого) уровней Отношение поз.4 к поз.З Отношение поз.5 к поз.З Отношение поз.6 к поз.4

относительные деформации усадки е1т меры ползучести С(1, г), МПа"1

сжатие растяжение

загрузка разгрузка осевое при изгибе

низкий уровень высокий уровень низкий уровень высокий уровень

1ж 69,7 3,93 — 1,51 — — — 0,92 2,43 — 0,38 —

2ж 58,6 1,66 — 0,82 — 2,92 2,22 0,91 1,68 — 0,49 —

Зж 80,4 2,03 2,81 0,97 1,06 — — 0,91 (0,91) 1,82(1,9) 1,38 0,48 0,38

4ж 94,1 2,27 — 1,18 — — — 0,88 1,77 — 0,52 —

5ж 85,4 2,33 3,05 ,1,08 1,26 — — 0,93 (0,91) 1,83 (2,02) 1,31 0,46 0,41

бж 37,5 1,88 2,35 0,92 0,99 2,64 1,24 0,91 (0,89) 1,72(1,92) 1,25 0,49 0,42

Начальный модуль упругости вырос в значительно меньших пределах — 3%-т11%. Коэффициент Пуассона практически не изменился и стал равен в среднем 0,265.

Диаграмма деформирования при сжатии

Выполнена обработка диаграммы деформирования по проекту Новых норм и по формуле, предложенной Н.И. Карпенко. В первом случае предельные деформации при осевом сжатии принимались (как требуется по проекту Новых норм), во втором случае учитывалось их изменение в зависимости от класса бетона по предложенной нами в работе формуле:

здесь — эталонная призменная прочность.

При этом формулы по проекту норм занижают деформации до 10% и более. Поэтому предлагается учитывать увеличение предельных деформаций в вершине диаграммы с увеличением класса бетона.

Прочность на растяжение

Прочность на растяжение при кратковременных испытаниях значительно зависит от условий хранения образцов до испытаний. При увеличении времени высыхания образца после камеры нормальных условий с относительной влажностью 100% до суток прочность на растяжение при изгибе снижается более чем в 2 раза.

Прочность на осевое растяжение и на растяжение при изгибе (растяжение при изгибе вычислялось как для упругого тела) у тяжелого бетона больше соответствующих прочностей мелкозернистых бетонов и соответственно составляют: на осевое растяжение — 4,31 МПа и ~2,75 МПа, на растяжение при изгибе — 6,03 МПа и -4,51 МПа. Таким образом, момент трещинообразования наибольший у тяжелого бетона.

Но со временем момент трещинообразования у мелкозернистых бетонов увеличивается (до -100%) и для серий с 10 и 20% МБ (2ж и Зж) становится больше, чем у тяжелого бетона, у которого он вырастает не так значительно (-10%).

Отношение прочности при изгибе к прочности при растяжении в возрасте -30 суток (коэффициент у определяющий

(1)

переход от упругого момента сопротивления сечения к упруго-пластическому) для тяжелого бетона равен 1,40, для мелкозернистых С увеличением времени этот

коэффициент увеличивается и становится примерно равным нормативному 1,75. Со временем прочность на растяжение тяжелого бетона практически не увеличивается а прочность

мелкозернистого становится значительно больше (прирост и для некоторых серий становится выше, чем у тяжелого.

Относительные деформацииусадки

Введение модификатора в количестве 10% в общем то не увеличило деформации усадки. Для этой и контрольной серии (0% МБ) они составили соответственно 54х10"5 и 52х10"5 к 160 суткам наблюдения. Однако, для других серий, в которых дозировка модификатора увеличилась, усадка также увеличилась. Надо отметить, что добавление СНВ в бетон на усадку практически не повлияло. Тяжелый бетон показал усадку меньшую на ~50%, чем мелкозернистый с тем же количеством МБ. Надо отметить, что скорость нарастания деформаций усадки с увеличением модификатора также увеличивалась. Так для серии с 50% МБ усадка стабилизировалась уже к -30 суткам наблюдения, с 20% МБ к ~80 суткам, с 10% МБ к -100 суткам и без МБ к -160 суткам.

По методике ГОСТ были найдены условно предельные деформации усадки при »-»«. Увеличение деформации усадки с 180321 суток наблюдения при увеличении времени наблюдения до бесконечности составляло от 1% до 9% и уменьшается с увеличением модификатора. Для бетона без модификатора аналогичное увеличение равнялось Предельные (условно

предельные) относительные деформации при составляют: 69,7x10-5 для серии 1ж (без МБ), 5 8,6x10"5 для серии 2ж (10% МБ), 80,4x10"5 для серии Зж (20% МБ), 94,1х10'5 для серии 4ж (50% МБ), 85,4х10"5 для серии 5ж (20% МБ + СНВ), 37,5х10"5 для серии 6ж (20% МБ, тяжелый бетон).

Экспериментальные деформацииползучести

Было установлено, что изменение цементного камня путем введения модификатора значительно уменьшает ползучесть

мелкозернистого бетона. Особенно это заметно для серии с 10% содержанием МБ (мера уменьшилась более чем в 2 раза, на 56%). Далее с увеличением модификатора деформации ползучести также увеличиваются, по сравнению с серией, содержащей 10% МБ на 21% (серия 20% МБ) и на 35% (серия 50% МБ). Мера ползучести серии Зж (20% МБ) была на 12% больше тяжелого бетона с аналогичным содержанием модификатора. Однако мера для серии 2ж (10% МБ) была наименьшей среди всех испытанных серий и на 7% меньше чем для тяжелого бетона 6ж (правда с большим содержанием модификатора) на 7%. На рис.6 показано изменение мер ползучести для серий 1ж-4ж в зависимости от дозировки модификатора к 180 суткам наблюдения.

Меры ползучести при осевом растяжении для тяжелого и мелкозернистого бетона больше меры ползучести при сжатии в 1,25 и 1,46 раза соответственно. Меры ползучести при растяжении при изгибе крайнего растянутого волокна для тяжелого бетона меньше меры ползучести при сжатии на 40%, а для мелкозернистого наоборот примерно равна этой мере.

Деформации ползучести аналитически обрабатывались по формулам СВ. Александровского и И.Е. Прокоповича. При этом в этих формулах использовались условно предельные значения мер простой ползучести, вычисленные по методике ГОСТ, которые составили (МПа*1):

3,93х10"5 для серии 1ж (без МБ),

1,66х10"5 для серии 2ж (10% МБ),

2,03x10'5 для серии Зж (20% МБ),

2,27x10"5 для серии 4ж (50% МБ),

2,33x10"5 для серии 5ж (20% МБ + СНВ),

1,88х10"5 для серии 6ж (20% МБ, тяжелый бетон).

Подбормер ползучести

Аналитическая обработка велась по методике Проекта пособия по расчету статически неопределимых железобетонных конструкций с использованием мер ползучести предложенных СВ. Александровским и И.Е. Прокоповичем. Полученные результаты обработки экспериментальных деформаций ползучести серий 1ж, 2ж, 4ж и 6ж показаны на рис.4.

Деформации ползучести бетона в момент времени загруженного в момент времени принимались в виде:

Функция нелинейности для формулы (2) принята по более ранним предложениям:

Л = 1+*,-»Г(»о) (3)

где 7](/„) —уровень прикладываемой постоянной нагрузки; m — степень нелинейности, принимаемая для исследованных высокопрочных бетонов нового поколения т = 1, 5 при мере ползучести по формуле (4) - (6), и m = 2 при мере по формуле (7) -(10), так как применение предлагаемого ранее для традиционных бетонов коэффициента =4 показало неудовлетворительные результаты. Линейная мера ползучести С(м0) принята по предложению И.Е. Прокоповичаи М.М. Заставы в виде:

С(^0) = С(»;28)-П(10)-/(^0) (4)

где предельные значения мер ползучести приняты по

экспериментальным данным; величина

П(г0) = 0,5+^-г!-2№) (5)

Функция, учитывающая развитие деформаций ползучести во времени принимается по предложению И.Е. Прокоповича в виде:

Обработка экспериментальных данных показала, что для рассматриваемых высокопрочных бетонов коэффициенты D, В и а нуждаются в существенном изменении. Их значения, подобранные нами исходя из наилучшего совпадения зависимостей (4)-(6) с данными экспериментов, составили соответственно 0,55, 0,45 и 0,18. Остальные коэффициенты могут быть приняты по более ранним рекомендациям равными

При обработке методике С.В.Александровского использовались формулы (7) - (10):

С(1,т) = чк)-гЩ(Г -Л2)-л(г>-"('-г), (7)

здесь:

(В) (9)

причем:

а>?>0;0<А2<1 (Ю)

Были подобраны коэффивдияити А{х), у, Аг, а, непосредственно для каждой серии, а также общими для мелкозернистых бетонов с модификатором (серии 2ж - 5ж) в целях их лучшей унификации.

Полученные результаты обработки экспериментальных деформаций ползучести по мерам И.Е. Прокоповича и СВ. Александровского при низком уровне напряжений для серий 1ж, 2ж, 4ж и 6ж показаны на рис.4 (стр.23). Результаты подбора меры линейной ползучести (когда функция нелинейности ^,=0 показали, что формула, предложенная С.В.Александровским довольно хорошо описывает деформации ползучести высокопрочного бетона. Формула, предложенная

И.Е. Прокоповичем, также неплохо описывает экспериментальные кривые, но не так хорошо как формула С.В.Александровского. Поэтому можно предложить для описания деформаций ползучести в нормах формулы как (7)-(10) так и (6) с оговоркой* -что для приблизительных расчетов можно пользоваться формулой И.Е. Прокоповича, а для более точных расчетов., необходимо использовать формулу, предложенную СВ. Александровским.

При разгрузке наблюдались обратные деформации ползучести. При этом коэффициент обратной ползучести составил в среднем 0,47. При. высоких уровнях напряжений нелинейная часть деформаций ползучести была частично обратима.

Мера С.В.Александровского с предложенными-в данной работе, коэффициентами удовлетворительно согласуются с результатами экспериментов других исследователей в НИИЖБ (Ф.А. Иссерсом и М.Г. Булгаковой и в ЦНИИС (под руководством Н.В. Смирнова) в 1997-99 гг.

Учет быстронатекающихдеформацийползучести

Ранее ряд авторов отмечали, что функции нелинейности не могут правильно описать деформации быстронатекающей ползучести (в течение первых суток после загружения), которые могут составить до 30% от общих деформаций ползучести. Однако для правильного определения напряженно-деформированного состояния конструкции в заданный конечный промежуток времени после загружения (например: 1 час,. 1 сутки и т.д.) необходимо чтобы меры ползучести и в начальный период времени достоверно описывали быстронатекающие деформации. Результаты обработки выполненных экспериментов подтвердили это явление. Правда, применённые функции начинали правильно описывать деформации ползучести не с одних суток, а с (мера

СВ. Александровского) или с 6 -г 8 суток (мера И.Е. Прокоповича).

При этом погрешность в течение начального периода после загружения достигала 500%, постепенно с ростом времени убывая.

В связи с этим было решено пойти по пути уточнения функции С В. Александровского на отрезке времени (1-т)<2,5 суток путем умножения ее на корректирующую функцию Ф, принятую из условия лучшего совпадения с экспериментальными данными в виде дробно-линейной зависимости:

Ф = —^ +0,9

Г+Я-и-т) . (И)

при этом ставится ограничение на функцию Ф:

(12)

В формуле (11) функции у и Л зависят от относительного уровня напряжений т\ и равны:

Г = 0,35-„5 (13)

(14)

где параметр =4 для тяжелого бетона и =10 для мелкозернистых бетонов серий 1ж-4ж. Величина в формулах (11) — (14) принимается большей или равной 0,25.

Полученные результаты обработки для низких и высоких уровней нагружения представлены на рис.5 (стр.24).

Коэффициентыкратковременной и длительнойползучести

Получившееся в результате обработки значение коэффициента фы (характеризующий кратковременную ползучесть при расчете деформаций железобетонных элементов по СНиП 2.03.01-84*) в среднем для низкого и для высокого уровней напряжений был равен 0,91. Значения коэффициента фьг (характеризующего длительные деформации, например прогиб изгибаемых элементов со временем) для тяжелого бетона 1,92 — меньше чем по СНиП для традиционных бетонов; для мелкозернистых модифицированных бетонов значения составляют 1,9 и 2,02, что сопоставимо и даже меньше, чем по СНиП для тяжелых традиционных бетонов и значительно меньше, чем для традиционных мелкозернистых бетонов. Однако, для' традиционного мелкозернистого высокопрочного бетона что примерно равно

коэффициенту по СНиП (фь2=2,6для мелкозернистого группы А).

Структура цементного камня и роль качества цементного камня на ползучесть высокопрочныхмелкозернистыхбетонов

Эта часть работы поведена сотрудниками лаборатории химических добавок С.С. Каприеловым и А.В. Шейнфельдом. Из неё выявилось, что дозировка модификатора несущественно влияет на степень гидратации цемента (степень гидратации всех образцов в возрасте ~210 суток находится на уровне 59-66%), но оказывает значительное воздействие на содержание гидратных фаз (с повышением дозировки модификатора, содержание портландитауменьшается втрое (от 9,1% до 2,9%), а количество гидросиликатов типа CSH(I) увеличивается в 8 раз) и дифференциальную пористость (с увеличением дозировки МБ значительно изменяется баланс между гелевыми (1-10 £И<5-10 мкм) и капиллярными (5-103<с1<2-1(/ мкм) порами в пользу первых, хотя общая пористость остается практически неизменной).

В целом структура цементного камня меняется. Начинают преобладать более прочные и дисперсные низкоосновные кристаллогидраты типа CSH(I) и гелеобразные новообразования, что увеличивает число точек контакта между кристаллогидратами и делает гелевую составляющую гораздо менее подвижной и более прочной. '*'"

Оценка достоверности тенденций изменения меры ползучести Лвысокопрочного бетона с учетом выявленных характеристикцементногокамня.

По результатам проведенных исследований С.С. Каприеловым и А.В. Шейнфельдом была проведена теоретическая оценка достоверности полученных мер ползучести. Их исследование базируется на теории А.Е. Шейкина, позволяющей прогнозировать меру ползучести бетона, рассматривая его как композиционный материал, включающий цементный камень, заполнитель и макропоры. Цементный камень, в свою очередь, условно делится на гелевую и кристаллическую части. Под гелевой частью подразумевается слабозакристаллизованная твердая фаза (субмикрокристаллы), состоящая, в основном, из гидросиликатов кальция (CSH), между которыми через тонкие водные прослойки действуют межмолекулярные силы сцепления Ван-дер-Ваальса. Кроме этого к этой части также относятся микропоры размером менее 5-10"3 мкм, а также частицы микрокремнезема и золы-уноса. Под кристаллической частью подразумевается пронизывающий

C(f,r)xl05,A/77a-

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Продолжительность наблюдения, сутки

Рисунок 4. Продольные меры ползучести для серии 1ж, 2ж, 4ж и 6ж; уровень ~0,24Rbm

0.001 0.01 (XI 1 10 100 1000

Рис.5. Результаты обработки для низких и высоких уровней нагружения для панельного (до 3-4Х суток) загруження.

Здесь: по оси абсцисс — продолжительность наблюдения (логарифмическая шкала), су т., по оси ординат — относительные деформации ползучести для высокого и низкогоуровней, *10~5. Обозначение серий справа налево: 1ж, 2ж, Зж, 5ж и бж. Синим цветом показаны деформации образцов-близнецов, красным по СВ. Александровскому с учетом корректирующей функции Ф (10), желтым и зеленым — соответственно по И.Е. Прокоповичу и СВ. Александровскому без корректировки.

гель кристаллический сросток, в котором кристаллогидраты связаны друг с другом химическими связями. Сюда можно отнести портландит (СН), эттрингит (CASH), гидроалюминаты (САН) и гидроферриты (CAFH) кальция, а также зерна непрогидратированного цемента.

Теория А.Е. Шейкина развита С. С. Каприеловым и А.В. Шейнфельдом для высокопрочных бетонов нового поколения на основании собственных исследований и литературных источников. Было определено соотношение между относительным объемом кристаллического сростка и гелевыми кристаллогидратами (рис.ба), а также соотношение модулей упругости гелевой и кристаллической частей (рис.66).

Как видно из этих графиков, модули упругости гелевой и кристаллической частей для дозировки > 10% МБ совпадают (отношение модулей равно 1), что ведет к отсутствию возникновения внутренних напряжений при приложении нагрузки. Этим можно объяснить более лучшие физико-механические характеристики для серии с 10% МБ. С увеличением количества модификатора объем гелевой части увеличивается, а отношение модулей* упругости доходит до 0,5, что объясняет увеличивающуюся ползучесть на этом участке.

После этого был построены расчетные графики изменения модуля упругости и меры ползучести от дозировки модификатора (рис.7).

а) Модуль упругости

Е

6) Мера ползучести

С

I /I

т * / / > I

/ г Г'

, i

« а

> 1 1

!

(

1

1 ,____""о

О 10 20

Дозировка модификатора, %

О 10 20 Дозировка модификатора, % •

Рис.3. Влияние модификатора МБ-50С на деформативные характеристики мелкозернистого бетона и цементного камня при В/(Ц+МБ)=0,235

-О- - фактические характеристики мелкозернистого бетона —-ф» - расчетные характеристики цементного камня

Как видно из этих графиков расчетные и экспериментально полученные кривые качественно совпадают, что может говорить о достоверности проведенных экспериментальных исследований.

Эффективность применения новых высокопрочных бетонов вконструкцияхзданий из монолитного железобетона

Традиционно считается, что основная эффективная область применения высокопрочных бетонов — в вертикальных несущих элементах, которая < может быть дополнена за счет применения высокопрочных бетонов в изгибаемых элементах с большими пролетами без предварительного напряжения, что довольно часто применяется в современном строительстве. Для наглядной демонстрации возможного положительного эффекта по экономии бетона и (или) арматуры были выполнены два расчета реальных монолитных зданий в г. Москве.

Рисунок 6. Разделение конечно-элементной схемы здания на части здесь: фиолетовый цветом отмечена фундаментная плита, синим - стены толщиной 0,3м, зеленым - также толщиной 0,3 м, красным - толщиной 0,2 м

Рисунок 7. Прогибы плиты из бетона класса ВЗО и В80 с учетом влияния физической нелинейности, ползучести и трещин (I" и 3" (с уменьшенным армированием) варианты расчета)

(красный шрифт - прогибы тяжелый бетон ВЗО (1- вариант); синий шрифт - прогибы модифицированный мелкозернистый бетон В80 (3- вариант); зспеный шрифт -модифицированный тяжелый бетон В80 (3~ вариант)

Первое здание — высотное. Определяется на сколько можно уменьшить толщину стен при замене бетона класса ВЗО на бетон класса В80 и при условии сохранения армирования. Физико-механические характеристики бетона класса В80 принимались по предложениям в диссертации на основании сделанных экспериментов. Общий вид здания показан на рис.7.

В результате статического расчета здания на ЭВМ по методу конечных элементов от постоянных и временных (в том числе ветровых) расчетных нагрузок и подбора арматуры в вертикальных несущих конструкциях выявилось, что армирование необходимое по основному периметру несущих стен (за исключением некоторых небольших угловых зон) при увеличении класса бетона с ВЗО до В80 и уменьшении толщины стен уменьшилось и стало конструктивным.

Как показывает расчет, при уменьшении толщины стен удается сэкономить для всего здания более 500 м бетона. При этом здание становится легче на 1375 т и удается на ~1,2тс/м2 уменьшить среднее расчетное давление на грунт.

Для демонстрации возможной эффективности применения высокопрочных бетонов в изгибаемых элементах с большими пролетами без предварительного напряжения был проведен второй расчет — монолитное сплошное перекрытие. Эффективность применения складывается из эффекта от уменьшения строительной высоты перекрытия и (или) экономии арматуры при неизменных прогибах перекрытия.

Толщина перекрытия — 0,3 м и 0,5 м, размер типовой ячейки 8,1x8,4 м. Полная расчетная нагрузка в начальном варианте (при классе бетона ВЗО) составила 1,5 т/м и 4,05 т/м на плиту толщиной 0,3 м и 0,5 м соответственно. Статический расчет выполнялся на ЭВМ по программе «Лира 9.0» по методу конечных элементов. В расчете была учтена физическая нелинейность деформирования плиты по «Пособию по расчету статически неопределимых конструкций». Исходный класс бетона плиты ВЗО был изменён на В80. На рис.8 показаны прогибы плиты при сохранении высоты сечения плиты и уменьшении армирования на 17,5%. Как видно из рисунка прогибы практически одинаковы. При этом прогибы мелкозернистого высокопрочного бетона немного ниже чем у высокопрочного тяжелого засчет меньшего

момента трещинообразования. При уменьшении строительной

высоты перекрытия (-15%) и сохранении исходного армирования (как при классе ВЗО) прогибы также остаются сопоставимыми с исходными (различие -5%)

Таким образом в плитах с большими пролетами расчетный эффект достигается за счет уменьшения высоты сечения (на -15% при том же армировании и тех же прогибах конструкции), расчетного армирования по прогибам (на 17,5%), которое для большепролетных непреднапряженных плит из бетона обычной прочности может быть в 2 раза больше армирования по прочности.

3. ОСНОВНЫЕ ИТОГИ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

Проведенные исследования и полученные результаты позволяют сделать следующие основные выводы:

1. Проведен комплекс экспериментально-теоретических исследований, результатам которых стали экспериментальные данные сопротивления высокопрочного мелкозернистого бетона в зависимости от дозировки модификатора и без него (то есть сделанного по традиционным технологиям), а также тяжелого модифицированного бетона.

2. Результаты экспериментов показали, что основные недостатки мелкозернистых бетонов выполненных по традиционной технологии (значительно пониженные начальный модуль упругости и мера ползучести) введением в состав модификатора МБ14-50С устраняются. Разница в значении начального модуля упругости для тяжелого и мелкозернистого бетонов нового поколения с одинаковым содержанием МБ (20% по массе от цемента) составляет -2,5%, при этом модуль у мелкозернистого бетона с более низким содержанием МБ (10%) был больше, чем у тяжелого (с содержанием МБ 20%) на -4,5%.

3. Меры ползучести для тяжелого и мелкозернистого бетонов нового поколения с одинаковым содержанием МБ отличается на -8%, но для мелкозернистого бетона с пониженным содержанием МБ (10%) она оказалась ниже на чем у тяжелого бетона с более высоким содержанием МБ (20%).

4. Введение модификатора (в количестве 10% от массы цемента) по сравнению с бетонами, сделанными по традиционной технологии, увеличивает модуль упругости бетона и понижает меру ползучести

5. Расчетным путем была выявлена возможная эффективность от применения высокопрочного тяжелого и мелкозернистого бетона нового поколения в изгибаемых элементах с большими пролетами без предварительного напряжения. Эффект достигается за счет уменьшения высоты сечения (на в рассмотренном примере при том же армировании и тех же прогибах конструкции), расчетного армирования по прогибам, которое почти в 2 раза больше расчетного армирования по прочности и трещиностойкости.

6. Получена экспериментальная зависимость изменения меры ползучести бетона от дозировки модификатора и, следовательно, от структуры цементного камня.

В ГУПНИИЖБ С.С. Каприеловым и А.В. Шейнфельдом было дано развитие теории ползучести А.Е. Шейкина для высокопрочного бетона. Приведенные в диссертационной работе экспериментальные данные изменения ползучести и модуля упругости от дозировки модификатора- показали хорошее согласование с результатами расчета этих физико-механических свойств по указанной теории. Были построены теоретические кривые зависимости меры ползучести и модуля упругости бетона от содержания модификатора, качественно совпадающие с экспериментальными кривыми и было дано объяснение полученных опытным путем результатов в зависимости от свойств цементного камня.

7. Определён наиболее оптимальный состав мелкозернистого бетона. По результатам проведенных кратковременных и длительных испытаний и их аналитической обработки было установлено, что при примерно одинаковой кубиковой прочности наибольшей призменной прочностью, максимальным модулем упругости, наименьшей усадкой и ползучестью среди мелкозернистых бетонов нового поколения и мелкозернистого бетона сделанного по старой технологии,

обладает серия с 10% модификатора МБ по массе. При этом ползучесть и начальный модуль упругости этой серии сопоставимы с аналогичными характеристиками у тяжелых бетонов нового поколения.

Основные положения диссертационной работы изложены в четырех научных публикациях.

1. Кузнецов Е.Н. Обеспечение необходимой чистоты эксперимента при изучении реологических свойств новых высокопрочных бетонов на основе органо-минеральных модификаторов. Сборник трудов конференции творческой молодёжи. М., ГУП «НИИЖБ», 2002 г.

2. S. Kaprielov, N. Karpenko, A. Sheinfeld, E. Kouznetsov. Influence of multicomponent modifier containing silica fume, fly ash, superplasticizer and air-entraining agent on structure and deformability of high-strength concrete. Seventh CANMET/ACI International Conference on Superplaticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete, October 20-23,2003 Berlin, Germany

3. C.C. Каприелов, Н.И. Карпенко, А.В. Шейнфельд, Е.Н.Кузнецов. Влияние органоминерального модификатора МБ-50С на структуру и деформативность цементного камня и высокопрочного бетона. Бетон и железобетон, № 3,2003.

4. С.С. Каприелов, Н.И. Карпенко, А.В: Шейнфельд, Е.Н. Кузнецов. О регулировании модуля упругости и ползучести высокопрочных бетонов тс модификатором МБ-50С. Бетон и железобетон, № 6,2003.

КОПИ-ЦЕНТР св. 77:07:10429 Тираж 100 экз. тел. 185-79-54

г. Москва м. Бабушкинская ул. Енисейская 36 комната №1 (Экспериментально-производственный комбинат)

»-3432

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1.1 Обзор экспериментальных исследований ползучести и усадки высокопрочных бетонов.

1.1.1 Исследования традиционных высокопрочных бетонов.

Исследования В.И. Сытника.

Исследования P.A. Мельника и АЛ. Пацулы.

Исследования РА. Мельника, В.И. Федорчука и ИИ. Лубенец.

Исследования Л. Дж. Перо.

Исследования Н.В. Свиридова.

Исследования ОЛ. Берга.

Исследования E.H. Щербакова.

Исследования релаксации напряжений.

1.1.2 Исследования высокопрочных бетонов нового поколения, модифицированных микрокремнезёмом и супер-пластификатором.

Исследования С.С. Каприелова, М.ГБулгаковой и Я.Л. Вихмана.

Исследования под руководством Смирнова Н.В.

Исследования Ф.А. Иссерса, М.Г Булгаковой и Н.И. Вершининой.

Исследования Американской ассоциации по цементу Portland Cement Association (РСА).

1.2 Обзор теорий ползучести.

1.2.1 Феноменологические и структурные объяснения природы ползучести и усадки.

1.2.2 Теории ползучести.

1.2.3 Линейный вариант теории ползучести.

1.2.4 Нелинейные варианты теории ползучести.

1.3 Обзор работ по микроструктуре цементного камня бетонов, модифицированных органоминеральными модификаторами.

1.4 Прогнозирование деформаций ползучести на стадии проектирования.

1.4.1 Исследования ИЕ. Прокоповича и М.М. Заставы.

1.4.2 Исследования А.Е. Шейкина.

1.4.3 Исследования Р.Г. Литвинова.

1.5 Выводы по главе 1.

2 ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТЯЖЕЛОГО И МЕЛКОЗЕРНИСТОГО ВЫСОКОПРОЧНОГО БЕТОНА С ПРИМЕНЕНИЕМ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫХ МОДИФИКАТОРОВ

2.1 Содержание работы.

2.2 Методика экспериментальных работ.

2.3 Составы бетона.

2.4 Результаты испытаний.

2.4.1 Прочность бетона на сжатие.

2.4.2 Призменная прочность бетона.

2.4.3 Начальный модуль упругости и коэффициент Пуассона.

2.4.4 Диаграммы деформирования и характер разрушения образцов.

2.4.5 Изменение призменной прочности и начального модуля упругости во времени.

2.4.6 Результаты измерения деформаций усадки.

2.4.7 Результаты испытаний по определению деформаций ползучести при сжатии.

2.4.8 Прочность бетона на осевое растяжение и растяжение при изгибе при кратковременном действии нагрузки.

2.4.9 Изменение во времени прочности бетона на осевое растяжение и растяжение при изгибе при кратковременном действии нагрузки.

2.4.10 Результаты испытаний по определению деформаций ползучести при осевом растяжении и растяжении при изгибе.

2.4.11 Выводы по главе 2.

3 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ КРАТКОВРЕМЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ

3.1 Призменная прочность бетона.

3.2 Начальный модуль упругости и коэффициент Пуассона.

3.3 Диаграммы деформирования бетона.

3.4 Изменение призменной прочности модуля упругости и коэффициента Пуассона во времени.:.

3.5 Прочность бетона при растяжении.

3.6 Деформативные характеристики при растяжении.

3.7 Вычисление пластического момента сопротивления для бетонного сечения.

3.8 Выводы по главе 3.

4 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ДЛИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ

4.1 Обработка деформаций усадки.

4.2 Обработка деформаций ползучести.

4.2.1 Определение условно предельных деформаций ползучести.

4.2.2 Обработка по методике проекта Пособия по расчету статически неопределимых железобетонных конструкций.

4.2.3 Использование для обработки меры C.B. Александровского.

4.2.4 Обработка деформаций ползучести в течение первых дней погружения.

4.2.5 Определение условно предельных деформаций при разгрузке.

4.2.6 Обработка деформаций ползучести при разгрузке.

4.3 Вычисление коэффициентов кратковременной cpei и длительной фиг ползучести в формуле (156) СНиП 2.03.01-84*.

4.4 Построение теоретических кривых деформаций ползучести на основании экспериментальных данных Ф.А. Иссерса и М.Г. Булгаковой (НИИЖБ) и данных

Н.В. Смирнова (ЦНИИС).

4.5 Качественная оценка достоверности проведенных исследований ползучести бетонов.

4.6 Выводы по главе 4.

5 ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ НОВЫХ ВЫСОКОПРОЧНЫХ БЕТОНОВ В КОНСТРУКЦИЯХ ЗДАНИЙ ИЗ МОНОЛИТНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

5.1 Введение.

5.2 Стены и ядра жесткости зданий повышенной этажности.

5.3 Изгибаемые элементы с большими пролетами без предварительного напряжения

5.4 Выводы по главе 5.

В современном строительстве всё отчетливее проявляется тенденция применения высокопрочных материалов, в частности бетонов. За последнее десятилетие в отдельных странах прочность применяемых товарных бетонов возросла в 1,5 раза, и ставятся задачи её повышения в 2-3 раза (до уровня 100 МПа) в ближайшие десятилетия. Тенденция использования бетонов высоких классов по прочности реализуется в наиболее интересных сооружениях: высотных зданиях, мостах, подземном строительстве. Кроме этого на данном этапе развития строительства все чаще выдвигаются тезисы о высоком долговременном экономическом эффекте от применения в конструкциях особо надежных бетонов [23], [3] и др., который обуславливается не только их высокой прочностью, но и высокими эксплуатационными свойствами, обеспечивающими высокую долговечность конструкции: морозостойкостью, стойкостью против коррозии, высокой маркой по водонепроницаемости и др. Кроме этого эти бетоны обладают повышенной удобоукладываемостыо бетонной смеси. За рубежом для таких бетонов придуман специальный термин «High Performance Concrete — высококачественный бетон» [63].

Оригинальные решения проблемы производства высококачественного бетона найдено в России [5] , [б] и др. Среди них можно выделить производство бетонов с применением полифункциональных модификаторов серии МБ (порошкообразных материалов на органоминеральной основе), разработанного сотрудниками НИИЖБ. Компонентами этого модификатора являются — микрокремнезем или его смесь с золой уноса и суперпластификатором, а также регулятор твердения. Одновременно с применением МБ получают высокоподвижные смеси (ОК=20-г25 см) , чем устраняется недостаток традиционных технологий получения высокопрочных бетонов из жестких смесей.

За последние шесть лет произведено более 700 тыс. м3 модифицированных с помощью МБ бетонов прочностью на сжатие 60-80 МПа и выше для различных сооружений, среди них: Лефортовский тоннель (г. Москва), стадион Локомотив (г. Москва), Юмагузинское водохранилище (Башкирия), высотные здания на Рублевском и Ленинградском проспектах г. Москвы, а также ММДЦ «Москва-Сити» и др. В указанных сооружениях в основном применялись тяжелые бетоны на крупном заполнителе при объемной массе -2400 кг/м3, которым до этого уделялось основное внимание в исследованиях. В то же время предварительные исследования показали принципиальную возможность получения облегченных высокопрочных бетонов нового поколения на мелком заполнителе — песке (без применения щебня). Мелкозернистые высокопрочные бетоны нового поколения приводят к улучшению экономических показателей за счет: уменьшения массы сооружения при использовании облегченного бетона (средней плотностью 2200 кг/м3 и менее), снижении себестоимости при замене щебня на песок, упрощения укладки (можно вместо бетононасосов использовать растворонасосы) и др.

Предварительные исследования показывали, что из-за изменения составляющих цементного камня, применение модификаторов серии МБ качественно меняет характеристики мелкозернистых бетонов (где роль модифицированного цементного камня становится существенно выше). При этом удается устранить известные недостатки аналогичных мелкозернистых бетонов, получаемых по традиционной технологии, однако этот вопрос требовал проведения обширных теоретических и экспериментальных исследований. В основном предстояло выяснить, устраняет ли новая технология известные недостатки мелкозернистых бетонов — повышенную деформативность и ползучесть. В ходе эксперимента основное влияние сосредотачивается на факторах, влияющих на качественное и количественное изменение составляющих структуры цементного камня, что в свою очередь отражается и на свойствах самого цементного камня и в целом на свойствах бетона. В работе изменения параметров структуры достигается путем варьирования дозировками модификатора и его ингредиентов. При этом устанавливается влияние соотношения модификатора параметры структуры цементного камня и на физико-механические и реологические свойства бетона (в первую очередь на начальный модуль упругости и на ползучесть).

Целью диссертационной работы является исследование по расширенной программе физико-механических и реологических свойств высокопрочных мелкозернистых бетонов нового поколения с применением органоминеральных модификаторов, получение полных экспериментальных данных по этим свойствам, и на их основе построение теоретических зависимостей для методов расчета и норм проектирования, а также установление зависимости изменения деформаций ползучести от структуры цементного камня.

Автор защищает: новые экспериментальные данные кратковременных и длительных испытаний на сжатие, осевое растяжение и растяжение при изгибе, в том числе мелкозернистого (с различным содержанием МБ) и тяжелого (для сопоставления) высокопрочных бетонов нового поколения; предложения по описанию деформаций ползучести высокопрочных бетонов нового поколения; предложения по учету быстронатекающих деформаций ползучести высокопрочных бетонов нового поколения в мерах ползучести; предложения по учету влияния физической нелинейности высокопрочных бетонов нового поколения при высоких уровнях напряжений на ползучесть и диаграмму деформирования; результаты проверки изменения деформаций ползучести от дозировки модификатора в бетоне со временем; определение эффективности применения высокопрочных бетонов нового поколения в конструкциях зданий повышенной этажности из монолитного железобетона (стенах и ядрах жесткости, а также в изгибаемых элементах с большими пролетами без предварительного напряжения на примере расчетов конструктивных решений зданий в г. Москве).

Научную новизну работы составляют:

- новые экспериментальные данные по физико-механическим и реологическим свойствам высокопрочных мелкозернистых бетонов нового поколения и данные их сопоставления со свойствами равнопрочных традиционных бетонов на крупном и мелком заполнителе;

- сопоставимые (в пределах различий 1,5-3,5% для одинаковой дозировки МБ) значения начального модуля упругости у модифицированных мелкозернистых и тяжелых бетонов с одинаковой дозировкой МБ при их равной прочности;

- данные о сопоставимых деформациях ползучести (в пределах различий 8%) у модифицированных мелкозернистых и тяжелых бетонов с одинаковой дозировкой МБ при их равной прочности;

- данные о пониженных деформациях ползучести для высокопрочных мелкозернистых бетонов нового поколения при определенной концентрации модификатора по сравнению с традиционными высокопрочными мелкозернистыми бетонами;

- предложение по совершенствованию теоретических зависимостей для мер ползучести и диаграмм деформирования применительно к высокопрочным мелкозернистым и тяжелым бетонам нового поколения; предложения по определению момента трещинообразования изгибаемых элементов у высокопрочных бетонов с учетом ограниченных пластических деформаций; предложения по нормированию деформаций ползучести при расчете мелкозернистых бетонов нового поколения; результаты анализа влияния составляющих цементного камня (в первую очередь его кристаллических и гелеевых частей).

Практическая ценность и внедрение результатов

Полученные экспериментальные данные позволяют существенно дополнить существующую базу данных о физико-механических и реологических свойствах традиционных бетонов сведениями об аналогичных характеристиках высокопрочных бетонах нового поколения, особенно мелкозернистых с применением модификатора серии МБ, включающего микрокремнезем, золу-уноса, суперпластификатор и регулятор твердения. Разработанные теоретические зависимости и предложения для методов расчета и норм проектирования позволят повысить надёжность проектирования железобетонных конструкций из высокопрочных бетонов нового поколения как для нового строительства, особенно из монолитного железобетона, так и при усилении и реконструкции. Применение новых высокопрочных бетонов позволяет экономить расход арматуры и (или) бетона за счет уменьшения сечений несущих конструкций.

Результаты работы приняты для включения в новую разработку «Пособия по расчету статически неопределимых железобетонных конструкций», а также использованы при составлении «Временной инструкции по учету новых высокопрочных бетонов класса ВбО - В90» для

ЗАО «Мосинжстройпроект».

Результаты работы использованы при вариантном расчете высотного здания в г. Москве.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации опубликованы в четырёх научных статьях. Материалы диссертации доложены и обсуждены на:

Конференции творческой молодёжи. Новые идеи развития бетона и железобетонных конструкций. ГУП «НИИЖБ», 2002 г.;

- Seventh CANMET/ACI International Conference on Superplaticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete, October 20-23, 2003 Berlin, Germany (Седьмая CANMET/ACI международная конференция по суперпластификаторам и другим химическим добавкам в бетоне, 20-23 октября 2003 г.).

Настоящая работа выполнена в 2000-03 г.г. в лаборатории Механики железобетона ГУП «НИИЖБ» Госстроя РФ под руководством академика РААСН, д.т.н., проф. Н.И. Карпенко совместно с лабораторией Добавок в бетон ГУП НИИЖБ при непосредственной помощи и консультации по технологии бетонов с применением МБ д.т.н., проф. С.С. Каприелова и к.т.н. A.B. Шейнфельда. Часть экспериментальных исследований выполнялись на базе МГСУ при практической и консультативной помощи стар. преп. И.М. Безголова (МГСУ).

Диссертация состоит из введения, пяти глав и приложения.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Проведенные исследования и полученные результаты позволяют сделать следующие основные выводы:

1. Проведен комплекс экспериментально-теоретических исследований, результатам которых стали экспериментальные данные сопротивления высокопрочного мелкозернистого бетона в зависимости от дозировки модификатора и без него (то есть сделанного по традиционным технологиям), а также тяжелого модифицированного бетона. Проведена аналитическая обработка экспериментальных данных, результатам которой стали предложения по учету кратковременных и длительных характеристик высокопрочных бетонов с органоминеральными модификаторами в нормах.

2. В среднем для изучавшихся серий кубиковая прочность была -100 МПа, то есть бетоны можно отнести к классу В80 (при коэффициенте вариации 13,5%), меняясь от серии к серии в интервале -10%.

3. Призменная прочность с уменьшением содержания модификатора менялась в интервале от 63,7 МПа (при 50% МБ) до 81,0 МПа (10% МБ). Для тяжелого бетона призменная прочность была равна 84,7 МПа, а для серии с воздухововлекающей добавкой СНВ 68,7 МПа. Таким образом, коэффициент призменной прочности убывает с увеличением МБ до 0,68. Для тяжелого бетона коэффициент был выше, чем у мелкозернистого и составил 0,74. Для описания призменной прочности с помощью зависимости (3.1) вместо коэффициента 0,72 предлагается принять для мелкозернистых бетонов с повышенным содержанием МБ (20 и более процентов), а также с воздухововлекающей добавкой СНВ коэффициент 0,68, полученный экспериментально по прочностям кубов с ребром 10 см и призм размером 10x10x40 см. Тогда нормативное сопротивление бетона класса В80 будет КЬп=54,4 МПа, а расчетное 11ь=41,8 МПа.

Выявилось, что на модуль упругости и на коэффициент Пуассона в возрасте 28 - 35 суток сильное влияние оказывают условия хранения образцов после распалубки до испытаний. С введением модификатора до 10% от количества цемента, начальный модуль упругости увеличился на -12%, а затем, с увеличением процентного содержания модификатора, он стал уменьшаться (на -11%) . Серия с СНВ показала, что для неё начальный модуль упругости меньше на -15%. У тяжелого бетона с тем же содержанием модификатора, что и у соответствующего мелкозернистого бетона, модуль был выше по разным данным на 2-4,5%, что значительно меньше, чем аналогичная разница в СНиП для традиционных бетонов (25% для ВЗО) . В эксперименте удалось получить достаточно стабильное отличие между значением модуля для бетонов одного класса. Предлагается это учесть путём разделения модифицированных бетонов с органоминеральным модификатором на две группы: на бетоны с воздухововлекающей добавкой и повышенным содержанием МБ (50% и- более) , и на бетоны с содержанием МБ в количестве 10-20% без воздухововлекающих добавок. В большей мере это предложение будет относиться к мелкозернистым бетонам, так как для них изменение модуля будет более значительным. Тогда значение модуля для мелкозернистых бетонов первой группы по зависимости (3.3) (10-20% МБ) будет 436 тс/см2, а для второй группы (50% МБ и более и (или) воздухововлекающая добавка) модуль равен 388 тс/см2. При сравнении начальных модулей упругости при растяжении и сжатии оказалось, что разница составляет 5-10% и в одну и в другую стороны, что можно считать в пределах погрешности для испытаний на растяжение, поэтому предлагается принять модули при растяжении и сжатии, как и у традиционных бетонов, равными.

Среднее значение коэффициента Пуассона составило 0,25, а минимальное было равно 0,23. Предлагается принятое в СНиП значение коэффициента Пуассона равное 0,2 для модифицированных бетонов нового поколения класса по прочности В80 принять равным 0,25.

С течением времени призменная прочность, модуль упругости и коэффициент Пуассона изменились. Призменная прочность после 1,5 лет твердения при 70-85% относительной влажности окружающей среды значительно выросла. Для серий с МБ она выросла в большей степени (более 40%), чем без МБ (25%) . Серия с СНВ показала увеличение прочности на 28%, а тяжелый бетон на 23%. В связи, с чем предлагается коэффициент увеличения призменной прочности при благоприятных условиях принять равным 1,4. Для тяжелого бетона этот коэффициент предлагается оставить без изменения. Начальный модуль упругости вырос в значительно меньших пределах — 3% -f 11%. Коэффициент Пуассона в среднем стал равен 0,265.

Выполнена обработка диаграммы деформирования по проекту Новых норм и по формуле, предложенной Н.И. Карпенко. В первом случае (по проекту норм) предельные деформации принимались £ь ~2-Ю'5 = const, во втором случае учитывалось их изменение в зависимости от класса бетона. При этом формулы по проекту норм занижают деформации до 10% и более. Поэтому предлагается в нормах учитывать увеличение предельных деформаций в вершине диаграммы с увеличением класса бетона.

Прочность на растяжение при кратковременных испытаниях значительно зависит от условий хранения образцов до испытаний. При увеличении времени высыхания образца после камеры нормальных условий с относительной влажностью 100% до 4- суток прочность на растяжение при изгибе снижается более чем в 2 раза.

Прочность на осевое растяжение и на растяжение при изгибе у тяжелого бетона больше соответствующих прочностей мелкозернистых бетонов и соответственно составляют: на осевое растяжение — 4,32 МПа и ~2,75 МПа, на растяжение при изгибе — 6,03 МПа и ~4,51 МПа. Таким образом момент трещинообразования наибольший у тяжелого бетона.

Но со временем момент трещинообразования у мелкозернистых бетонов увеличивается (до -100%) и для серий с 10 и 20% МБ становится больше, чем у тяжелого бетона, у которого он вырастает не так значительно (-10%).

Отношение прочности при изгибе к прочности при растяжении в возрасте ~30 суток (коэффициент у определяющий переход от упругого момента сопротивления сечения к упруго-пластическому) для тяжелого бетона равен 1/40, для мелкозернистых 1,59-7-1,65. С увеличением времени этот коэффициент увеличивается и становится примерно равным нормативному 1,75. Со временем прочность на растяжение тяжелого бетона практически не увеличивается (-10%), а прочность мелкозернистого становится значительно больше (прирост -100%) и для некоторых серий становится выше, чем у тяжелого.

Введение модификатора в количестве 10% в общем то не увеличило деформации усадки. Для этой и контрольной серии (0 МБ) они составили соответственно 54хЮ~5 и 52хЮ"5 к 160 суткам наблюдения. Однако, для других серий, в которых дозировка модификатора увеличилась, усадка также увеличилась. Надо отметить, что добавление СНВ в бетон на усадку практически не повлияло. Тяжелый бетон показал усадку меньшую на -50%, чем мелкозернистый с тем же количеством МБ. Надо отметить, что скорость нарастания деформаций усадки с увеличением модификатора также увеличивалась. Так для серии с 50% МБ усадка стабилизировалась уже к -30 суткам наблюдения, с 20% МБ к -80 суткам, с 10% МБ к -100 суткам и без МБ к -160 суткам. Аналитическая обработка деформаций усадки показала, что увеличение деформации усадки со 180 суток наблюдения при увеличении времени наблюдения до бесконечности составляет от 1% до 9% и уменьшается с увеличением модификатора. Для бетона без модификатора аналогичное увеличение составляет

34%. Таким образом, предельные (условно предельные) относительные деформации при /->«» составляют:

- 69,7хЮ"5 ДЛЯ серии 1ж (без МБ) ,

- 58,бхЮ"5 ДЛЯ серии 2ж (10% МБ) ,

- 80,4хЮ"5 ДЛЯ серии Зж (20% МБ) ,

- 94, 1х10"5 ДЛЯ серии 4ж (50% МБ) ,

- 85,4х10~5 ДЛЯ серии 5ж (20% МБ + СНВ),

- 37, 5х10~5 ДЛЯ серии бж (20% МБ, тяжелый бетон).

13. Было установлено, что введение модификатора значительно уменьшает ползучесть мелкозернистого бетона. Особенно это заметно для серии с 10% содержанием МБ (мера уменьшилась более чем в 2 раза, на 56%). Далее с увеличением модификатора деформации ползучести также увеличиваются, по сравнению с 10%м составом на 21% (серия 20% МБ) и на 35% (серия 50% МБ) . Мера ползучести серии Зж (20% МБ) была на 12% больше тяжелого бетона с аналогичным содержанием модификатора. Однако мера для серии 2ж (10% МБ) была наименьшей среди всех испытанных серий и на 7% меньше чем для тяжелого бетона бж (правда с большим содержанием модификатора).

14. Меры ползучести при осевом растяжении для тяжелого и мелкозернистого бетона больше меры ползучести при сжатии в 1,25 и 1,46 раза соответственно.

15. Деформации ползучести аналитически обрабатывались по формулам C.B. Александровского и И.Е. Прокоповича. При этом в этих формулах использовались предельные значения мер простой ползучести, вычисленные по методике [19], которые составили (МПа-1) :

- 3,93х10"5 для серии 1ж (без МБ),

- 1,ббх10~5 для серии 2ж (10% МБ),

- 2, 03х10~5 для серии Зж (20% МБ),

- 2,27х10"5 для серии 4ж (50% МБ),

- 2,33х10"5 для серии 5ж (20% МБ + СНВ),

- 1,88х10"5 для серии бж (20% МБ, тяжелый бетон).

16. Результаты подбора меры линейной ползучести (когда функция нелинейности /с=1) показали, что при установленных в диссертации коэффициентах, формула, предложенная C.B. Александровским, практически точно описывает деформации ползучести высокопрочного бетона. Формула, предложенная И.Е. Прокоповичем, приводит к некоторым, но вполне допустимым погрешностям. Поэтому для приблизительных расчетов можно пользоваться формулой (4.11) И.Е. Прокоповича, а для более точных расчетов необходимо использовать формулу (4.13) - (4.16), предложенную C.B. Александровским. При разгрузке при высоких уровнях напряжений нелинейная часть деформаций ползучести была частично обратима.

17. Формулы, предложенные C.B. Александровским и И.Е. Прокоповичем для описания деформаций ползучести на начальном участке (до 2- - 5— суток) кривой деформаций занижают деформации ползучести. Этот недостаток устраняется путём умножения мер на дополнительную функцию (4.18), установленную в данной диссертации.

18. Мера ползучести C.B. Александровского с предложенными в данной работе коэффициентами, удовлетворительно согласуются с результатами экспериментов других исследователей в НИИЖБ (Ф. А. Иссерс и М.Г. Булгакова [27]) и в ЦНИИС (Н.В. Смирнов и др. [58]).

19. Получившееся в результате обработки значение коэффициента фы (характеризующий кратковременную ползучесть при расчете деформаций железобетонных элементов по СНиП 2.03.01-84*) в среднем для низкого и для высокого уровней напряжений был равен 0,91. Значения коэффициента фь2 (характеризующего длительные деформации, например прогиб изгибаемых элементов со временем) для тяжелого бетона 1,92 — меньше чем по СНиП для традиционных бетонов; для мелкозернистых модифицированных бетонов значения составляют 1,9 и 2,02, что сопоставимо и даже меньше, чем по СНиП для тяжелых традиционных бетонов и значительно меньше, чем для традиционных мелкозернистых бетонов. Однако, для традиционного (без модификатора) мелкозернистого высокопрочного бетона фь2=2,54, что примерно равно коэффициенту по СНиП (фь2=2,б для мелкозернистого группы А).

20. Расчетным путем выявилась эффективность применения высокопрочного бетона в изгибаемых элементах с большими пролетами (как правило, 6-г8,5 м, но иногда и до 15 м) , которые планируется делать без предварительного напряжения. Применение этих бетонов в изгибаемых элементах с одной стороны увеличивает жесткость сжатой зоны (за счет увеличения модуля упругости) , а с другой стороны при применении высокопрочного бетона отдаляется момент трещинообразования (за счет большей прочности высокопрочного бетона на растяжение и на изгиб). Положительный эффект складывается за счет уменьшения высоты сечения (на -15% при том же армировании и тех же прогибах конструкции) , и (или) расчетного армирования (до -17%).

В ГУП НИИЖБ С.С. Каприеловым и A.B. Шейнфельдом было дано развитие теории ползучести А.Е. Шейкина [67] на высокопрочном бетоне. Проведенные в диссертационной работе исследования показали хорошее согласование данных указанной теории с результатами экспериментов. С.С. Каприеловым и

A.B. Шейнфельдом были построены теоретические кривые зависимостей предельной ползучести и начального модуля упругости бетона от содержания МБ, качественно совпадающие с экспериментальной кривой. То есть экспериментальным путем удалось доказать влияние дозировки МБ, а следовательно и изменения параметров структуры цементного камня, которые меняются с изменением содержания МБ на ползучесть и модуль упругости бетона. Качественное совпадение расчетного изменения меры ползучести и модуля упругости высокопрочного бетона с аналогичными экспериментальными кривыми говорит о достоверности данных, полученных опытным путем.

Определён наиболее оптимальный состав высокопрочного мелкозернистого бетона. По результатам проведенных кратковременных и длительных испытаний и их аналитической обработки было установлено, что при примерно одинаковой кубиковой прочности наибольшей призменной прочностью, максимальным модулем упругости, наименьшей усадкой и ползучестью среди мелкозернистых бетонов нового поколения и мелкозернистого бетона сделанного по традиционной технологии, обладает серия 2ж (с 10% модификатора МБ от массы цемента) . При этом ползучесть и начальный модуль упругости этой серии сопоставимы с аналогичными характеристиками у тяжелых бетонов нового поколения.

1. Александровский C.B. Расчёт бетонных и железобетонных конструкций на изменения температуры и влажности с учётом ползучести. Стройиздат, 1973.

2. Александровский C.B., Васильев П.И. Экспериментальные исследования ползучести бетона. В сборнике «Ползучесть и усадка бетона и железобетонных конструкций», Стройиздат, 1976.

3. Арутюнян Н.Х. Некоторые вопросы теории ползучести бетона. Гостехтеоретиздат, 1952.

4. Арутюнян Н.Х., Александровский C.B. Современное состояние развития теории ползучести бетона. В сборнике «Ползучесть и усадка бетона и железобетонных конструкций», Стройиздат, 1976.

5. Баженов Ю.М., Фаликман В.Р. Новый век: Новые эффективные бетоны и технологии. Материалы 1-й всероссийской конференции по проблемам бетона и железобетона. М., 2001.

6. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. М., 1998.

7. Батраков В.Г. Модификаторы бетона новые возможности. Материалы 1-й всероссийской конференции по проблемам бетона и железобетона.

8. Берг О.Я., Щербаков E.H. Об эффективности методов прогноза величин деформаций ползучести и усадки бетона. В сборнике «Ползучесть и усадка бетона», Москва, 1969.

9. Берг О.Я., Щербаков E.H., Писанко Г.Н. Высокопрочный бетон. Стройиздат, 1971.

10. Ю.Берг О.Я., Щербаков E.H., Прокопович И.Е.,

11. Застава М.М. К обоснованию единой методики нормирования деформаций ползучести и усадкибетона. Изв. вузов. Сер.: Стр-во и архит-ра, 1977, №3, стр.3-6.

12. И.Биациоли Ф. Товарная бетонная смесь: старый новый материал для XXI века. Материалы 1-й всероссийской конференции по проблемам бетона и железобетона. М., 2001.

13. Бондаренко В.М. Некоторые вопросы нелинейной теории железобетона. Изд. Харьк. гос. ун-та, 1968.

14. Бондаренко В.М., Бондаренко C.B. Инженерные методы нелинейной теории железобетона. Стройиздат, 1982.

15. Боришанский М.С. Дополнительные данные по модулю упругости, усадке и ползучести прокатного бетона, Научно-технический отчёт, НИИЖБ, i960.

16. Васильев П.И. Некоторые вопросы пластических деформаций бетона. Известия ВНИИГ, т. 49, 1953.

17. Гвоздев A.A., Яшин A.B., Петрова К.В., Белобров И.К., Гузеев Е.А. Прочность, структурные изменения и деформации бетона. М., Стройиздат, НИИЖБ, 1978.

18. ГОСТ 10180-90 Бетоны. Методы определения прочности по бетонным образцам.

19. ГОСТ 24452-80 Бетоны. Методы определения призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона.

20. ГОСТ 24544—81 Бетоны. Методы определения деформаций усадки и ползучести.

21. Доркин В.В., Зайцев Ю.В. Некоторые фундаментальные аспекты усадки цементных систем. Сб. Прочность и надежность конструкций., М., 1993.

22. Иссерс Ф.А., Булгакова М.Г. Раздел о ползучести в научно-техническом отчете по теме: «Исследовать свойства бетонных смесей и бетонов с модификатором МБ-01», М., НИИЖБ, 1998.

23. Иссерс Ф.А., Булгакова М.Г., Вершинина Н.И. Прочностные и деформативные свойства высокопрочных бетонов с модификатором МБ 10-01. Бетон и железобетон, № 3, 1999, стр. 6-9.

24. Каприелов С.С., Шейнфельд A.B., Кривобородов Ю.Р. Влияние структуры цементного камня с добавками микрокремнезёма и суперпластификатора на свойства бетона. Бетон и железобетон, №7, 1992, стр. 4-7.

25. Каприелов С.С., Батраков В.Г., Шейнфельд A.B. Модифицированные бетоны нового поколения: реальность и перспектива. Бетон и железобетон, № б, 1999, стр. 6-10.

26. Каприелов С.С., Булгакова М.Г., Вихман Я.Л. Деформативные свойства бетонов с использованием ультрадисперсных отходов Ермаковского заводаферросплавов. Бетон и железобетон, № 3, 1991, стр. 24-25.

27. Каприелов С.С., Шейнфельд A.B. Бетоны нового поколения с высокими эксплуатационными свойствами. Материалы международной конференции. Долговечность и защита конструкций от коррозии. Москва, 1999, стр. 191-196.

28. Каприелов С.С., Шейнфельд A.B. Высокопрочные бетоны с органоминеральными модификаторами серии «МБ». Структура и свойства. Материалы конференции. 1-я всероссийская конференция по проблемам бетона и железобетона.

29. Каприелов С.С., Шейнфельд A.B., Батраков В.Г. Комплексный модификатор бетона марки МБ-01. Бетон и железобетон, №5, 1997, стр. 38-41.

30. Каприелов С.С., Шейнфельд A.B., Силина Е.С., Жигулёв Н.Ф., Борыгин С.Т. Высокопрочные бетоны повышенной морозостойкости с органоминеральным модификатором. Транспортное строительство, №11, 2000, стр. 24-27.

31. Карпенко Н.И. Общие модели механики железобетона, Москва Стройиздат, 1996.

32. Карпенко С.Н. Исследование меры ползучести бетона с учетом быстро натекающих деформаций ползучести. Материалы студенческой конференции в МГУПС, 1998.

33. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров, Наука, 1984.

34. Литвинов Р.Г. Влияние мезо- и макроструктуры тяжелого бетона на деформации ползучести. Межвузовский тематический сборник трудов: «Совершенствование методов расчёта и исследования новых типов железобетонных конструкций». ЛИСИ, 1979, стр. 107-114.

35. Мельник P.A., Пацула А.Я. Исследование нелинейной ползучести высокопрочных бетонов. Бетон и железобетон, № 3, 1973, стр. 39-40.

36. Мельник P.A., Федорчук В.И., Лубенец И.И. Механические свойства высокопрочных бетонов марок 800 и 1000. Бетон и железобетон, № 8, 1975, стр. 7-10.

37. Методические рекомендации по исследованию усадки и ползучести бетона. МР-1-75. М., НИИЖБ, 1975 год.

38. Методические рекомендации по расчету напряженного состояния железобетонных конструкций транспортных сооружений с учетом ползучести и усадки бетона. М.: 1987.

39. Общие положения к техническим требованиям по проектированию жилых зданий высотой более 75 м. М., 2002.

40. Особенности деформаций бетона и железобетона и использование ЭВМ для оценки их влияния на поведение конструкций. Стройиздат, 1969.

41. Перо JI. Дж. Высокопрочные бетоны в Англии. Бетон и железобетон, № 12, 1970, стр. 40-42.

42. Писанко Г.Н. Сопротивление высокопрочного бетона растяжению. Бетон и железобетон, № 3, 1970, стр. 27-28.

43. Прокопович И.Е., Застава М.М. О расчётном определении предельных длительных деформаций тяжелого бетона. Бетон и железобетон, №5, 1972, стр. 35-37.

44. Ратинов В.Б., Розенберг Т.И. Добавки в бетон. — М., Стройиздат, 1989, с. 36.

45. Рекомендации по учёту ползучести и усадки бетона при расчёте бетонных и железобетонных конструкций. — НИИЖБ, Стройиздат, Москва, 1988.

46. Ржаницын А.Р. Теория ползучести. Стройиздат, 1968.

47. Свиридов Н.В. Особо прочный цементный бетон. Энергетическое строительство, № 8, 1991, стр. 2129.

48. Свиридов Н.В., Коваленко М.Г. Бетон прочностью 150 МПа на рядовых портландцементах. Бетон и железобетон, № 2 1990 стр. 21-22.

49. Свиридов Н.В., Коваленко М.Г., Чесноков В.М. Механические свойства особо прочного цементного бетона. Бетон и железобетон, № 2 1991 стр. 7-9.

50. Силина Е.С., Шейнфельд А.В., Жигулёв Н.Ф., Борыгин С.Т. Свойства бетонных смесей с модификаторомбетона МБ-01. Бетон и железобетон/ № 1, 2001, стр. З-б.

51. Смирнов Н.В. (руков.темы). Науч.-техн. отчет по теме: «Исследование свойств и обработка технологии изготовления конструкций из сверхпрочных бетонов с разработкой предложений по их использованию в мостовых конструкциях», М., ЦНИИС, 1998.

52. Степанова В.Ф., Каприелов С.С., Шейнфельд A.B., Барыкин П.И. Влияние добавок микрокремнезёма на коррозионную стойкость арматурной стали в бетоне. Бетон и железобетон, № 5, 1993, стр. 28-30.

53. Сытник В.И. Исследование прочности, деформативности и релаксации напряжений в высокопрочных бетонах. Бетон и железобетон, № 7, 1962, стр. 297-302.

54. Сытник В.И., Иванов Ю.А. Усадка и ползучесть высокопрочных бетонов. В сб. : «Высокопрочные бетоны». «Буд1вельник», Киев, 1967.

55. Трамбовецкий В.П. Новый бетон новые термины. Строитель, № 2, 2001, стр. 63.

56. Улицкий И.И. Определение величин деформаций ползучести и усадки бетонов. Госстройиздат УССР, Киев, 1963.

57. Фудзии Т., Дзако М. Механика разрушения композитных материалов. М.: Мир, 1982.

58. Цилосани З.Н. Усадка и ползучесть бетона, Мецниереба, Тбилиси, 1979.

59. Шейкин А.Б., Чеховский Ю.В., Бруссер М.И. Структура- и свойства цементных бетонов, Стройиздат, 1979.

60. Щербаков E.H. О прогнозе величин деформаций ползучести и усадки тяжелого бетона в стадии проектирования конструкций. Труды ЦНИИС, вып. 70., «Транспорт», 1969.

61. Щербаков E.H. Особенности быстронатекающей ползучести бетона и способ прогнозирования этих деформаций. — В сб.: Исследования прочности бетона и железобетонных конструкций для транспортного строительства. — М.: ЦНИИС, 1990.

62. Щербаков E.H. Развитие практических методов учёта ползучести и усадки бетона при проектировании железобетонных конструкций. Бетон и железобетон, № 8, 1967, стр. 19-22.

63. Яценко Е.А., Корнилова C.B., Бовин A.A., Соссу Г. Теория ползучести железобетонных конструкций. Днепропетровск, 2000.

64. Яшин A.B. Ползучесть бетона в раннем возрасте. — в сб. трудов НИИЖБ: Исследование свойств бетона и железобетонных конструкций, вып. 4, М., Госстройиздат, 1959, с. 18-73.