автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Ползучесть высокопрочного легкого бетона из смесей высокоподвижной и литой консистенции с модификаторами на органоминеральной основе



На правах рукописи

Андрианов Алексей Александрович

ПОЛЗУЧЕСТЬ ВЫСОКОПРОЧНОГО ЛЕГКОГО БЕТОНА ИЗ СМЕСЕЙ ВЫСОКОПОДВИЖНОЙ И ЛИТОЙ КОНСИСТЕНЦИИ С МОДИФИКАТОРАМИ НА ОРГАНОМИНЕРАЛЬНОЙ ОСНОВЕ

Специальность1 05 23 01 — Строительные конструкции,

здания и сооружения '

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2007 г.

003071908

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

Научный руководитель Официальные оппоненты

Ведущая организация

доктор технических наук, профессор Николай Иванович Карпенко

доктор технических наук, профессор Юрий Владимирович Зайцев

кандидат технических наук Константин Захарович Галустов

Закрытое Акционерное Общество «ЦНИИЭП им Б С Мезенцева»

Защита диссертации состоится «,£0» 2007 г в часов на

заседании диссертационного совета Д212153 01 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский институт коммунального хозяйства и строительства» по адресу 109029, Москва, Средняя Калитниковская ул, д.30.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский институт коммунального хозяйства и строительства»

Автореферат разослан « М.ОЛ 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

Иван Филиппович Бунькин

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Анализируя тенденции развития современного строительства в зарубежных странах можно заметить, что они все в большей степени увязываются с развитием бетонов на основе новых технологий (нетрадиционных бетонов) Исследователи выделяют фактор долговременного экономического эффекта от применения нетрадиционных бетонов в конструкциях, который обуславливается не только их повышенной прочностью, но и высокими эксплуатационными свойствами морозостойкостью, стойкостью против коррозии, высокой маркой по водонепроницаемости и др Кроме этого такие бетоны обладают повышенной удобоукладываемостью бетонной смеси На Западе для таких бетонов введен специальный термин «High Perfomance Concrete» - высококачественный бетон Некоторые новые технологии производства высококачественного бетона найдены в России Среди них можно выделить производство бетонов с применением полифункциональных модификаторов серий МБ (порошкообразных материалов на органно-минеральной основе микрокремнезем или его смесь с золой уноса и суперпластификатором, а также регулятор твердения) и Эмбэлит (порошкообразный материал, состоящий из гипса, метакаолина и суперпластификатора) Применение МБ и Эмбэлита позволяет получать высокоподвижные смеси (ОК = 20-25 см), чем устраняется недостаток традиционных технологий получения высокопрочных бетонов из жестких смесей

Проведенные ранее исследования показали эффективность применения технологии на основе МБ для создания высокопрочных тяжелых и мелкозернистых бетонов

Однако возможности создания и физико-механические характеристики нового класса легких бетонов на основе указанной технологии оставались не изученными В рамках данного исследования ставится задача создать теоретические и практические предпосылки для расчета конструкций из нетрадиционных легких бетонов, получаемых на базе подвижных бетонных смесей марки по удобоукладываемости П5 Такие бетоны позволяют значительно (до 30% и более) снизить вес каркасов зданий из монолитного железобетона, что в свою очередь существенно снижает стоимость строительства в целом за счет экономии арматуры и бетона

Цели диссертационной работы:

Исследование основных физико-механических и реологических свойств высокопрочных легких бетонов, изготовленных с применением органоминеральных модификаторов, определение их деформативности и прочности Разработка и совершенствование теоретических зависимостей для описания деформаций ползучести и усадки с учетом полученных экспериментальных данных Выработка предложений по значениям расчетных прочностных и деформативных характеристик, в том числе и при длительных нагрузках

Автор защищает:

- новые экспериментальные данные об основных физико-механических характеристиках модифицированных высокопрочных легких бетонов, как при кратковременных, так и при длительных нагрузках и усадке.

- запись мер ползучести для исследуемых бетонов в области линейного и нелинейного деформирования

- запись мер усадки исследуемых бетонов

- влияние вида заполнителя и модификатора на основные прочностные и деформативные характеристики модифицированных высокопрочных легких бетонов

- данные технико-экономического анализа эффекта от применения исследуемого легкого бетона в реальном строительстве на примере расчета многоэтажного здания из монолитного железобетона

Научную новизну работы составляют:

- экспериментальные данные по прочностным и деформативным характеристикам модифицированных высокопрочных легких бетонов при кратковременных и длительных нагрузках и усадке,

- влияние вида крупного пористого заполнителя и модификатора на основные физико-механические и реологические свойства исследуемых составов,

- результаты аналитической работы по сравнению прочностных и деформативных свойств модифицированных легких, мелкозернистых и тяжелых бетонов, исследованных в данной работе, а также в ранее проведенных экспериментах,

- предложения по описанию диаграмм сжатия высокопрочных легких бетонов кратковременной нагрузкой,

- формулы по определению деформаций усадки высокопрочных легких бетонов с подобранными для исследованных составов параметрами,

- наиболее совершенные записи мер ползучести и предложения по определению их параметров в области линейного и нелинейного деформирования высокопрочных легких бетонов

Практическая ценность и внедрение результатов:

Получены новые экспериментальные данные по основным физико-механическим и реологическим свойствам модифицированных высокопрочных легких бетонов

Исследования длительных деформаций модифицированных высокопрочных легких бетонов позволили провести корректировку мер современной теории ползучести для рассмотренных составов и довести меры до вида, пригодного для практических расчетов

Разработаны предложения по нормированию основных прочностных и деформативных характеристик высокопрочных легких бетонов, в том числе и при длительных нагрузках

Апробация работы и публикации:

Основные положения диссертации опубликованы в шести научных статьях и доложены на следующих конференциях

- II Всероссийская (Международная) конференция по бетону и железобетону Бетон и железобетон - пути развития Москва, 2005 г.

- Международная конференция «Строительная физика в XXI веке» Москва, 2006 г

Объем и структура диссертации.

Диссертация состоит из 5 глав, выводов, списка литературы из 89 наименований Работа изложена на 184 страницах компьютерного текста, включая 33 таблицы и 123 рисунка

Настоящая работа выполнена в 2003 - 2007 гг в группе «Механики железобетона» НИИЖБ ФГУП «НИЦ «Строительство» под руководством академика РААСН, д т н, проф Н И Карпенко совместно с лабораторией «Химических добавок и модифицированных бетонов» НИИЖБ при непосредственной помощи и консультации по технологии бетонов д т н , проф С С Каприелова, ктн В Н Ярмаковского, ктн А В. Шейнфельда Экспериментальные исследования были проведены в лаборатории «Проблем прочности и качества в строительстве» НИИСФ и в МГСУ при практической и консультативной помощи стар преп И М Безгодова

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Цели и задачи работы.

Отечественными и зарубежными учеными ранее достаточно подробно были изучены прочностные и деформативные свойства традиционных легких бетонов при кратковременном нагружении, а также их ползучесть и усадка Результаты этих исследований представлены в работах отечественных ученых Анохина Е К , Ашрабова А Б , Добродеева А Н , Ваганова А И , Вилкова К И , Житкевич Р К, Истомина А И , Кондращенко В И, Курасовой Г П, Мешкаускаса Ю И , Чиненкова Ю В , Щербакова Е Н , Ярмаковского В Н и других, а также в обзорах зарубежного опыта Однако, во всех этих работах изучались высокопрочные легкие бетоны, изготовленные из жестких смесей.

Ползучесть традиционных бетонов также исследовалась весьма подробно Были проведены большие по объему эксперименты по изучению ползучести, разработаны теории линейной и нелинейной ползучести Основные результаты этих исследований содержаться в работах С В Александровского, Н X Арутюняна, О Я Берга, В М Бондаренко, П И Васильева, К 3 Галустова, А А Гвоздева, Ю В Зайцева, Г Н Писанко, И Е Прокоповича, Р С Санжаровского, И И Улицкого, 3 Н Цилосани, Е Н Щербакова, А В Яшина и многих других ученых Однако, основные исследования ползучести проводились на тяжелых традиционных бетонах в основном рядовой прочности

Отдельный интерес представляют исследования высокопрочных тяжелых и мелкозернистых бетонов из смесей высокой подвижности, создаваемых путем

введения в смесь органоминеральных модификаторов на основе микрокремнезема и других минеральных веществ с добавкой суперпластификатора Результаты этих исследований представлены в работах В Г Батракова, М Г Булгаковой, Ф А Иссерса, С С Каприелова, Е С Силиной, Н В Смирнова, А В. Шейнфельда и других ученых

Таким образом, возникла необходимость всестороннего исследования основных прочностных и деформативных свойств высокопрочных легких бетонов из смесей высокой подвижности, получаемых путем добавления в бетонную смесь органоминеральных модификаторов

Содержание работы и методика проведения эксперимента

В работе были исследованы основные прочностные и деформативные свойства 4 составов легких бетонов, а также 1 состава мелкозернистого бетона Мелкозернистый бетон включен в программу испытаний в качестве контрольного состава для сопоставления

Составы легких бетонов подобраны таким образом, чтобы провести сравнение их свойств при использовании двух разных модификаторов и двух видов керамзита разной прочности

Все составы изготовлены на основе портландцемента марки 500, произведенного ОАО «Оскол цемент» Мелкий заполнитель во всех составах -кварцевый песок Мкр=2,7 ОАО «Сычевский ГОК» Применялся керамзитовый гравий 2 видов Первый - прочностью в цилиндре Яц=8,4 МПа, марки по плотности Б750, фракции 5—20мм производства ОАО «Новочебоксарский ДСК». Второй - прочностью Яц=1,9 МПа, марки по плотности 0500, фракции 5-1 Омм производства ОАО «Бескудниковский КСМ» В эксперименте были использованы 2 вида органоминеральных модификаторов - МБ10-50С (смесь суперпластификатора С-3, микрокремнезема и золы-уноса, производитель ООО «Предприятие Мастер Бетон») и модификатор «Эмбэлит» (смесь суперпластификатора С-3, гипса и метакаолина, производитель ООО «Предприятие Мастер Бетон») Доля модификатора по массе в вяжущем во всех легких бетонах равнялась 15% от массы цемента Для мелкозернистого бетона эта доля равнялась 12,6% Данные по расходу материалов на приготовление бетонной смеси и свойствам смеси приведены в таблице 1 Керамзит, обозначенный цифрой I, соответствует высокопрочному керамзиту, а цифрой II - керамзиту рядовой прочности В графе В/Т приведено «водотвердое отношение», т е вода/(цемент+модификатор)

Все легкие бетоны соответствовали марке по средней плотности Б1800 Для проведения испытаний были изготовлены кубы размером 10x10x10 см и призмы размерами 10x10x40 см. Все образцы каждого состава были изготовлены из одного замеса

При изготовлении призм для испытаний на осевое растяжение были предусмотрены анкера, закладываемые в образец при бетонировании. Анкера представляли собой шпильки М8 длиной 40 - 90 мм, установленные по 4 штуки с каждой торцовой поверхности призмы

Таблица 1

Составы бетона и свойства смеси

№ состава Цемент, кг МБ 10-50С, кг Эмбэлит 10-100, кг Песок, кг Керамзит, л Вид керамзита Вода, л В/Т ОК. см Расплыв, см Объемный вес смеси, кг/мЗ

1 502 75 — 603 703 1 159 0,276 о |оо 1902

2 485 — 73 570 680 1 172 0,308 24 1857

3 510 77 — 825 510 II 212 0,350 24 1894

4 501 — 75 810 500 II 199 0,345 22 56 1850

5 697 — 87,5 1256 — — 220 0,280 22 2260

Хранение образцов до распалубливания осуществлялось в течение суток в формах, накрытых несколькими слоями полиэтиленовой пленки при температуре 20±5°С. При распалубливании образцов были приняты меры-по предотвращению их высыхания Для этого извлеченные из форм образцы были накрыты пленкой до того момента, пока они не были перемещены в климатическую камеру нормального твердения В камере нормальных условий образцы хранились до возраста 21 сутки (3 недели) Сокращение стандартных сроков хранения образцов (28 суток) связано с необходимостью подготовки образцов к испытаниям и перевозке их к месту испытаний

Проведение кратковременных испытаний на сжатие и изгиб было проведено на базе НИИСФ на современном испытательном оборудовании немецкого производства Испытания на длительное нагружение сжимающей нагрузкой и кратковременные испытания на осевое растяжение были проведены на базе МГСУ. Это связано с наличием там достаточного количества установок высокой мощности для длительного нагружения сжимающей нагрузкой с автоматическим поддержанием нагрузки на постоянном уровне и установок для испытаний на осевое растяжение бетонных призм Наблюдение деформаций усадки было проведено в НИИЖБ в климатической камере

Для того, чтобы избежать отступлений от стандартной методики, в период подготовки образцы хранились в теплом помещении ^ = 20±3°С) во влажных опилках Это заменило климатическую камеру нормальных условий в последние дни хранения образцов

При испытаниях кратковременной сжимающей нагрузкой производился замер продольных и поперечных деформаций призмы индикаторами часового типа, закрепленных на боковых гранях призм Перед загружением выполнялось

центрирование образцов по физической оси приложением пробной нагрузки до 30% от предполагаемой разрушающей нагрузки и сравнением продольных деформаций по граням призмы. Нагружение призм проводилось ступенями по 10% от предполагаемой разрушающей нагрузки с 5-ти минутной выдержкой на каждой ступени и замером деформаций в начале и в конце выдержки

При испытаниях кратковременной изгибающей нагрузкой проводился замер деформаций растяжения нижней грани призмы в зоне чистого изгиба индикаторами часового типа, закрепленными на нижней грани призмы Нагружение также было ступенчатым с 5-ти минутной выдержкой с замером деформаций в начале и в конце выдержки

При испытаниях образцов кратковременной растягивающей нагрузкой захват образца в испытательной установке был выполнен за анкера При испытаниях были замерены продольные деформации призм индикаторами часового типа, закрепленными на боковых гранях призмы Нагружение образцов выполнялось ступенями по 10% от предполагаемой разрушающей нагрузки с 5-ти минутной выдержкой и замером деформаций в начале и в конце выдержки.

При подготовке образцов к длительным испытаниям сжимающей нагрузкой на образцы были наклеены стальные пластины толщиной 3-5 см для более равномерной передачи усилия на образец Пластины были наклеены на эпоксидный клей Образцы были гидроизолированы парафином для снижения действия усадки Для замера продольных и поперечных деформаций образцы были оборудованы индикаторами часового типа Испытания длительной нагрузкой были проведены в помещении со стабильными температурой (20 С0) и высокой относительной влажностью воздуха (80%) Для длительного нагружения образцов были применены пневмогидравлические установки, которые автоматически поддерживают заданное усилие в течение длительного времени Перед загружением было выполнено центрирование образцов по физической оси приложением пробной нагрузки до 30% от предполагаемой разрушающей нагрузки и сравнением продольных деформаций по граням призмы Приложение нагрузки осуществлялось ступенями по 10% от предполагаемой разрушающей нагрузки с 5-ти минутной выдержкой и замером деформаций в начале и в конце выдержки Образцы всех составов были нагружены длительной нагрузкой интенсивностью 30% от призменной прочности, кроме того, образцы 1, 2 составов - нагрузкой интенсивностью 60% и 80% призменной прочности и образцы 5 состава - нагрузкой интенсивностью 45% и 60% призменной прочности Замер деформаций после достижения уровня длительной нагрузки производился через сутки, затем через 3, 7, 14 сут и далее раз в две недели до конца испытаний Под нагрузкой образцы находились в течение не менее 180 суток, затем они были разгружены и в течение 45-60 суток производился замер деформаций последействия

Для выделения температурно-усадочных деформаций из общих деформаций загруженных длительной нагрузкой образцов были предусмотрены специальные серии из трех образцов в каждом составе Эти образцы также как и загруженные, были гидроизолированы парафином, оборудованы

индикаторами часового типа и установлены в помещении, где проходили испытания длительной нагрузкой Замер деформаций этих образцов производился одновременно с образцами под нагрузкой в течение всего срока наблюдения деформаций ползучести и последействия.

После окончания испытаний длительной нагрузкой и наблюдения деформаций последействия, ранее загруженные образцы и образцы для замера температурно-усадочных деформаций были испытаны кратковременной сжимающей нагрузкой по методике описанной выше

Также было проведено исследование усадки новых бетонов Наблюдение деформаций усадки проводилось в помещении со стабильной температурой и высокой относительной влажностью воздуха Измерение деформаций усадки было начато через сутки после бетонирования образцов Образцы были оборудованы индикаторами часового типа для измерения продольных деформаций по четырем граням призмы сразу после распалубливания База измерения деформаций усадки на образце 10x10x40 см была принята 30 см Кроме измерения деформаций усадки также проводилось регулярное взвешивание образцов для измерения влагопотерь Показания по приборам и взвешивание проводилось через сутки после установки образцов, затем через 3, 7, 14 суток и затем раз в две недели до конца испытаний Наблюдение усадки проводилось в течение не менее 120 суток

Для контроля изменения основных прочностных и деформативных свойств исследуемых бетонов были проведены испытания кратковременной сжимающей, растягивающей и изгибающей нагрузкой в возрасте 180 суток.

Результаты проведенных экспериментов и теоретической обработки

Результаты кратковременных испытаний приведены в таблице 2 В таблице 3 приведены результаты испытаний на усадку и ползучесть

Коэффициент призменной прочности для исследованных составов легких бетонов значительно (до 28%) превышает нормированное значение Прослеживается снижение коэффициента призменной прочности с ростом прочности бетона, что характерно для легких бетонов Бетоны с модификатором Эмбэлит имеют на 5 - 15% больший коэффициент призменной прочности, чем бетоны, изготовленные с модификатором МБ10-50С

Значения начального модуля упругости в зависимости от класса бетона по прочности исследованных составов хорошо согласуются с данными, полученными по экстраполяции нормируемых значений Составы с модификатором МБ10-50С имеют на 5 - 12% больший модуль упругости, чем бетоны с модификатором Эмбэлит Кривая зависимости модуля упругости от прочности для модифицированных бетонов более пологая, чем для традиционных, то есть рост начального модуля упругости от роста прочности составов происходит медленнее Значения начального модуля упругости при сжатии и растяжении близки между собой (различие не превышает 14%)

Коэффициент Пуассона для исследованных бетонов выше, чем рекомендованное нормами значение 0,2 Предлагается принять для высокопрочного керамзитобетона ц = 0,23, а для мелкозернистого бетона ц = 0,25

Таблица 2.

Основные физико-механические характеристики исследованных бетонов при кратковременном нагружении

№ состава Условный класс бетона Нормативная призменная прочность, МПа Коэфф призменной прочности Начальный модуль упругости Еь'Ю"3, МПа Коэффициент Пуассона Нормативная прочность на осевое растяжение, МПа Предельная деформация растяжения, е-105 Прочность на растяжение при изгибе с обеспеченностью 0,95, МПа Коэффициент у (Отношение поз 9 к поз 7)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 66 51 0,77 24,9 0,192 1,38 9,3 2,26 1,61

2 59 52 0,88 22,7 0,203 1,15 7,4 1,59 1,39

3 41 39 0,95 24,0 0,231 1,15 7,1 3,17 2,76

4 36 34 0,94 21,2 0,202 0,90 7,2 2,00 2,30

5 74 65 0,88 34,8 0,250 1,63 6,6 2,92 1,79

Проведена теоретическая обработка диаграмм деформирования исследованных бетонов при сжатии по формуле-

Предельные деформации сжатия определялись по двум формулам- формуле, предложенной Р Л Серых

В 1 + 0,751В / 60+0,2А / В

Е°ь 0,12 + 5/60+0,2/2? К}

и упрощенной зависимости

Rh (3)

£Ь = 200 10~5

V До

. V

для которых были произведена корректировка коэффициентов а и Л В результате были получены теоретические зависимости, описывающие экспериментальные диаграммы сжатия с высокой точностью

Рост прочности во времени для исследованных бетонов оказался незначительным - до 7% по результатам испытаний в возрасте 180 суток Причины этого явления требуют более подробных исследований Вероятно, это связано с исчерпанием несущей способности сечения керамзитобетонного элемента, в то время как цементный камень продолжает набирать прочность

Коэффициент у для расчета упругопластического момента сопротивления бетонного сечения отличается от нормируемого значения 1,75 в большую и меньшую сторону Это приводит к уменьшению на расчетного момента

трещинообразования для бетонов на высокопрочном керамзите относительно нормируемого значения и существенному увеличению этого показателя для бетонов на рядовом керамзите Модификатор Эмбэлит вызывает уменьшение коэффициента у по сравнению с МБ 10-5 ОС Деформации усадки

Основные результаты наблюдения усадки и ползучести приведены в таблице 3 Из результатов исследований видно, что наибольшие деформации усадки наблюдаются у высокопрочных модифицированных легких бетонов, изготовленных на рядовом керамзите Влияние модификатора на величину усадочных деформаций различается для составов на легком и высокопрочном керамзите Минимальные деформации усадки наблюдаются у первого состава класса по прочности В66, изготовленного на высокопрочном керамзите Результаты наблюдения деформаций усадки приведены на рисунке 1

Рост усадочных деформаций к 120 суткам для большинства составов практически останавливается, и дальнейшее их увеличение составляет около 10% Исключением является 1 состав, который набирает 39% всех усадочных деформаций после 120 суток

Была проведена теоретическая обработка деформаций усадки исследованных составов по методике, предложенной И Е Прокоповичем и М М Заставой для описания деформаций усадки тяжелого бетона рядовой прочности Задачей данного исследования являлась проверка применимости предложенных уравнений для описания деформаций усадки исследованных составов модифицированных высокопрочных легких и мелкозернистого бетонов, а также их корректировка в случае необходимости

Таблица 3

Результаты наблюдения деформаций усадки и ползучести

Состав Условно предельные деформации усадки, е Ю5 Уровень нагружения Условно предельные деформации ползучести, £ 105 Условно предельные меры ползучести, МПа"1 9ь\ <Ры

1 56,4 0,3 Яь 41,7 2,11 0,88 ,1,36

0,611ь 97,4 2,46

0,81*ь 154,0 2,97

2 87,8 0,31*ь 66,9 3,33 0,84 1,63

0,61*,, 196,0 4,88

3 117,7 0,ЗЯь 60,6 3,99 0,82 1,81

4 106,9 0,ЗЯь 68,3 5,06 0,77 1,69

5 86,0 О.ЗЛь 114,5 4,54 0,77 ,1,94

0,45ЯЬ 194,9 4,96

0,6ЯЬ 319,8 6,28

ЁусХЮ5

120 100 80 60 40 20 0

О 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240

— Первый состав Второй состав

-♦—Третий состав -«- Четвертый состав

-•- Пятый состав

Продолжительность наблюдения, сут Рисунок 1 - Сравнение усадочных деформаций всех составов

По данной методике деформации усадки к моменту времени I определяются по зависимости

(4)

где и - возраст бетона в момент окончания влажностного хранения, сут а- безразмерный параметр, зависящий от модуля открытой поверхности образца Для исследованных образцов а— 0,018

- предельное значение деформации усадки бетона При построении теоретических графиков деформаций усадки с использованием зависимости (4) оказалось, что они сильно отличаются от экспериментальных кривых В связи с этим взамен зависимости (4) для описания деформаций усадки исследованных составов предлагается зависимость в виде

где у и А - безразмерные параметры, подбираемые из условия наилучшего совпадения экспериментальных и теоретических кривых деформаций усадки Для исследованных составов были подобраны оптимальные значения параметров а, у я А, обеспечивающие наилучшее совпадение экспериментальных и теоретических графиков Пример описания экспериментального графика усадки по формулам (4) и (5) приведен на рисунке 2

Т^к)

+ 1

(5)

EyeXlO5

Продолжительность наблюдения, сут Рисунок 2 - Деформации усадки 1 состава

Деформации ползучести

Графики деформаций ползучести и последействия приведены на рисунке 3. Из результатов обработки видно, что замена модификатора МБ на Эмбэлит приводит к повышению условно предельной меры ползучести при уровне напряжений 0,3 Rb на 58% для бетонов на высокопрочном керамзите и на 27% для бетонов на рядовом керамзите Условно предельная мера ползучести рассмотренного мелкозернистого бетона оказалась примерно равна мерам ползучести легких бетонов на рядовом керамзите и значительно выше предельных мер ползучести бетонов на высокопрочном керамзите При замене модификатора МБ на Эмбэлит нелинейность деформаций ползучести проявляется гораздо сильнее (отношение предельной меры ползучести при уровне напряжений 0,6 Rb к предельной мере ползучести при уровне напряжений 0,3 Rb возрастает на 26% для 1 и 2 составов)

Минимальные значения относительных деформаций ползучести и мер ползучести выявлены у первого состава Мелкозернистый бетон по сравнению с легкими имеет максимальные предельные деформации ползучести и достаточно высокое значение предельной меры ползучести

Прирост меры ползучести от 180 суток до бесконечности составил от 9% до 18% Причем прирост мер ползучести от 180 суток до бесконечности для мелкозернистого бетона оказался несколько меньшим, чем для большинства составов легкого бетона Это говорит о более длительном развитии процесса ползучести в легких бетонах по сравнению с мелкозернистым

100 --

| 1 состав -»- 2 состав

I состав -•-4 состав

-♦-5 состав ---------------ь......

о

50

100

150

200

250

300

Продолжительность наблюдения, сут Рисунок 3 деформации ползучести и последействия всех исследованных составов при уровне напряжений 0,3 Яь

Была проведена теоретическая обработка экспериментальных деформаций линейной ползучести по методике С В Александровского Были использованы следующие уравнения для линейной ползучести

здесь

С(1,т) = <р{г)~ ^О^ -А3)~Л(г)Г"('Ч (р{т) = ц/{т)+А{т), е' — А,

(6)

(7)

(8) (9)

, причем

а » У > 0; о < А2 < 1 здесь С(/, г)- текущее значение меры ползучести, МПа"1, <р(т) - предельная мера ползучести, МПа"1, Д(г) - мера быстронатекающей ползучести, МПа"1, у/(т) - разность параметров <р(т) и Д(г), МПа"1,

параметр у характеризует скорость затухания деформаций ползучести на длительных интервалах времени, сут',

параметр а характеризует скорость затухания быстронатекающей части деформаций ползучести, сут'1,

параметр А2 влияет на кривизну графиков мер ползучести образцов, загруженных в молодом возрасте при малых сроках нагружения, ? - время, сут,

г - возраст образца в момент нагружения, сут,

В уравнениях были подобраны параметры для оптимального совпадения с экспериментальными кривыми ползучести

Также была проведена обработка данных по линейной ползучести по методике В М Бондаренко

С(1Л) = С(со,е0)

1-

с(°о,г0)-с(м0)

С(сод0)

1

С-™) \ (1-ш)

.(Ю)

здесь С(М0) - текущее значение начальной меры ползучести, МПа"'

С(оо^0)- предельная мера ползучести, МПа-1, — ___ ^

АС(10,10) = -"иУ - дефицит начальной меры ползучести,

С(ю,1о)-С00Д0) С(оо,10)

С(10,10) - начальная мера кратковременной (быстронатекающей ползучести), МПа"1,

а и ш - эмпирические параметры скорости и торможения ползучести, т = 2,3 4 п

9

1 - время, сут;

^ - возраст образцов в момент загружения, сут,

Также была проведена теоретическая обработка линейной ползучести по методике И Е Прокоповича и М М Заставы Линейная мера ползучести С(/,/0) принята по предложению И Е Прокоповича и М М Заставы в виде

СО,(0) = С(оо,28) ОД,) ДМ0) (П)

>

где предельное значение меры ползучести С(°°Д8) принято по данным табл 3, величина О(/0), учитывающая влияние старения на деформации ползучести принимается по следующей формуле

П(О = 0,5 + г/ е1'2™ (12)

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

/(/,/„) = 1 -£> е-ал('-'о)-В е7^ (13)

Для всех методик были подобраны параметры в уравнениях мер ползучести, которые обеспечивают наилучшее совпадение экспериментальных и теоретических кривых

В результате обработки линейных мер ползучести выявилось, что при тщательном подборе параметров в уравнениях ползучести по всем рассмотренным методикам можно добиться высокой степени совпадения экспериментальных и теоретических кривых. Однако методика В М Бондаренко отличается от других рассмотренных методик простотой и малым количеством подбираемых параметров Поэтому именно она рекомендуется для практического использования На рисунке 4 приведен пример описания экспериментальных кривых линейных мер ползучести для уровня напряжений 0,3 по методике В М Бондаренко.

Для описания нелинейной ползучести была использована методика умножения линейной меры ползучести на функцию нелинейности Функция нелинейности принималась по предложению Н И Карпенко и А В Мельника

/с=1+кК Т£ЩГ=, (и)

где

к = Для испытанных образцов уь = 0,9, поэтому к = 0,656,

параметр Ус = 0,74

параметр ш принимался целочисленным т = 1,2,3,4 п;

Также из условия наилучшего совпадения экспериментальных и теоретических кривых мер нелинейной ползучести подбирались параметры а и у1

аЦо)

т] ---уровень напряжения в начальный момент времени

ВД)

Для определения нелинейной меры ползучести функция нелинейности (14) умножалась на значения линейной меры ползучести, подсчитанные по методике В М Бондаренко В функции нелинейности (14) подобраны параметры для исследованных бетонов, позволяющие описывать экспериментальные кривые нелинейных мер ползучести с высокой точностью

Для исследованных составов подсчитаны коэффициенты ползучести фы и Фи, с помощью которых в СНиП 2 03 01 - 84* учитывается влияние ползучести на прогибы железобетонных элементов (табл 3) Наши исследования показали, что коэффициент срЬ1 отражает деформации ползучести, накапливаемые примерно в течении одних (первых после нагружения) суток В нормах они условно называются быстронатекающими

Прослеживаются следующие закономерности Применение добавки Эмбэлит вместо МБ приводит к снижению коэффициента фы, а значит к повышению деформаций ползучести в течение первых суток после нагружения, на 5% - 6% К повышению деформаций ползучести в течение первых суток на 7% — 8% приводит замена высокопрочного керамзита на рядовой

Рисунок 4 Теоретическая обработка по методике В М Бондаренко Уровень напряжений 0,ЗЯь

Экспериментальные значения коэффициента фьг отличаются от нормативного значения 1,6 в большую и меньшую сторону Выявить влияние модификатора на этот коэффициент не удалось Можно только отметить, что деформации ползучести от длительных нагрузок у бетона классов по прочности В36 - В41 превышают нормируемые значения (до 13%) Для Состава №1, класса В66, изготовленного с применением модификатора МБ деформации длительной ползучести оказались на 15% меньше нормативной величины

Для практического применения в проектировании для бетонов, изготовленных с применением таких же модификаторов, как в данной работе, рекомендуется принимать значения коэффициентов фы и фЬ2 равными приведенным в таблице 3, а для промежуточных классов по прочности - по линейной интерполяции

Эффективность применения высокопрочного модифицированного керамзитобетона в несущих конструкциях зданий из монолитного

железобетона.

В настоящее время в России и за рубежом происходит активное строительство зданий повышенной этажности Характерными особенностями высотных зданий являются высокие сжимающие нагрузки на вертикальные несущие конструкции на нижних этажах, а также высокое давление на грунт.

Большие нагрузки на вертикальные несущие конструкции приводят к увеличению сечений элементов, что отрицательно сказывается на объемно-планировочном решении здания Также возникает необходимость в

применении большого количества арматуры, что приводит к дополнительным затратам

Высокое давление на грунт от высотного здания может оказаться решающим фактором при выборе типа фундамента или изменении этажности здания Особенно это актуально в крупных городах с развитыми подземными коммуникациями и районах со слабыми грунтами Усложнение или увеличение конструкции фундамента дает значительный прирост общей стоимости строительства

Снизить эти виды нагрузок позволяет применение в несущих конструкциях легких бетонов Однако для восприятия больших нагрузок, которым подвергается каркас многоэтажного здания, необходим высокопрочный легкий бетон

Также в настоящее время к зданиям предъявляются повышенные эстетические требования, иногда зданию желательно придать особый архитектурный облик. Это возможно только при монолитном способе возведения Исследованный в данной работе легкий высокопрочный бетон обладает высокой подвижностью смеси, что является очень важным качеством при бетонировании конструкций на строительной площадке и снижает трудоемкость работ по уплотнению смеси

Для оценки эффекта от применения исследованного высокопрочного модифицированного легкого бетона был проведен сравнительный расчет проектируемого здания в г Москве по адресу Ботанический пер, д 5. Расчет был проведен в ПК Лира 9 2

Для сравнения из исследованных составов был выбран состав №1, как обладающий лучшими прочностными и деформативными свойствами при кратковременных и длительных испытаниях

Критериями для сравнения были выбраны

- Полная расчетная нагрузка на перекрытие

- Среднее давление на грунт от здания

- Армирование нижнего этажа стен и колонн

Для расчета выбрано монолитное железобетонное здание высотой 12 этажей (47,2 м от уровня чистого пола первого этажа) В целом здание представляет собой прямоугольную призму, усеченную двумя плоскостями -вертикальной и наклонной

Ниже отм 0,000 имеются 2 подземных этажа Отм фундаментной плиты -7,700 В здании имеются несколько ядер жесткости Толщина фундаментной плиты составляет 1,2 м Толщина перекрытий - 25 см, кроме участка на отм 0,000, где предполагается место для подъезда пожарной машины - здесь толщина перекрытия 40 см Толщина плиты покрытия - 35 см Большинство стен в здании имеют толщину от 20 до 30 см Величина ячеек плиты перекрытия между опорами достигает в некоторых местах размеров 6,6x8,5 м

В таблице 4 приведены характеристики бетонов для сравниваемых вариантов Для сравнения из исследованных легких бетонов был выбран состав №1 класса В66 Сравнивался он с тяжелым бетоном класса В66, расчетные характеристики которого были получены экстраполяцией данных СНиП 2 03 01 - 84*. На рисунке 5 приведен общий вид расчетной конечно-элементной модели здания

Таблица 4

Основные физико - механические характеристики бетонов сравниваемых вариантов

Сравниваемая характеристика Тяжелый бетон Модифицированный высокопрочный легкий керамзитобетон

1 2 3

Класс по прочности на сжатие В66 В66

Расчетный собственный вес железобетона, т/мЗ 2,75 2,10

Расчетное значение призменной прочности на сжатие, т/м2 3720 3996

Нормативное значеннс призменной прочности на сжатие, т/м2 4840 5199

Начальный модуль упругости, т/м2 4130000 2600000

Расчетное сопротивление осевому растяжению, т/м2 173 108

Нормативное сопротивление осевому растяжению, т/м2 260 141

Рис. 5 Расчетная конечно-элементная схема здания

Для сравнительного расчета всем железобетонным конструкциям здания кроме фундаментной плиты были заданы

несущим расчетные

характеристики высокопрочного легкого бетона Ползучесть бетона учитывалась по методике СНиП 2 03 01 - 84* с использованием полученных коэффициентов фы и <рЬ2

По этим данным был подсчитан общий вес здания в 2 вариантах Были получены следующие результаты

Полная расчетная нагрузка на перекрытие типового этажа при использовании тяжелого бетона = 1080 кг/м2.

Полная расчетная нагрузка на перекрытие типового этажа при использовании высокопрочного керамзитобетона = 915 кг/м2, то есть снизилась на 15,3%

Также произошло снижение давления на грунт в среднем на 3,67 т/м2 или на 12,7%

Кроме того, было подсчитано армирование стен и колонн -2 этажа для варианта с тяжелым бетоном и варианта с высокопрочным керамзитобетоном. Сравнение армирования с учетом площадей унифицированных групп элементов показало, что в целом армирование стен и колонн -2 этажа при использовании в каркасе высокопрочного керамзитобетона снизилось на 10%

3 ОСНОВНЫЕ ИТОГИ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

1 Проведено комплексное экспериментально-теоретическое исследование высокопрочных модифицированных легких бетонов классов по прочности В36 - В66 и марки по средней плотности Б1800, изготовленных из смесей высокоподвижной и литой консистенции, в результате которого получены новые данные об их основных физико-механических свойствах при кратковременных нагрузках, а также данные о деформациях усадки и ползучести

2 Выявлено снижение модуля упругости (на 5% - 12%), прочности на сжатие (на 11% - 12%) и растяжение (на 17% - 22%), увеличение деформаций ползучести (на 27% - 58%) при использовании модификатора Эмбэлит по сравнению с бетоном, изготовленным с модификатором серии МБ при использованной в работе дозировке Для практического использования рекомендуется модификатор серии МБ

3 Проведена корректировка теоретических зависимостей, описывающих деформации бетона при кратковременном сжатии, усадке, уравнений мер ползучести по трем методикам, а также функции нелинейности Полученные зависимости позволяют описывать экспериментальные кривые для исследованных бетонов с высокой точностью

4. Проведен технико-экономический анализ применения наиболее эффективного из исследованных состава керамзитобетона по сравнению с равнопрочным тяжелым бетоном Получены данные о снижении нагрузки на перекрытие (на 15%), на основание (на 13%) и данные о снижении армирования вертикальных несущих конструкций нижнего этажа (на 10%)

5 Выявлен наиболее оптимальный из исследованных составов высокопрочного модифицированного керамзитобетона - состав №1 класса по прочности В66, изготовленный с применением высокопрочного керамзита и модификатора МБ10-50С Данный состав имеет лучшие прочностные и деформативные характеристики при кратковременных нагрузках, а так же минимальную предельную усадку и ползучесть среди исследованных составов

Основные положения диссертационной работы изложены в шести научных публикациях

1. Андрианов А А, Карпенко Н И Меры ползучести высокопрочных легких бетонов с применением модификаторов Academia архитектура и строительство, РААСН, 2006, №4, с 68-71

2 Андрианов А А Исследование ползучести и усадки высокопрочных легких бетонов Вестник отделения строительных наук РААСН, Вып 10, Владивосток, Дальнаука, 2006 г, с 24-28.

3 Андрианов А А, Кузнецов Е Н. О методике исследования деформаций ползучести высокопрочных мелкозернистых и легких бетонов Сборник трудов II Всероссийской конференции по бетону и железобетону «Бетон и железобетон - пути развития» М, НИИЖБ, 2005 г., Т 2 с 300 - 306

4 Безгодов И. М, Андрианов А А Некоторые особенности исследования высокопрочных бетонов при длительном нагружении Сборник трудов II Всероссийской конференции по бетону и железобетону «Бетон и железобетон - пути развития» М , НИИЖБ, 2005 г, Т.2 с 342 - 346

5 Андрианов А А О физико-механических характеристиках высокопрочного керамзитобетона Сборник трудов II Всероссийской конференции по бетону и железобетону «Бетон и железобетон - пути развития» М , НИИЖБ, 2005 г, Т.4 с 25 - 28

6 Карпенко Н И , Андрианов А А , Каприелов С С , Безгодов И М. Меры ползучести высокопрочных легких бетонов с применением модификаторов МБ и Эмбэлит Материалы научно-технической конференции «Строительная физика в XXI веке» М, 2006 г, с538 -541

Подписано в печать 25 04 2007 г Исполнено 26 04 2007 г Печать трафаретная

Заказ № 482 Тираж 70экз

Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш, 36 (495) 975-78-56 www autoreferatiu

Введение.

1 Состояние вопроса и задачи диссертационной работы.

1.1 Общее описание явления ползучести бетона.

1.2 Структурные объяснения природы ползучести.

13 Теории ползучести.

1.3.1 Линейный вариант теории ползучести.

1.3.2 Нелинейные варианты теории ползучести.

1.4 Обзор экспериментальных исследований основных физико-механических свойств высокопрочных легких и модифицированных бетонов.

1.4.1 Исследования конструкционных легких бетонов.

1.4.2 Исследования высокопрочных бетонов, модифицированных микрокремнеземом и суперпластификатором.

1.5 Выводы.

2 Экспериментальное исследование основных физико-механических свойств легких и мелкозернистого высокопрочных бетонов, изготовленных с применением органоминеральных модификаторов.

2.1 Содержание работы.

2.2 Методика экспериментальных работ.

2.3 Составы бетона.

2.4 Результаты испытаний.

2.4.1 Результаты кратковременных испытаний.

2.4.2 Измерение деформаций усадки.

2.4.3 Измерение деформаций ползучести.

2.5 Выводы.

3 Теоретическая обработка результатов кратковременных испытаний.

3.1 Призменная прочность на сжатие.

3.2 Начальный модуль упругости.

3.3 Диаграммы деформирования бетона.^ ^

3.4 Изменение прочности, модуля упругости и коэффициента поперечных деформаций во времени.

3.5 Прочность на осевое растяжение.

3.6 Деформативные характеристики при растяжении.

3.7 Вычисление пластического момента сопротивления для бетонного сечения.

3.8 Выводы.

4 Теоретическая обработка результатов длительных испытаний

4.1 Деформации усадки.

4.2 Деформации ползучести.

4.2.1 Предельные деформации и меры ползучести.

4.2.2 Обработка линейной меры ползучести по методике

С. В. Александровского.

4.23 Обработка линейной меры ползучести по методике

В. М. Бондаренко.

4.2.4 Обработка линейной меры ползучести по методике

И. Е. Прокоповича и М. М. Заставы.

4.2.5 Обработка нелинейной меры ползучести.

4.2.6 Подсчет коэффициентов ползучести.

43 Выводы.

5 Эффективность применения высокопрочных легких бетонов, изготовленных с применением органоминеральных модификаторов, в монолитных железобетонных зданиях.

5.1 Введение.

5.2 Описание расчетной модели здания.

5.3 Результаты сравнительного расчета.

5.4 Выводы.

Анализируя тенденции развития современного строительства в зарубежных странах можно заметить, что они все в большей степени увязываются с развитием высокопрочных бетонов. Так, в отдельных странах за последнее время 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. Анализируя конструкционные свойства высокопрочных бетонов и экономические показатели от их применения, исследователи выделяют фактор долговременного экономического эффекта от применения в конструкциях особо надежных бетонов, который обуславливается не только их высокой прочностью, но и высокими эксплуатационными свойствами: морозостойкостью, стойкостью против коррозии, высокой маркой по водонепроницаемости и др. Кроме этого такие бетоны обладают повышенной удобоукладываемостью бетонной смеси. На Западе для таких бетонов введен специальный термин «High Perfomance Concrete» - высококачественный бетон. Некоторые новые технологии производства высококачественного бетона найдены в России. Среди них можно выделить производство бетонов с применением полифункциональных модификаторов серий МБ (порошкообразных материалов на органно-минеральной основе: микрокремнезем или его смесь с золой уноса и суперпластификатором, а также регулятор твердения) и Эмбэлит (порошкообразный материал, состоящий из гипса, метакаолина и суперпластификатора). Применение МБ и Эмбэлита позволяет получать высокоподвижные смеси (ОК = 20+25 см), чем устраняется недостаток традиционных технологий получения высокопрочных бетонов из жестких смесей.

Проведенные ранее исследования [49, 50, 51, 53, 59] показали эффективность применения технологии на основе МБ для создания высокопрочных тяжелых и мелкозернистых бетонов.

Однако возможность создания нового класса легких бетонов на основе указанной технологии оставалась не изученной. В рамках данного исследования ставится задача создать теоретические и практические предпосылки для производства высокопрочных легких бетонов классов по прочности ВЗО и выше, получаемых на базе подвижных бетонных смесей марки по удобоукладываемости П5. Такие бетоны позволяют значительно (до 30% и более) снизить вес каркасов зданий из монолитного железобетона, что в свою очередь существенно снижает стоимость строительства в целом за счет экономии арматуры и бетона.

Цели диссертационной работы:

Исследование основных физико-механических и реологических свойств высокопрочных легких бетонов, изготовленных из смесей высокоподвижной и литой консистенции с применением органоминеральных модификаторов. Корректировка наиболее точных и удобных в применении теоретических зависимостей для описания деформаций ползучести с учетом полученных экспериментальных данных. Выработка предложений по значениям расчетных прочностных и деформативных характеристик, в том числе и при длительных нагрузках.

Автор защищает:

- новые экспериментальные данные об основных физико-механических и реологических характеристиках модифицированных высокопрочных легких бетонов, как при кратковременных, так и при длительных нагрузках.

- запись функций ползучести для исследуемых бетонов в области линейного и нелинейного деформирования; закономерности изменения усадки бетона.

- влияние вида заполнителя и модификатора на основные прочностные и деформативные характеристики модифицированных высокопрочных легких бетонов.

- данные технико-экономического анализа эффекта от применения исследуемого легкого бетона в реальном строительстве на примере расчета многоэтажного здания из монолитного железобетона.

Научную новизну работы составляют:

- экспериментальные данные по прочностным и деформативным характеристикам модифицированных высокопрочных легких бетонов при кратковременных и длительных нагрузках и усадке;

- влияние вида крупного пористого заполнителя и модификатора на основные физико-механические и реологические свойства исследуемых составов;

- результаты аналитической работы по сравнению прочностных и деформативных свойств модифицированных легких, мелкозернистых и тяжелых бетонов, исследованных в данной работе, а также в ранее проведенных экспериментах;

- предложения по описанию диаграмм сжатия высокопрочных легких бетонов кратковременной нагрузкой;

- формулы по определению деформаций усадки высокопрочных легких бетонов с подобранными для исследованных составов параметрами;

- наиболее совершенные записи мер ползучести и предложения по определению их параметров в области линейного и нелинейного деформирования высокопрочных легких бетонов.

Практическая ценность и внедрение результатов:

Получены новые экспериментальные данные по основным физико-механическим и реологическим свойствам модифицированных высокопрочных легких бетонов. Таким образом, дополнено знание свойств модифицированных высокопрочных мелкозернистых и тяжелых бетонов, по которым ранее уже были получены экспериментальные данные.

Исследования длительных деформаций модифицированных высокопрочных легких бетонов позволили провести корректировку уравнений современной теории ползучести для рассмотренных составов.

Разработаны предложения по нормированию основных прочностных и деформативных характеристик высокопрочных легких бетонов, в том числе и при длительных нагрузках.

Апробация работы и публикации:

Основные положения диссертации опубликованы в шести научных статьях и доложены на следующих конференциях:

- II Всероссийская (Международная) конференция по бетону и железобетону. Бетон и железобетон - пути развития. Москва, 2005 г.

- Международная конференция «Строительная физика в XXI веке». Москва, 2006 г.

Настоящая работа выполнена в 2003 - 2007 гг. в группе «Механики железобетона» НИИЖБ ФГУП «НИЦ «Строительство» под руководством академика РААСН, д.т.н., проф. Н. И. Карпенко совместно с лабораторией «Химических добавок и модифицированных бетонов» НИИЖБ при непосредственной помощи и консультации по технологии бетонов д.т.н., проф. С. С. Каприелова, к.т.н. В. Н. Ярмаковского, А. В. Шейнфельда. Экспериментальные исследования были проведены в лаборатории «Проблем прочности и качества в строительстве» НИИСФ и в МГСУ при практической и консультативной помощи стар. преп. И. М. Безгодова.

Диссертация состоит из введения и пяти глав.

Основные выводы

1. Проведено комплексное экспериментальное и теоретическое исследование основных физико-механических свойств высокопрочных керамзитобетонов, полученных из смесей высокоподвижной и литой консистенции, изготовленных с применением органоминеральных модификаторов серий МБ и Эмбэлит.

2. Анализ данных, приведенных в отечественной и зарубежной литературе по исследованию высокопрочных легких бетонов, приводит к выводу, что ранее удавалось получить легкие бетоны прочностью до 65 МПа, но все они были изготовлены из жестких смесей, что неприемлемо в условиях бетонирования монолитных конструкций на стройплощадке.

3. Имеющийся положительный опыт применения органоминеральных модификаторов серии МБ в тяжелых и мелкозернистых бетонах говорит о целесообразности проверки влияния подобных модификаторов на свойства легких бетонов.

4. Кубиковая прочность для керамзитобетонных образцов составила от 46 до 85 МПа. При этом бетонная смесь имела осадку конуса от 22 до 28 см. Марка по плотности для всех исследованных составов керамзитобетона составила 1800 кг/м . Составы с модификатором МБ показали на 12 - 17% большую кубиковую прочность, чем составы с Эмбэлитом.

5. Призменная прочность также снижается при замене модификатора МБ на Эмбэлит (до 12%). Коэффициент призменной прочности получен высоким, что характерно для легких бетонов (0,77 - 0,96). Приведено рекомендованное значение коэффициента призменной прочности = 0,8 для исследованных составов керамзитобетона.

6. Значения начального модуля упругости получены равными для л Ч высокопрочных легких бетонов от 21,2-10 МПа до 25,9-10 МПа. Эти данные удовлетворительно согласуются с экстраполяцией данных

СНиП [5] и рассмотренными предложениями из литературных источников [36]. Замена модификатора МБ на Эмбэлит вызывает снижение начального модуля упругости на 5 - 12%. Замена же высокопрочного керамзита на керамзит рядовой прочности - на 4 - 9% соответственно. Начальный модуль упругости исследованного мелкозернистого бетона с модификатором Эмбэлит значительно ниже полученных в работе [59] значений для мелкозернистых бетонов такой же прочности с модификатором МБ. Приведены рекомендованные значения начального модуля упругости. Также установлено равенство начального модуля упругости при сжатии и при растяжении.

7. Согласно полученным экспериментальным данным, коэффициент Пуассона для исследованных бетонов выше, чем рекомендованное нормами значение 0,2. Предлагается принять для высокопрочного керамзитобетона ц = 0,23, а для мелкозернистого бетона ц = 0,25.

8. Получены диаграммы деформирования исследованных составов. Из них видно, что процесс деформирования легких бетонов протекает практически линейно (график относительные деформации сжатия -относительный уровень нагружения представляет собой прямую линию) до уровня 0,6 Rb- Такой же график для мелкозернистого бетона начинает заметно искривляться, начиная с уровня нагружения 0,4 Rb.

9. Проведена теоретическая обработка диаграмм сжатия исследованных составов по методике Н. И. Карпенко. Подобраны коэффициенты в уравнениях для подсчета предельных деформаций сжатия, при которых теоретические кривые хорошо согласуются с экспериментальными.

10. Прирост значений прочности, модуля упругости и изменение коэффициента Пуассона при испытаниях образцов в возрасте 180 суток оказались незначительными и не равномерными. Поэтому рекомендуется не учитывать их при проектировании.

11. Нормативная прочность на осевое растяжение исследованных составов высокопрочного керамзитобетона колеблется в пределах от 38 до 48% от значений, определенных экстраполяцией данных СНиП [5] при соответствующих значениях прочности на сжатие. Объяснение этого факта требует проведения дополнительных исследований в области макро- и микроструктуры цементного камня, контактной зоны легкого заполнителя модифицированных керамзитобетонов.

12. Применение модификатора Эмбэлит вместо МБ вызывает снижение прочности на осевое растяжение на 17 - 22%.

13. Коэффициент у в формуле подсчета упругопластического момента сопротивления для исследованных составов существенно отличается от принятого в расчетах у = 1,75. Причем, для бетонов на высокопрочном керамзите значение коэффициента на 8 - 21% меньше, а для бетонов на рядовом керамзите - на 31 - 58% больше. Замена модификатора МБ на Эмбэлит приводит к снижению момента трещинообразования, так как коэффициент у снижается на 14 - 17%.

14. К 120 суткам наблюдений для всех составов, кроме первого, происходит развитие около 90% предельных деформаций усадки. У первого состава к этому времени развиваются лишь 60% предельных деформаций усадки, однако у него наблюдаются наименьшие деформации.

15. Проведена теоретическая обработка деформаций усадки по методике, предложенной И. Е. Прокоповичем и М. М. Заставой. Для исследованных составов предложена измененная формула деформаций усадки, которая при правильно подобранных коэффициентах позволяет получить достаточно точное теоретическое описание экспериментальных кривых.

16. Наименьшие деформации ползучести показал первый состав, изготовленный с применением модификатора МБ и высокопрочного керамзита. Наибольшие деформации ползучести получены у мелкозернистого бетона. Замена высокопрочного керамзита рядовым приводит к 44% росту предельной меры ползучести для составов с модификатором Эмбэлит и к 84% росту для составов с модификатором МБ.

17. Процесс развития ползучести у исследованных легких бетонов оказался более длительным, чем у исследованного в данной работе мелкозернистого бетона. Прирост мер ползучести от 180 суток до бесконечности для легких бетонов меньше, чем для мелкозернистого.

18. Выявлена существенная нелинейность мер ползучести для высоких уровней нагружения (выше 0,3 Rb). Причем замена модификатора МБ на Эмбэлит приводит к росту нелинейности мер ползучести. Наименьшую степень нелинейности показал первый состав.

19. Доля деформаций последействия составляет от 14 до 39% от деформаций ползучести и их доля снижается с ростом уровня нагружения.

20. Проведена теоретическая обработка уравнений мер линейной ползучести по трем методикам: С. В. Александровского, В. М. Бондаренко и И. Е. Прокоповича и М. М. Заставы. Подобраны коэффициенты в уравнениях мер ползучести. Наиболее удобной следует признать методику В. М. Бондаренко, по которой можно получить достаточно точное теоретическое описание кривых мер ползучести, но при этом само уравнение меры ползучести является сравнительно простым и требует подбора минимального количества коэффициентов.

21. Проведена теоретическая обработка мер нелинейной ползучести для уровней нагружения от 0,45 до 0,8 Rb по методике, предложенной Н. И. Карпенко и А. В. Мельником. Подобрана функция нелинейности и получено достаточно точное описание экспериментальных кривых по указанной методике.

22. Для исследованных бетонов определены значения коэффициентов фы и фьг, учитывающих кратковременную и длительную ползучесть в расчете. Применение модификатора Эмбэлит вместо МБ приводит к снижению коэффициента фы (до 9,5% относительно нормируемого значения), то есть к увеличению быстронатекающих деформаций ползучести. Влияние вида модификатора на коэффициент длительной ползучести фЬ2 выявить не удалось.

23. Проведен сравнительный расчет реального здания в г. Москве высотой 14 этажей для определения экономического эффекта от применения исследованных бетонов в строительстве. В качестве вариантов были приняты тяжелый бетон класса В66 и высокопрочный модифицированный керамзитобетон класса В66, изготовленный с модификатором МБ. Полная расчетная нагрузка на перекрытие типового этажа при использовании высокопрочного керамзитобетона снизилась на 15,3%. По результатам расчета получено снижение среднего давления на грунт на 3,67 т/м2 или на 12,7% и уменьшение армирования стен и колонн нижнего этажа на 10% за счет применения во всех несущих конструкциях здания, кроме фундаментной плиты, высокопрочного керамзитобетона.

24. По совокупности прочностных, деформативных и технологических свойств наиболее эффективным из исследованных следует признать состав класса по прочности В66, изготовленный на высокопрочном керамзите и с применением модификатора МБ (первый состав). Для его свойств был проведен сравнительный расчет реального здания, где доказана эффективность применения этого бетона. Поэтому рассмотренный в данной работе первый состав высокопрочного керамзитобетона, изготовленный с применением модификатора МБ, рекомендуется для практического применения в строительстве.

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

2. ГОСТ 24452—80 Бетоны. Методы определения призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона.

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

4. ГОСТ 25820-2000 «Лёгкие бетоны. Технические условия».

5. СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции».

6. СП 52-101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры»

7. Методические рекомендации по исследованию усадки и ползучести бетона. НИИЖБ Госстроя СССР, 1975.

8. Методические рекомендации по определению прочностных и структурных характеристик бетонов при кратковременном и длительном нагружении. НИИЖБ Госстроя СССР, 1976.

9. Пособие по расчету статически неопределимых железобетонных конструкций. М.: Стройиздат, 1994.

10. Александровский С.В. Расчёт бетонных и железобетонных конструкций на изменения температуры и влажности с учётом ползучести. Стройиздат, 1973.

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

12. Александровский С. В., Колесников Н. А. Нелинейная ползучесть бетона при ступенчато-изменяющихся напряжениях. Бетон и железобетон. 1971, №6, с. 24 27.

13. Александровский С. В., Колесников Н. А. Влияние величины уровня повторно действующих напряжений на ползучесть бетона. Расчет и конструирование железобетонных конструкций. М., Стройиздат, 1972, с.121 -136.

14. Александровский С. В., Попкова О. М. Нелинейные деформации ползучести бетона при сложных режимах нагружения. Бетон и железобетон, 1970, №1, с. 27 32.

15. Анохин Е. К. «Влияние технологических факторов на прочность и деформативность конструкционного шлакопемзобетона», канд. диссертация, НИИЖБ, 1981.

16. АрутюнянН.Х. Некоторые вопросы теории ползучести бетона. Гостехтеоретиздат, 1952.

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

18. Ашрабов А. Б., Добродеев А. Н. Керамзитобетон в несущих конструкциях.

19. 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.

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

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

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

23. БергО.Я., Щербаков Е.Н., ПисанкоГ.Н. Высокопрочный бетон. Стройиздат, 1971.

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

25. Бондаренко В. М. «О нелинейных деформациях бетона при расчете железобетонных конструкций» Сб. ЦНИИСК «Совещание по вопросам ползучести». 1962.

26. Бондаренко В. М. «Предыстория и конструктивная безопасность зданий и сооружений». Известия вузов. «Строительство», Новосибирск, 2000, №1.

27. Бондаренко В.М., Бондаренко С.В. Инженерные методы нелинейной теории железобетона. Стройиздат, 1982.

28. Бондаренко В. М, Боровских А. Б. и др. «Элементы теории реконструкции железобетона» Н. Новгород: Нижегород. гос. архит.-строит. ун-т, 2002.

29. Бондаренко С. В., Тутберидзе О. Б. «Инженерные расчеты ползучести строительных конструкций». Изд-во «Ганатлеба», Тбилиси, 1988.

30. Бремнер Т., Ярмаковский В. Н. «Лёгкий бетон международная перспектива», труды второй международной конференции по бетону и железобетону, стр. 65-83.

31. Ваганов А. И. Исследование свойств керамзитобетона. Госстройиздат, 1960.

32. Вальц К., Вишерс Г. Конструктивный высокопрочный легкий бетон. М.: Изд-во литературы по строительству, 1969.

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

34. Васильев П. И. Связь между напряжениями и деформациями в бетоне при сжатии с учетом влияния времени. Изв. ВНИИГ, 1951 г., Т. 45, с. 78-92.

35. Васильев П. И. Экспериментальные исследования деформаций бетона при ступенчатом загружении. Изв. ВНИИГ. 1963., Т. 72, с. 133 -140

36. Всесоюзный семинар «Эффективные конструкции из легких бетонов». Тезисы докладов. М.: НИИЖБ, 1980.

37. Высокопрочный керамзитобетон (Обзор опыта производства, особенностей технологии и свойств). ЦНИИТЭСТРОМ, М., 1968.

38. Галустов К. 3., Гвоздев А. А. К вопросу о нелинейной теории ползучести бетона при одноосном сжатии. Изв. АН СССР. МТТ., 1972, №1, с. 85-92.

39. Гвоздев А. А., Галустов К. 3., Яшин А. В. Об уточнении теории линейной ползучести бетона. Изв. АН СССР. МТТ., 1967, №6.

40. Гвоздев А.А., ЯшинА.В., Петрова К.В., Белобров И.К., ГузеевЕ.А. Прочность, структурные изменения и деформации бетона. М., Стройиздат, НИИЖБ, 1978.

41. Железобетон в XXI веке. Состояние и перспективы развития бетона и железобетона в России. Москва «Готика», 2001 год.

42. Звездов А. И., Ярмаковский В. Н. «Лёгкие бетоны в современном строительстве», «Строительный эксперт» №16,2005.

43. 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.

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

45. Истомин А. И. «Ползучесть конструкционного керамзитобетона с учётом его технологии», канд. диссертация, НИИЖБ, 1978.

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

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

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

49. Каприелов С.С., Шейнфельд А.В. высокопрочные бетоны с органо-минеральными модификаторами серии «МБ». Структура и свойства. Материалы конференции. 1-я всероссийская конференция по проблемам бетона и железобетона.

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

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

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

53. Карпенко Н. И. О расчете деформаций ползучести бетона способом тт (трансформированного времени нагружения). Строительная механика и расчет сооружений. 1979, №5, с. 39 43.

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

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

56. Кондращенко В. И. «Технология и свойства высокопрочного шлакопемзобетона», канд. диссертация, НИИЖБ, 1982.

57. Кузнецов Е. Н. Ползучесть и другие физико-механические свойства высокопрочных мелкозернистых бетонов нового поколения на основе органоминеральных модификаторов. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.

58. Мельник Р.А., ПацулаА.Я. Исследование нелинейной ползучести высокопрочных бетонов. Бетон и железобетон, № 3, 1973, стр. 39-40.

59. Мешкаускас Ю. И. Конструктивный керамзитобетон.

60. Новое в технологии и свойствах легких бетонов. М.: НИИЖБ, 1980

61. Петров А. Н. Нелинейная модель ползучести железобетона и ее приложение к расчету плосконапряженных элементов. Петрозаводск, 2003.

62. Ползучесть и усадка бетона и железобетонных конструкций. Стройиздат. М., 1976.

63. Проблемы ползучести и усадки бетона. Стройиздат. М., 1974.

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

65. Прочность, структурные изменения и деформации бетона./Под ред. А. А. Гвоздева. М., Стройиздат, 1978.

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

67. Силина Е.С., Шейнфельд А.В., Жигулёв Н.Ф., Борыгин С.Т. Свойства бетонных смесей с модификатором бетона МБ-01. Бетон и железобетон, № 1,2001, стр. 3-6.

68. 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.

69. Степанова В.Ф., Каприелов С.С., Шейнфельд А.В., Барыкин П.И. Влияние добавок микрокремнезёма на коррозионную стойкость арматурной стали в бетоне. Бетон и железобетон, № 5, 1993, стр. 2830.

70. Технология и свойства новых видов легких бетонов на пористых заполнителях. М., Стройиздат, 1971.

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

72. Чиненков Ю. В., Ярмаковский В. Н. "Лёгкие бетоны и конструкции из них", "Бетон и железобетон" №5, 1997., стр. 8-10.

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

74. Ярмаковский В. Н. "Лёгкие бетоны нового поколения для строительства зданий высокой энергетической эффективности", ж-л "СТРОИ", № 11,2004, стр. 20-22.

75. Ярмаковский В. Н., Бремнер Т. Легкий бетон: настоящее и будущее. «Строительный эксперт», 2005, №№ 20, 21.

76. Ярмаковский В. Н, Малинина JL А. "Новые принципы утилизации техногенных отходов", Российская Архитектурно-строительная энциклопедия, т. V, М., Госстрой РФ, 1998 г, стр. 165-210.

77. Яценко Е.А., Корнилова С.В., Бовин А.А., Соссу Г. Теория ползучести железобетонных конструкций. Днепропетровск, 2000.

78. Spitzer, J., (1995), "A Review of the Development of Lightweight Aggregate, History and Actual Survey", Proc. Int. Symp. Structural Lightweight Concrete, Sandefjord, Norway, June 20-26, pp. 13-21.