автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Влияние демпфирующих добавок на прочностные и деформативные показатели бетона

На правах рукописи

Р Р 5 ОД БОЛЬШАКОВ

Эдуард Логинович

ВЛИЯНИЕ ДЕМПФИРУЮЩИХ ДОБАВОК НА ПРОЧНОСТНЫЕ И ДЕФОРМАТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ БЕТОНА

Специальности 05.23.05—Строительные материалы

и изделия 05.23.17—Строительная механика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1990

Работа выполнена в Петербургском государственном университете путей сообщения.

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор

комохов п. г.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ВАСИЛЬЕВ В. 3.;

кандидат технических наук, доцент ПУХАРЕНКО Ю. В.

Ведущее предприятие—ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева.

Защита состоится 30 мая 1996 г. в 13 час 30 мин на заседании диссертационного совета Д 114.03.04 при Петербургском государственном университете путей сообщения по адресу: 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 9, ауд. 3-237.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Петербургского государственного университета путей сообщения.

Автореферат разослан 30 апреля 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

С. Р. ВЛАДИМИРСКИЙ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Л ¡: т >• а л ън ос т /. п р о 6 л е м ы. Важной задачей технологии бегока является улучшение эксплуатационных характеристик бетона при снижении энерго- и материалоемкости его производства. Особенно актуальность этой задачи возрастает в современных условиях при переходе к рыночным отношениям, сопровождающимся значительным увеличением стоимости энергетических и материальных ресурсов.

Решение данной задачи предусматривает широкое применение в производстве достижений строительного материаловедения - как научно-технических разработок, так и новых теоретических знаний о взаимосвязи технологии получения, структуры и свойств бетона, рассматриваемых в рамках структурной механики бетона. Развитие структурной механики расширяет возможность изучения и управления свойствами бетона путем направленного модифицирования структуры на разных уровнях.

Одним из путей направленной организации структуры бетона является применение так называемых демпфирующих компонентов -дисперсных добавок пониженной жесткости (относительно других составляющих композита) минеральной или органической природы. Как показано в исследованиях, проведенных в ПГУПС, НИИЖБ, НИИ-промсгрое, Уфимском нефтяном институте, Пензенском, Ростовском и Одесском ИСИ, модифицирование структуры бетона маложесткими добавками является эффективным технологическим приемом, способствующий повышению прочности, трещиностойкости, ударной стойкости, морозо- и морозосолестойкости бетона. Поэтому дальнейшие исследования свойств бетона с демпфирующими добавками и изучение механизма их действия является актуальной и важно» задачей.

Работа выполнена на кафедре "Строительные материалы и технологии" Петербургского государственного университета путей сообщения.

Целью работы является разработка научно-практических основ получения бетонов повышенной прочности и деформатишгостн на основе модифицирования структуры бетона демпфирующими добавками.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- исследовать механизм влияния демпфирующих добавок на бетон при механическом нагружении и усадке;

- провести комплексные исследования прочностных и деформа-тибных показателей бетона с демпфирующими добавками;

- установить взаимосвязь процессов, происходящих в структуре бетона при введении демпфирующих добавок, с его прочностью и де-формативностыо;

- разработать рекомендации по применению демпфирующих добавок для регулирования прочностных и деформативных показателей бетона.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Предложены и апробированы комплексные критерии оценки напряженного состояния структуры бетона, возникающего при различных видах эксплуатационных воздействий. В качестве таких критериев приняты: удельная механическая энергия и коэффициент вариации энергии, характеризующие степень нагруженности и неоднородности распределения напряжений в структуре бетона.

2. Установлен механизм влняния демпфирующих добавок на бетон при механическом нагружении и усадочных деформациях цементного камня в зависимости от соотношения модулей упругости добавки и цементной матрицы.

3. Получены количественные зависимости прочносшых и дефор-матнвных показателен цементно-песчаного раствора от содержания демпфирующих добавок и соотношения модулей упругое!и добавки и цементного камня. По результатам исследования предложены оптимальные характеристики демпфирующих добавок и состаши растворов.

Практическое значение. Экспериментально установлена возможность регулирования в широких пределах прочностных и деформативных показателей цементно-песчаного раствора за счет введения демпфирующих добавок. При оптимальном содержании добавки к соотношении упругих характеристик цементного камня и добавки:

- прочность при сжатии, изгибе и осевом растяжении раствора увеличивается на 40%;

- предельные деформации увеличиваются при всех видах нагру-жения на 25...52%;

- модуль упругости цементно-песчаного раствора снижается на

27%.

Разработаны рекомендации по применению демпфирующих добавок для регулирования прочностных и деформативных показателей мелкозернистого бетона.

Реализация работы. Результаты исследования отражены в научно-техническом отчете ПГУПСа за 1990 г. Разработанные составы мелкозернистых бетонов с демпфирующими добавками получили опытно-промышленное внедрение на участке по производству тротуарной плитки ТОО "Элвейс" при изготовлении партии бетонной тротуарной плитки.

Апробация работы Основные положения работы и полученные результаты доложены и обсуждены на 3-й научно-технической конференции "Прогрессивные технологии в транспортном строительстве" (Ленинград, 1991); 1-ой региональной научно-технической конференции "Проблемы совершенствования произвола па стеновых

3

материалов с целью индустриализации строительства и повышения

/

сейсмостойкости зданий" (Бишкек, 1991); Республиканской научно-технической конференции "Совершенствование существующих и создание новых ресурсосберегающих технологий и оборудования п машиностроении, сварочном производстве и строительстве" (Могилев, 1991); Международной научно-технической конференции "Внедрение перспективных технологий в монтажных и специальных строительных работах" (С.Петербург, 1992); 5 Всероссийской школе-семинаре "Физические основы прогнозирования разрушения горных пород" (пос. Борок 1994); 1-ой м езду народней конференции "Актуальные проблемы прочности" (Новгород, 1994); Международной конференции "Проблемы прочности материалов и сооружении на транспорте" (С.Петербург, 1995), Юбилейной конференции "75 лет Строительному факультету".

П у б л и к а ц и и. По результатам диссертационной работы опубликовано шесть печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 85 наименований и приложения; изложена на 126 страницах машинописного текста, включает 31 рисунков и 17 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Высокая структурно-механическая неоднородность и наличие развитой дефектной структуры не позволяет полностью реализовать потенциальные возможности, заложенные в бетоне. Одним из путей повышения эффективности использования бетона является его структурно-механическая модификация маложесткими компонентами, названными П.Г.Комоховым демпфирующими добавками.

Многочисленными исследованиями, прочеден'пмн П.В.Бабко-вим, И.А.Ипаповым, С.М.Капитоновым, А.П.Клочковым, П.Г.Комо-хопим, М.П.Коханснко, О.В.Кунцевичем, В.Н.Моховым, В.А.Невским, Т.М.Пеггровой,.В.П.Петровым, Г.А.Ткаченко, В.П.Шурыгиным и др., было установлено, что частичная замена плотных заполнителей на маложеегкие компоненты в определенных порциях позволяет улучшить ряд свойств бетона, а именно, повысить ударную стойкость, тре-щиностонкость, морозо- и морозосолестойкость. Отмечается также значительное влня"ие демпфирующих добавок на прочностные и де-формативные показатели бетона. Однако, имеющиеся экспериментальные данные имеют противоречивый характер, что связано с отсутствием комплексных исследований прочности н деформативности бетонов с демпфирующими добавками при различных видах нагруження н недостаточной изученностью механизма влияния демпфирующих добавок на бетон.

В литературе выделяются три основных фактора положительного влияния демпфирующих добавок на структуру бетона и его физико-механические характеристики:

- торможение роста и гашения трещин, что подтверждается высокой трещиностойкостью бетонов с демпфирующими добавками;

- снижение усадочных напряжений;

- выравнивание напряжений в -структуре бетона и перераспределение их между составляющими бетона с различной упругостью в процессе нагружения.

Как показал анализ литературных источников, вывод о снижении усадочных напряжений и выравнивании напряженного состояния при механическом нагружении сделан авторами на основе данных при полной замене плотных заполнителей на маложесткие компоненты, что не может в полной мере учесть напряженное состояние бетона при их частичной замене и требует дополнительных исследований.

Так как демпфирующие добааки по своим размерам и химическому состав) близки к заполнителям, то следует ожидать, что эффект от введения добавки связан с их взаимодействием на этом структурном уровне, приводящим к изменению напряженного состояния в структуре бегона и соответствующему изменению свойств.

При эксплуатации бетона в нормальных температурно-влажностных условиях прочностные и деформативныг показатели бетона определяются напряжениями, возникающими от механической нагрузки и стесненных усадочных деформаций цементной матрицы. Поэтому для выяснения механизма действия демпфирующих добавок на бетон исследовали влияние маложестких компонентов на напряженное состояние в структуре бетона при механическом нагружении и усадочных деформациях цементной матрицы.

В качестве метода исследования распределения напряжений в структуре бегона был принят метод численного моделирования. Для этого была использована плоская модель с расположенными в матрице по тетраэдрической схеме круглыми включениями одинакового размера (рис. 1.а). Для упрощения модели были приняты следующие допущения:

- модель состоит из упругих материалов, однородных по свойствам и не имеющих дефектов, способных изменить напряженное состояние модели;

- модель имеет бесконечно большие размеры, что исключает необходимость учета влияния границ образца на напряженное состояние модели;

- все процессы механического нагружения и усадки матрицы проходят равномерно по всему объему.

В модели выделялось два типа трансляционных структурных ячеек (СЯ): в виде прямоугольного треугольника (рис. 1.6) для исследования влияния усадочных деформаций и в виде прямоугольника (рис.1.в)

для расчета напряженного состояния СЯ при механическом нагруже-

нин.

Рис.1. Плоская модель бетона (а) и расчетные схемы структурных ячеек при усадке (б) и механическом нагружении (в):

I - жесткое включение; 2 - включение с переменной жесткостью; 3 - матрица.

Жесткость первого включения в процессе всего эксперимента оставалась постоянной с соотношением модулей упругости включения и матрицы Edki/Em= 5. У второго включения модуль упругости изменялся в пределах Ebï2/E,.= 0...5.

Нагружение модели осуществлялось путем задания с двух сторон равномерными по границе вертикальными перемещениями на величину Д/2=0.0005 м, что соответствует деформации модели 3.3x10"4 (рис.1.в) н заданием усадочных деформаций матрицы равной ауо-

0.002 (рнс.1.6). Расчет напряженного состояния СЯ проводили методом конечных элементов по программе COSMOS/M v.1.61.

В качестве критериев оценки напряженного состояния в модели бетона были использованы два параметра:

1. Удельная механическая энергия, накапливаемая в композите при различных эксплуатационных ооздейсгпшях на него, которая для плоского напряженного состояния определяется следующим выражением

где а,, ст2 - главные напряжения: Е - модуль упругости; ц - коэффициент Пуассона.

2. Коэффициент вариации механической энергии, определяемый по формуле

v = - • 100% , (2)

ё

где, в - среднеквадратическое отклонение энергии; g - среднее арифметическое значение энергии накапливаемой в СЯ и в ее элементах.

В результате расчетов были получены распределения напряжений в СЯ при варьировании модуля упругости включения с переменной жесткостью и зависимости удельной механической энергии и коэффициента вариации энергии от соотношения модулей упругости включения с переменной жесткости и матрицы. Анализ этих данных позволил установить ряд особенностей и закономерностей поведения бетона при усадке и механическом нагружении.

Наиболее нагруженным элементом модели является матрица. Средняя удельная энергия в матрице в три раза выше, чем в включениях, при механическом нагружении и почти на порядок при усадке матрицы. При этом напряженное состояние во включениях более однородно по сравнению с матрицей.

Снижение модуля упругости включения с переменной жесткостью при механическом нагружение приводит к значительному изменению напряженного состояния СЯ. В диапазоне соотношения модулей упругости Е„к2/Еи=5...1 происходит разгрузка матрицы. Удельная энергия, накапливаемая в матрице при нагружении, снизилась на 17%, при этом степень неоднородности распределения напряжений, характеризуемая коэффициентом вариации энергии, изменилась незначительно (рис.2).

Рис.2. Зависимость относительной энергии С, (1) и коэффициента вариации энергии (2) в матрице при механическом нагружении от соотношения модулей упругости Е1К, / Ем .

При Евк^Ем=1...0.5 удельная энергия в матрице стабилизируется, параллельно происходит резкое увеличение степени неоднородности распределения напряжений. Коэффициент вариации энергии увеличился с 40 до 62%. Дальнейшее снижение модуля упругости включения с переменной жесткостью приводит к резкому увеличению как удельной энергии, так и коэффициента вариации энергии (рис.2), что должно привести к снижению устойчивости СЯ при механическом нагружении.

В условиях усадочных деформаций матрицы при снижении модуля упругости включения с переменной жесткостью происходит разгрузка СЯ. В матрице удельная энергия в диапазоне изменения соотношения модулей упругости ЕРК^Ем-5...0 снижается на 19%, при этом происходит увеличение степени неоднородности распределения усадочных напряжений. Так. коэффициент вариации энергии, накашш-

ваемой г. матрице возрос с у=2.4 при ЕВк2/Еи-5 до у=26.0 при Еж2/Н«=0 (рис.3). Повышение степени неоднородности распределения усадочных напряжений приводит к частичному нивелированию положительною эффекта от снижения усадочных напряжений при механическом на-

Рис. 3. Зависимость относительной энергии вус (1) п коэффициента вариации энергии Уу^ (2) в матрице при усадке4от соотношения модулей упругости Ец-2 / Ем.

Изменение соотношения модуля упругости включения с переменной жесткостью и матрицы приводит к изменению напряжений в самих включениях, при этом характер зависимостей при усадке и механическом нагруженин качественно совпадают. В жестком включении происходит снижение напряжений на всем диапазоне изменения Енк^Ем=5...0 (рис.4.6).Во включении с переменной жесткостью наблюдается более сложная зависимость. При снижении соотношения модулей упругости до значения Е,Ж2/Ем=0.5 происходит резкое увеличение

а

Рис.4. Зависимость относительной энергии в включении с переменной жесткостью (а) и жестком включении (б) при механическом нагруже-нин от соотношения модулей упругости Е1К2 / Ем.

удельной энергии, накапливаемой о включении, то есть включение переменной жесткости в этом диапазоне соотношения модулей упругости служит своеобразным "энергетическим резерпуаром" (демпфером) а который перекачивается механическая энергия из других элементов структуры по. мq)e снижения соотношения Е,,:/Ем. При этом происходит выравнивание поля напряжений в верхней части модели, где рас-

полагается включение с переменной жесткостью. В результате этого повышается однородность распределения напряжений в СЯ, характеризуемая коэффициентом вариации энергии, который снизился с 61,6 до 53,5% при изменении соотношения ЕВкУЕм= 5...1. При Евк^Ем=0.5...0 удельная энергия в включении с переменной жесткостью снижается (рнс.4.а).

На основании приведенного анализа напряженного состояния в структуре бетона при введении маложеегких компонентов в условиях приложения механической нагрузки можно сделать следующий прогноз влияния демпфирующих добавок на прочностные показатели бетона:

1. В случае введения в бетон демпфирующих добавок с соотношением модулей упругости добавки и цементной матрицы Ед/Е«с= 5...1 прочность бетона должна увеличиваться по мере уменьшения модуля упругости добавки.

2. При уменьшении соотношения модулей упругости до ЕдЛЕик=0,75 эффект от введения добавок должен постепенно снижаться до значения прочности бездобазочного состава.

3. При использовании добавок с соотношением модулей упругости Ед/ЕцК=0,75...0 должно происходить резкое снижение прочности.

Влияние демпфирующих добавок на деформативность бетона можно оценить по зависимости удельной механической энергии, накапливаемой в СЯ, от соотношения модуля упругости включения с переменной жесткостью и матрицы при приложении к модели постоянной деформации, которая представлена на рис.5. При снижении модуля упругости включения с переменной жесткостью происходит снижение удельной энергии, накапливаемой в СЯ, во всем исследованном диапазоне изменения соотношения модулей упругости включения с переменной жесткостью и матрицы (рис.5). На основания этих данных можно ожидать, что при введении демпфирующих добавок деформа-

тивность бетона должна возрастать на всем диапазоне изменения соотношения модулей упругости добавки и цементной матрицы

Рис.5. Зависимость относительной энергии в СЯ при механическом на-гружешш от соотношения модулей упругости Е|К2 / Ем.

Для установления взаимосвязи между процессами, происходящими п структуре бетона, с его макросвойствами и разработки рекомендаций по применению демпфирующих добавок были изучены прочностные и деформативные свойства цементно-песчаных растворов (ЦПР) с демпфирующими добавками при растяжении, сжатии и изгибе d зависимости от содержания добавки и соотношения модулей упругости цементного камня и добавки.

Исследования проводились на ЦПР нормального твердения состава 1:2 с водоцементным отношением В/Ц = 0.45 и расилывом конуса 180 мм. Для Приготовления ЦПР использовались портландцемент Волховского завода М 400 и морской кварцевый песок с модулем круп-

ности Мкр=|.72. В качестве демпфирующей добавки применялся мл'по-тый керамзитовый песох с МкР=2.25 и насыпной массой у - 0.845 г/см3 из гравия Никольского керамического завода. Добавку вводили в бетонную смесь взамен части кварцевого песка по объему в количестве 0...45%. Повышенное водопоглощение керамзитового песка по сравнению с кварцевым компенсировали путем увеличения водоцементного отношения, исходя из обеспечения одинаковой подвижности смеси (расплыв конуса 180 мм).

Изменение соотношения упругих характеристик цементной матрицы и демпфирующей добавки достигали за счет использования исходного и искусственно состаренного (лежалого) цемента. При этом характеристики керамзитового песка оставались неизменными. Данные по физико-механическим характеристикам керамзитового гравия и цементного камня приведены в табл. 1.

Таблица 1

Прочностные и упругие характеристики гранул керамзитового

гравия и цементного камня

Цементный камень Керамзи- х. товьш гравий На исходном цементе На лежалом цементе

30.0 МПа . Еда= 18.6 ГПа 24.0 Мпа Ещ= 16,1 ГПа

Ri= 11.0 МПа Е;, = 16.0 ГПа 0.37/0.85 0.46/1.0

Примечание: В числителе - соотношение прочности при сжатии керамзитового гравия и цементного камня К^/Яш,; в Знаменателе соотношение модулей упругости Ед/Ец,

Испытывали образцы-восьмерки сечением 30x30 ми и длиной рабочей части 210 мм при осевом растяжении и призмы 40x40x160 мм на изгиб и сжатие. После испытания на изгиб половинки балочек ис-

пытывались на сжатие для определения кубиковон прочности по ГОСТ 310.4-76. Испытания и обработку экспериментальных данных проводили по методическим указаниям МИ 11-87 . Деформации определяли электрическими тензодатчиками сопротивления с базой 50 мм с помощью цифрового электронного моста ИДЦ-l. Нагруженне проводили ступенями по (0.07... 0.1) RnC (Rue - разрушающая нагрузка), с выдержкой на каждой ступени в течении одной минуты, для измерения деформаций.

Для повышения комплексности и информативности исследований испытания были проведены с привлечением методов математического планирования эксперимента по плану полного факторного эксперимента несимметричного типа М|хМг=2х4.

В эксперименте исследовалось влияние на прочностные и дефор-матнвные показатели бетона следующих факторов:

XI - соотношение модуля упругости керамзитового песка и цементного камня;

Х2 - содержание добавки, %.

Интервалы варьирования и уровни кодирования факторов представлены d табл.2

Таблица 2

Интервалы варьирования и уровни кодирования факторов

Факторы Интервал варьирования Уровни кодирования факторов

-1 -1/3 0 +1/3 +1

XI Х2 0.075 15% 1.0 0 15 0.925 30 0.85 45

В качестве результативных (выходных) параметров рассматри-

вались десять показателей:

Rw - Призменкая прочность, МПа Rb - Кубиковая прочность, МПа

15

Еь - Модуль упругости при сжатии (растяжении), ГПа с^ - Предельные деформации при сжатии, 1СН К к - Прочность при изгибе, МПа Ем - Модуль упругости при изгибе, ГПа ем - Предельные деформации при изгибе. Ю-4 Яы - Прочность при растяжении, МПа сьс! - Предельные деформации при растяжении, 104 Коэффициенты уравнений регрессии рассчитывались по программе ОТ5Е\У на ЭВМ ЕС 1045. Использование данной программы дало возможность рассчитать регрессионные уравнения пысоких степеней в отличие от традиционных факторных моделей второго порядка, что позволило получить адекватные модели для всех исследуемых параметров с процентом объясненной дисперсии более 95%. Значимость коэффициентов моделей проверяли с помощью критерия Стыо-дента на 10%-ном уровне значимости. Рассчитанные модели представлены в табл.3

Как и предполагалось, при введении добавок с модулем упругости Ед/Ещс=1 происходит значительное увеличение прочности при всех видах нагружения на 28-40% за счёт разгрузки цементной матрицы и повышения однородности распределения напряжений. По мере уменьшения соотношения модулей упругости до Ед/Ецк=0,85 прирост прочности ЦПР при введении добавки снижается вследствие увеличения степени неоднородности распределения напряжений.

Экспериментальные исследования подтвердили прогноз о повышении деформативностн бетона с демпфирующими добавками, при этом обнаружен ряд особенностей. Наиболее чувствительным параметром к введению демпфирующих добавок является предельная деформация (по сравнению с модулем упругости). Если при введении керамзитового песка предельные деформации повышались на 25-52% в

зависимости от вида погружения, то снижение модуля упругости ЦГ1Р не превышало 27%.

Таблица 3

Нелинейные регрессионные зависимости прочностных и деформа-тнвных показателей бетона от содержания демпфирующих добавок и

соотношения модулей упругости цементного камня и добавки.

Процент

РЕГРЕССИОННЫЕ МОДЕЛИ объясненной

дисперсии

Rbt-2.52+0.151 X1 +0.074X2-0.16ХР-0.106-Х 1 Х2 94.0

Еь= 18.05+0.948-Х 12-Х2-1.2S5-XI -Х22-0.822-Х Н+ 98.0

1.782-Х 13-Х2-2.209-Х1-Х23

еы= 1.109+0.2142-Х 1 +0.0811-Х2 97.6

Rbi=5.025+0.368-X 1 Ч>. 174-Х1 -Х2+0.303-Х 12-Х2+ 97.7

0.391-Х1-Х22

Еы=24.788-13S7-X1 -0.918-Х2-1.838-Х! 2-2.007-Х 1-Х2 95.2

97.0

бы=2.24+0.1 3-Х1+0.205X2

97.6

Rb =2б.74+2.24-Х 1 +1.55-Х2-0.342-Х 12-1.411-Х1-Х2

96.5

Rw= 18.43+2.252-Х1 +0.875X2-1.633-Х 12

97.6

сьс=! 1.09+2.142-Х 1 +0.811-X2

Данное количественное несоответствие между изменением модуля упругости и предельных деформаций ЦПР при введении демпфирующих добавок связано с тем, что на предельные деформации значительное влияние оказывает способность материала демпфироваться и тормозить трещины. В результате эффект от введения добавок значительно выше для предельных деформаций, нежели для модуля упругости.

"Таким образом, прогноз изменения прочностных и деформа-тивных показателей ЦПР при введении демпфирующих добавок, сделанный на основе анализа напряженного состояния в структуре бетона при механическом нагружении, качественно соответствует экспериментальным данным, что свидетельствует об ■ адекватности принятой структурной модели и критериев оценки напряженного состояния в структуре бетона.

Основными факторами положительного влияния добавок на прочность и деформативность бетона при механическом нагружении являются:

- снижение внутренних напряжений и повышение однородности их распределения в структуре бетона за счет поглощения части механической энергии цементного камня и заполнителей демпфирующей добавкой.

- торможение роста и гашение трещин.

На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований и анализа литературных данных нами была разработана классификация влияния демпфирующих добавок на прочностные и де-формативные характеристики бетона в зависимости от соотношения модулей упругости добавки и цементной матрицы, которая приведена в табл.4.

Таблица 4

Влияние демпфирующих добавок на прочностные характеристики бе-

тона в зависимости от соотношения Е.УЕ,*

Показатель Соотнс упр} ¡шение модулей ТОСТИ Ед/Е,:к

5...1 1...0.75 0.75...0

Прочность при сжатии, растяжении и изгибе 4

Модуль упругости 0,1

Предельные деформации Т

Т - повышение показателя; 1 - снижение показателя; 0 - нейтральный эффект

Как видно из приведенной классификации, применение демпфирующих добавок являются универсальным способом регулирования прочностных и деформатионых показателен бетона.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основе теоретических и экспериментальных исследований доказана возможность значительного повышения прочности и дефор-мативности бетон » за счет введения в состав бетонной смеси маложестких компонентов демпфирующего действия с оптимальными упругими характеристиками. Среди факторов позитивного влияния таких компонентов превалируют факторы торможения процессов разрушения, снижения внутренних напряжений и повышения однородности их распределения в структуре бетона за счет поглощения части механической энергии цементной матрицы и заполнителей демпфирующими компонентами.

2. Предложены и апробированы комплексные критерии оценки напряженного состояния структуры бетона, возникающего при различных видах эксплуатационных воздействии: удельная механическая энергия и коэффициент вариации энергии, характеризующие степень нагружености и неоднородности распределения напряжений в структуре бетоне.

3. Установлено, что наиболее нагруженным элементом структуры бетона при усадке и механическом нагружении является цементная матрица.

4. Модифицирование бетона демпфирующими добавками яздяет-ся эффективным способом снижения усадочных напряжений. При этом увеличивается степень неоднородности распределения усадочных напряжений, что приводит к нивелированию эффекта от снижения усадочных напряжений при механическом нагружении.

5. Пр:: механкчгско.м кагруж^нни эффект от введения демпфирующих добавок определяете!; соотношением модулей упругости добавки и цементной матрицы:

- при Ед/Ем=5...0,5 добавка поглощает часть механической энергии, накапливаемой в цементной матрице и заполнителе.

- при Ёл/Е,:=0,5...0 происходит обратный процесс выделения энергии добавкой в матрицу, что приводит к значительному повышению степени нагруженностн.

Параллельно этим процессам происходит изменение неоднородности распределения напряжений:

- при Ед/Еы=5...1 происходит выравнивание напряженного состояния в структуре бегона;

- при Ед/Ем=1...0 степень неоднородности распределен;:« напряжении резко возрастает.

6. Получены количественные зависимости прочностных и дефор-мативных показателей цементно-песчаного раствора от содержания демпфирующих добавок и соотношения модулей упругости добавки и цементного камня.

7. Использование дегдпфирующих добавок с дисперсностью мелкого заполнителя при оптимальном количестве и соотношении модулей упругости позволяет:

- снизить модуль упругости цементно-песчаного раствора на 27%;

- повысить прочность при сжатии, изгибе и осевой растяжении ЦПР на 40%;

- увеличить предельные деформации при всех видах нагружения на 25...52%.

8. Разработана классификация демпфирующих компонентов по группам жесткости и по их влиянию на прочностные н деформативные показатели цементно-песчаных растворов.

9. Производственная апробация и опытно-промышленное внедрение разработанных составов на опытно-промышленной линии по производству тротуарной плитки ТОО "Элвсйс" подтиердило основные результаты исследовании.

Ослоп¡ь:с положения работы опубликованы в работах:

1. Большаков Э.Л., Пикулин В.А., Е'озанов Л.О., Фролов Д.И. Сравнительный акусто-эмнссионный анализ разрушения гетерогенных материалов при растяжении и сжатии. Тезисы 5 Всероссийской школы-семинара "Физические оснозы протезирования разрушения горных пород". Борок, 1994, С.15-16.

2. Большаков ЭЛ., Комохов Г1.Г. Прочностные и деформативные свойства композиционных материалов с комбинированным наполнителем различной •/хесткости. Тезисы докладов 1-ой международной конференции "Актуальные проблемы прочности", Часть.1. Новгород, 1994, С.И2.

3. Большаков Э.Л., Тананайко О.Д. Исследование усадочных напряжений з композиционных материалах с комбинированным наполнителем. Тезисы международной конференции "Проб ■■ :«и ■ прочности материалов и сооружении на транспорте". СПб, 1995, '.15-53.

4. Большаков Э.Л. Влияние условий твердения на прочность и внутренние напряжения бетона с демпфирующими добавками. В сб.: Роль структурной механики в повышении прочности и надежности бетона транспортных сооружении. Спб.: Изд. ПГУПС, 1995. С. 16-21.

5. Большаков Э.Л. Особенности разрушения бетона при действие изгибающих нагрузок. Там же, С. 45-50.

6. Большаков Э.Л., Тананайко О.Д. Энергетическая оценка напряженного состояния композиционных материалов с комбинированным наполнителем при усадке. Сборник докладов Юбилейном конференции "75 лет Строительному факультету". СПб., 1996. С. 220-224.

........ . / >

21 - (\