автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Влияние технологических факторов на параметры трещиностойкости бетона по диаграммам деформирования

БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ Г ; 1 г АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

ЛИХАЧЕВСКИЙ Алексанлр Ярославович

УДК 666.972.03:620.191.33

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ПАРАМЕТРЫ ТРРЛ ЩИ ГОСТОЙ К ОСТИ БЕТОНА ПО ДИАГРАММАМ ДЕФОРМИРОВАНИЯ

05.23.05 — Строительные материалы и изделия

Апторефсрлт диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск 1994

Работа ьшю-ышж ь 1 а«орусскоН государственной ЛОЛИТОХНИ-

ЧПОКОЙ а^Н'ШЫШ.

Научный руководит ль

Научный консулы,-1нг

(.'фицналышо онпоншпи

Гюлущан оршш-.аащш

генднцат технических наук, С1ЩШ1||»( научный сотрудник Г.С.Галуао

канцидат технических наук, старшин научши! сотрудник С.Н.Леонович

доктор технических наук, щюфссоор Е.АЛ^звбв»

кандидат технических наук, доцент ').И.ВатяновскиН

Белорусский государственный институт нромишленнох-о проектирования "Ьвлиромпроекг"

сонанта состой ген

СЦ 1У13-1 г. в час. на

заседании специализированного совета Д 056.02.0С в Белорусской государственной пилигалппчкс:коН акадэшш по ацрссу: 22(5027, г. Минск, пр-кт КСкоршш, Г>Г>, ьорп. I, аул. № 204.

С диссертацией (.д^жпо ознакомит),ся в библиотеке академии. Просим Кис пр.пшп. участие и запито н тш]*чшть отзив но адресу; ^2и027, г. Минск, нр-1.т Ф.Окорнни, Б!>, учений совет.

Автореферат разослан

"2£» 0Z хиа4 г.

1'чиииП секретарь спсцыишищюьаишч о оонета, кинцгчнт топических наук, цоцтгг /' li.ll.rjx.iuiB

г / Б.ПЛр.но

© Белорусская государственная нолптохинчоская академия, 1994

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЛГОТЫ

Актуальность работы. Эксплуатационкыэ свойства бетонных и железобетонных строительных конструкции, а также стабильность их основных качественных показателей во многом определяется способностью бетона сопротивляться образованию и развитию трещин (трещинсстойкосгыо) при механических и других воздействиях.

Большие возможности в области изучения механических сеойотв бетона открывает использование методов механики разрушения (теории трещин). Этот подход оправдан тем фактором, что трещит и грещииоподсбные дефекты неизбежно возникают w-i при изготовлении изделий из бетона, так и в процессе их эксплуатации под воздействием нагрузок или внешней среды. Изучение особенностей разрушения бетона с учетом зарождения и рньвитип тржчин необходимо для оценки их влияния на работу бетонных и железобетонных конструкций и для получения бетона с более высокими прочностными свойствами, особенно при растят.ании.

За последние годы усовершенствована установка для получения полностью равновесных диаграмм деформирования бетона при трахтсчочном изгибе. Утверкден и действует ГОСТ 29167-91, регламентируя,(ни ко толику испытания и алгоритм расчета силовых и энергетических параметров разрушения.

Вместе с тем, примеров использования методов механики разрушений в строительной практике пока еще недостаточно. Равной причиной такого положения дел является отсутствии четких количественных критериев трещшообразованнч и стпрогирлдемостк развитию трешпн в бетоне ?! зависимости от осноьнпх технологических факторов (состав оетоиа; активность и расход цемента; величин В/11; химические добавки; максимальный размер и концентрация заполнителя; условия твердения и др.). [Ьотому актуальной является проблема влияния технологических факторов на треп пностой-кость тияэлого и легкого бетонов с позиций механики разрушения.

Iis лью диссертационной работы янлчегся экспериментальное исследование влияния технологических факторов получения бетона на трещинообразование и сопротивляемость его развитию трещин под нягруэ.чеК.

Автор з<-.ц;;ч!';ает:

- [результат!.1 яисперимечтл м.нкя исслчдовнний трелиногтойко-сти тяжелого еетона в зэвкскмсгти от -кш'оров, определяших га-чес т so цементного камня;

- результаты исследований влштнш вида и объемной концентрации крупного заполнителя на трещиностойкость тяжелого и легкого бетонов; '

- предложения по учету елиягшя технологических факторов получения бетона на его трещнностойкость.

Ппучн.-ш новизна работы:

- установлено влияние вида, активности и расхода цемента, во.цоцеменгного отношения бетонной смеси, условий твердения и всдора^уцирующего действия модифицирующей добавки на параматри грзщинообразования и разрушения бетона;

- изучены параметры трещиностойкости бетона, связашшо с различным видом а концентрацией крупного заполнителя;

- получены аппроксимирующие зависимости для силовых и энергетических параметров от прочности.

Практическое значение работы. Настоящая работа выполнялась в соответствии с целевой программой министерства образования Республики Беларусь по теме: "Разработать новые эффективные конструкции, теорию расчета и конструктивную схему зданий и сооружений", раздел: "Определение силовых и энергетических нараг мэтров тяжелого бетона методами механики разрушения с целью последующей оценки трещиностойкости и долговечности железобетонных конструкций". Усовершенствована и апробирована методика проведения равновесных механических испытаний с получением ни-спадаэдей ветви диаграмм деформирования для тяжелых и легла бетонов. Даются предложения но учету влияния технологических факторов на трещиносгоГшосгь бетона. Результаты экспериментальных исследований использованы при обосновании положений ГОСТ 29167-91 и разработке теории энергетического расчета железобетонных конструкций с привлечением методов линейной и нелинейной механики разрушения.

Апробация работы.

Результаты работы докладывались на всесоюзной конференции "Проблемы развития нефтегазового комплекса-страны" (Кисловодск, I95Í г.), на ХХ1У Международной конференции по бетону и железобетону (Дгл/.бай-92, СССР, 1992 г1.), региональной научно-практической конференции "Исследование строительных элементов и конструкций и особенности преподавания строительных дисциплин" (Ровно, 1993).

Публикации. Но результата« исследований опубликовано 5 печатных работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и приложения. Она изложена на ТЬй страницах машинописного текста, включая 55 рисунков, 22 -таблицы. Список литературы состоит из 127 наименований.

Работа выполнена в течение 1969-1Э93 гг. в лабораториях кафедр "Строительные материалы", "Железобетонные и каменные конструкции" БШЛ.

Содержание работы

Во введении приведена общая характеристика работы и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе дан анализ современного состояния экспериментальных и теоретических исследований трещиностоП-кости бетона. Приведен обзор научных работ, связанных с механикой разрушения и оценкой трещиностойкости бетона по -энергетическим и силовым параметрам, рассчитанным по полностью равновесным диаграммам деформирования.

В последние годы значительно усилился интерес к изучению физического процесса разрушения бетона. Это главным образом объясняется постоянно возрастающими требованиями к его качеству при расширении областей применения и условий эксплуатации. Тре-[догостойкостБ бетогга изучалась в роботах М.Н.Ахверлова, Ю.Г.!.Баженова, О.Я.Берга, Г.И.Горчакова, Л.А.Гвоздева, Е.А.Гузеева, З.ВЛ'укова, Ю.В.Зайцева, С.Н.Лесноеича, В.В.Панасюка, Д.II.Полобода, Ю.П.Работнова, Л.Л.Сейланова, Л.П.Трапезникова, В.II.Шевченко, В.Й.Ягуста, Ф.Витткана, М.Капляна, С.ииндесса, П.Ё.Пегер-сона, ЛДиллерборга и др.

К.Н.Лхвердовим впервые исследована трениносгойкость бетона с позиций физики твердого тела. В работах О.Я.Бзрга и его ушников определены параметры, характеризующие начало шкроразр.у-пении и последующего развития мнкротрещин в структуре бетона при воздействии схимаюших напряжений.

Первое экспериментальное исследование возможности применения механики разрушения к бетону выполнено М.Ф.Капланом, Ю.В. Зайцовкм и Ф.Х.Виттманом, предложена упрощенная модель хрупкого пористого материала типа цементного камня и бетона, иозволнрп'яя применить к этим материалам методы механики раэпуюения, изложена теоретическая модель в пористом вязко-упругом материала, что

позволило описать развитие трещин и процесс разрушения бетона при длительном многоосном сжатии. Крупные экспериментальные исследования методами мехашиш разрушения трещиностойкосги и долговечности жаростойко бетонов выполнены В.В.Ыуковым и Б.И.Шевченко.

Под руководством Е.А.^зеива проведены комплексные исследования трещиностойкосги бетона, прогнозирования долговечности железобетона; разработан первый в СССР ГОСТ 29167-91 "Бетоны . Методы определения характеристик трещиностойкосги (вязкости разрушения) при статическом нагррсении", регламентирующий методику равновесных испытаний бетона с получением полных диаграмм деформирования и алгоритм расчета по ним энергетических и силовых параметров трещиностойкосги.

В работах С.Н.Льоновича впервые исследован методами механики разрушения неоднородный центрифугированный бетон. Показана эффективность водоредуцирущего действия от применения суиер-лластифпкагора С-3, с целью повышения его трещиностойкосги и коррозионной стойкости.

Для решения важной практической задачи - определение методами механики разрушения трещиносгойкости и долговечности бетонов, конструкций зданий и сооружений необходимо накопление данных по влиянию на эти нараыотры технологических факторов изготовления бетона с целью разработки методов определения количественных стандартных значений долговечности, энергетических и силовых характеристик трещиностойкосги.

На основании краткого анализа вопроса сформулированы основные задачи исследования:

- экспериментально исследовать зависимость трещиностойкосги бетона от факторов, влияющих на качество цементного камня: вида, активности и расхода цемента, водоцеменгного отношения бетонной смеси, условий твердения бетона, добавки супершшстификато{а;

- исследовать влияние вида и объемной концентрации плотных заполнителей - гранитного щебня и природного гравия - на трещи-ностсйкость тяжелого бетона;

- исследовать влияние вица и объемной концентрации пористых заполнителей — аглопоритового щебня и керамзитового гравия — на греадностойкость легклу. бетонов;

- оценить но энергетическим и силовым параметрам на восхо-дяидей и ннспадьщей ветких диаграмм разрушения опытных оСрлзцои

принципиальный различия з трпщгностсйкссти бетонов: мелкозернистых и крупнозернистых, т-яяелых и легких;- на основе проведениях исследований сформулировать предложения по повышению трещиностоАкости бетонов различными технологическими приемами.

Вторая глава содержит описание характеристик исходных материалов и методов экспериментальных исследований.

Для получения бзтенев различных составов использовался шлакопортлаидцемент марки 500 Епашевского завода, портландцемент марки 400 Николаевского завода, марки 500 Волксвыскогэ завода и активностью соответственно 34,9; -1П,4; t.ffia. В качестве мелкого заполнителя использовался ктрцеянй песок средней крупности Мкр. - 2,96 карьера "Баярн". Крупнш заполнителем для тяжелых бетонов бил гранитный щебень фракции 5...10 ж 10...20 мм карьера "Микяшевичн" и природный гравий фракции 5...10 и 10...20 мм ДСЗ "Крапуташо", для легких бетонов использовался аглопорптовкй пебень фра?:ций 5...10 п 10...20 мм Минского завода и керамзитовый гравий фракций 5...10 и 10...20 мм Витебского 110 "Керамика". В качестве модифицирующей добавки применялся суперпластификатор С-3.

Физико-механические характеристики R, Rj, Ев исследованных бетонов определялись в соответствии с действующими нормативными документами.

Параметры трещиностойкости бетона определялись на образцах-призмах- размерами 100x100x400 мм, полученных из равноподвикных бетонных смесей (CK = 7...9 см). Условия твердения бетона - теп-ловлажностная обработка (ТВР) и естественное твердение (КГ). Для исследования влияния объемной концентрации крупного заполнителя 1Г на третшюстойкость тяжелого бетона наготавливались бетонные смеси на щебне и на гравии к.чентичкне по расход материалов (расход цемента - 345 кг на 1 м3 бетона), с одинаковыми В/Ц, подвижностью смеси, режимом прсг.яривання, а также близкие по прочности на сжатие (R = 25 Ша). Затем исходные бетонные смеси разделялись ка составляпкие - растворнуп часть и крупный заполнитедь путям просепяанкя через сито ir 5, после чего смешивались в следующих пропорциях: вдмептно-посчйш'й раствор - 100?. (Ч'- 0); щ!моитно-п»!Счан«К раствор - Ь0% и крупный "аполнитель - 60}5 0,353 для щебня п 0,375 для граяин); цемгнтяо-песчаньш раствор - 25% и крупный заполнитель - 75?, (Ч1- 0,621

для щебня и Ч' - 0,643 для гравия).

Для исследования влияния объемной концентрации крупного заполнителя V на трещиностойкость легкого бетона изготавливались бетонные смеси на аглопоритовом щебно состава А (фактический расход цемента .198 кг на I м3 бетона и R = 16,8 МПа) и оостава А' (расход цемента 4U1 кг на I м3 и R = 36,8 МПа), а также керамзитовом гравии состава К (расход цемента 220 кг на I м3 и R= II,4 №1а) и состава к' (расход цемента 530 кг на 1ы3 и R = 19,1 МПа). Подвижность бетонных смесей и режимы твердения (ТВО) были одинаковыми. После получения исходных составов бетонных смесей на аглопорите и керамзите, они разделялись на растворную часть и крупный заполнитель, а затем повторным смешиванием доводились до составов требуемой объемной концентрации заполнителя.

Согласно современным теоретическим представлениям проведение механических испытаний материалов на трещиностойкость с получением полностью равновесных диаграмм деформирован™ (ПРВД) инвариантно характеризует сопротивляемость бетона трещинообра-зованию и корректно отображает реальные физические процессы его разрушения. При испытаниях опытных образцов с инициирующим надрезом на трехточечный изгиб автоматически фиксировались ПРДЦ дву/координатным самописцем в координатах: нагрузка F - перемещение V (рис. I).

Для определения сопротивляемости бетонов образованию и развитию трещин использовались энергетические и силовые параметры разруиения. 1С основным энергетическим параметрам относятся показатели: Wm, We , We. - соответственно энергозатраты на развитие микротрещнн, упругое и локальное деформирование; Wi. и Wc - энергозатраты на инициирование разрушения и полные энергозатраты; Gi. и Gf - удельные энергозатраты на начало статического разрушения и на статическое "разрушение материала; Л i. - статический интеграл Черепанова-Райса. Сшювыии параметрами трещино стойкости являются показатели: и К(1 - статический и критический коэффициенты интенсивности нанрякений, характеризующие состояние материала при статическом и динамическом начале'Движения магистральной трещины.

/г/г:

I VSr

IV« = Sorcc" We-Sc-ai W't = Skcpd" IKii =Soc5M Wee = Sore!ib Wi - 'rV-n + M/e W, ~ We + We

Ac = 6 (fi-По-aot)

Gi = Wi/Ac Gr - WF/AC Gee ~ Wee/Ac

Ji == С^-ийуд, E\~(fcL%)/W-Vii)

/<i=YoTir

Wc-Wm +y/e+lVt /(c=)fGce-Et

h mux"

v

Рис. I. Полностью равновесная диаграмма деформирования образца и система анализа расчетной диаграммы

В третьей главе исследовались факторы, определяющие качество цементного камня и влияющие на трещинсстойкость тяжелого бетона: зил, активность и расход цемента, водопемонтное отношение бетонной смеси, условия твердения, добавка суппрпчяс-гификатора С-3.

Установлено, что при одинаковом расходе цемента в пределах 275-285 кг на I м3 бетона различной активности (индекс состава Г.З и 2.3) с увеличение!/ активности цемента наблюдается повышение как показателей прочности, так и показателей сопроитвллемо-сти бетона трещинообразованиго. На восходящем участке взгви диаграммы деформирования бетона (характеризующим стадию инициирования традинсобразования) на цемент активностью 56,2 И 1а показатели трещиностойкости выросли в среднее в 2 раза по сравнению .с батонами на цементе активностью 48,4 1ЛПа.

ТаОл-ца I

Энергетические к сихговые параметры трецинссгойкоети бетона на гранитном цебяе

Индекс ¡Расход 'цемента! !в кг на! ! I к3 '.бетона !Проч- ! ¡несть ! 'к« ска-! !гие R, ' ! ГД1а ! [я'ачендг парам етрсв греппнссгойкости

состгвг бетона в/ц W« • VU i we ; sL ; Gf JL ! i:L Kc

х10 , К.м j II/K ! Jvffi/M .

I.I 470 0,49 Зо , t> 0,55 4,96 22,35 9,S7 44,ГО 5,78 0,59 0,54

1.2 330 0.57 37,8 1,08 5,70 20,07 11,08 42,20 5,47 0,66 0,60

1.3 2S0 0,65 16,4 0,76 2,40 16,80 5,21 31,60 2,81 0,34 0,29

о т* 385 . 0,56 44,9 2,65 5,54 32,63 14,51 60,33 9,60 0,63 0,54

2.2®* 330 0,67 28,6 0,61 6,11 17,82 10,89 38,77 4,92 0,59 0,56

о qäHi 2Б5 0,75 20,4 2,79 3,79 21,60 10,72 41,35 6,87 0,45 0,43

5.1 оче 0,53 32,7 1,86 2,99 18,84 7,70 34,70 5.02 0,48 0,36

с; OSW®^ 360 0,35 52.4 5.14 6,20 32,40 17,72 60,40 12,00 0,80 0,59

Примечание: к - образин серки 2.1 кзх'отовлены на шлакопортландцемэкте марки ХО;

за? - образцы серии 2.3 изготовлены"на портландцементе марки 500; зжзг - то же серки 2.2 выдерживались в условиях естественного твердения; - то же серии 5.2 изготовлены с добавкой суперпластификатора С-3

На этапе разрушения соответствующего ниспадающему участку вегви диаграммы деформирования бетона (характеризующем процесс движения магистральной гроцтш) энергетические показатели гре-щиностойкости возросли примерно в полтора раза. При использовании шлакспоргландцемеита марки 300, его расход в сравнении с портландцементом М400(индеко состава 1.3) увеличен в 1,4 раза, прочность на сжатие бетона увеличилась в 2,7 рана. Это.очевид-■ но, является следствием получения структуры цементного камня на клакопортландцемента е процессе тепловой обработки. Почти в такой же степени возросли энергетические и силовые показатели трещиностойкости на обеих стадиях деформирования и разрушения бетона, что можно было Си обменить повышением прочности за счет увеличения расхода цемента в бетоне. Но при сравнении аналогичных показателей гридикостойкости бетона (индекс состава

2.1) с соответствующими показателями батонов, близких по расходу цемента с более высотами марками (индекс состава 1.1 и

1.2), обнаруживается преимущество низкемарочного шлакопоргланд-цэыенга. Приведенные экспериментальные результаты свидетельствуют, что бетоны высокой трещикостойкости можно получать и на 'низкомарочных цементах с активными минеральными добавками.

Влияние расхода цемента на параметры трещшостойкостл рассматривались при изменении расхода портландцемента марки 400 от 280 до 470 кг на I м3 Сетона, что соответствовало .диапазону прочности на сжатие: 16,4...37,8 Ша.

Исследования показали, что на стадии инициирования трещи-нообразевания наиболее высокие удельные энергозатраты У бе-тонн с расходом цемента 330 кг на I м3 бетона (рис. 2). У бетона с расходом цемента 470 кг на I му при постоянных параметрах к характеристиках песка и щебня они несколько ниже. Это свидетельствует о том, что на стадии образования и развития дефектов структуры,- микротреиин к формирования концевой гоны магистральной трещины в тяжелом бетоне важное значение имеет рациональный расуод няжушего. Кяк уменьшение расхода цемента, так и увеличение против оптимального значения (в нр.лкх опнтах - 330 кг на I бетона), ведет к ослаблении сопртткклпнич бетона упругому деформировании и ?.чткрогр'Л"1Инсо.1р!?зпвшп1к. Тнергоэятррты на локально? дефермарошпия 'Л'о I! удояьглгг- энергозатраты на предок»« -шге трещин« 3,, наиболее високпо у бетона с мпкеима.чышм расходом цемента. Однако онп незначительно ш:пе в сравнении с аннло-

Рис. 2. Зависимость прочности на сжатие К-1 и параметров грещиностойкости Кс-2, 0р-3, Ли -4 тяжелою бетона от расхода цемента

гичными показателями состава 1.2. Предел прочности на сжатие у бетона с индексом состава 1.1 при этом даже несколько снизился. Это можно объяснить избыточным количеством цемента.

Влияние водоцеыенгного отношения бетонной смеси на трещино-стойкость бетона исследовалась в диапазоне В/Ц от 0,49 до 0,85, с использованием цемента (/.ар¿ж 400 при прочих равных условиях.

На стадии сопротивления мпкротрещлпообразованию наиболее высокие показатели трещиностойкости у бетона при некотором оптимальном значении водоцементного отношения (в данном случае В/Ц= = 0,67). Аналогичные показатели трещиностойкости бетона с В/Ц = =0,49 получились ншг.е на 15 %. Это свидетельствует о том^что на этапе инициирования трещннообразования лучше работает бетон с более плотноС структурой полученной за счет оптимального подбора В/Ц. На стадии развития макротрощини наиболее высокие энергетические показатели у бетона с наименьшим Ь/Ц (рис. 3).

50

40-

.30.

20

'¿В-

/? МЛа 7Гс, МИ/м ъ

Ве Ц/М

а

к

о?

ш

да! №12

л;

Я)

■л, н/ы г \Г

V \

О/ V

4

¿г*

<ЗоГ

3,6

0,7

0,3

йэ

В/Ц

Рис. 3. Влияние водоцементного отношения бетонной смеси па прочность на скатиэ й-1 и трегдиностоПкосгь тяярлого бетона по показателям: Кс~2; бр-3; Лс-4

При дальнейшем увеличении В/Ц, что обуславливает рост начальной пористости бетона, сопротивление распространению гремикн, оцениваемое по энергетическим параметрам, резко падает. Это явлзнле тагаке характерно для предела прочности на сжатие данного бетона.

Исследование влияния условии твердения тяяелого бетона на его грещиностойкость проводим на составах бетона 1.2 и 2.2 при прочих павннх услогкях. Ретон с индексом состава 1.2 был подвергнут тепловлахностнсй обработке, бетон с индексом состава 2.2 хранился в условиях естественного твердения. Показатели тренино-стойкости бетона естественного твердения несколько нише показателей бетона, подвергнутого лропаривянкю. Полученные результат могут быть объяснены, по-нашему мнению, за счет рационального-режима тепловой обработки бетсна, который заключался я следую-

Г1

щам: - выдержка свеласформованного образца при температуре 30°С - 4 часа; йодлем температуры до 40°0 - 2 часа; - изотермический прогрев при гш.шературе 40°С,- 2 часй; - подъем темиера-туХ)Ы до бП-Бп'С - 2 часа; - иьотершческий прогрев при температуре 80-85°С - 5 часов;- остывание.

Исследовалась трещиностойкость кодидлцированного тяжелого бетона при использовании всдоредуциругацего эффекта от введенных суперляасткфикатора С"3 (индекс состава 5,2). Для сравнения использовали бетон без добавки (индекс состава 5.1). Отмечено и опции ш'.е прочностных и дефсрматявных свойств модифицированного бетона и, что особенно ваяно, его трэщиностойкости. Увеличение сопротивляемости бетона образованию трещин ка стадии шкротрещинообразования и деформирования бетона по энергетическим показателям IV, у,'е к силовому показателю К^, составило соответственно 62%, Ь2?ь и 66$. На стадии развития магистральной трепдоны отмечен рост трещикостойкости (по параметрам е 0Г на 42% и 5В/о). Таким сбразом, суперпластификатор С-3 позволяет получать бетон равной подвижности при сниженном начальной В/Ц не только более плотним и прочным, но и увеличивает его сопротивляемость образованию и развитию трещин. Это целесообразно с точки зрения повышения долговечности бетона.

А> МП а Кс,Ш/м*г

е, и/»

Об

7о т 6о ш

ю а

ОйАЬ-

в-1 0.4 0.5 0.6 0.7

Рг.п. 4. Вяняние супарпластифиштора ни прочнеет«. 1М и поглзатели грещииостсйкости Кс-<:, 0г--3, Л -4 тяжелого бетона

В четвертой главе исследованы такие факторы, гак влияние вида и объемной концентрации крупного заполнителя на трециностойкость тшелого бетона на гранитно« шебне к природном гравии, а также легкого бзтсна на аглспоритовом щебне и керамзитовом гравии. Технологические параметры приготовления бетона, за исключением расхода цемента, были одинаковыми.

При анализе экспериментальной зависимости энергетических л силовых параметров трещинсстойког.ти бетона на щебне и гравии от прочности при сжатии видно, что с повышением прочности тяжелого бетона в общем случае возрастают .и показатели сопротивляемости образованию и развитию трещин. На рис. 5 представлены аппроксимирующие зависимости энергетических параметров и йг от прочности батона. Приведенные зависимости справедливы в диапазоне прочноствй на сжатие от 15 до 55 МПа. Л, бг.КЬ

а з-| ош-2 □ / / /

Gr'C 128-ту íR а / о /

„У

и D г А □ у /

/ К ■ /о

/ Л? \ <л

ю

■20

¿0

40

Рис. 5. Зависимость энергетических параметров трещииостойкости Ос - о; Gp - а от прочности на скатке R

1 - бетон tía гранитном

щзбне,

2 - то не па природном

гравии

Sú RMlla

Показатели тречцшостойкссти бетона Wm , We, GL со щебнем на стадии микро- и макротрещиносоразоьзшш с увеличением объемной концентрации до 0,353 возросло примерно в два раза по сравнению с растворной частью (табл. 2). При увеличении концентрации щебня до '-f = Ü.G2I тага« наолюдается реет энергозатрат, но более умеренный, в среднем в 1,2... 1,5 раза. При умеренном a¿e-деш:и щебни б раптворк/D часть ( 'f - 0,553) пабльцяехся звачи-

Таблица.2

Энергетические и силовые параметры трещиностоЗкости бетона в зависимости от вида и объемной концентрации крупною заполнителя

Индекс !Бид !0бъемнаэ!11оочность!

состава !крупн.:концзн-Сетона .' запол-' трация

!нптеля!заполнителя

на сжатие Е, Ша

.значения параметров трещшостойкос;

Мт

л',

! б;

Зь ! К,

х10~

Н'Ы

Н/м

Г

А

А

К

к'

Щебень 0,353 0,621

0

Гравий 0,375 0,643

Аглопо- О рит 0,310 0,580

О

Аглопо- 0,310 рит 0,580

О

Керам- 0,365 зиг 0,633

О

Керам- 0,365 зит 0,633

23.0

24.5

35.7

¿о * 5

23.1

21.2

14.6 20,6 16,9

20,9

36.8

15.9

17.3 тт о

6',?

5

23,'О 10,0

0,33 1,44 2,36

1,60 1,87 0,54

0,30 0,89 1,00

0,80

1,0.1.

0,28 0,22 0,99

0,52 0,52 0,75

2,85 4,12 3,36

9 'П

<ч , I О 2,60 2,40

1,33 3,58 2,91

2,33 5,01 3,68

2,62 1,06 1,60

2.93 2,93 1,57

7,88 15,80 15,84

10,02 20,90 14,62

2,76

Г» Л'1

I ,00 С I ц

ц 45

11119 7,69

2,66 2,05 4,40

4,25 3,71 9,20

5,25 8,79 9,16

7,09 7,21 4,61

2,69 5,95 6,19

5,15 12,23 7,65

4,99 2,08 4,37

5,56 5,67 3,72

17,56 31,49 30,77

20,83 37,88 26,75

6,75 18,80 12,75

12,65 26,10 18,88

9,09 5,03 10,11

11,54 10,14 17,29

2,63 5,07 5,38

4.59 4,79 2,43

1,43 2,63

3.60

О 0*7

7-: 71 4,22

2,41 3,02 2,87

2,91 3,34 2,31

и ,оО

0,49 0,54

0,46 0,46 0,35

0,20 0,33 0,32

0,33 0,53 0.35

0,25 0,16 0,20

0,37 0,33 0,21

0,30 0,42 0,43

0,36 0,35 0,31

0,18 0,32 0,27

0,29 0,43 0,31

0,26 0,15 0,32

0,34 0,26 0,18

телыюв увеличение сопротивляемости бетона развитию грещин. Показатели , вр увеличились соответственно на 79% в сравнении с цементно-песчаным раствором (табл. 2)-. При предельном насыщении бетона щебней ( У = 0,621) параметры \УеИ также увеличились, хотя и незначительно. Таким образом, присутствие? гранитного щебня в бетоне в значительной степени улучпаог его трещиностойкость, однако оптимальная концентрация щебня додана быть несколько ниже предельной. У бетона на природном гравии с ■- 0,375 на стадии трепцшсобразования наблюдается незначительное увеличение трещиностойкости (по показателям \Мл , 01 в пределах 14%). По сравнению с растворной частью этого же бетона на стадии движения магистральной трещины при данной концентрации показатель й увеличился на 81?, а при предельном насыщении гравием ( Ч* = 0,643) возрос лишь на Указанное очевидно является следствием сравнительно малой прочности сцепления цементного камня с поверхностью гладких окатанных зерен гравия. Этот фактор проявляется меньше при умеренной концентрации и более заметен при предельном насыщении бетона гравием. С точки зрения трещиностойкости такой бетон будет резко уступать высокомарочному конструкционному бетону на щебне. Сцепеаив цементного камня с крупным заполнителем в таком бетоне намного надежнее за счет шероховатости поверхностей и угловатой формы зерен щебня.

Анализ экспериментальной зависимости энергетических и силовых параметров трещиностойкости аглопоритсбетопа от его прочностных характеристик свидетельствует, что с повышением прочности на сжатие бетона возрастает ого трещиностойкость. На ркс. 6. представлены аппроксимирующие зависимости энергетических параметров С-и и от прочности аглопоригобетона. Приведенный зависимости справедливы в .диапазоне прочностей на сжатие от 15 до 40 М1а. Показатели трещиностойкости керамзитобетона с увеличением прочности образцов также возрастают. Однако рост трещиностойкости кераизптобегона гораздо ниуе (рис. 6). Приведенные зависимости справедливы в диапазоне прочностей при сжатии от 1С дс 30 №.

ою

25

20

iS

10

Ц/м A

^•-Gr \o-Gc / А t

GP r-C.99+0 MR V / /а

V беаег+огугг

-7o д \

Gi=2.66+ai2R

10

20

Рис. 6. Зависимость энергеп леских параметров трещиностойкости бетона от его прочности на сжатие:

—<— - для аглопорито-бетеша;

- - для керамзито-

бегона

оо 40 Ñ,Ma

Лсследовако вллянке объемной концентрации крупного заполнители на треп^книстсЕкось легких бетонов па аглопорктовом щебне и керамзитовом гравии (рис. 7 а, б). Параметры трещиносгой-кости 'Vw, \Ve , o'l , iíc г-гчопоритобетпна с умеренной концентрацией заполнителя до 0,310 (индекс состава А) на стадии микро- к макрогрешшюобр.чзования увеличилась в среднем з 2,5 раза по сравнению с растворной частью. На стадии развития магистральной трещины в бетоне онергетичеекке показатели увеличились приблизительно в 2.8 рэза (рис. 7 а). Это свидетельствует о том, что для бетона с умеренны;.! содержанием аглопорита, когда прочность бетона не г:ррккп1апт собственную прочность аглоиорита в бетоне, характерна одьнакокаа сопротивляемость на обоих стадиях разрушения. С увеличением f до 0.580 рост показателен урекишсстопкости по отношению к растворной част па стадии инициирования гре.'цкнообрпзовашм находятся к тех же проделзх, что и у бетона с f = 0,310. tía эгалз раар'лткя магистральное трзиешк nponexe- ' дит сникекие энергозатрат пг;ч5ллз«тедыю на АЪ% в сравнении с aiv:oi;op:troo?Tf:HCM с умеренно;- концентрацией заполнкталл.

Гис. 7. Зависимость параметров трещиностоикости легкого бетона -о ; ^ - а ; Кс -д от объемней концентрации крупного заполнителя; I и 2 - аглопоритобетон с прочностью на сжатие

соответственно и 30 Ша; 3 и 4 - керамзитсбетон с прочностью на сжатие соответственно 10 и 15 Ша

Показатели трещиностойкости яг'оноритооатсна с индексы) состава А' (прочность на сжатие 11 = 30 Ша) с введением заполнителя татке увеличивается, но несколько иначе. Так бетон с умеренной концентрацией пглопорита ( V = 0,310) значительно лучше сопротивляется как инициированию, так и развитию трещин в сравнении с бетоном предельно насыщенным заполнителем ([р = --0£80). Причем на станин инициирования грещшюобразовашш рост показателей выше, чин на стадии развития макротрещины. Это „-еи-детельствует о том, что конструкционный аглопоритобетон с умеренной концентрацией заполнителя лучше сопротивляется появление трещин, чем и;< продвижению.

Показатели трещш¡остонкости кераизитобетона сравнительно

малой прочности (индекс состава К) с увеличением концентрации заполнители е Сетоне повышаются. При увеличении с 0,365 до 0,633 на стадии инициирования трещинообразования наблюдается увеличение энергозатрат по величинам \А/т , , С^ более чем в два раза. На стадии развития макротрешпны татае происходит увеличение параметров трещиностойкооти, но менее интенсивно (в среднем в 1,5 раза). При увеличении прочности исходного бетона примерно в два раза (бетон с индексом состава К') и увеличении концентрации керамзита в бетоне наблюдается снижение энергозатрат на стадии микро- и макротрещинообразоЕания и некоторое увеличение энергозатрат на продвижение магистральной трещины по показателю 0Г. Из этого еле,дует, что чем выше заданная прочность керамзигобетона, тем резче падение трещиностойкооти с увеличением объемного содержания керамзита. Это связано с малоГ; прочностью керамзита, недостаточной для обеспечения прочности конструкционны? бетонов.

Проанализированы энергетические параметры трещиностойкос-ти равнопрочных тяжелых и легких бетонов (прочность при сжатии К = 20 !,!Ла). Для тяжелых бетонов на щебне к гравии доля энергозатрат на стадии образования трещин (по показателям , ) по отношению к общим энергозатратам на разрушение бетона УУС составила 16,8^ для бетона на гравии и 2&% для бетона на щебне. Лля легких бетонов аналогичная доля энергозатрат составила 36,3% для аглопоритобетоня н 48,7% для керамзитобетона. Следовательно, если для тянелого бе гона в общих энергозатратах явно преобладают удельные энергозатраты на сопротивление распространению магистральной трещины, то а легких бетонах почти половина общих энергозатрат приходится на страгивание магистральной трещины.

Относительно малопрочнке пористые заполнители, широко используемые в строительной практике, не в состоянии оказать таксе сопротивление продвижению трещины как высокопрочные и плотные заполнители. Однако относительно высокое сопротивление бетона на стадии инициирования трещипообразования свидетельствует о способности легких бетонов сопротивляться микротрещичо-обрэзоканию до тех пор, пока нагрузка предела прочности на растяжение. В связи с этим, рекомендуется область рациональной замены бетона на гранитном щебне бетоно:/ на аглопоритовом цебне. В диапозоне прочности бетона до 30 Ша Сетон ча аглопорптовог;

щебне на стации трещинообразования не уступает равнопрочному бетону на гранитном щебне. Следует иметь в вицу, что при этом сопротивляемость развитию трещин в легком бетоне весколъко ниже.

В целсм, выявленные в работе особенности характера разрушения тяжелого и легкого бетонов на различных стадиях деформирования при изгибе, в зависимости от технологических факторов получения бетона, позволяют оценикать эксплуатационные свойства с учетом трощичостойкосги.

общие вию;и

1. Выявлена зависимость гре/циносгойкосги тяжелого бетона по энергетическим и силовым параметрам от следующих технологических факторов: вида, активности и расхода цемента, величины водоцементного отношения бетонной смеси, наличия поверхностно-активных добавок и условий твердения бетона.

2. Увеличение расхода цемента в бетоне выше принятого в исследованиях оптимального предела, приводит к незначительному повышению энергетических параметров. Поэтому з совокупности с экономическими соображениями увеличение расхода цемента в бетоне для повышения его трещипоотойкости но рекомендуется.

3.Отмечено характерное влияние фактора водоцементного отношении на сопротивляемость развитию трещин з тяжелом бетоне. На стадии инициирования трещинообразования лучше работает бетон с плотно!? структурой, получении.'! при некотором оптимальном В/Ц. Лучшую сопротивляемость развитию трещины показывает бетон с минимально возможным водоцементнш отношением,

4. Использование водоредуцирующего эффекта, за счет введения суперпластификатора С-3 позволяет получать не только более плотную и прочную структуру бетона (увеличение прочности на 38$), но и увеличивает сопротивляемость материала развитию трещин. Удельные энергозатрат» на разрушение бетона увеличились на 43;-?, критический коэффициент интенсивности напряжении возрос на 36!?, по сравнению с бетоном без добавки. Увеличение тращиностойкости вызвано значительный уплотнением цементного камня и контактной зоны, сншкенпим общей користооти зь. счет уменьшения объема ка-пилярных пор.

!3. Подучены аинроксшл»руюшне "пыражения зависимостей мокду прочноеjными показателями бетона п параметрами трещиностойкости.

6. Трещиностойкость тяжелого бетона с высокопрочным крупным заполнителем выше трещиностопкости растворной части этих бетонов. Указанная закономерность действительна и для бетонов на пористых заполнителях - ыглопоритовом щебне я керамзитовом гравии, однако лишь л некоторых пределах, определяемых собственной прочность» указанных пористых заполнителей.

7. Трещиностойкость бетона па гранитном щебне выше трзщи-нссгойкости бетона на природном гравии в силу проявления армирующего э'йекта заполнителей в бетоне. Тем не менее»показатели трешиностоПкости на стадии инициирования трещчнообразования для бетона марок I5J-250 на гравии б;шз1ш по величине показателям дм равнопрочных бетонов на щебне. Таким образом, для ряда конструкции можно рекомендовать более широкое применение гравия, как более доступного и дешовего местного материала.

8. Параметры троштссто!1,кости легкого бетона па аглоиорито-вом щебне, в сравнении с равнопрочным бетоном на керамзитовом гравии, выше как на стадии трещинообразования, так и на стации развгтип тречдон в бетоне.

Э. Сравнение параметров трещиносгойкости равнопрочных тяжелых бетонов на гранитном щебне и природном гравии, легких бетонов на аглепорктовом ыебне и керамзитовом гравии показывают, что в тяжелых бетонах солее четко лыракея армирукций эффект крупного заполнителя, особенно на стадии его сопротивления развитию макротрещин.

10. Особенностью легких бетонов на пористых заполнителях, по сравнению с тякелычи бетонами на высокопрочных заполнителях, является относительно высокая доля энергозатрат докпктпческой стадии h o6niiix энергозатратах на разрушение: в тяяелых бетонах она составляет 16,8-26,0$, в легких 36,9-48,7/2. Это дает основание считать легкие бетскы достаточно надежными в отношении тре-шгостоПкости и долговечности при условии не попадания на них нагрузок, превшаших критические по трещмностойкссти.

11. Относительно слабое сопротивление легких бетонов на пористых заполнителях распространен;:» магистральных трещин и появление первых, трещин v перегруженном заполнителе глк наиболее вероятный источник образован:-..", магистрельных треи'-.ч в реальных легкобегонннх конструпд'ях предполагают 'чцртркьгти выбор впя ка.тдего вида пористого заполните ля рациональной области применения в бетонах. При этом необходимо учитывать фактическую

прочность заполнителя, 1|аэничонив слишком высокой проектной прочности легких бетонов не всегда является целесообразным.

12. IIa основании выполненных исследований предлагается:

- использование шлакопортландцемента МЗОО, при несколько увеличенном иго расходе (около 40$ по сравнению о портландцементом Li4(J0), 0беспечив£нч!'ее повышенно трвщиностоЯкости при этом в 2...2,5 раза;

- применение природного гравия взамен гранитного щебня в бетонах марок 150...250 (при объемной концентрации У-0,35) без снимания трощиностойкости;

- использование аглопоритобогона взамен равнопрочного бетона на гранитном щебне и природном гравии прочностью на сжатие до 30 Ша без снижения трещиносгойкости;

- применение суперпластфшштсра С-3 (до от массы цемента), позволяющего при равной подышносги с немодифицирован-ной смесью увеличивать трещинсстойкость тяжелого бетона до 40#.

13, Результаты экспериментальных исследований использованы при обосновании положений ГССТ 29167-91 и разработке теории

.энергетического расчета железобетонных конструкций с привлечением методов линейной и нелинейной механики разрушения.

Результаты исследований олубликонаны в работах:

1. Леоноькч СЛ., Лихачевский А.Я., Корбух A.A. Прогноз долговечности железобетона // Тез. докл. Нсессши. копф. Проблемы развития нефтегазового комплекса страны. - Гл.'. Ilfilll СССР, 1991. - С. 123.

2. Лэонович СЛ., Лихачевский A.fi. Трепишостойкооть тлнело' го батона // ылтерналы !А1У Межпународ. конф. но бетону и кела-робетоиу. - М.: Строй из дат, 1992. - С. ПО-111.

3. Ицковнч C.fl., Леононнч СЛ., Лщ.нчеьский Л.Л./ 'Грещино-стойкость мощ-фицированного бетона // Ипсчедонаник строительных элементов и конструкций и особенности преподавания строительных ьшишлин: Тез. докл. региона и. научно-практич. roii.ii. - Укр. ¡¡НВ>' - Ровно, 1993. - С,. Yt-'W.

5. Лихнчаьекяп A.ii. влияние толю/югичеекил факторов на си-яг,вый и г>т!ртет1'4рские ннпчкйтры трещинсстснкоетн тяжелого бетона // »1сслод.'»васыи проггнльних элашнтоп и конструкций и особенное! я ¡lfJriitn'iiibanr.H .-п^.г.итвл»(«иге цисциннии: Тва.чокв. регионнл. науч:«>-нр.»кгич. >.r»i.j». -• У ко. ::!'Г>>* - Рокчг), 1^93. - С. 19

5. Ли,»."..;! :',и<и АЛ. Hints ¡4!да « кешептрньи» круъног<;

3:П|Г: ¡4UV'tm ,ni i'piVMrüij. l! У«*» В.1./Ч.Ч- TO.'lKOOit Ofi'Ti::i /.' ApXl- ¡"5K-т/jr, ii (П p-iti-n/it-oi !•>•» Геп-нрусн. - 1993. - № Ь, - ?.