Влияние возраста высокопрочного сталефибробетона на его физико-механические и реологические свойства тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.01, кандидат наук Мишина, Александра Васильевна

• Мишина, Александра Васильевна
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Мишина, Александра Васильевна

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. Обзор экспериментальных исследований высокопрочных бетонов

1.2. Обзор исследований сталефибробетона

1.3. Общее описание явления ползучести бетона

1.4. Теории ползучести

1.5. Линейный вариант теории ползучести

1.6. Нелинейные варианты теории ползучести

1.7. Выводы по главе 1

2. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ И РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЫСОКОПРОЧНОГО ПОРОШКОВОГО СТАЛЕФИБРОБЕТОНА

2.1. Содержание эксперимента

2.2. Состав и свойства бетонной смеси

2.3. Методика экспериментальных исследований

2.4. Результаты испытаний

2.5. Выводы по главе 2

3. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ КРАТКОВРЕМЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ

3.1. Призменная прочность и модуль упругости

3.2. Диаграмма деформирования бетона при сжатии

3.3. Выводы по главе 3

4. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ДЛИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ

4.1. Деформации усадки

4.2. Деформации простой ползучести

4.3. Описание мер ползучести при разгрузке

4.4. Определение деформаций ползучести при ступенчато возрастающих режимах нагружения

4.5. ВЫВОДЫ по главе 4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Справка о внедрении

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние возраста высокопрочного сталефибробетона на его физико-механические и реологические свойства»

ВВЕДЕНИЕ

Для повышения эффективности строительного производства, снижения стоимости и трудоемкости технологических процессов, экономного использования материальных и технических ресурсов требуется использование новых прогрессивных материалов. Все большее применение в строительстве находят высокопрочные порошковые бетоны, получаемые благодаря применению современных модификаторов и тонкодисперсных минеральных заполнителей. Такие бетоны обладают высокой прочностью и однородностью структуры, повышенной тиксотропией бетонной смеси, облегчающей его транспортировку, укладку и уплотнение. Однако наряду с очевидными преимуществами высокопрочных порошковых бетонов, этот материал имеет существенный недостаток по сравнению с традиционными бетонами: хрупкость. Это является одной из причин, ограничивающей широкое применение высокопрочного порошкового бетона в строительстве. Предлагаемым вариантов решения этой проблемы является добавление в бетонную матрицу стальной фибры. Таким образом, создается пространственный каркас, повышающий стойкость к трещинообразованию и вязкость разрушения бетона. Также улучшаются прочностные и деформативные характеристики бетона. Несмотря на то, что, как и в нашей стране, так и за рубежом исследования сталефибробетона ведется достаточно давно, информации о физико-механических и реологических свойствах сталефибробетонов сравнительно немного. Данная работа направлена на устранение этого пробела.

Цель диссертационной работы

Разработка и усовершенствование теоретических зависимостей по описанию изменения основных физико-механических характеристик, деформаций ползучести и усадки нового высокопрочного порошкового сталефибробетона в зависимости от его возраста.

Задачи диссертационной работы:

1. Проведение всесторонних экспериментальных исследований по определению физико-механических и реологических характеристик нового высокопрочного порошкового сталефибробетона.

2. Изучение изменения основных физико-механических характеристик (модуль упругости, кубиковая и призменная прочность на сжатие, прочность на растяжение) в процессе твердения сталефибробетона.

3. Описание меры ползучести в зависимости от возраста, в котором происходит загружения сталефибробетона, длительности нагружения и уровня приложенной нагрузки. Сравнение теоретических зависимостей с экспериментальными данными.

4. Описание «обратной» ползучести бетона при разгрузке.

5. Проверка основных принципов наложения воздействий при сложных режимах нагружения.

Автор защищает:

1. Результаты комплексных экспериментальных исследований физико-механических и реологических характеристик высокопрочного сталефибробетона в различном возрасте при кратковременных и длительных нагрузках и их теоретическое описание.

2. Выражения меры ползучести сталефибробетона в области линейного и нелинейного деформирования в молодом и зрелом возрасте, начиная с первых часов нагружения, изменение меры ползучести при разгрузках.

3. Усовершенствование формы записи нелинейной меры ползучести при помощи функции нелинейности.

4. Изменение прочности, модуля упругости и диаграмм « <г - £ » для высокопрочного сталефибробетона в зависимости от его возраста.

5. Особенности применения принципа наложения воздействий для высокопрочного сталефибробетона различного возраста при нагрузках и разгрузках.

Научная новизна работы :

1. Экспериментальные данные прочностных и деформационных характеристик высокопрочного сталефибробетона, загруженного в различном возрасте кратковременной и длительной нагрузкой разной интенсивности и различных режимов.

2. Аналитические зависимости для описания изменения прочности и модуля упругости высокопрочного порошкового сталефибробетона в зависимости от возраста (от 3-х до 270 сут.) и значений его характеристик в возрасте 28 суток.

3. Развитие существующих методов описания изменения мер ползучести применительно к высокопрочному порошковому сталефибробетону различного возраста; определение значений параметров этих мер в зависимости от возраста бетона и уровня напряжений.

4. Выявление ограничений и особенностей представления меры ползучести в виде произведения линейной меры на функцию уровня напряжений.

5. Деформации ползучести высокопрочного порошкового сталефибробетона при разгрузке с учетом необратимости нелинейных деформаций ползучести и частичной необратимости быстро натекающих деформаций линейной ползучести бетона в молодом возрасте.

Практическая ценность и внедрение результатов:

Получены новые экспериментальные данные и разработаны рекомендации по определению основных физико-механических и реологических характеристик стелефибробетона (т= 7 ,14, 28, 60 сут.).

Апробация работы и публикации:

По основным положениям диссертационной работы вышло восемь научных статей и сделаны доклады на 2-х конференциях: III и IV Академических чтениях «АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ СТРОИТЕЛЬНОЙ ФИЗИКИ.

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ. НАДЕЖНОСТЬ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ», посвященных памяти академика РААСН Г.Л. Осипова, состоявшихся в 2011 и 2012 гг.

Представленная работа выполнена в 2010 - 2013 гг. Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном учреждении «Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук» (НИИСФ РААСН). Экспериментальные исследования проводились в лаборатории «Проблем прочности и качества в строительстве» при НИИСФ и в лаборатории МГСУ.

Диссертация состоит из введения и четырех глав. Во введении раскрывается актуальность темы, излагаются основные задачи диссертационного исследования.

Первая глава посвящена обзору существующих теорий ползучести, вопросам их совершенствования и обобщению экспериментальных исследований по высокопрочным бетонам, а также обзор исследований сталефибробетона в нашей стране и зарубежом.

Во второй главе приведено описание методики эксперимента и полученных результатов.

В третьей главе проведена теоретическая обработка результатов кратковременных испытаний, выявлены теоретические зависимости для определения основных физико-механических характеристик высокопрочного сталефибробетона. Построены теоретические диаграммы сжатия

сталефибробетона в различном возрасте с помощью методики Н. И. Карпенко.

В четвертой главе проведена теоретическая обработка результатов длительных испытаний. Исследованы начальные участки диаграмм ползучести при загрузке и разгрузке образцов. Предложены зависимости для описания деформаций усадки, учитываемой с различного возраста. Было проведено теоретическое построение диаграмм ползучести сталефибробетона с применением методик В.М. Бондаренко, Н.И. Карпенко и И.Е. Прокоповича. Рассмотрено описание меры нелинейной ползучести, выраженной через функцию нелинейности. Проведена проверка применимости принципа наложения воздействий при сложных режимах нагружения высокопрочного сталефибробетона. Проведено теоретическое описание обратной ползучести.

В заключении проведено обобщение выводов по проделанной работе,

приведен список использованной литературы.

Достоверность полученных результатов

При проведении исследования и обработке результатов эксперимента тщательно соблюдались требования нормативных документов: ГОСТ 10180-90, ГОСТ 24452-80 и ГОСТ 24544-81 , а также методической литературы: «Методических рекомендаций по исследованию, усадки и ползучести бетона», созданных в НИИЖБ. Теоретической базой проведенных экспериментов являлись основные положения современной теории ползучести бетона и сопоставление результатов расчета с данными экспериментов.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1.Обзор экспериментальных исследований высокопрочных бетонов

Согласно [17], нет четкой границы между высокопрочными и обычными бетонами, поэтому обычно к высокопрочному бетону относится бетон класса В 60 (марки 800) и выше.

Высокая прочность бетона достигается при соблюдении нескольких условий:

- применение высокоактивных цементов и высокопрочных заполнителей

- низкое водоцементное отношение

- высокий расход цемента

- применение модификаторов, позволяющих получить плотную структуру бетона

- особо тщательное перемешивание и уплотнение бетонной смеси

- благоприятные условия твердения бетона

Исследованиями подобного вида бетонов в нашей стране занимаются с начала 60х годов.

В.И. Сытник проводил изучение влияния возраста бетона на ползучесть высокопрочных бетонов марок по прочности 600, 800 и 1000 [69, 70]. Следует отметить, что в составы бетонов не входили пластификаторы, высокая прочность достигалась путем подбора оптимального состава, использования чистых заполнителей и благодаря малому водоцементному соотношению. В опытах проводились исследования усадки и ползучести, в результате которых выяснилось, что исследуемые высокопрочные бетоны обладают примерно такими же значениями (а иногда и меньшими) усадки и ползучести, что и обычные бетоны.

В исследовании [46] изучалась ползучесть бетона марок 900 и 1000 по прочности. В состав бетона входил пластификатор ССБ. Использовались образцы-призмы размером 10x10x40, уровни нагружения составляли 0,1;0.2; 0,4; 0,6; 0,8 от

призменной прочности. Часть образцов подвергалась гидроизоляции. В результате эксперимента авторы получили значения удельных деформаций ползучести и мер ползучести, которые оказались ниже соответствующих значений для обычных бетонов. Исследователи отмечают существенную нелинейность деформаций ползучести как при высоких, так и при низких уровнях напряжений.

Обширное исследование E.H. Щербакова [80] также подтвердило факт, что с ростом прочности происходит уменьшение меры ползучести. Автором предложена формула, которая позволяет довольно точно оценить значение меры ползучесть в зависимости от прочности бетона и расхода воды:

КВ

(1.1)

С„ =

R

Где Сн - так называемое нормативное значение меры ползучести, кп -постоянный безразмерный коэффициент, равный примерно 16x10"6, В - расход воды в литрах на 1м , Я - кубиковая прочность (марка) в возрасте 28 суток. Результат можно видеть на графике на рисунке 1.1.

Ця&тинг ffwwn по ÄJ нчыы

а Коралстмии л ПотпсЗа д Сытин но

• tiaprj*a

О CfOtOuM*

л й*Ьисо

• VfroäDtwna** и Рома

• Вайля 0 Гцммеля

Г» t'njxilU'l-\А POlii Ч

в Potfaizcca

О UlttuJflCfK)

Mcw/w и нерпа tf Росса ▼ Хансона"

<7 Мймилмиа

400 600

Марна Л/поно R

Рисунок 1.1- Сравнение опытных данных и теоретических значений по

формуле (1.1)

Очень важным вопросом является влияние предыстории деформирования на модуль упругости бетона. В опытах [12] при нагружении бетона в раннем возрасте длительной нагрузкой до 0,75ЯЬ его модуль упруго-мгновенных деформаций заметно возрастал, но наибольшее его увеличение наблюдалось при уровне напряжений 0,4ЯЬ при загружении в раннем возрасте, и чем старше был бетон, тем меньше был эффект.

В работе [141] предложена формула для учета влияния предыстории деформирования:

= (12)

где Е0, а, Р - параметры, подбираемы опытным путем, т - возраст бетона.

При ступенчатом загружении бетона постоянной нагрузкой деформации ползучести условно делят на быстро натекающие (на выдержках) и медленно натекающие, появляющиеся с момента действия полной нагрузки на образец.

Для теории ползучести важно определить, насколько сильно влияние

конечного относительного уровня напряжения и(т])= при быстром

ступенчатом нагружении образцов на значения быстро натекающих деформаций ползучести в разном возрасте бетона. Опытным путем [3,5, 66] установлено, что в сумме эти деформации могут составлять до 30% от деформаций ползучести, накопленных образцами к концу опыта при длительном загружении бетона. В исследованиях [6, 7, 66] были изучены степень изменения и характер быстро натекающих деформаций ползучести при различной степени интенсивности нагружения бетона и различных конечных относительных уровнях напряжений сжатия в разном возрасте бетона. Несмотря на разный возраст загружения образцов и различную продолжительность нагружения, их быстро натекающие деформации ползучести при действии напряжений одинакового конечного

относительного уровня —оказались практически равными по значению.

Некоторые отклонения от их среднего значения носили случайный характер и не превышали 10% (рисунок 1.2). Из этого следует, что значения быстро

натекающих деформаций ползучести бетона можно считать зависящими от

значения конечного относительного уровня напряжений. Этот факт

подтверждался и другими авторами [2, 3, 5]. Также была отмечена существенная

нелинейность быстро натекающих деформаций ползучести (рисунок 1.3).

Г, -76 сут

%

I 28-10 I ^

II/

^ в S 5з о

II«

_г 1

_г

г*'

т

/

/

/

А

/

24 20 16 /2 8 4 О 1-10 24 20 16 12 в

О

Tf -36сут

г

г

_г

_г

_г

_г

28 24 20 16 12 8 4 О

Г~

_г

[_г

_г

_г

_Г

-Г1 I

_s в 16 24 J2 4048 , в 16 24 32 40 48 5S

I

)

-4-

7

/

2840 24 20 1,6 /2 в 4 О

(

/

/

J

А

/

8 16 243236 8 /6 24 J2 40 48 _ _ время с начала оагрс/зсения, мин

8 ¡6 2432 40 4д 55

*)

Т, =7cum

S^5

I * § о

Ita в

_г

_г

1.2 в 4 О

Г, =14 сут

_г

S

_г

20 16 /2 8 4 О

Т, -36 сут

г

_г

J-

_г

20 16 10 в 4 О

Т,-76 сут

И'

J- И

л 1!

_г 1 N

_г 1 11

8 /620 ,s6 16 2428 _s 8 16 24 32 40 _s 8 16 24 324044

) £

IIIS

1*3

ф 12-10 8

4 0

pi 12-10 8 4 0

S " у

/

i

8 1620 8 162428 6 16 2432 40 8 /6 24 32 46¥> бремя с начала эагружения; ним

Рисунок 1.2 - Быстро натекающие деформации ползучести образцов близнецов, загруженных в разном возрасте одинаковым конечным уровнем

напряжения (а - 0.75ЯЬ; б - 0.6ЯЬ)

■91

О !

е « •5

С

0,2 0Г1 0.6 ОЛ

Рисунок 1.3 - Зависимость быстро натекающих деформаций ползучести бетона от относительного уровня напряжений (1 - возраст бетона г к моменту нагружения 7 сут.; 2 -т = 36 сут.; 3 - т— 58 сут.; 4 - г=14 сут.; 5 - г=75 сут.; 6 -

Развивающийся во времени процесс ползучести после окончания нагружения образца протекает при постоянных напряжениях. В этот период времени деформации ползучести называют медленно натекающими деформациями ползучести. Такое разделение деформаций ползучести на быстро и медленно развивающиеся деформации не строго, так как скорость деформаций ползучести непрерывно меняется и начало процесса ползучести (в пределах 1 суток) также сопровождается относительно большими скоростями развития деформаций. В связи с этим деформации ползучести, возникающие в первые сутки после окончания нагружения, также относят к быстро натекающим. Такое разделение деформаций ползучести на отдельные составляющие, подчиняющиеся различным законам, очень удобно и используется в некоторых вариантах теории упруго-ползучего тела.

Через некоторое время после нагружения кривые ползучести становятся практически параллельны друг другу. В опытах О.Я.Берга и Ю.Н.Хромца [13], Н.И.Катина [42], О.Я.Берга и А.И.Рожкова [14] интервал времени, в течение которого устанавливается параллельность кривых ползучести, увеличивался с

г =83 сут.)

ростом уровня напряжений в образце. Некоторые авторы считают, что в этот момент происходит переход нелинейной ползучести в линейную. Это не является верным, так как линейность приращений деформаций не подразумевает установление линейной зависимости между постоянными напряжениями сжатия и непосредственно деформациями ползучести. Как видно на рисунке 1.4, начальная нелинейность деформаций ползучести продолжает сильно влиять на соотношение ординат кривых при разных уровнях напряжений и на всем последующем периоде наблюдения. Поэтому их параллельность спустя некоторое время после нагружения не исключает необходимости учета нелинейности деформаций ползучести, 90-70'7

| то-нг1 /о г

20_30 40 50 ВО. 70 80 90 ЮО ПО {20 130

% SQ.gr1 Ю 20 30 40 50 60 70 80 90 ЮО НО /20130

20 30 40 50 6В 70 80 Ж

6-№

ПО 150

Ц-75су/п

70 20 30 40 50 60 70 80 90 100 НО 120 730 Возраст бетона & сутках к момент// наблюдения

Рисунок 1.4 - Влияние уровня напряжений на ползучесть бетона при сжатии (сплошная линия - экспериментальные кривые, пунктирная линия -

теоретические кривые по методике [6])

Деформации ползучести при разгрузке (деформации последействия) являются важным вопросом при изучении явления ползучести. Согласно принципу наложения воздействий, деформации образцов, возникающие на ступени нагрузки или разгрузки, считаются одинаковыми и равными деформациям образца-близнеца, загруженного впервые такой же ступенью нагрузки. Изучением этого вопроса занимались многие ученые [42, 82]. Обобщая результаты этих исследований, можно сказать, что при разгрузке образцов, находившихся ранее под длительным действием невысоких постоянных сжимающих или растягивающих напряжений, происходит лишь частичная обратимость деформаций ползучести, которая немного больше при разгрузке образцов после их сжатия. Доказано, что при сжатии степень необратимости деформаций ползучести образцов после разгрузки зависит от того, до какого уровня они предварительно были загружены [1, 2, 3, 5]. Чем этот уровень выше, тем степень необратимости больше. Принимая во внимание нелинейность деформаций ползучести и рост степени этой нелинейности с увеличением уровня напряжений, этот факт может являться косвенным доказательством линейности деформаций последействия или, по крайней мере, того, что степень их нелинейности значительно ниже, чем деформаций ползучести.

Таким образом, большой интерес представляют экспериментальные исследования относительных деформаций последействия бетонных образцов, разгруженных с разных (как низких, так и высоких) уровней напряжений, и соотношения деформаций ползучести и деформаций последействия в зависимости от уровня действующих напряжений.

Вопрос о поперечных деформациях бетона очень важен для теории ползучести, так как в ее основные уравнения входят и коэффициенты поперечной упруго-мгновенной деформации и поперечной деформации ползучести

v2(í,r) в общем случае объемного напряженного состояния наряду с другими физическими характеристиками материала. В опытах О.Я.Берга и его последователей [14-18] изучалось изменение коэффициента у2(*>т) в широком

диапазоне напряжений. При этом выяснилось, что характер его изменения во времени неотъемлемо связан с изменениями структуры бетона под длительным действием нагрузки различной интенсивности. Опыты показали, что в зависимости от уровня напряжений у неизолированного бетона коэффициент у2(?,г) сначала возрастал, а затем снижался примерно до значения коэффициента ух{т) , причем некоторое снижение у2^,т) во времени наблюдалось и при очень

высоких напряжениях сг = (0.82 - 0.9)Япр [14].

В конце прошлого века особое распространение стали получать новые модицифицированные бетоны, получаемые с добавлением микрокремнезема и суперпластификаторов. Исследованием их длительных деформаций в нашей стране занимались в НИИЖБ и ЦНИИС.

В 1991 году в НИИЖБ С.С. Каприелов, М.Г Булгакова и Я.Л. Вихман изучали три состава бетона [38], содержащих пыль рукавных фильтров систем газоочистки печей. Исследовалось три состава: первый — традиционный, второй — с добавкой, но с обычным содержанием вяжущего, и третий — с добавкой и повышенным содержанием вяжущего. Класс бетона составил В45, подвижность смеси была 6...7 см, применялся цемент марки 400, песок с Мк=2, гранитный щебень фракций 5...20 мм. Бетон подвергался тепловлажностной обработке.

Проведённые эксперименты показали, что модуль упругости меньше нормативного на 14 36%, предельные деформации сжатия и растяжения выше, чем у традиционного бетона, а верхняя граница трещинообразования оказалась примерно равна 0,9Яьт.

Ползучесть нового бетона исследовалась на образцах, не изолированных от влагообмена, при уровне напряжения, равном 0,ЪЯЬт.

Опыты показали, что с увеличением общего количества вяжущего (цемента и пыли рукавных фильтров) ползучесть возрастала, при этом у второго состава она была меньше (2,1x10-5 МПа"1) , чем у первого состава (2,63x10"5 МПа"1). Ползучесть третьего состава оказалась самой большой и равнялась 3,88x10"5 МПа"1.

В ЦНИИС в 1998 году [64] проводилось изучение высокопрочного тяжелого бетона нового поколения, содержащего модификатор МБ-01.

Изучалось два состава:

- первый состав с 10% МБ;

- второй состав с 15% МБ с добавлением воздухововлекающей добавки из нейтрализованной смолы (СНВ).

Кубиковая прочность обоих составов отличалась незначительно и составила 95 МПа для первого состава и 91,7 МПа для второго. Призменная прочность составила 78 МПа (1-й состав) и 80,3 МПа (2-й состав).

Образцы-призмы размером 7x7x28 см загружались нагрузкой, соответствующей напряжению ~0.311Ьт,. Относительная влажность окружающей среды в среднем была Ж=48%. По результатам проведенных исследований, мера ползучести бетона 1-го состава оказалась 2,54x10"5 Мпа"1, у 2-го состава она была равна 2,57x10"5 Мпа"1. Оба этих значения меньше, чем у традиционных бетонов .

В 1999 году в НИИЖБ изучались механические свойства бетона, содержащие новый модификатор МБ10-01 [36, 37]. В состав модификатора входили суперпластификатор С-3 и микрокремнезём. Изучались свойства четырех составов бетона, которые отличались типом модификатора (МБ 10-01 для первого, третьего и четвертого составов и МБ 15-01 для второго состава). Количество модификатора составило 10% от общей массы. Третий состав бетона содержал воздухововлекающую добавку ГКЖ-94. Также составы отличались количеством введенной воды.

Использовался цемент Белгородского завода марки 500, кварцевый песок с Мк=2.1, гранитный щебень фракции 5...20 мм.

Кубиковая прочность составила соответственно для первого, второго, третьего и четвертого состава 78,5 МПа; 81,7 МПа; 77,4 МПа; 94,1 МПа.

Деформации ползучести и усадки исследовались на образцах-призмах размером 10x10x40 см. Усадка до возраста 28 суток замерялась при нормальных условиях, а позже при влажности 60+65% и температуре ~ 20°С. Деформации ползучести замерялись с возраста 7 и 28 суток при влажности 60-^-65% и

температуре ~ 20°С. Предельная мера ползучести первого, второго и третьего состава равна 2,65x10"5 МПа"1; у четвертого состава она оказалась меньше и составила 2,08x10"5 МПа"1

Изменение удельных деформаций ползучести во времени показано на рисунке 1.5.

СхКРМПг'

60.0 X

$0.0

40.0 / /

30.0 / г I,U

/

20,0 / 4

10.0

0,0 90.0 100,0 150Л 200.0 t, сутки

Рисунок 1.5- Изменение удельных деформаций ползучести во

времени

В 1992 году была опубликована работа [87] американских специалистов Р.Г. Борг (R.G. Burg) и Б.В. Ост (B.W. Ost), в которой описано экспериментальное исследование высокопрочного бетона, содержащего в составе микрокремнезём. Составы хранились в разных условиях: влажное хранение при 100% относительной влажности воздуха и t = 23±°C, по ASTM С192; воздушное хранение при относительной влажности воздуха 50 ± 6% и t = 22 ± 2°С по ASTM С192.

Испытания на сжатие и растяжение проходило по стандартам ASTM С42, С39, С469. Прочность на сжатия испытанных составов варьировалась от 78,6 МПа до 107 МПа в возрасте 28 суток. Значения прочности на растяжение представлена в таблице 1.1. Ползучесть бетона определялась по стандарту ASTM С512 на цилиндрических образцах размером 152 х 302 мм в течение 30 суток при уровне нагрузки 0,39Яь- Испытывался старый бетон, предварительно находившийся 6 недель в воздушной среде, а затем в течение 4-х недель держался во влажных

условиях.

Аппроксимация кривых ползучести проводилась по формуле:

Г -V а + ?

где — параметр, характеризующий ползучесть, Уп — его предельное

значение, с1—(время) условный показатель, = —принимается по таблице 1.2, в ней же приведены основные показатели ползучести и данные для формулы (1.2).

Таблица 1.1- Результаты испытания бетона на растяжение

№ состава 1 2 3 4 5

Условия хранения Вл. Возд. Вл. Возд. Вл. Возд. Вл. Возд. Вл. Возд.

Яы, МПа 6,4 3,1 5,9 4,3 5,0 4,9 7,2 6,3 6,6 4,6

Таблица 1.2 - Показатели ползучести и данные для формулы (1.2)

Номер состава 1 2 3 4

V, 3,27 1,77 1,58 1,35

Предельная мера ползучести, 10"5 МПа"1 9,3 4,6 3,6 3,5

м> = г/7 0,52 0,62 0,52 0,55

(1, сут. 10 14 12 12

Проведенные исследования показали, что в основном изучалась ползучесть бетона традиционного состава. Ползучесть нового поколения высокопрочных бетонов малоисследованна, а высокопрочные бетоны на основе новых современных модификаторов отечественного производства практически не проводились.

1.2. Обзор исследований сталефибробетона

Сталефибробетон - это композит, состоящий из бетонной матрицы и стальных волокон, или фибр. Такой вид бетона не является принципиально новым строительным материалом. Уже более века ученые занимаются подбором

оптимального состава сталефибробетона и практическим применением его в строительстве. И это очень перспективное направление, так как подобная модернизация бетона позволяет существенно улучшить такие свойства традиционного бетона, как трещиностойкость, прочность на растяжение и изгиб, хрупкое разрушение. При этом также повышается прочность бетона при сжатии и другие деформативные и эксплуатационные характеристики.

Нет точных данных, когда именно дисперсно армированный бетон стал применяться впервые, но патенты на создание новых материалов с добавлением проволоки или сеток ученые стали получать в начале XX века в США, а затем в Европе и Японии [85]. В 1970-х началось производство стальной фибры в промышленных масштабах, что привело к еще большему интересу к этому материалу.

Начало применению дисперсно-армированных бетонов в нашей стране положил инженер В.П. Некрасов в начале XX века. Разработки велись и в СССР, но на практике применение было довольно ограниченным [26].

Ограниченное применение сталефибробетона в нашей стране можно было объяснить отсутствием соответствующей нормативной документации. Первым нормативным документом, содержащим данные о физико-механических свойствах сталефибробетона, был СНиП 2.03.03-85 «Армоцементные конструкции», разработанный в НИИЖБ и ЛенЗНИИЭП. Затем НИИЖБ в 1987 г. разработал «Рекомендации по проектированию и изготовлению сталефибробетонных конструкций». В настоящий момент самый современный документ по сталефибробетону - это СП-52-104-2006 «Сталефибробетонные конструкции», учитывающий весь накопленный опыт исследований и специфику работы данного материала. Этот документ содержит данные и рекомендации только для бетонов обычной прочности (класса до В60). Все более активно применяемые высокопрочные бетоны не нашли отражения в этом нормативном документе.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Мишина, Александра Васильевна, 2013 год

6. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. 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.

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

3. Александровский С. В., Попкова О. М. Нелинейные деформации ползучести бетона при сложных режимах нагружения. //Бетон и железобетон, 1971, №1, с. 27-32.

4. Александровский C.B. Расчёт бетонных и железобетонных конструкций на изменения температуры и влажности с учётом ползучести. Стройиздат, 2004.

5. Александровский C.B., Попкова О.М. Исследование нелинейных деформаций ползучести бетона молодого возраста при ступенчато изменяющихся напряжениях сжатия. //Ползучесть и усадка бетона. Материалы совещания, подготовленные НИИЖБ Госстроя СССР ЦИНИС, М., 1969.

6. Александровский C.B., Соломонов В.В. Зависимость деформаций ползучести стареющего бетона от начального уровня напряжений. //Реферативный сборник. Межотраслевые вопросы строительства. Отечественный опыт, вып. 6, 1972.

7. Александровский C.B., Соломонов В.В. Исследование влияния относительного уровня предшествующих напряжений на нелинейную составляющую деформаций ползучести и усадки бетона. //Второе Всесоюзное совещание, Ереван, 1974г. Материалы совещания, подготовленные НИИЖБ Госстроя СССР. Стройиздат, 1974.

8. Андрианов A.A. Ползучесть высокопрочного легкого бетона из смесей высокоподвижной и литой консистенции с модификаторами на

органоминеральной основе. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. 2007 г.

9. Антропова Е.А., Дробышевский Б.А., Аммосов П.В., Мелконян A.C. Свойства модифицированного сталефибробетона. //Бетон и железобетон, 2002, №3, с. 3-6.

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

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

12. Бабич Е.М., Макаренко Л.П. Экспериментальное исследование изменения модуля упругости бетонных образцов при различной интенсивности сжимающих нагрузок. //Известия ВУЗов. Строительство и архитектура, №3, 1967.

13. Берг О.Я. , Хромец Ю.Н. Влияние длительного загружения на прочность и деформативные свойства бетона. //Исследование прочности и долговечности бетона транспортных сооружений. Труды ЦНИИС, вып. 6, 1966.

14. Берг О.Я., Рожков А.И. К учёту нелинейной ползучести бетона. //Бетон и железобетон №9, М., 1967.

15. Берг О.Я. Физические основы теории ползучести бетона и железобетона. -М.: Стройиздат, 1962.

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

17. БергО.Я., Щербаков E.H., Писанко Г.Н. Высокопрочный бетон. Стройиздат, 1971.

18. БергО.Я., Щербаков E.H., ПрокоповичИ.Е., ЗаставаМ.М. К обоснованию единой методики нормирования деформаций ползучести и усадки бетона. //Изв. вузов. Сер.: Стр-во и архит-ра, 1977, №3, стр.3-6.

19. Бердичевский Г.И., Светов A.A., Курбатов Л.Г., Шикунов Г.А. Сталефибробетонные преднапряженные ребристые плиты размером 6x3 м для покрытий. //Бетон и железобетон, 1984г., № 84, с. 33-34

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

21. Бондаренко В.М., Карпенко Н.И. Уровень напряженного состояния как фактор структурных изменений и реологического силового сопротивления бетона. //Academia. Архитектура и строительство, РААСН, 2007, №4.

22. Бондаренко В.М. Некоторые вопросы нелинейной теории железобетона. Изд. Харьковский госуниверситет, Харьков, 1968.

23. Бондаренко В.М., Ягупов Б.А. К вопросу о расчётной оценке ползучести бетона. //Журнал «Academia, архитектура и строительство», изд. РААСН, № 3, 2006.

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

25. Войлоков И.А. Нормативное обеспечение внедрения сталефибробетона в строительстве. //Технологии бетонов, 2009г., №3, с. 32-33

26. Войлоков И.А. Фибробетон - история вопроса, нормативная база, проблемы и решения //ALITInform международное аналитическое обозрение, 2009, № 2

27. Волков И.В. Нормативное обеспечение индустриального применения сталефибробетона в строительстве. //В сб. "80-летие НИИЖБ им. A.A. Гвоздева", Москва, 2007 г, с. 119-128.

28. Вольф. Р., Мисселер Х.Й. Преднапряженные бетонные конструкции с арматурой из стекловолокнистого композиционного материала. //Бетон и железобетон, 1991 г., с. 5-6.

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

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

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

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

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

34. Дьяков К.В. Технология приготовления магнезиального базальтофибробетона. //Технологии бетонов, 2009 г., №5, с. 62-63

35. Евсеев E.H. Испытания фибробетона по евронормам //Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании: сборник трудов: в 2 т. / М. : МГСУ. - Т. 2. - С. 46-50.

36. 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.

37. 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.

38. 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.

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

40. Карпенко С.Н. О построении связей между приращениями напряжений и деформаций на основе различных диаграмм. //Вестник гражданских инженеров - СПбТАСУ, 2010, №1.

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

42. Катин Н.И. Исследование ползучести бетона при высоких напряжениях. //Исследование свойств бетона и железобетонных конструкций. Труды НИИЖБ. Вып. 4, Госстройиздат. 1959.

43. Курбатов Л.Г., Рабинович Н.Ф. Об эффективности бетонов, армированных стальными фибрами. //Бетон и железобетон, 1980, №3, с. 6-8

44. Лавринев П.Г., Руденко И.Ф., Королев K.M., Стульчиков А.Н., Кузин В.Н. Стелфибробетон роликового формования. //Бетон и железобетон, №6, с. 1213

45. Мельник P.A., Стриго Г.С. Науч.-тех. отчет: Исследование влияния усадки и ползучести высокопрочных бетонов при центральном сжатии и обжатии на релаксационные процессы, потери преднапряжения и трещиностойкость элементов железобетонных конструкций. № гос. регистр. 78065604, Днепропетровск - Самарканд, 1978.

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

47. Мишина A.B. Изменение физико-механических характеристик высокопрочного сталефибробетона во времени. //Научно-технический журнал «Строительство и реконструкция», №6(38), г. Орел, 2011 г., с. 70-74.

48. Мишина A.B., Андрианов A.A. Работа высокопрочного сталефибробетона при кратковременном загружении. //Фундаментальные исследования РААСН по научному обеспечению развития архитектуры, градостроительства и строительной отрасли Российской федерации в 2011 г. Том 2., с. 76-78.

49. Мишина A.B., Безгодов И.М., Андрианов A.A. Прогнозирование предельных деформаций ползучести сверхвысокопрочного сталефибробетона// Вестник МГСУ, №12, 2012, с. 66-70.

50. Мозговой Н.В., Пак A.A., Пухаренко Ю.В. Применение фибробетона в строительстве. //Бетон и железобетон, №5, 1986 г., с. 45-46

51. Моргун JI.B., Смирнова П.В., Костыленко К.И., Пушенко О.В., Богатина А.Ю., Моргун В.Н. Влияние процессов раннего структурообразования на свойства фибропенобетонов //Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании: сборник трудов: в 2 т. / М. : МГСУ. - Т. 2. - С. 125-129

52. Овчинников И.Г. Сталефибробетон: механические свойства, модели деформирования. //Транспортное строительство, 1998, №5, с. 7-9

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

54. Прокопович И.Е., Зедгенидзе В.А. Прикладная теория ползучести. М.: Стройиздат, 1980.

55. Пухаренко Ю.В., Аубакирова И.У., Голубев В.Ю. Проблемы применения высокопрочного сталефибробетона. //Технологии бетонов, 2010, №03-04, с. 44-45.

56. Пухаренко Ю.В., Голубев В.Ю. Высокопрочный сталефибробетон. //Промышленное и гражданское строительство, 2007, №9, с. 40-41

57. Рабинович Ф.Н. Композиты на основе дисперноармированных бетонов. //М, 2004 г.

58. Рабинович Ф.Н. Моделирование структуры дисперсно-армированных бетонов. //Известия вузов, 1986 г., №1, с. 22-29.

59. Рабинович Ф.Н. Об оптимальном армировании сталефибробетонных конструкций. //Бетон и железобетон, 1986 г., №3, с. 17-19.

60. Родов Г.С., Лейкин Б.В, Голубенков В.А., Стерин B.C., Хромов В.М. Применение сталефибробетона в забивных сваях. //Бетон и железобетон, 1984г., №9, с. 18-19.

61. Ромкин Д.С.. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. 2007 г.

62. Сакваредлидзе A.B. Прочностные и деформационные свойства сталефибробетона. //Бетон и железобетон, 1986 г., № 8, с. 12-13.

63. Сакварелидзе A.B. Влияние возраста сталефибробетона на его ползучесть. //Бетон и железобетон, 1987 г., №3, с. 8-9.

64. 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.

65. Соколов Б.С. Прочность сталефибробетонных цилиндрических элементов при осевом сжатии. // Бетон и железобетон, 2010, №5, с. 2-5.

66. Соломонов В.В. О деформациях ползучести. Натекающих за время выдержек при ступенчатом загружении бетонных образцов. //Реферативный сборник. Межотраслевые вопросы строительства. Отечественный опыт, № 10, ЦИНИС, 1972.

67. Ставров Г.Н., Николенко С.Д. Экспериментальное исследование работы фибробетонных и фиброжелезобетонных конструкций при знакопеременном малоцикловом нагружении. //Известия вузов, 1986 г., №1, с. 1822.

68. Судаков В.В., Курбатов Л.Г., Стернин Х.Х, Хегай О.Н. Контроль содержания фибр в сталефибробетонных конструкциях. //Бетон и железобетон, 1986 г., №2, с. 26-27.

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

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

71. Талантова К.В. О проектировании конструкций на основе сталефибробетона // Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании: сборник трудов: в 2 т. / М. : МГСУ. - Т. 2. - С. 46-50.

72. Талантова K.B. Основы создания сталефибробетонных конструкций с заданными свойствами. //Бетон и железобетон, 2003г., №5, с. 4-8.

73. Талантова К.В. Создание элементов конструкций с заданными свойствами на основе сталефибробетона. //Известия вузов, 2008 г., №10, с. 4-9.

74. Талантова К.В. Эксплуатационные характеристики сталефибробетонных конструкций для дорожного строительства. //Бетон и железобетон, 2002, №3, с. 6-8.

75. Талантова К.В., Вингисаар Э.И. Обеспечение свойств элементов конструкций на основе сталефибробетона с учетом влияния характеристик стальных фибр. //Известия вузов, 2008г., №11-12, с. 121-127.

76. Холмянский М.М., Курилин В.В., Еднерал А.Ф. Сталебетон с аморфной фиброй. // Бетон и железобетон, 1991 г., №6, с. 9-10.

77. Черноусов Н.Н, Черноусов Р.Н., Кораблин A.A. Малоцикловые испытания изгибаемых сталешлакобетонных элементов. //Транспортное строительство, 2010, №6, с. 29-33.

78. Черноусов H.H., Черноусов Р.Н. Исследования работы сталефиброшлакобетонных кольцевых элементов конструкций транспортных сооружений. //Транспортное строительство, 2010, №8, с. 28-32.

79. Черноусов Р.Н., Черноусов H.H., Бондарев Б.А., Кораблин A.A. Истираемость жестких дорожных одежд с использованием мелкозернистого сталефиброшлакобетона (СФШБ). //Бетон и железобетон, 2010, №3, с. 13-16.

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

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

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

83. ACI 209R-92 «Prediction of Creep, Shrinkage, and Temperature Effects in Concrete Structures»

84. Almansour, H.; Lounis, Z. Innovative precast bridge superstructure using ultra high performance concrete girders. //Proceedings of the PCI National Bridge Conference, Phoenix, Arizona, Oct. 22-24, 2007, pp. 1-21.

85. Beddar M. Fiber reinforced concrete: past, present and future. Настоящее и будущее фибробетона. //Бетон и железобетон - пути развития. Научн. тр 2-й Всероссийской (международной) конференции по бетону и железобетону. 5-9 окт. 2005 г., Москва, В 5т. НИИЖБ 2005 т. 3. Секционные доклады, секция Технологии бетонов, М., "Дипак", 2005, с. 228-234 .

86. Blais, P.Y., and М. Couture, "Precast, Prestressed Pedestrian Bridge-World's First Reactive Powder Concrete Structure," PCI Journal, September-October 1999, pp. 60-71.

87. Burg, R. G., and Ost, B. W., "Engineering Properties of Commercially Available High-Strength Concretes," PCA Research and Development Bulletin RD104T, Portland Cement Association, Skokie, IL, 1992.

88. Glucklich I. Reological behavior of hardened cement paste under low stress, ACI J., 1959, vol. 56, №4.

89. Graybel B. Ultra-high performance concrete. //Federal Highway Administration, publication number FHWA-HRT-11-038 URL:

http://www.fhwa.dot.gov/publications/research/infrastructure/slTuctures/l 103 8/index.cfm (дата

обращения 14.11.2013г.)

90. Kwon S-H, Ferron R.P., Akkaya Y., Shah S.P. Cracking of fiber-reinforced self-compacting concrete due to restrained shrinkage. //International journal of concrete structures and materials, vol.1, pp. 3-9, Dec. 2007.

91. Yang Yuguang, Joost C. Walraven, Joop A. Den Uijl. Combined effect of fibers and steel rebars in high performance concrete. //Heron Vol. 54 (2009) N2/3, pp. 205-221.

СJ4<T^

7. ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Справка о внедрении

ОООЯИНФОРСПРОЕКТ»

ОБЩЕСТВО С 0ГР»ВИ1ЕИИ0Й ОТвШВЕИВОСТЬЮ ООО"ИИФОРСВРОЕКГ I ТЕЛ/ФМС {US)W»U

ЮШШЮЙ MWC.NS1U М0СК8Л. ШЕВЙИШШ И JDM10 CIBI I ir vlxC WWW [HF ORCtPEOIECT RD

ПОЧЮВЫЙ АДРЕС Ш2ВО МОСКВА. И ЯШДОЦЯ СЛОБОДА ДОМ 1! II ^ I IV^^Li E Hill тайвтЬгссртрй m

................................................................P R О J E С T

Справка

о внедрении результатов диссертационной работы Мишиной Александры Васильевны «Влияние возраста высокопрочного сталефибробетона на его физико-механические и

реологические свойства».

Результаты диссертационной работы Мишиной A.B. на тему «Влияние возраста высокопрочного сталефибробетона на его физико-механические и реологические свойства» были использованы нашей организацией при выполнении расчетов башни высотного комплекса «Лахта - Центр» в г. Санкт-Петербург.

Зам. главного констру кандидат технических

Шахворостов А.И.