Profilpipe.ru

Профиль Пипл
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Деформативные свойства цементного камня

11. Деформативные свойства бетона (усадка, набухание, температурные деформации, упругость, пластичность, ползучесть) Предельная деформативность бетона при сжатии и растяжении.

Бетон под нагрузкой ведет себя не как идеально упругое тело (например, стекло), а как упруго-вязко-пластичное тело. При небольших напряжениях (не более 0,2 от предела прочности) бетон деформируется как упругий материал. При этом его начальный модуль упругости зависит от пористости и прочности и составляет для тяжелых бетонов (2,2. 3,5) • 104 МПа (у высокопористых ячеистых бетонов модуль упругости — около 1-10 МПа).

При больших напряжениях начинает проявляться пластическая (остаточная) деформация, развивающаяся в результате роста микротрещин и пластических деформаций гелевой составляющей цементного камня.

Усадка бетона. При твердении на воздухе происходит усадка бетона — сокращение линейных размеров до 0,3. 0,5 мм на 1 м длины. Большие усадочные деформации — одна из причин образования трещин в бетоне. Особенно значительна усадка в начальный период твердения: в первые сутки она достигает 70 % от месячного значения.

Усадка бетона вызвана усадкой цементного камня; сжатия цементного камня капиллярным давлением, возникающим при испарении воды из бетона; уменьшения объема геля при его обезвоживании.

Усадка бетона увеличивается при повышении содержания цемента и воды, применении высокоалюминатных цементов, мелкозернистых и пористых заполнителей.

Ползучестью называют явление увеличения деформаций бетона во времени при действии постоянной статической нагрузки. Таким образом, ползучесть зависит от вида цемента и заполнителей, состава бетона, его возраста, условий твердения и влажности. Меньшая ползучесть наблюдается при применении высокомарочных цементов и плотного заполнителя-щебня из изверженных горных пород. Пористый заполнитель усиливает ползучесть. С увеличением В/Ц ползучесть бетона при прочих равных условиях возрастает так как цементный гель становится менее вязким, а бетон — более пористым. При одинаковом В/Ц большая ползучесть наблюдается у бетона с более высоким содержанием цемента.

Температурные деформации бетона характеризуются температурным коэффициентом линейного расширения, который близок к коэффициенту расширения стали, что способствует совместной работе этих материалов в железобетонных конструкциях.

12. Легкие бетоны на пористых заполнителях («плотные», поризованные, крупнопористые). Виды природных и искусственных заполнителей. Особенности свойств легких бетонов в области их применения.

Легкие бетоны относят к наиболее распространенным материалам для изготовления несущих, ограждающих и теплоизоляционных конструкций.

Марки легких бетонов на пористых заполнителях по средней плотности — D800. D2000, классы по прочности на сжатие — от В2,5 до В40.

Прочность легкого бетона R зависит от марки цемента, цементного отношения, прочности пористого заполнителя и может быть определена по формуле: R=А Rц (Ц/В — b)

Теплопроводность легких бетонов зависит в основном от плотности и влажности. Увеличение объемной влажности легкого бетона на 1% повышает теплопроводность на 0,016-0,035 Вт/(м°С).

По морозостойкости легкие бетоны делят на марки: F25. F500;

По водонепроницаемости W0,2. W2,5. Для наружных стен морозостойкостью не менее 15-25 циклов.

Легкобетонные смеси отличаются от обычных более низкой удобоукладываемостью как при недостатке, так и избытке воды затворения. Если расход воды меньше оптимального, то пластичность цементного теста недостаточна для сближения составляющих смеси и образования плотной (слитной) структуры. Избыток воды вызывает расслоение бетонной смеси и, как следствие, неоднородность свойств бетона в разных зонах бетонируемой конструкции. Так, для обеспечения удобоперекачиваемости смесей приходится предварительно насыщать пористый заполнитель водой.

Из такого бетона получают и более легкие конструкции. Теплопроводность легкого бетона гораздо ниже, чем тяжелого.

Легкие бетоны на пористых заполнителях приготовляют, используя минеральные вяжущие вещества, воду, добавки, крупные и мелкие заполнители — природные и искусственные пористые. Неорганические пористые заполнители отличаются большим разнообразием, их разделяют на природные и искусственные.

Природные пористые заполнители получают путем частичного дробления и рассева или только рассева горных пород (пемзы, вулканически туфа, известняка-ракушечника и др.).

Искусственные пористые заполнители являются продуктами термической обработки минерального сырья и разделяются на специально изготовленные и побочные продукты промышленности (топливные шлаки и золы, отвалы металлургические шлаки и др.). Топливные отходы (топливные шлаки и золы) образуются в качестве побочного продукта при сжигании антрацита, каменного угля, бурого угля и других видов твердого топлива. На основе золы выпускают зольный гравий.

Керамзитовый гравий получают путем обжига гранул, приготовленных из вспучивающихся глин. Это легкий и прочный заполнитель насыпной плотностью 250-800 кг/м 3 . В изломе гранула керамзита имеет структуру застывшей пены. Спекшаяся оболочка, покрывающая гранулу, придает ей высокую прочность. Керамзит, обладающий высокой прочностью и легкостью, является основным видом пористого заполнителя.Керамзитовый песок (зерна до 5 мм) получают при производстве; керамзитового гравия

Крупнопористый легкий бетон готовится из крупного заполнителя — гравия или щебня (плотного или пористого), цемента и воды без добавления мелкого заполнителя — песка. Это обусловливает его крупнопористое строение, поскольку цементное тесто лишь частично заполняет межзерновую пустоту. Использование крупнопористых бетонов недопустимо в районах с сильными ветрами и морозами, так как они легко продуваемы; кроме того, при сильных морозах крупные норы заполняются изморозью, что резко ухудшает теплоизоляционные свойства. Стены из крупнопористого бетона должны оштукатуриваться.

Читать еще:  Расход цемента песка при стяжке

Поризованные бетоны готовятся из смеси вяжущего, крупных заполнителей, поризующей добавки и воды. Иногда в состав смеси добавляют мелкий заполнитель, причем столько, чтобы межзерновая пустота крупного заполнителя заполнялась не полностью. Поризация растворной составляющей производится для уменьшения плотности бетона, повышения связанности и удобо-укладываемости смеси. В результате поризации цементного камня или растворной части получается легкий бетон с хорошей структурой, когда вся межзерновая пустота заполнена поризован-ным цементным камнем или раствором. Требуемое количество поризованного цементного теста немного больше объема межзерновых пустот.

Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

Деформативные свойства бетона

Бетон ведет себя как упругое тело (линия 1 на рис. 1.2) только при небольших напряжениях и «мгновенном» (т. е. очень быстром) нагружении. Однако практически при испытании бетона нагрузку обычно прикладывают ступенями (этапами). Если после каждого этапа приращения нагрузки выдерживать бетонный образец еще некоторое время при неизменном напряжении, то диаграмма a — в («напряжение — деформация») будет иметь ступенчатый вид (линия 2 на рис. 1.2). При этом наклонные участки диаграммы соответствуют мгновенным (упругим) деформациям бетонного образца, а горизонтальные участки вызываются характерным свойством бетона — ползучестью. Ползучесть выражается в нарастании деформаций бетона во времени при постоянной нагрузке.

Упругие свойства бетона при сжатии и растяжении характеризуются начальным модулем упругости бетона, соответствующим упругим деформациям при мгновенном нагружении. Модуль упругости может быть интерпретирован как тангенс угла наклона линии в начале координат. Модуль упругопластичности бетона соответствует уже не упругим, а полным деформациям и интерпретируется как тангенс угла наклона секущей к кривой в точке с заданным напряжением.

При увеличении количества ступеней нагрузки или при непрерывном нагружении зависимость превращается в плавную кривую 3 (см. рис. 1.2). Полная деформация бетона, соответствующая этой кривой, складывается из упругой деформации и деформации ползучести. При более высоких напряжениях в бетоне, приближающихся к пределу прочности, усиливается процесс развития трещин в структуре бетона (см. рис. 1.1). За счет этого процесс деформирования становится не полностью упругим даже при мгновенном нагружении; наклонные участки диаграммы искривляются, и появляются деформации, связанные с трещинообразованием в структуре бетона:

Если бетонный образец нагружен до определенной величины напряжений, после чего нагрузка зафиксирована на длительное время, деформация ползучести непрерывно будет нарастать, но с постепенно затухающей скоростью. В итоге деформация ползучести может в 3. 4 раза превышать упругую деформацию. Деформация ползучести, в свою очередь, состоит из двух компонент: а) линейной, когда деформации ползучести прямо пропорциональны действующим напряжениям (эта компонента связана с особыми свойствами цементного геля); б) нелинейной, связанной в основном с развитием трещин в структуре бетона (деформации, соответствующие нелинейной компоненте, становятся заметными лишь при относительно высоких напряжениях — более 0,5 Rb).

Так называемое многократно-повторное нагружение бетона при напряжениях, не превышающих предела выносливости (см. выше), приводит к постепенному накапливанию неупругих деформаций (явление виброползучести). Вместе с тем после достаточно большого числа циклов эти неупругие деформации как бы «выбираются» и бетон становится практически упругим. Если же напряжения превышают предел выносливости, то после некоторого числа циклов деформации виброползучести начинают интенсивно расти, что свидетельствует о приближающемся разрушении бетона.

Ползучесть бетона проявляется в условиях длительного действия некоторых фиксированных напряжений при условии, что образец материала может свободно деформироваться. Если же, создав в бетоне определенные напряжения, зафиксировать затем деформацию бетона, то характерное для бетона свойство ползучести выразится в снижении созданных в нем напряжений. Это явление падения (с течением времени) напряжений в материале при фиксированной его деформации называют релаксацией. Как и ползучесть, релаксация развивается непрерывно, но с постепенно затухающей скоростью.

Для бетона характерно также свойство уменьшаться в объеме при твердении в воздушной среде. Это свойство называется усадкой, а противоположное свойство — увеличиваться в объеме при твердении в воде набуханием. Бетоны, изготовленные на некоторых специальных цементах (безусадочных), не имеют усадки. Процесс усадки бетона связан с физико-химическими особенностями процесса гидратации цементного камня. Он проходит наиболее интенсивно в начальный период твердения бетона, затем постепенно замедляется. Неравномерное высыхание бетона вызывает неравномерную усадку (причем поверхностные слои испытывают большую усадку), появление усадочных напряжений и усадочных трещин в поверхностных слоях. Однако даже при обеспечении равномерной по толщине усадки, появляются усадочные напряжения на поверхности зерен заполнителя, препятствующие свободной усадке цементного камня; возникают так называемые контактные трещины, т. е. трещины между цементным камнем и зернами заполнителя. Усадочные напряжения учитываются конструктивными требованиями по армированию железобетонных элементов и системой расчетных коэффициентов.

С целью уменьшения усадочных напряжении применяют меры как технологические (подбор состава, увлажнение поверхности бетона и др.), так и конструктивные (устройство деформационных швов при большой протяженности конструкций).

Упругость и деформативность литых бетонов с добавками ПФМ

Для литых непластифицированных бетонов характерны более низкие, чем для бетонов из умеренно-подвижных смесей, значения модуля упругости, большие значения коэффициента Пуассона, растяжимости, ползучести и усадки при твердении [32]. В формировании деформативности бетона, как известно, важную роль играет характеристика цементного камня [10, 14, 63]. Модуль упругости цементного камня в бетоне зависит в основном от его пористости, которая, как показано ранее, определяется (В/Ц)и и степенью гидратации α. В [50] показано, что модуль упругости цементного камня Ен связан с пористостью vп выражением

Читать еще:  Пропорции керамзита песка цемента для стяжки пола

где Ек.о — модуль упругости гелево-кристаллической фазы цементного камня. При высоком водосодержании и В/Ц=const пористость цементного камня в бетоне возрастает, что должно вызвать соответствующее уменьшение модуля упругости.

Модуль упругости бетона Еб можно рассчитать с помощью теоретического выражения, полученного при рассмотрении бетона как двухфазной системы со сферическими частицами, равномерно распределенными в цементном камне [6]:

где Ез — модуль упругости заполнителя; vк — объемное содержание цементного камня в бетоне.

Анализ (4.39) показывает, что с увеличением и снижением vк, что характерно для литых бетонов, модуль упругости должен уменьшаться. Аналогичный вывод можно получить и при рассмотрении бетона как системы, состоящей из цементного раствора и крупного заполнителя.

Для прогнозирования широкое распространение получили эмпирические формулы, связывающие модуль упругости и прочность бетона в определенном возрасте. В частности, для литых непластифицированных бетонов применяют формулу Уокера [32]

где А — коэффициент (при ОК-20. 26 см А=17500, при ОК=2. 4 см А=19500, при ОА=8. 10 см А=18700).

Формула Уокера является частным случаем формулы более общего вида [10]

где Еτ — модуль упругости бетона при загружении его в произвольном возрасте; Rб — прочность бетона в том же возрасте; с и γ — некоторые эмпирические константы.

Следует отметить, что формулы (4.40), (4.41) не учитывают изменения структуры бетона при введении добавок ПАВ.

В этом отношении более предпочтительны формулы (4.38), (4.39), применение которых для прогноза, однако, затруднительно и требует знания численных значений Ез и Ек.

Имеется ряд исследований [56], показавших, что введение ПАВ снижает модули деформации и упругости бетона. Так, по данным Ленинградского филиала ДорНИИ [56], модуль деформации бетона с добавками ССБ и СНВ при напряжении 50% прочности снижается на 30. 40%.

В опытах ВНИИГ [58] модуль деформации бетона с добавкой 0,2% ССБ оказался па 16% ниже, чем в бетонах без добавок. Исследования ЦНИИС показали, что введение 0,2% ССБ изменяло при одинаковом В/Ц модуль упругости на 12. 24%, а при сопоставлении бетонов равной подвижности разница была еще значительнее. Снижение модуля упругости с добавками по А. В. Саталкину [56] объясняется в основном тем, что при введении ПАВ за счет модифицирования структуры цементного камня в гидратированных оболочках зерен образуется большее количество структурных элементов, а следовательно, увеличивается поверхность скольжения частиц. Характер и количественное влияние ПАВ на деформативные свойства бетона сильно зависят от вида и минералогического состава цемента, свойств добавок. Наряду с данными о некотором снижении модуля упругости бетонов при введении добавок ПАВ имеются и обратные данные.

Для определения модуля упругости и коэффициента Пуассона литых бетонов с добавками ПФМ испытывали образцы-призмы размером 10X10X40 мм. Деформации измеряли с помощью тензодатчнков с точностью 0,7·10 -5 .

Нагружение призм производили в возрасте 28 сут в специальных пружинных установках (см. рис. 1.2), протарированных образцовыми динамометрами. Образцы нагружали ступенями по 0,05 /?пр с выдержкой 1. 2 мин до уровня 0,5Rпр. Графики продольных и поперечных относительных деформации в зависимости от нагрузки для бетонов различных составов с добавками ПФМ представлены на рис. 30, 31. Значения модуля упругости Е и коэффициента Пуассона μ вычисляли по формулам

где Р — нагрузка на образец, Н; F — площадь поперечного сечения образца, м 2 ; εпр и εпоп — продольные и поперечные относительные деформации.

Значения призменной прочности, статического модуля упругости к коэффициента Пуассона приведены в табл. 21, 22 (здесь и в последующих таблицах данные приведены для бетонов на среднеалюминатном цементе).

Данные табл. 21 показывают, что значения модуля упругости и коэффициента Пуассона литых бетонов как без добавок, так и с добавками ПФМ в возрасте 28 сут близки при В/Ц=const и в целом хорошо согласуются с прочностью бетона.

Анализируя полученные результаты, можно предположить, что на них повлияли противоположные по вызываемым тенденциям факторы. С одной стороны, введение ПФМ с СП и другими ПАВ, а также электролитами привело к уменьшению пористости цементного камня, с другой — способствовало определенному уменьшению объема цементного камня в бетоне. Кроме того, добавки, вызывая адсорбционное модифицирование цементного камня, должны определенным образом влиять и на модуль упругости гелево-кристаллической фазы цементного камня Ек.о.

Для исключения влияния объема и пористости цементного камня измеряли модуль упругости бетонов с добавками ПФМ как при одинаковом В/Ц, так и при одинаковом водосодержании. Неизменными оставались также вид и соотношение заполнителей в бетонной смеси. Результаты испытаний (табл-. 22) свидетельствуют об уменьшении модуля упругости бетонов с добавками ПФМ на 10. 20%. очевидно, за счет уменьшения Ек.о. Это позволяет считать, что на бетоны с добавками, включающими СП, распространяются общие положения технологии бетона, связывающие влияние особенностей структуры с деформационными характеристиками.

Читать еще:  Плита цементная knauf аквапанель универсальная 1200х900х8 мм

Для характеристики деформативности бетонов предложены различные критерии [18, 58]. Одним из наиболее простых является условная растяжимость εу бетона, определяемая как отношение прочности бетона на растяжение при раскалывании Rр.р к динамическому модулю упругости Един:

Условная растяжимость εу весьма близко совпадает с предельной растяжимостью, найденной непосредственным измерением [58]. Прямые определения предельной растяжимости сопряжены [58] с довольно сложными испытаниями и дают неустойчивые результаты. В [58] для расчета условной растяжимости рекомендуется отношение прочности на растяжение при изгибе к Един. Следует, однако, отметить, что нахождение прочности на растяжение при изгибе более трудоемко и требует изготовления специальных образцов.

Динамический модуль упругости определяли резонансным методом на образцах-призмах с помощью прибора ИЧМК. Как известно, Един отражает только упругие свойства материала без влияния ползучести, так как при колебаниях образца в нем появляются весьма незначительные напряжения. Из табл. 21, 23 видно, что в возрасте 28 сут Е/Един=0,75. 0,85 и повышается с ростом прочности бетона. Условная растяжимость как мера деформативности (табл. 23) для бетонов с добавками ПФМ заметно выше, чем без добавок. По мере увеличения возраста бетонов это различие нивелируется.

Обзор статьи

Главное меню

  • О журнале
    • График выхода журнала
    • Редакционный совет и редколлегия журнала
    • Учредитель
    • Цели и задачи
    • Этические аспекты и правовые основы
    • Порядок рецензирования статей
  • Авторам
  • Подписка
  • Архив
  • Контакты

Экспериментальные исследования деформативных свойств сталефибробетона повышенных классов

Страницы:

Аннотация:

Список цитируемой литературы:

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

Свиридов Н. В., Коваленко М. Г., Чесноков В. М. Механические свойства особо прочного цементного камня // Бетон и железобетон. 1991. № 2. С. 7-9

Черноусов Н. Н., Черноусов Р. Н. Изгибаемые сталефиброшлакобетонные элементы // Бетон и железобетон. 2010. № 4. С. 7-11

Карпенко Н. И., Травуш В. И., Каприелов С. С., Мишина А. В., Андрианов А. А., Безгодов И. М. Исследование физико-механических и реологических свойств высокопрочного сталефибробетона // Academia. Архитектура и строительство. 2013. № 1. С. 106-113

Мишина А. В., Чилин И. А., Андрианов А. А. Физико-технические свойства сверхвысокопрочного сталефибробетона // Вестник МГСУ. 2011. Т. 2. № 3. С. 159-165

Морозов В. И., Хегай А. О. Исследования фиброжелезобетонных колон с высокопрочной арматурой // Вестник гражданских инженеров. 2011. № 3 (28). С. 34-36

Опбул Э. К. Эффективное использование высокопрочной арматуры в изгибаемых элементах без предварительного напряжения: дис. … канд. техн. наук. СПб., 2005. 152 с

Bentur A., Mindess S. Fibre Reinforced Cementitious Composites. 2nd edition. Abingdon, UK: Taylor & Francis, 2007. 601 p

Ледовской И. В., Русаков Т. С. Метод определения упругих характеристик неоднородных сред // Вестник гражданских инженеров. 2012. № 6 (35). С. 39-46

Пухаренко Ю. В. Научные и практические основы формирования структуры и свойств фибробетонов: дис. … д-ра техн. наук. СПб., 2004. 315 с

Lequesne R. D. Behavior and Design of High-Performance Fiber-Reinforced Concrete Coupling Beams and Coupled-Wall Systems: PhD Thesis. Ann Arbor, MI: University of Michigan, 2011. 277 p

Смирнов Д. А. Упругость и ползучесть сталефибробетона: дис. … канд. техн. наук. СПб., 2011. 106 с

Хегай А. О., Кирилин Н. М., Хегай Е. О. Экспериментальные исследования прочностных свойств сталефибробетона повышенных классов // Вестник гражданских инженеров. 2019. № 1 (72). С. 56-60

Капустин Д. Е. Прочностные и деформационные характеристики несъемной сталефибробетонной опалубки как несущего элемента железобетонных конструкций: дис. . канд. техн. наук. М., 2015. 211 с

Хегай А. О. Внецентренно сжатые элементы из фибробетона, армированные высокопрочной арматурой: дис. . канд. техн. наук. СПб., 2011. 163 с

Хвастунов В. Л., Хвастунов А. В., Пауск В. В. Прочностные и деформационные характеристики высокопрочных бетонов и фибробетонов с низким удельным расходом цемента на единицу прочности // Региональная архитектура и строительство. 2014. № 4. С. 15-23

Бахотский И. В. Прочность фиброжелезобетонных конструкций в условиях кручения с изгибом: дис. … канд. техн. наук. СПб., 2013. 112 с

Солодовников А. С. Численное моделирование деформирования физически нелинейного композита с короткими волокнами: автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук. М., 2017. 22 с

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector