Вся бібліотека >>>

Зміст книги >>>

 

Будівництво та ремонт

 Високоміцний бетон


Побут. Господарство. Техніка

 

2. ДІАГРАМА СТАНІВ БЕТОНУ І ПАРАМЕТРИЧНІ ТОЧКИ

 

 

Розглянуті особливості деформування бетону викликані утворенням і розвитком мікроруйнувань [71. Дослідження [159, 189, 10, 156, 53, 55, 113, 194, 125] дозволили виявити деякі закономірності цих процесів. Можна вважати встановленим, що мікроруйнування, що переходять потім в макроразрушения, визначають міцність бетону при різноманітних видах навантаження (одноразове статичне та динамічне навантаження, багаторазово повторювана навантаження, тривало діюче навантаження) і особливо-на деформування тих стадіях навантаження, коли ці процеси починають розвиватися [29, 17, 3].

Неоднорідність структури цементного каменю і наявність водних плівок створюють зони ослаблених зв'язків, з яких в подальшому починається розпушення і руйнування структури бетону. Початкові порушення структури можуть і не розвиватися під дією напруг стиснення. Однак утворення нових вогнищевих руйнувань може призводити до появи мікротріщин, розвинених поверхонь руйнування і макроразрушений. Видається необхідним запровадити узагальнені параметри, що характеризують ці вкрай складні явища.

Для характеристики відбуваються в структурі бетону змін діаграми стиску (розтягу) бетону слід зіставити з діаграмою станів бетону. Діаграма станів може бути виражена кривий зміни часу проходження ультразвукових коливань в бетоні.

Як відомо з теорії ультразвуку, швидкість поширення ультразвукових коливань залежить від величини модуля пружності матеріалу, але ще більшою мірою вона чутлива до самим незначним порушень структури матеріалу. Діаграма станів [15, 29] представляється в вигляді кривої зміни часу проходження ультразвукового імпульсу через зразок у напрямку, нормальному до осі зразка, вздовж якої прикладається навантаження (див. рис. 7, б). Мікроскопічними спостереженнями фіксується розвиток мікроруйнувань вздовж зусилля стиснення.

Ультразвукові коливання у поздовжньому напрямку поширюються з меншими перешкодами. Уповільнення поширення ультразвуку свідчить про погіршення акустичних контактів і країн порушення структури.

Як випливає з діаграми станів, у початковій стадії навантаження відбувається розущільнення, мабуть, найменш стійких структур. Кордоні RQT на діаграмі станів відповідає найменший час проходження ультразвуку через зразок. На діаграмі наочно видно процеси ущільнення матеріалу (про це свідчить зменшення часу проходження імпульсу), розущільнення, розвитку мікроруйнувань (вище межі #?) і подальшого інтенсивного розвитку мікроруйнувань структури (після перетину кривої^з віссю ординат). Перетин кривої з віссю ординат R т відображає істотні зміни напруженого і деформованого станів матеріалу під навантаженням. Може бути виділена

межа RvTy коли мікроруйнування починають превалювати над процесами ущільнення.

Аналіз об'ємного деформування бетону при стисненні (основному вигляді опору матеріалу в конструкціях) і зміни величин модуля деформацій і диференціального коефіцієнта поперечної деформації з навантаженням показує, що по діаграмі станів бетону можна судити про зміни зазначених характеристик деформування. Можна намітити, по крайней щонайменше, чотири області, колективні параметричними точками.



Більш докладно про особливості обчислення коефіцієнта поперечної деформації бетону при навантаженні, оскільки це пов'язано з оцінкою особливостей протікають деформацій, зазначено в [17]. Для другої області характерно майже постійне значення коефіцієнта поперечної деформації і модуля пружності, близького до змінюється модуля деформацій. На цій стадії зразок ущільнюється і відповідно зменшується в обсязі. Приріст обсягу зразка АТ = Aet - 2Де2 залишається майже постійним до кордону /??. Ця перша параметрична точка процесу деформування розглядається як межа мікроруйнувань [15]. На даному рівні напруг починається процес мікроруйнувань, який супроводжується розущільненням і розпушення матеріалу.

При напругах вище межі /?? диференціальний коефіцієнт поперечної деформації починає інтенсивно збільшуватися. Величина А8 також відповідно зменшується або цьому передує стрибок, що позначається і на кривій об'ємної деформації (див. рис. 7). До моменту

появи другої параметричної точки R* величина диференціального коефіцієнта поперечної деформації Av досягає 0,5, що означає рівність величин об'ємних деформацій стиску і розширення матеріалу. На кривій

сумарного зміни обсягу величиною R^ відповідає найбільше зменшення зовнішнього об'єму зразка, А 6 = 0. При цих рівнях напруг мікротріщини в цементному камені бетону вдається фіксувати в світлові мікроскопи [7, 125]. Мікроруйнування структури перетворюються в

мікротріщини в інтервалі від R? до R%. Друга параметрична точка R* не відповідає плинності в металі - це умовна верхня межа мікротріщин. Процес монотонно розвивається до цього рівня напруг і вище нього. Однак при більш високих напругах процес руйнування структури матеріалу прогресує дуже інтенсивно, і величина диференціального коефіцієнта поперечної деформації починає стрімко збільшуватися (див. рис. 7, в).

Таким чином, криві зміни обсягу Е, його приростів Д6 і коефіцієнта Av під дією зовнішнього навантаження відображають характер зміни стану структури бетону.

Микроразрушение структури бетону під навантаженням не являє собою процес розкриття мікротріщин, спочатку утворилися в структурі бетону під час твердіння бетонної суміші. Діаграма станів характеризує процеси ущільнення і розущільнення зародження ^икроразрушений складної неоднорідної структури бетону і розвиток їх під дією зусиль. У деяких роботах [156] передбачалося, що микроразрушение бетону - це процес розкриття мікротріщин, що утворилися на поверхні крупного заповнювача, так як міцність зчеплення цементного каменю з поверхнею заповнювача виявилася низькою, оскільки практично відсутнє зчеплення на ділянках мікротріщин, що утворилися при твердінні бетону. З більш пізніх американських^робіт [125, 194] можна зробити висновок, що мікротріщини на поверхні цементного каменю з заповнювачем розвиваються за зниженої міцності зчеплення гравияv і деяких інших великих заповнювачів. При надійному зчепленні микроразрушение починається в процесі навантаження [39, 125]. На рис. 8 наведено величина коефіцієнта поперечної деформації v (обчислений за повним величин деформації) і величина об'ємної деформації роботи [1941. З рис. 8 видно, що якщо в якості заповнювача бетону використовуються матеріали хорошої якості і якщо зчеплення зерен заповнювача з цементним каменем досить висока, то за величиною коефіцієнта поперечної деформації і спостерігалася на шліфах протяжності сумарної довжини мікротріщин (рис. 9) можна зробити висновок, що порушення структури розкриття мікротріщин істотно змінюється, починаючи

з кордону R*. До рівня R? з набагато меншою інтенсивністю (див. рис. 9) можуть розвиватися тріщини на поверхні контакту заповнювача і цементного каменю. У зв'язку з цим відзначається відносне зниження рівнів параметричних точок зі збільшенням кількості піску й щебеню в бетонній суміші [194]. Чим крупніше заповнювач і чим менше міцність зчеплення, тим нижче відносний рівень обох параметричних точок, більше приріст обсягу і коефіцієнт поперечної деформації. На рівні R% різко збільшуються безперервні по довжині мікротріщини з нахилом до напрямку дії навантаження.

Спостережувані закономірності зміни обсягу бетону при навантаженні відзначаються також у дослідженнях гірських порід [83]. Оскільки міцність гірських порід і відповідно зерен крупного заповнювача більше, процес мікроруйнувань останніх в умовах напруженого стану бетону розвивається пізніше. Однак якщо міцність крупного заповнювача близька до міцності цементного каменю (наприклад, в бетонах на заповнювачі з вапняку і на легких заповнювачах), то руйнування зерен крупного заповнювача супроводжується руйнуванням цементного каменю. Процес руйнування бетону слід розглядати як процес розвитку мікротріщин, які поділяють раніше монолітне переріз бетону на призми неправильної форми. Останні починають руйнуватися внаслідок втрати стійкості, руйнування від одночасного згинання, стискання і зрізу під дією дотичних напружень, що діють у перерізі [17].

До аналогічного висновку про характер руйнування приходить Т. Хансен [125]. Однак він зазначає, що руйнування бетонних призм відбувається тільки від розвитку однієї тріщини або іноді двох, розповсюджуються в напрямку дії навантаження стиснення. Такий результат був отриманий на зразках з дрібним заповнювачем (розміри поперечного перерізу 7,5x7,5 см2). В зразках малих розмірів дійсно спостерігається руйнування від проростання однієї або двох вертикальних тріщин, які розколюють зразок [8].

Залежність параметричних рівнів R® R від різних факторів недостатньо досліджена, хоча виявлено [13] вплив впливу деяких характеристик бетонної суміші і затверділого бетону (поданих в. І. Ситий-ніка, основний вплив має склад бетону, а не його міцність). За рахунок змін складу бетону виявляється залежність параметричних рівнів від міцності бетону в межах 100-1000 кПсм2, хоча не завжди різко виражена у зв'язку з впливом додаткових чинників. Для бетону на важких заповнювачах в досить зрілому віці (більше 28 діб) е

Підвищення розглянутих рівнів кордонів із зростанням міцності для центрифугированного бетону спостерігалося в дослідах Н. П. Бурмістрова.

Застосування більш однорідної суміші без великих заповнювачів (наприклад, у вигляді піщаного бетону) призводить до систематичного підвищення меж параметричних точок. Збільшення кількості крупного заповнювача знижує відносний рівень кордону [194].

За даними [39], для легких бетонів на заповнювачах з аглопориту ця залежність також дозволяє виявити систематичне підвищення рівня параметричних точок. Це пояснюється кращим зчепленням цементного каменю і розчинової частини бетону з пористим заповнювачем. Для аглопоритобетона на пористому піску цей рівень ще вищий. Накладення будь-якого додаткового поля напруг, наприклад від обмеженої усадки, особливо при великій концентрації арматури, призводить до зниження рівня R°, що зафіксовано експериментами [68, 13].

Рівні R? і R*, що характеризують певні зміни в структурі бетону, обумовлені фізико-хімічними процесами, що протікають в бетоні. Ці явища повинні досліджуватися у відповідності з принципами фізико-хімічної механіки [74]. Зокрема, протікають в цементному камені в[часу процеси гідратації цементних зерен відображаються на розглянутих кордонах. Як показують спостереження [16], рівень обох меж підвищується з часом у бетону в навантаженому і ненагру-женном стані. Навіть у міцністю бетонів до 1000 кГ/см*, в яких зростання міцності в часі незначний, відповідно підвищуються і параметри, що характеризують процеси розпушення і порушення структури.

Зміна швидкості підйому навантаження відображається на спостережуваних явищах, оскільки процес розвитку мікроруйнувань залежить від часу. Тротт і Фокс встановили, що зі збільшенням швидкості підйому навантаження рівень кордону появи мікротріщин підвищується. В експериментах Ша і Чандра [194] швидкість підйому навантаження була високою, так як зразка до випробування руйнування тривало менше 5 хв. Це могло вплинути на рівень обох параметричних точок.

Говорячи про рівні обох параметричних точок, необхідно відзначити ту обставину, що при випробуванні бетонів в ранньому віці ( особливо з використанням високоактивних цементів) спостерігаються інші закономірності, зокрема зниження параметра R? зі збільшенням міцності бетону або його стабілізація.

    

 «Високоміцний бетон» Наступна сторінка >>>

 

Дивіться також: Бетон і будівельні розчини Вихідні матеріали 1.1. Мінеральні в'яжучі речовини 1.2. Заповнювачі 1.3. Вода 1.4. Визначення необхідної кількості матеріалів Будівельні розчини 2.1. Властивості будівельних розчинів 2.2. Види будівельних розчинів 2.3. Приготування будівельних розчинів 2.4. Склади Бетони 3.1. Види бетону 3.2. Властивості бетону 3.3. Приготування бетонного розчину 3.4. Склади 3.5. Шлакобетон 3.6. Опілкобетон