CC BY
39УДК 666.972.55
Е.С. ГЛАГОЛЕВ, канд. техн. наук, Р.В. ЛЕСОВИК, д-р техн. наук, С.В. КЛЮЕВ, канд. техн. наук, В.А. БОГУСЕВИЧ, инженер
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова (308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46)
Деформативные свойства мелкозернистого бетона
Рассмотрены вопросы определения деформативных свойств мелкозернистого бетона. Экспериментально определены деформации усадки и ползучести. Объектом исследования был высокопрочный мелкозернистый бетон на вяжущем низкой водопотребности (ВНВ-80) с использованием высокоплотной упаковки заполнителя. Показано, что изменение деформации ползучести и усадки в зависимости от состава компонентов мелкозернистого бетона через 180 сут испытаний существенно отличается в зависимости от состава бетонов. Высокопрочный мелкозернистый бетон, полученный путем оптимизации бетонной смеси за счет использования композиционного вяжущего и высокоплотной упаковкой заполнителя из отсева дробления кварцитопесчаника, обогащенного кварцевым песком, сопровождается уменьшением деформации ползучести по сравнению с традиционным мелкозернистым бетоном без плотной упаковки заполнителя на 43,5%, приближается к значению бетона на крупном заполнителе и составляет 38,46х10"5.
Ключевые слова: высокопрочный бетон, усадка, ползучесть.
E.S. GLAGOLEV, Candidate of Technical Sciences, R.V. LESOVIK, Doctor of Technical Sciences, S.V. KLYUEV, Candidate of Technical Science, V.A. BOGUSEVICH, Enginer
The V.G. Shukhov Belgorod State Technological University (46 Kostyukova str., Belgorod, 308012, Russian Federation)
Deformation Properties of Fine-Grained Concrete
Issues of determining deformation properties of fine concrete are considered. Creep and shrinkage deformations are experimentally defined. The object of the study is high-strength fine concrete with a binder of low water requirement (VNV-80) with the use of high-density packing of a filler. It is shown that the change in creep and shrinkage deformations depending on the composition of components of fine concrete after 180 days of testing considerably differs depending on compositions of concrete. High-strength fine concrete produced by means of optimization of a concrete mix due to the use of a composite binder and high-density packing of a filler from dust of quartz sandstone crushing enriched with quartz sand is accompanied by reducing the creep deformation comparing with traditional fine-grained concrete without dense packing of the filler by 43.5% and approaches the value of concrete with large-size filler and equals to 38.46X10-5. Keywords: high-strength concrete, shrinkage, creep.
От свойств цементного камня проявлять усадочные деформации в значительной степени зависит ряд важных характеристик бетона — микропористость и стойкость в различных средах, прочность (особенно при растяжении и изгибе), сопротивляемость образованию трещин и др. В статически неопределимых конструкциях усадка оказывается причиной развития в них значительных усилий еще до их нагружения, а в элементах статически определимых конструкций приводит к возникновению собственных напряжений. В результате этого могут образоваться трещины в местах соединения элементов конструкций или в теле бетона. От усадочных деформаций в сильной мере зависит и эффективность искусственного создания начальных напряжений в бетонных и железобетонных конструкциях (С.В. Александровский, П.И. Васильев. Ползучесть и усадка бетона и железобетонных конструкций. М.: Стройиздат, 1976. 165 с.).
Цель эксперимента заключалась в сравнении физико-механических свойств, и прежде всего деформаций ползучести, высокопрочных бетонов на крупном заполнителе и высокопрочных мелкозернистых бетонов одинакового класса по прочности на сжатие.
Образцы каждой серии подвергались длительной нагрузке на деформацию ползучести в возрасте 28 сут. После выдержки под постоянной нагрузкой в течение
Таблица 1
шести месяцев они полностью разгружались, и в течение трех месяцев велось наблюдение за обратными деформациями ползучести.
При этом испытывались образцы всех четырех серий при сжатии на простую ползучесть, загруженных до относительного уровня напряжений 0,3+0,005 Rbm, где Rbm — среднее значение призменной прочности на образцах 10x10x40 см.
Для эксперимента по изучению ползучести и усадки бетона использовались призмы 7x7x28 см. Призмы с размерами, отличными от базовых, использовались для уменьшения трудоемкости эксперимента, так как нагру-жение высокопрочного бетона требует большого количества грузов, которые перекладываются и устанавливаются вручную. При этом значения деформаций усадки и ползучести умножались на переходные коэффициенты: К! = 0,9 — для усадки; К2 = 0,83 — для ползучести.
Изготовление и хранение образцов осуществлялось в соответствии с требованиями ГОСТ 10180—90 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам». В качестве заполнителя использовался песок Таволжанского месторождения и отсев дробления кварцитопесчаника (КВП). Физико-механические характеристики заполнителя представлены в табл. 1.
Образцы, предназначенные для установки на ползучесть в возрасте 28 сут, подвергались гидроизоляции двумя слоями парафина. Это было необходимо для как можно более полного исключения влияния неаддитивности усадки на ползучесть. Состав бетонов представлен в табл. 2.
Композиционное вяжущее ВНВ-80 получали путем совместного помола до удельной поверхности 500 м2/кг портландцемента с пластифицирующей добавкой СП-1 в оптимальной дозировке и отсева дробления кварцито-песчаника [1, 2].
Для испытаний образцов бетона на сжатие при длительном действии нагрузки применяли специальные
Наименование показателя Отсев дробления КВП ПесокТаволжанского месторождения
Модуль крупности 3,5 1,38
Насыпная плотность, кг/м3 1490 1448
Истинная плотность, кг/м3 2710 2630
Пустотность,% 47,8 44,9
Водопотребность, % 5,5 7
научно-технический и производственный журнал
Материалы и конструкции
Рис. 1. Общий вид установки для определения деформаций ползучести бетона
Таблица 2
№ состава Вяжущее Вид основного заполнителя
Мелкий заполнитель Крупный заполнитель
1 ЦЕМ I 42.5Н Песок таволжанский Гранитный щебень
2 ЦЕМ I 42.5Н Отсев дробления КВП
3 ВНВ 80 Отсев дробления КВП
4 ВНВ 80 Отсев дробления КВП, песоктаволжанский
пресс-рычаги с двойной передачей, дающие выигрыш в силе в пятьдесят раз (рис. 1).
Деформации измеряли индикаторами часового типа МГП-2 точностью 1 мкм, укрепленными попарно на каждом образце при помощи специальных зажимов. Конец передачи нагрузки фиксировали, и в этот момент снимали показания индикаторов. Усредненный первый отсчет практически давал упругую (начальную) деформацию. Далее отсчеты снимали через 15; 30 мин; 1 ч; 3 ч; ежедневно в течение недели, далее один раз в две недели (рис. 2).
Всего имелось двенадцать рычажных установок, что обеспечивало возможность вести наблюдение одновременно за четырьмя разными составами бетонов, по три образца каждый.
Серии образцов нагружали постоянно действующим сжимающим напряжением, составляющим 30% от предела прочности, полученного при кратковременных испытаниях контрольных образцов, т. е. 0,3 ЯЬп1.
Рис. 2. Образец с металлическими оголовком и шариком для безмо-ментной передачи нагрузки, подготовленный к испытаниям
Одновременно с определением деформаций ползучести проводили определение деформаций усадки на незагруженных образцах с той же периодичностью и продолжительностью. При этом начальный отсчет деформаций усадки произвели непосредственно после за-гружения образцов для испытания на ползучесть [3—6].
При определении деформаций ползучести интервалы между снятием отчетов решено было уменьшить. Последовательность снятия отчетов стала такой: в момент загружения, далее с интервалами 20, 40, 60, 120 мин, затем в течение суток через несколько часов (в зависимости от скорости приращения деформаций); затем через 3, 7 сут после загружения, последующие полтора месяца — 1 раз в неделю, далее до момента разгрузки 2 раза в неделю. Это было решено сделать, чтобы зафиксировать деформации быстронатекающей ползучести — в течение 2 сут.
Загрузка на обоих этапах происходила ступенями по 0,05 и 0,1 от ЛЬш. При этом сначала образец загружался
Таблица 3
Показатели Ед. изм Вид бетона
Состав 1 Состав 2 Состав 3 Состав 4
Состав бетона:
- вяжущее кг/м3 528 680 680 680
- крупный заполнитель (щебень) кг/м3 1107 - - -
- песок природный кг/м3 560 - - (фр. 0,315-0,14) 332
- отсев дробления КВП кг/м3 - 1360 1360 (фр.10-5) 690 фр.(2,5-1,25) 338
- вода л/м3 200 204 180 187
Предел прочности при сжатии (28 сут) МПа 51,3 54,6 66,4 79,7
Призменная прочность МПа 35,6 38,7 47,8 59,8
Коэффициент призменной прочности - 0,69 0,71 0,72 0,75
Начальный модуль упругости при сжатии и растяжении Еь-10'й МПа 39,6 36 41 47
Деформация ползучести 23,13х10-5 68,1х10-5 50,18х10-5 38,46х10-5
до уровня не более 0,15 от R.bm - для определения его физического центра. Нагрузка на ступень прикладывалась в течение 10—20 с. Продолжительность выдержки на ступени была постоянной и составляла 4 мин. При этом деформации, проявляющиеся за время приложения нагрузки, относили к упругим, а натекающие за время выдержки на ступени — к деформациям быстро-натекающей ползучести.
В ходе работы проведены исследования по изучению влияния вида вяжущего и генетических особенностей
Список литературы
1. Лесовик Р.В. Техногенный песок в дорожном строительстве // Строительные материалы. 2009. № 12. С. 34-35.
2. Лесовик В.С., Алфимова Н.И., Яковлев Е.А., Шейченко М.С. К проблеме повышения эффективности композиционных вяжущих // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2009. № 1. С. 30-33.
3. Клюев А.В., Ракитченко К.С. Техногенные пески КМА как эффективный заполнитель для мелкозернистых фибробетонов. Белгородская область: прошлое, настоящее и будущее: материалы научн.-практ. конф. Белгород: Изд-во БГТУ, 2012. Ч. 1. С. 400-403.
4. Клюев А.В., Лесовик Р.В. Техногенные пески как сырье для производства фибробетона. Инновационные материалы технологии; сборник докладов Международной научно-практической конференции: Белгород, 11-12 октября 2011 г. Белгород: БГТУ, 2011. Ч. 3. С. 283-285.
5. Лесовик В.С. Повышение эффективности производства строительных материалов с учетом генезиса горных пород. М.: АСВ. 2006. 524 с.
6. Урханова Л.А., Ефременко А.С. Бетон повышенной прочности на композиционном вяжущем // Строительные материалы. 2012. № 1. С. 32-34.
основного заполнителя на долговечность и прочностные характеристики цементобетонов, составы которых приведены в табл. 3.
Оптимизация структуры мелкозернистого бетона путем создания высокоплотной упаковки заполнителя из отсева дробления кварцитопесчаника, обогащенного кварцевым песком, и синтеза высокодисперсных новообразований позволила почти в 2,5 раза уменьшить меру ползучести мелкозернистого бетона и существенно повысить предел его прочности при сжатии.
References
1. Lesovik R.V. Technogenic sand in road construction. Stroitelnye materialy [Construction materials]. 2009. No. 12. Pp. 34-35 (in Russian).
2. Lesovik V.S., Alfimova N.I., Jakovlev E.A., Shejchen-ko M.S. To a problem of increase of efficiency of the composite knitting. Vestnik Belgorodskogo gosudartven-nogo tehnologicheskogo universiteta im. V. G. Shuhova. 2009. No. 1. Pp. 30-33 (in Russian).
3. Kljuev A.V., Rakitchenko K.S. The KMA technogenic sand as effective filler for fine-grained фибробетонов. Belgorodskaja oblast'proshloe, nastojashhee i budushhee: materialy nauchn.-prakt. konf. Belgorod: Izd-vo BGTU, 2012. Ch. 1. Pp. 400-403 (in Russian).
4. Kljuev A.V., Lesovik R.V. Technogenic sand as raw materials for production fibrous concrete. Innovacionnye materialy tehnologii; sbornik dokladov Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii: Belgorod, 11-12 oktjabrja 2011 g. Belgorod: BGTU, 2011. Ch. 3. Pp. 283-285 (in Russian).
5. Lesovik V.S. Povysheniejeffektivnostiproizvodstvastroitel'nyh materialov s uchetom genezisa gornyh porod [Increase of production efficiency of construction materials taking into account genesis of rocks]. M.: ASV, 2006. 524 p. (in Russian).
6. Urhanova L.A., Efremenko A.S. Concrete of Improved Strength on the Basis of a Composite Binder. Stroitelnye materialy [Construction materials]. 2012. No. 1. Pp. 32-34. (in Russian).
_ЮШШШЯШ ОПЕШЕШШ
К 100-летию со дня рождения Б.Д. Тринкера
Борис Давыдович Тринкер родился 3 января 1914 г. в Курске. В 1939 г. он с отличием защитил диплом инженера-технолога на кафедре силикатов Московского химико-технологического института им. Д.И. Менделеева и был призван на службу в РККА. Борис Давыдович прошел всю войну. Был награжден орденом Красной Звезды, многими медалями.
Демобилизовавшись в январе 1946 г., Б.Д. Тринкер поступил в НИИ-200 и работал инженером на строительстве морских портов в Находке, Севастополе, Калининграде, Североморске, применяя силикаты как основу бетона. В 1955 г. защитил диссертацию по теме «Влияние поверхностно-активных веществ и электролитов на процессы твердения и морозостойкость бетона», разработав систему проектирования и подбора составов бетона для специального строительства, что открыло перспективу получения особо прочных, долговечных всепогодных силикатных бетонов и возможности круглогодичного монтажа высотных сооружений в СССР, на Кубе, в Ираке, Вьетнаме, Индии, Африке. В результате работы с модифицированными ПАВ в период 1960-1970-х гг. Б.Д. Тринкер смог уменьшить их дозировку с 10-20% до 0,01-0,05%, что позволило расширить области их применения, а также возможности хранения, в том числе в виде порошка. Как оказалось впоследствии, указанная система была названа нанотехнологией, то есть за счет введения в бетонную
смесь микроскопических доз химических веществ меняются свойства бетона.
В научно-исследовательском и проектном институте ВНИПИ Теплопроект Б.Д. Тринкер работал со дня основания в 1954 г., сначала заведующим сектором, затем заведующим центральной лабораторией высотных и специальных сооружений и конструкций.
Разработанный им способ нагнетания модифицированных силикатов в трещины и разломы бетонных конструкций успешно применялся при ремонте и восстановлении сооружений различного назначения.
Опыт промышленного поточного скоростного круглогодичного строительства высотных дымовых труб высотой 150-320 м и башенных градирен (55-90 м) позволил создать уникальный модифицированный силикатный бетон, использованный при возведении железобетонного 390-метрового ствола Останкинской телебашни. Эта работа Б.Д. Тринкера отмечена Государственной премией СССР.
Одной из других важных разработок Б.Д. Тринкера стала технология получения сверхводонепроницаемого бетона для тонкостенных оболочек мощнейших в мире градирен (150 м), первая из которых была построена на Ровенской АЭС в 1979 г. Критический градиент температуры снаружи и внутри оболочки был компенсирован силикатным бетоном с новыми комплексными химическими добавками - силикатными пластификаторами.
Б.Д. Тринкер - автор более 300 печатных изданий по применению пластифицированного силикатного цемента и добавок к бетону, по коррозии и защите железобетонных промышленных труб, 50 авторских свидетельств. Труд ученого-производственника отмечен многими правительственными наградами.
rj научно-технический и производственный журнал
