CC BY
0
Экспериментальные исследования по определению
деформационных свойств бетонов при длительном нагружении на
Аннотация: Данная статья посвящена определению основных характеристик и свойств бетонов, изготовленных из разных бетонных смесей на материалах Вьетнама. Всего было исследовано 16 формул бетонных смесей. Бетонные образцы были испытаны с определением деформаций при длительном нагружении. На основе полученных данных были определены основные характеристики ползучести, это мера ползучести С0 и коэффициент ползучести ф, а также дополнительные характеристики, включающие призменную прочность и начальный модуль упругости бетона.
Основной целью данного исследования было определение зависимостей призменной прочности бетона Rpr, как его основного показателя, по отношению к коэффициенту ползучести бетона ф. В заключение было произведено сравнение экспериментальных данных коэффициентов ползучести бетона ф с нормативными значениями, найденными по СП 63.13330 и сделаны выводы о влиянии ползучести на призменную прочность бетона Rpr, изготовленного из бетонных смесей на материалах Вьетнама.
Ключевые слова: бетон, железобетон, конструкции, материалы, ползучесть, прогибы, деформации, длительное нагружение.
Подавляющее число несущих конструкции зданий и сооружения по всему миру изготавливается из железобетона. Бетон, как основной материал железобетонных конструкций, выполняется из наиболее распространённых и дешёвых материалов, которые добываются на территории стран, где и выполняется само строительство объектов. Однако свойства материалов и их химический состав в разных странах отличаются друг от друга [1,2], что приводит к некоторому разбросу характеристик бетона, определяющих его прочность, надёжность и долговечность [3, 4]. Данные обстоятельства нередко приводят к необходимости усиления новых или уже эксплуатируемых объектов [5-7].
материалах Вьетнама
Введение.
На территории Вьетнама в качестве крупного заполнителя используется горные породы, обладающие особым свойством адгезии цементного камня и крупного заполнителя. Данные обстоятельства приводят к увеличению расходов материалов, а также к понижению его простых свойств с целью обеспечения надёжности строительства [8-10].
Основной целью настоящего исследования является определение деформационных свойств бетонных смесей, изготовленных на материалах Вьетнама, с целью определения эффекта ползучести бетона при длительном воздействии нагрузки.
Известно, что эффект ползучести бетона понижает его прочность и долговечность с течением времени, что учитывается нормативным коэффициентом согласно СП 63.13330.
Для определения эффекта ползучести были изготовлены, согласно ГОСТ 24544-2020, 16 серий образцов из разных бетонных смесей, имеющих отличные составляющие и формулу изготовления. Все используемые материалы добываются на территории Вьетнама.
Ниже представлены в Табл. 1 -6 основные характеристики материалов, используемых для изготовления бетонных смесей, а также их состав.
При изготовлении бетонных смесей использовались Суперпластификаторы Sika Viscocrete 3000-10, которые согласуются с ASTM
С 494 Тип а
Таблица 1
Химический состав клинкера
Содержание оксидов, % Виды цемента Стандарты
Портландцемент РС50 Тханг Лонг (№1) Портландцемент РС50 Бут Шон (№2)
1 БЮ2 20,29 20,38 ТС^ 141:2008 в соответствии с ГОСТ 5382.
2 Al2O3 4,14 5,1
3 Fe2O3 3,03 3,11
4 CaO 63,56 63,28
М Инженерный вестник Дона, №3 (2024) ¡\с1оп. ru/ru/magazine/arcЫve/nЗy2024/9105
5 М§0 1,62 2,42
6 Б03 1,9 2,44
7 К20 + 0,658 0,31 0,55
Ка20
Таблица 2
Минералогический состав портландцементов
Марка и вид портландцемента Минералогический состав портландцементов, %
СзБ С2Б СзА С4АБ
Портландцемент РС50 Тханг Лонг (№1) 72,4 5,5 5,8 9,2
Портландцемент РС50 Бут Шон (№2) 64,0 12,1 8,3 9,46
Таблица 3
Показатели качества цемента
№ Показатель Значение показателя Стандарты
Портландцемент РС50 Тханг Лонг (№1 ) Портландцемент РС50 Бут Шон (№2)
1 2 3 4 5
1. ТП - остаток на сите 0,09 мм, по массе, % ; - удельная поверхность, см2/г. 0,73 3430 3520 ТСУК 4030:2003 Сит 0,09 мм, не в соответствии с ГОСТ 310.2-81 сит 0,08 мм
2. НГ цементного теста, % 26,8 ТСУК 6017:1995 в соответствии с ГОСТ 310.3-81
3. Сроки схватывания, мин: - НС - КС 135 190 130 200 ТСУК 6017:1995 в соответствии с ГОСТ 310.3-81
4. Истинная плотность цемента, г/см3. 3,10 3,08 ТС^ 4030:2003 в соответствии с ГОСТ 310.2-81
5. Предел прочности в возрасте 28сут, МПа: - на сжатие - на изгиб 52,5 10,3 51 ,1 10 ТСУК 6016:2001 в соответствии с ГОСТ 310.4-81
По результатам испытаний были построены графики зависимости деформаций бетона от времени суток образцов, находящихся под нагрузкой. Результаты испытаний приведены на рис. 1. Согласно показателям графиков, были вычислены и представлены основные деформационные характеристики.
Таблица 4
Показатели качества песка
№ Показатели
Наименование показателя Желтый песок Ло (№1) Желтый песок Хонг (№2) Стандарты
1 2 3 4 5
1. Модуль крупности песка 2,5 2,9
2. Насыпная плотность в сухом состоянии, кг/м3 1430 1417
3. Содержание пылевидных и глинистых частиц, % 0,4 0,5
4. Содержание органических примесей Нет Нет ТСУК 7570:2006; ТСУК 7572 : 2006
5. Гранулометрический состав (остатки на ситах частные, полные, %): в соответствии с ГОСТ 8735-88; ГОСТ 8736-93
сито: 2,5 11,2/11,2 11,0/11,0
1,25 14,8/26 32,0/43,0
0,63 18,6/44,6 16,7/59,7
0,315 29,1/73,7 19,0/78,7
0,16 22,2/95,9 16,7/95,4
дно 4,1/100 4,6/100
ползучести бетона, а именно - коэффициент ползучести ф и мера ползучести С0. Полученные экспериментальные данные приведены в табл. 7, в данной таблице также представлены экспериментальные значения основных характеристик бетона, а именно - призменная прочность бетона и начальный модуль упругости.
Таблица 5
Показатели качества щебня
№ Наименование показателя _Показатели__Стандарты
Щебень Фу Ман (№ 1) Щебень Хоа Бинь (№ 2)
1 2 3 4 5
1. Насыпная плотность в сухом состоянии, кг/м3 1420 1480 ТС^ 7570: 2006; ТС^ 7572 : 2006 в соответствии с ГОСТ 8267-93; ГОСТ 8269 -97
2. Плотность в куске, г^м3 2,73 2,72
3. Пустотность, % 47,4 45
4. Фракция 5 - 20 5 - 40
5. Марка по прочности 1100 1200
Таблица 6
Составы бетонных смесей
Состав Цемент Песок Щебень Серия
1 2 3 4 5
Состав А №1 №1 №1 А111
№1 №1 №2 А112
№1 №2 №1 А121
№1 №2 №2 А122
№2 №1 №1 А211
№2 №1 №2 А212
№2 №2 №1 А221
№2 №2 №2 А222
Состав В №1 №1 №1 В111
№1 №1 №2 В112
№1 №2 №1 В121
№1 №2 №2 В122
№2 №1 №1 В211
№2 №1 №2 В212
№2 №2 №1 В221
№2 №2 №2 В222
По результатам испытаний были построены графики зависимости
деформаций бетона от времени суток образцов, находящихся под нагрузкой. Результаты испытаний приведены на рис. 1. Согласно показателям графиков, были вычислены и представлены основные деформационные характеристики ползучести бетона, а именно - коэффициент ползучести ф и мера ползучести С0. Полученные экспериментальные данные приведены в табл. 7, в данной таблице также представлены экспериментальные значения основных характеристик бетона, т.е. призменная прочность бетона и начальный модуль упругости.
и
Как было сказано ранее, основной целью исследования является определение зависимости призменной прочности бетона от коэффициента ползучести. Для анализа были построены графики зависимости призменной прочности бетона от коэффициента ползучести (рис. 2), а также построена линия тренда, определяемая формулой (1).
Рис. 1. Изменение прогибов во времени
Таблица 7
Результаты исследования показателей деформационных свойств бетонов при длительном нагружении
Состав Прочность Ярг (МПа) Начальный модуль упругости бетона Ео (МПа) Мера ползучести Со (10-5 1/МПа) Коэффициент ползучести Ф
А111 45 39788 6.8 2.71
А112 43 41096 5.64 2.32
А121 51,5 49724 4.04 2.01
А122 50 46649 5.38 2.51
А211 45 45868 5.67 2.60
А212 47 41539 8.84 3.67
А221 46,5 51 44489 6.51 2.90
А222 42533 8.24 3.51
В111 58 45463 4.83 2.20
В112 62 44616 6.93 3.09
В121 63 47103 5.62 2.65
и
B122 62,5 41481 7.31 3.03
B211 66 43063 7.12 3.07
B212 57,5 43168 7.63 3.29
B221 68,5 44251 5.15 2.28
B222 59 45087 6.18 2.79
Данная формула представлена на рис. 1, где значение у является коэффициентом ф, а значение х - предел призменной прочности бетона Rpr.
ф = 2, 4488 Rpr °'0292 (1)
Нормативные формулы определения коэффициента ползучести ф и величины CR [11, 12] представлены ниже.
о 111
■ ф □ 112
■ д 121
£ и
3т Ж у = 2.4488х0 0292^ _ _ __ X 122
§ с н ♦ Я2 - 0.0002 д
О) =г -е- -е- □ _ О ♦ ■ 211 Ж 21?
о ж гг*._— ▲ 221
— —----
~--- Предел призменной прочности, МПа • 222
Рис. 2. Зависимость коэффициента ползучести бетонов от призменной
прочности
Сопоставление экспериментальных значений коэффициента ползучий ф с нормативными значениями показали, что экспериментальные значения превышают нормативные в 1,8 раз и в среднем составляют 1,55. Величины CR, найденные по формуле 3, превышают полученные экспериментальные значения в 1,23 раза и в среднем составляют 2,26.
Следует отметить, что по российским нормам СП 63.13330 коэффициент ползучести ф при средней влажности бетона 40%, очень схож с значениями коэффициента ф, найденного по нормам [12].
Полученные результаты экспериментальных исследований необходимо использовать при расчётах железобетонных конструкций, изготовленных на материалах Вьетнама.
Дополнительные исследования заключались в сравнении и анализе значений коэффициента ползучести ф между экспериментальными бетонными составами.
Наиболее важными полученными результатами можно назвать следующие:
- составы, используемые на цементе 1 в среднем, показали на 17% ниже коэффициент ползучести, чем составы, используемые на цементе 2.
- используемые виды песка практически не повлияли на эффект ползучести, что составило 5% и является среднестатистическим разбросом, как и использование разных видов щебня, где разность коэффициентов ползучести составила 7%.
- значения коэффициентов ползучести всех бетонных смесей имели разброс, которой составлял от 2 до 3,69 для бетонов с призванной прочностью от 43 до 69 МПа.
- было выявлено отсутствие явной зависимости коэффициента ползучести от предела прочности, что свидетельствует о возможном влиянии суперпластификаторов.
- было установлено, что экспериментальное значение коэффициентов ползучести превышает нормативные значения, найденные по СП. 13330, примерно в 1,8 раза.
Литература
1. Ахвердов, И.Н. Основы физики бетона //Стройиздат 1981. 464 с.
2. Бабков В.В., Мохов В.Н, Капитонов С.М., Комохов П.Г. Структурообразование и разрушение цементных бетонов // Уфа, ГУП «Уфимский полиграфкомбинат», 2002, 376с.
3. Polskoy P., Georgiev S., Muradyan V., Shilov A. The deformability of short pillars in various loading options and external composite reinforcement // MATEC Web of Conferences (см. в книгах). 2018. С. 02026.
4. Маяцкая И.А., Польской П.П., Георгиев С.В., Федченко А.Е. Применение углепластиковых ламелей при усилении строительных конструкций // Строительство и техногенная безопасность. 2018. № 12 (64). С. 33-38.
5. Польской П.П., Маилян Д.Р., Георгиев С.В. Прочность и деформативность гибких усиленных стоек при больших эксцентриситетах // Научное обозрение, 2014, № 12-2. С. 496-499.
6. Тамразян А.Г. Бетон и железобетон: проблемы и перспективы // Промышленное и гражданское строительство. 2014. № 7. С. 51-54.
7. Каприелов С.С., Шейнфельд А.В., Кардумян Г.С., Киселева Ю.А., Пригоженко О.В. Уникальные бетоны и технологии в практике современного строительства России // Проблемы современного бетона и железобетона. НП ООО «Стринко», 2007. т. 2. С. 105-120
8. S.J.Jeon, C.H.Chung, Y.U.Kim, H.S.Kim, N.S.Choi. Basicdesignforlargeabove-groundtank // GASEX 2002 ConferenceandExhibitionBrunei, 2002. pp. 5,6.
9. Александровский С.В., Васильев П.И. Экспериментальные исследования ползучести бетона // Ползучесть и усадка бетона и железобетонных конструкций. Состояние проблемы и перспективы развития. Под ред. С.В. Александровского. 1978. С. 97-152.
10. Демьянова В.С, Калашников В.И., Ильина И.Е. Сравнительная оценка влияния отечественных и зарубежных суперпастификаторов на свойства цементных композиций // Строительные материалы №9, 2002, С.4-6.
11. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны // Теория и практика. 2-е изд., перераб. и доп., 1998. 768 с.
12. Батудаева А.В., Кардумян Г.С., Каприелов С.С. Высокопрочные модифицированные бетоны из самовыравнивающихся смесей // Бетон и железобетон. 2005. №4. С. 54.
References
1. Ahverdov, I.N. Osnovy fiziki betona [Fundamentals of concrete physics]. Strojizdat 1981. 464 p.
2. Babkov V.V., Mohov V.N, Kapitonov S.M., Komohov P.G. Strukturoobrazovanie i razrushenie cementnyh betonov [Structure formation and destruction of cement concrete] Ufa, GUP «Ufimskij poligrafkombinat», 2002, 376 p.
3. Polskoy P., Georgiev S., Muradyan V., Shilov A. MATEC Web of Conferences. 196, 02026 2018. URL: matec-conferences.org/articles/matecconf/pdf/2018/55/matecconf_rsp2018_02026.pdf
4. Majackaja I.A., Pol'skoj P.P., Georgiev S.V., Fedchenko A.E. Stroitel'stvo i tehnogennaja bezopasnost'. 2018. № 12 (64). pp. 33-38.
5. Pol'skoj P.P., Mailjan D.R., Georgiev S.V. Nauchnoe obozrenie, 2014, № 12-2. PP. 496-499.
6. Tamrazjan A.G. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2014. № 7. pp. 51-54.
7. Kaprielov S.S., Shejnfel'd A.V., Kardumjan G.S., Kiseleva Ju.A., Prigozhenko O.V. NP OOO «Strinko», 2007. t. 2. pp. 105-120.
8. S.J.Jeon, C.H.Chung, Y.U.Kim, H.S.Kim, N.S.Choi. GASEX 2002 ConferenceandExhibitionBrunei, 2002. pp. 5,6.
9. Aleksandrovskij S.V., Vasil'ev P.I. Sostojanie problemy i perspektivy razvitija. Pod red. S.V. Aleksandrovskogo. 1978. pp. 97-152.
10. Dem'janova V.S, Kalashnikov V.I., Il'ina I.E. Stroitel'nye materialy №9, 2002, pp. 4-6.
11. Batrakov V.G. Modificirovannye betony [Modified concrete]. Teorija i praktika. 2-e izd., pererab. i dop., 1998. 768 p.
12. Batudaeva A.V., Kardumjan G.S., Kaprielov S.S. Beton i zhelezobeton. 2005. №4. pp. 54.
Дата поступления: 20.02.2024 Дата публикации: 26.03.2024
