CC BY
68Расчет конструкций
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
УДК 972.53
Л.М. ДОБШИЦ, д-р техн. наук (levdobshits@yandex.ru)
Российский университет транспорта (127994, г. Москва, ул. Образцова, 9, стр. 9)
Физико-математическая модель разрушения бетонов при попеременном замораживании и оттаивании
Предложена физико-математическая модель поведения бетона при циклическом замораживании и оттаивании в водона-сыщенном состоянии. Получены зависимости изменения влажности, температуры и давления в бетоне при его попеременном замораживании и оттаивании. Выявлены основные факторы, определяющие морозостойкость цементных бетонов. Показаны способы управления этими факторами. Установлено, что число циклов, при котором должно происходить разрушение бетонов, согласно разработанной физико-математической модели практически совпадает с числом циклов попеременного замораживания, определяемого экспериментально, что позволяет прогнозировать морозостойкость бетона без проведения циклов попеременного замораживания и оттаивания и отказаться от длительных и дорогостоящих испытаний. Процессы, протекающие при испытании бетонных образцов, не в полной мере соответствуют тем, которые происходят при замораживании бетонных конструкций, особенно если толщина конструкций превышает 30—40 см. Показано, что можно дифференцированно назначать проектные марки по морозостойкости для различных мест одной и той же конструкции, что позволит уменьшить затраты на возведение многих объектов.
Ключевые слова: прогнозирование, разрушение, долговечность, бетонная смесь, математическая модель, пористость, морозостойкость, водонепроницаемость, бетон, железобетон.
Для цитирования: Добшиц Л.М. Физико-математическая модель разрушения бетонов при попеременном замораживании и оттаивании // Жилищное строительство. 2017. № 12. С. 30-36.
L.M. DOBSHITS, Doctor of Sciences (Engineering) (levdobshits@yandex.ru) Russian University of Transport (9, bldg. 9, Obraztsova Street, 127994, Moscow, Russian Federation)
Physical-Mathematical Model of Concretes Destruction at Alternate Freezing and Thawing
The physical-mathematical model of the concrete behavior under cyclic freezing and thawing in the water-saturated state is proposed. Dependences of changing the humidity, temperature, and pressure in concrete at its alternate freezing and thawing have been obtained. Main factors determining the frost resistance of cement concretes have been revealed. Methods of control over these factors are shown. It is established that the number of cycles when the concrete destruction occurs according to the developed physical-mathematical model practically coincides with the number of cycles of alternate freezing determined experimentally that makes it possible to predict the frost resistance of concrete without conducting the cycles of alternate freezing and thawing and refuse from long-lasting and expensive tests. The processes occurring when testing concrete samples don't fully correspond to those which occur when freezing concrete structures if the thickness of the structure is over 30-40 cm. It is shown that it is possible to appoint differentially the design grades on frost resistance for various places of the same structure that makes it possible to reduce expenditures for construction of many objects.
Keywords: prediction, durability, concrete mix, mathematical model, porosity, frost resistance, water impermeability, concrete, reinforced concrete.
For citation: Dobshits L.M. Physical-mathematical model of concretes destruction at alternate freezing and thawing. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2017. No. 12, pp. 30-36. (In Russian).
Долговечность бетона и железобетона в основном определяется их морозостойкостью. При циклическом попеременном замораживании и оттаивании в бетоне происходят сложные многофакторные физические явления, изменяющие его структуру, физические и механические свойства. Происходящие процессы приводят к разрушению бетона и потере прочности. В связи с этим определение и прогнозирование морозостойкости бетонов является актуальной задачей [1].
Существующие в настоящее время методики определения морозостойкости бетона позволяют получать численные результаты только по прошествии трех-четырех месяцев после начала испытаний, когда бетон уже давно уложен и откорректировать его состав и свойства или заменить его на другой не представляется возможным.
Для описания процессов, происходящих при циклическом замораживании бетона, предлагается физическая мо-
зо| —
дель процессов и на ее основе математическое описание возникающих в бетоне явлений с получением функциональных зависимостей изменения физических и механических свойств бетона при циклических процессах [2].
В модели предложено все поры в бетоне, независимо от их диаметра и причин возникновения, разделить на две группы: открытые и условно-замкнутые. К открытым порам относятся поры, которые заполняются жидкостью при погружении в нее бетона, а к условно-замкнутым - те поры, которые в обычных условиях и после погружения бетона в воду остаются заполненными воздухом или паровоздушной смесью. Такое деление позволяет физически ясно описать процесс циклического замораживания и дать его математическое выражение.
При погружении бетона в воду жидкостью будут заполняться не только крупные поры, но и капиллярные, которые соединяются с открытой порой, так как их капиллярный
^^^^^^^^^^^^^ И22017
Научно-технический и производственный журнал
потенциал намного больше потенциала открытых пор. Открытые поры через такие капилляры соединяются с условно-замкнутыми порами. В обычных условиях жидкость из капиллярных пор в условно-замкнутые поры переходить не будет из-за большего капиллярного потенциала соединяющих их капилляров [3-8].
При замораживании в начальный период в открытых порах, находящихся на поверхности бетона, начинают возникать ледяные пробки, которые блокируют выход жидкости из бетона. Дальнейшее замораживание приводит к увеличению объема льда. При этом в открытых порах возникает давление от образовавшихся и растущих кристаллов льда. Это давление передается льдом не только на стенки пор и капилляров, но и на оставшуюся незамерзшую часть по-ровой жидкости, в результате чего возникает гидростатическое давление оставшейся жидкости на стенки пор бетона. Если открытые поры целиком заполнены жидкостью и не сообщаются с условно-замкнутыми порами, то при первом же замораживании начнется разрушение бетона. Однако бетон выдерживает определенное число циклов замораживания и оттаивания без видимого разрушения. Это объясняется тем, что в структуре бетона имеются и условно-замкнутые поры, которые, заполнены воздухом или паровоздушной смесью. Они образуются в структуре бетона вследствие контракции цементного камня бетона и воздухововлечения при приготовлении бетонной смеси и являются тем «резервом», куда может перемещаться по-ровая жидкость при замораживании бетона под действием гидростатического давления, возникающего в оставшейся незамерзшей жидкости от растущих кристаллов льда. Обратный выход жидкости из условно-замкнутых в открытые поры невозможен, так как капиллярный потенциал тонких капилляров много больше, чем капиллярный потенциал открытых и условно-замкнутых пор. Таким образом, при циклическом замораживании в структуре бетона работает своеобразный «механизм» перемещения жидкости наподобие насоса, перекачивающего ее из открытых пор в условно-замкнутые поры.
При следующих циклах все описанные процессы повторяются до тех пор, пока вся условно-замкнутая пора не заполнится жидкостью. Если эта пора не соединена капиллярами с другими условно-замкнутыми порами, то при следующем цикле замораживания начнется разрушение бетона. В случае, когда имеется выход из этой поры в другие условно-замкнутые поры, жидкость из нее будет перемещаться в еще не заполненные поры и разрушения бетона не произойдет. Когда все условно-замкнутые поры в каком-то микрообъеме бетона будут полностью водонасыщены и перемещаться жидкости будет некуда, начнется разрушение бетона в этом микрообъеме, которое затем распространяется по всей структуре бетона [9-11].
Для математического выражения и описания процессов, происходящих при попеременном замораживании и оттаивании водонасыщенного бетона, на основании предложенной физической модели была построена математическая модель процессов, происходящих при циклическом замораживании бетона [12]. Такая модель позволяет получать качественные функциональные зависимости изменения его параметров (температуры, влажности, возникающих давлений) при циклическом морозном воздействии и находить количественные численные решения.
При построении математической модели приняты следующие допущения. Бетон рассматривается как пористая среда, все поры которой существенно неоднородны по размерам. Предполагается, что вода, находящаяся в микропорах, обладает особыми свойствами и не замерзает при температурах Т >Т3. Величина Т3<0 зависит от диаметра микропор. В исходном состоянии поры заполнены паровоздушной смесью, а также адсорбированной и гравитационной водой. Предполагается, что при заполнении микропор водой она может мигрировать при достаточно больших градиентах давления из одних пор в другие.
В начальный момент в бетоне температура Т0 =+20оС, давление равно атмосферному. Предполагается, что процессы теплообмена между каркасом бетона и содержимым пор происходят намного быстрее, чем промерзание бетона, в силу чего температура в данной точке и в данный момент времени для них одинакова. Все теплофизические характеристики, а также плотность воды и льда считаются постоянными. Цикл замораживания состоит в выдерживании водонасыщенного бетона при температуре Т0, затем замораживании его при температуре Т =-Т0 на воздухе, выдерживании его при этой температуре и последующем оттаивании при Т = Т0 в воде, после чего цикл повторяется. Такие допущения могут быть приняты в связи с тем, что они аналогичны условиям испытания бетона на морозостойкость.
Замерзание воды происходит в фиксированном интервале температуры (Т2, Т1), где Т2 - температура на поверхности бетона. В области, где Т3<Т2< Т< Т1=0, одновременно сосуществуют три фазы: лед, жидкость в капиллярах и паровоздушная смесь в порах. Используя закон сохранения массы к слою толщиной Ах за время Аг, получим, что приток воды за счет движения в микропорах равен изменению влагосодержания в этом слое за то же время:
- ^(р1¥)^х]АхАг = [Эф^/Э Г]АгАх,
где V - скорость фильтрации; p1=const - плотность воды.
Отсюда, если 0, Э^Эх+ Эф/Эг=0, т. е. в данной точке х в момент времени г влагосодержание ф меняется только за счет градиента скорости фильтрации через микропоры. Если движение воды отсутствует ^=0), то влагосодержание ф=ф(х) и зависит от других факторов, например Р и Т.
Составим уравнение баланса тепла для слоя толщиной Ах за время Аг в области, где Т2<Т<Т1. За счет теплопроводности и конвективного переноса тепла в слой поступит Э/Эх[-Л0-ЭТ/Эх+с1р1-^Т]АхАг, за счет фазового перехода жидкости, вытекающей из микропор в поры, поступит г ф/Э гАгАх.
Это количество тепла вызовет изменение температуры в слое на величину с0р0-Э Т/ЭгААх. Следовательно:
^ЭТ/Эх2 + р1(г + с1Т )Эф/Эг - с1р1-^Э Т/Эх = с0р0-Э Т/Э г,
где Х0, с0, р0 - коэффициент теплопроводности, удельная теплоемкость и плотность бетона; с1, р1 - удельная теплоемкость и плотность воды; г - скрытая теплота плавления (при замерзании г >0). Величину г+с1Т=р0 приближенно можно принять за постоянную.
Решение задачи возможно двумя способами. Вначале отдельно в области промерзания и в области оттаивания
12'2017
31
Расчет конструкций
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
с учетом границы фазового перехода жидкости в бетоне, а затем решения сопрягаются в точке фазового перехода. Основными в этом случае являются температура и давление. При решении вторым способом вводятся независимые переменные - теплосодержание Е и влагосодержание ф. Тогда перечисленных трудностей не возникает и оказывается возможным не решать задачу о сопряжении двух областей (что является сложным при численном решении на ЭВМ), а решать задачу сразу во всем объеме. Но уравнение теплопроводности при этом оказывается уравнением с разрывным коэффициентом.
Фазовый переход жидкости в порах, влагосодержание которых ф, при х=^+0 происходит только при прохождении нулевой изотермы. Для его учета либо в уравнение теплопроводности вводится дополнительное слагаемое, содержащее б-функцию Дирака, либо вводятся граничные условия на поверхности сопряжения.
Таким образом, в случае условно-изолированных пор давление на границе области замерзания уменьшается скачкообразно, так же как плотность при фазовом переходе вода-лед.
Для решения задачи также используются:
- закон Дарси для фильтрации с начальным градиентом:
ЭР/Эх - Iо = -(л^рАЖ
где Р - давление; V - кинематическая вязкость воды; к0 - проницаемость цементного камня бетона, 10 - начальный градиент давления;
- закон состояния парогазовой смеси:
Р = (Ро/Р°Т,аЬс)рТаЬс,
где р0, р0, ТаЬ° - плотность, давление, абсолютная температура парогазовой смеси при t =0 и х = те (ось х направлена в глубь пористой среды);
- законы сохранения массы при фазовом переходе вода-лед в порах:
Р1Ф0 = Р2т2, р(т0 - т) = Р°(®0 - Ф0),
где р2, р - плотность льда и парогазовой смеси; ф0 - влагосодержание при t =0 и х = те.
В связи с тем, что в существующих стандартах на испытание бетонов на морозостойкость изменение температуры происходит скачкообразно, при решении задачи использовался метод малого параметра и применялся принцип Дюгамеля.
Поставленная задача была численно решена с использованием ЭВМ. Реализация решения задачи определения численных значений и построения по ним графических зависимостей изменения температуры, влажности и давления по сечению бетона в зависимости от числа прошедших циклов замораживания и оттаивания осуществлялась в двух вариантах. В первом варианте рассчитывалась протяженная конструкция, замораживаемая с одной стороны, а во втором - бетонные кубы размерами 10x10x10, 15x15x15 и 20x20x20 см, замораживание и оттаивание которых происходит со всех сторон. Первый вариант соответствует реальной работе объемной конструкции в процессе эксплуатации, а второй - соответствует испытанию образцов бетона по основному методу ГОСТ 10060-95.
Морозостойкость бетона
Таблица 1
Метод определения морозостойкости Результаты определения морозостойкости
По основному методу ГОСТ 10060-95 25 50 100 300 500 900
По разработанной модели 20 48 105 310 520 940
Для определения возможности использования разработанной математической модели для оценки морозостойкости бетона проведены экспериментальные исследования на тяжелых бетонах [13]. Изготавливались образцы состава Ц:П:Щ= 1:3,1:4 на гранитном щебне и кварцевом песке, которые твердели до испытаний в стандартных условиях 30 сут. После этого определялась их морозостойкость.
Бетоны испытывались по базовому методу ГОСТ 10060-95. Одновременно на этих образцах определялись исходные данные бетонов (пористость, коэффициент проницаемости и влажность перед началом замораживания) для расчета состояния бетона в процессе испытаний. Полученные результаты приведены в табл. 1.
Как видно из табл. 1, число циклов, при котором согласно счету по разработанной физико-математической модели должно происходить разрушение бетонов, практически совпадает с числом циклов попеременного замораживания, определяемого по методике основного способа ГОСТ 10060. Следовательно, разработанная модель позволяет прогнозировать морозостойкость бетона по результатам определения параметров его структуры.
В связи с тем, что получаемые расчетным путем данные о числе циклов, при которых должно наступить разрушение бетона, соответствуют числу циклов попеременного замораживания, выдерживаемых бетоном, определенным по методике основного способа ГОСТ 10060-95, становится возможной не только количественная, но и качественная оценка морозостойкости бетона. При этом можно моделировать поведение бетона при циклическом замораживании и оттаивании как находящегося в виде образцов, так и в виде протяженной конструкции [14].
Данные результатов численного расчета при попеременном замораживании протяженной бетонной конструкции представлены на рис. 1, 2.
Анализ результатов расчетов по разработанной физико-математической модели показывает, что для бетонов различной морозостойкости в начале и конце процесса замораживания (перед разрушением) изменения влажности и давления, возникающие в структуре бетона, имеют один и тот же характер. Различие в основном заключается в продолжительности среднего периода, когда структура бетона может воспринимать напряжения, возникающие при его замораживании.
В связи с этим для эксперимента и расчета брался заведомо неморозостойкий бетон, чтобы сократить время счета и качественно оценить полученные результаты. При этом для усиления суровости испытаний время замораживания составляло 12 ч, время оттаивания 12 ч.
На рис. 1 показаны изменения температуры и=(То-Т)/(То-Т), влагосодержания Ф=ф/т и давления Ра=0,1Р/Ро в безразмерных величинах на различных расстояниях от поверхности бетона в зависимости от числа прошедших циклов замораживания, где Т - текущая темпе-
32
122017
Научно-технический и производственный журнал
a
U Ф Pa
0,8
0,6
0,4
0,2
1 2 Х-
V 3
/ / Г
4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 см
в
U Ф
Pa 0,8
0,6
0,4
0,2
2 м
1 ——. ■ч
1 / Г 3
б
U Ф
Pa 0,8
0,6
0,4
0,2
г
U Ф
Pa 0,8
0,6
0,4
0,2
L
1 2 V 1 г
к J Т.
1/ 7 3 г
=г ____
4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 см
4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 см
У гч 2 Г
Y Г / 1 ч 3
\ J С [
(а
4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 см
Рис. 1. Кривые изменения по глубине бетона: 1 — температуры (и); 2 — влагосодержания (Ф); 3 — давления (Р) а — перед 5-м циклом; б — перед 11-м циклом; в — перед 16-м циклом; г — перед 19-м циклом
0
0
0
0
ратура; Го=+20°С; Та=-20оС; ф - влажность; т - пористость бетона; Р- давление в бетоне; Ро - атмосферное давление.
Из результатов, приведенных на рис. 1, можно сделать следующие выводы. Температура бетона на его поверхности и на расстоянии до 20 см от поверхности циклически колеблется, повторяя изменения температуры окружающей среды. Но уже на расстоянии 25-30 см от поверхности циклические изменения температуры происходят с очень небольшой амплитудой, оставаясь начиная с 8-го - 10-го циклов все время в области отрицательных температур. Таким образом, на расстоянии более 30 см от поверхности замораживания колебания температуры бетона с переходом через 0оС не происходит.
Влажность бетона в процессе испытаний начиная с первого цикла растет непрерывно, достигая в момент разрушения величины значения 90-95%. При этом с удалением рассматриваемого сечения бетона от поверхности замораживания кривая изменения влажности в начале циклического замораживания принимает вид горизонтальной площадки и только затем начинает расти вплоть до разрушения бетона.
Приведенные на рис. 2 результаты свидетельствуют о следующем.
Изменение температуры по сечению бетона, в начале циклического замораживания имея вид кривой с пиком в сечении, близком к середине конструкции, начиная с 8-го цикла, приобретает вид трапеции. При этом температура, соответствующая верхнему основанию этой трапеции, близка к 0оС, оставаясь все время отрицательной. Такой
характер изменения температуры бетона сохраняется от начала испытаний до момента его разрушения.
Влагосодержание бетона в течение первых циклов практически не изменяется по его сечению. Однако уже начиная с 7-го - 8-го циклов замораживания начинает проявляться характерный вид зависимости влагосодержания от расстояния от поверхности конструкции. Зависимость изменения влагосодержания имеет вид квазисимметричной кривой с осью симметрии в середине длины бетонной конструкции.
В процессе циклического замораживания влагосодер-жание, не меняя своей величины на поверхности бетона, постепенно возрастает по направлению к центру конструкции, образуя максимум, который затем несколько снижается. После этого влагосодержание остается постоянным до второго экстремума, образуя как бы «плато», а затем постепенно снижается. Это свидетельствует о том, что в бетоне образуется вечномерзлый слой, влагосодержание которого по длине конструкции не меняется, но величина влагосодержания в процессе замораживания постоянно повышается с каждым циклом замораживания. Таким образом, осуществляется механизм перемещения влаги из поверхностных слоев в глубь бетона в процессе циклического замораживания. При этом у границ вечномерзлого слоя, к которому перемещается поток влаги, наблюдаются «пики» влагосодержания.
Давление в бетоне по сечению конструкции в первые циклы замораживания практически не меняется. Некоторое повышение давления внутри образца (до 2-3 МПа) на-
122017
33
Расчет конструкций
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
и
Ф
Ра
1,2 1
0,8 0,6 0,4 0,2 0
2 4
6 8 10 12 14 16 18 Циклы
в
и
Ф
1
0,8 0,6 0,4 0,2 0
г г 1 ■ /
1 1
■ V г?
г— я П 2 1,
г 1 0 2 1*" •И*
_ _
и ш
2 4
6 8 10 12 14 16 18 Циклы
и
Ф
Ра
1,2 1
0,8 0,6 0,4 0,2 0
2 4 6 8 10 12 14 16 18 Циклы
и
Ф
Ра
0,8 0,6 0,4 0,2 0
2 4 6
8 10 12 14 16 18 Циклы
Рис. 2. Кривые изменения в зависимости от числа циклов замораживания: 1 — температуры (и); 2 — влагосодержания (Ф); 3 — давления (Р); на расстоянии: а — 6 см; б — 20 см; в — 30 см; г — 40 см
а
г
Р
а
чинает проявляться к 11-му - 16-му циклам, приобретая вид трапеции, координаты верхнего основания которой практически совпадают с координатами «плато» на кривой изменения влажности (рис. 2, в, г).
По вышеописанному способу расчета методом счета на ЭВМ проводилась оценка стойкости бетонных образцов к циклам попеременного замораживания. Моделирование осуществлялось применительно к стандартным бетонным образцам размером 10x10x10, 15x15x15 и 20x20x20 см, принятым для испытаний по методике ГОСТ 10060-95. При счете шаг по времени составлял 1 с. При расчете для 21 варианта температура замораживания принималась равной 263оК, а температура оттаивания - 293оК. Для сокращения времени получения результатов рассчитывался заведомо неморозостойкий бетон ^100^300).
Как показывают результаты расчета, процессы, протекающие при циклическом замораживании бетонных образцов, существенно отличаются от тех, которые происходят при замораживании протяженных конструкций. Это связано с тем, что у таких образцов расстояние от поверхности
34| -
до центра составляет 5-10 см. При принятой схеме испытаний (согласно требованиям ГОСТ 10060-95) такой длины оказывается недостаточно для образования площадок на кривых изменения влажности и давления, характерных для протяженных конструкций. В этом случае кривые изменения давления и влажности имеют пиковый характер с экстремумом в центре образца.
Для оценки влияния, оказываемого допускаемыми ГОСТ 10060 отклонениями в размерах образцов и временем оттаивания, было осуществлено моделирование циклического замораживания и оттаивания при различных режимах в пределах, регламентируемых ГОСТом. Полученные результаты приведены в табл. 2.
Как видно из полученных результатов, на скорость разрушения сильное влияние оказывают размеры и режим замораживания и оттаивания образцов. Из данных табл. 2 следует, что образцы с размером ребра 15 см показывают морозостойкость примерно на 100 циклов меньше, чем образцы с ребром 20 см, во всех режимах испытаний, соответствующих требованиям ГОСТ 10060-95. При этом наи-
^^^^^^^^^^^^^ И22017
Научно-технический и производственный журнал
Таблица 2
Влияние режима испытаний на морозостойкость бетона
Размер ребра образцов-кубов Время, ч Количество циклов до разрушения
замораживания оттаивания
20 5,5 5,5 500
5,5 5,25 315
5,5 5 200
15 3,5 5,5 350
3,5 5,25 190
3,5 5 130
более сильное влияние оказывает режим испытаний, т. е. соотношение продолжительности фаз замораживания и оттаивания. Например, сокращение времени оттаивания образцов с ребром 15 см с 3,5 до 3 ч при одинаковом времени замораживания в течение 3,5 ч уменьшает число циклов до разрушения с 500 до 200.
Вышеизложенное моделирование испытаний бетонных образцов показывает, что на скорость разрушения образцов основное влияние оказывают время и температура замораживания, а также влагосодержание бетона до начала испытаний. Этот вывод подтверждают экспериментальные исследования, выполненные в разное время независимо друг от друга М. Зетцером в Германии, А. Фагерлундом в Швеции, Б. Раймером в Германии, М.Г. Булгаковой в России при испытании бетонов различного состава. Таким образом, можно, изменяя параметры испытаний бетонных образцов, существенно сократить время испытаний. Это даст возможность сократить материальные, трудовые и энергетические затраты на проведение испытаний, а главное, позволит получать результаты определения морозостойкости в сжатые сроки и не допускать появления брака при изготовлении бетонных и железобетонных конструкций.
Исходя из полученных результатов можно сделать следующие выводы:
1. Предложена физически обоснованная модель процессов, происходящих при циклическом замораживании бетона.
Список литературы
1. Добшиц Л.М. Пути повышения долговечности бетонов // Строительные материалы. 2017. № 10. С. 4-9.
2. Шейкин А.Е., Добшиц Л.М. Цементные бетоны высокой морозостойкости. Л.: Стройиздат, 1989. 128 с.
3. Шейкин А.Е. Строительные материалы. М.: Стройиздат, 1988. 432 с.
4. Кунцевич О.В. Бетоны высокой морозостойкости для сооружений Крайнего Севера. Л.: Стройиздат, 1983. 132 с.
5. Шейкин А.Е., Добшиц Л.М. О связи критерия морозостойкости с реальной морозостойкостью бетонов // Бетон и железобетон. 1981. № 1. С. 19-20.
6. Шейкин А.Е., Добшиц Л.М., Баранов А.Т. Критерии морозостойкости ячеистых бетонов автоклавного твердения // Бетон и железобетон. 1986. № 5. С. 31-32.
7. Добшиц Л.М. Основы повышения долговечности бетонов для транспортных сооружений. Обеспечение качества железобетона транспортных сооружений: Научные
12'2017 ^^^^^^^^^^^^^
2. На основании физической модели построена математическая модель, с помощью которой выполнены расчеты изменения состояния бетона при циклическом замораживании и получены функциональные зависимости изменения его параметров (температура, влажность и давление) от числа и продолжительности циклов переменного замораживания и оттаивания.
3. Экспериментально установлено, что число циклов, при котором согласно счету по разработанной физико-математической модели должно происходить разрушение бетонов, практически совпадает с числом циклов попеременного замораживания, определяемого по методике основного способа ГОСТ 10060-95. Таким образом, разработанная модель позволяет прогнозировать морозостойкость бетона по результатам определения параметров его структуры.
4. Полученные зависимости позволяют прогнозировать морозостойкость бетона без проведения циклов попеременного замораживания-оттаивания, отказаться от длительных, дорогостоящих его испытаний и оперативно вносить в составы бетонов необходимые коррективы.
5. Сравнение замораживания конструкций и образцов бетона показывает, что процессы, протекающие при испытании бетонных образцов, не в полной мере соответствуют тем, которые происходят при замораживании бетонных конструкций, особенно если толщина конструкций превышает 30-40 см.
6. Установлено, что циклическое замораживание бетона в протяженных конструкциях и возникновение в нем напряжений происходит на глубине до 30 см. В связи с этим можно дифференцированно назначать проектные марки по морозостойкости для различных мест одной и той же конструкции (например, для поверхности и для тела опор мостов), что позволит уменьшить затраты на возведение многих объектов.
7. Полученные результаты показывают, что отклонения в размерах образцов и времени оттаивания, которые допускает действующий в настоящее время ГОСТ, оказывают существенное влияние на скорость разрушения образцов и, как следствие, на получаемые результаты определения морозостойкости.
References
1. Dobshits L.M. Ways to improve the durability of concretes. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2017. No. 10, pp. 4-9. (In Russian).
2. Sheykin A.E., Dobshits L.M. Tsementnye betony vysokoi morozostoikosti [Cement concrete of high frost resistance]. Moscow: Stroyizdat. 1989. 128 p.
3. Sheykin A.E. Stroitel'nye materialy [Construction materials]. Moscow: Stroyizdat. 1988. 432 p.
4. Kuntsevich O.V. Betony vysokoi morozostoikosti dlya soo-ruzhenii Krainego Severa [Concrete of high frost resistance for constructions of Far North]. Leningrad: Stroyizdat. 1983. 132 p.
5. Sheykin A.E., Dobshits L.M. About communication of criterion of frost resistance with real frost resistance of concrete. Beton i Zhelezobeton. 1981. No. 1, pp. 19-20. (In Russian).
6. Sheykin A.E., Dobshits L.M., Baranov A.T. Criteria of frost resistance of cellular concrete of autoclave curing. Beton i Zhelezobeton. 1986. No. 5, pp. 31-32. (In Russian).
- 35
Расчет конструкций
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
труды ОАО ЦНИИС. М.: ОАО ЦНИИС, 2006. Вып. 236. С. 51-62.
8. Давидсон М.Г. Водонепроницаемый бетон. Л.: Лениздат, 1965. 98 с.
9. Колокольникова Е.И. Долговечность строительных материалов (бетон и железобетон). М.: Высшая школа, 1975. 159 с.
10. Горчаков Г.И. Повышение морозостойкости и прочности бетона. М.: Промстройиздат, 1956. 107 с.
11. Шестоперов С.В. Долговечность бетонов. М.: Автотранс-издат, 1976. 267 с.
12. Добшиц Л.М., Портнов И.Г. Физико-математическое моделирование разрушения бетона при его циклическом замораживании-оттаивании. Долговечность и защита конструкций от коррозии. Материалы международной конференции. М., 1999. С. 113-118.
13. Добшиц Л.М. Пути получения морозостойких бетонов транспортных сооружений // Железнодорожный транспорт. Строительство. Проектирование. 2000. № 1. С. 1-38.
14. Добшиц Л.М. Основы получения долговечных бетонов // Сборник трудов Всероссийской научно-практической конференции. Строительное материаловедение. Теория и практика. М.: СИП РИА, 2006. С. 39-45.
7. Dobshits L.M. Bases of increase in durability of concrete for transport constructions. Ensuring quality of reinforced concrete of transport constructions. Scientific works of JSC TSNIIS. Moscow: JSC TSNIIS, 2006. Issue 236, pp. 51-62. (In Russian).
8. Davidson M.G. Vodonepronitsaemyi beton [Waterproof concrete]. Leningrad: Lenizdat. 1965. 98 p.
9. Kolokolnikova E.I. Dolgovechnost' stroitel'nykh materialov (beton i zhelezobeton) [Durability of construction materials (concrete and reinforced concrete)]. Moscow: Vysshaya shkola. 1975. 159 p.
10. Gorchakov G.I. Povyshenie morozostoikosti i prochnosti betona [Increase in frost resistance and durability of concrete]. Moscow: Promstroyizdat. 1956. 107 p.
11. Shestoperov S.V. Dolgovechnost' betonov [Durability of concrete]. Moscow: Avtotransizdat. 1976. 267 p.
12. Dobshits L.M. Portnov I.G. Physical and mathematical modeling of destruction of concrete at his cyclic freezing thawing. Durability and protection of designs against corrosion. Materials of the international conference. Moscow. 1999, pp. 113-118. (In Russian).
13. Dobshits L.M. Ways of receiving frost-resistant concrete of transport constructions. Zheleznodorozhnyi transport. Stroitel'stvo. Proektirovanie. 2000. No. 1, pp. 1-38. (In Russian).
14. Dobshits L.M. Bases of receiving durable concrete. Collection of works of the All-Russian scientific and practical conference. Construction materials science. Theory and practice. Moscow: SIP RIA. 2006, pp. 39-45.
36
122017
