CC BY
51УДК 691.3
DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-775-10-3-11
В.И. ТРАВУШ1, д-р техн. наук, акад. РААСН, Н.И. КАРПЕНКО1, д-р техн. наук, акад. РААСН; В.Т. ЕРОФЕЕВ2, д-р техн. наук, акад. РААСН, И.В. ЕРОФЕЕВА2, канд. техн. наук (ira.erofeeva.90@mail.ru); О.В. ТАРАКАНОВ3, д-р техн. наук; В.И. КОНДРАЩЕНКО4, д-р техн. наук; А.Г. КЕСАРИЙСКИЙ5, канд. техн. наук
1 Российская академия архитектуры строительных наук (107031, г. Москва, ул. Большая Дмитровка, 24)
2 Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва (430005, Республика Мордовия, г. Саранск, ул. Большевистская, 68)
3 Пензенский государственный университет архитектуры и строительства (440028, г. Пенза, ул. Германа Титова, 28)
4 Российский университет транспорта (МИИТ) (127994, г. Москва, ул. Образцова, 9, стр. 9)
5 ООО «Лаборатория комплексных технологий» (51412, Украина, Днепропетровская обл., г. Павлоград, ул. Искровская, 1а)
Исследование трещиностойкости бетонов нового поколения
По уровню технических и экономических показателей бетон и железобетон являются и будут оставаться основными конструкционными материалами. В мировой практике разработаны новые виды эффективных бетонов. Все они являются многокомпонентными, что определяется не только разнообразием химико-минералогического состава компонентов, но и масштабными уровнями их дисперсности. К бетонам нового поколения относятся порошково-активированный песчаный бетон с оптимизированным содержанием дисперсных наполнителей и тонкого измельченного песка. Проведено сравнение данных по трещиностойкости порошково-активированных бетонов нового поколения, в состав которых входит реакционно-и реологически-активный наполнитель, пластификатор и мелкие заполнители с показателями материалов переходного и старого поколений. Характеристики трещиностойкости определяли на образцах-балочках с предварительно наведенной начальной трещиной. В качестве исследуемых рассматривали силовые и энергетические параметры: удельные энергозатраты на статическое разрушение образца; статический джей-интеграл; статический коэффициент интенсивности напряжений при нормальном разрыве. Установлено, что повышение водоцементного отношения в композитах приводит к снижению энергетических параметров механики разрушения. При введении биоцидной добавки тенденция влияния водоцементного отношения на параметры трещиностойкости цементного камня оказалась аналогичной. Применение реакционно-и реологически-активного наполнителя повышает параметры трещиностойкости песчаного бетона, особенно статический джей-интеграл Ji, характеризующий энергию вязкого (пластического) разрушения материала у вершины трещины, возрастающую вследствие повышения сцепления цементного камня с активной поверхностью реакционно-активного наполнителя.
Ключевые слова: трещиностойкость, цементный камень, порошково-активированный бетон, дисперсность, минеральные добавки, энергетические параметры, бетоны нового поколения.
Для цитирования: Травуш В.И., Карпенко Н.И., Ерофеев В.Т., Ерофеева И.В., Тараканов О.В., Кондращенко В.И., Кесарийский А.Г. Исследование трещиностойкости бетонов нового поколения // Строительные материалы. 2019. № 10 С. 3-11. 00!: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-775-10-3-11
V.I. TRAVUSH1, Doctor of Sciences (Engineering), Professor, Academician of RAACS, N.I. KARPENKO1, Doctor of Sciences (Engineering), Professor, Academician of RAACS;
V.T. EROFEEV2, Doctor of Sciences (Engineering), Academician of RAACS, I.V. EROFEEVA2, Candidate of Sciences (Engineering) (ira.erofeeva.90@mail.ru); O.V.TARAKANOV3, Doctor of Sciences (Engineering); V.I. KONDRASHENKO4, Doctor of Sciences (Engineering); A.G. KESARIYSKIY5, Candidate of Sciences
1 Russian Academy of Architecture of Construction Sciences (24, Bolshaya Dmitrovka Street, Moscow, 107031, Russian Federation)
2 National Research N.P. Ogarev Mordovia State University (68, Bolshevistskaya Street, Saransk, 4Republic of Mordovia, 30005, Russian Federation)
3 Penza State University of Architecture and Civil Engineering (28, Germana Titova Street, Penza, 440028, Russian Federation)
4 Russian University of Transport (MIIT) (9, build. 9, Obraztsova Street, Moscow, 127994, Russian Federation)
5 LLC Laboratory of Complex Technologies (1a, Iskraskaya Street, Dnepropetrovsk region, Pavlograd, 51412, Ukraine)
The Study of Crack Resistance of Concretes of a New Generation
According to the level of technical and economic indicators, concrete and reinforced concrete are and will remain the main structural materials. New types of effective concretes have been developed in the world practice. All of them are multicomponent, which is determined not only by the variety of chemical and mineralogical composition of the components, but also by the large-scale levels of their dispersion. The new generation of concretes includes powder-activated sand concrete with an optimized content of dispersed fillers and fine crushed sand. A comparison of data on the crack resistance of powder-activated concretes of the new generation, which includes reaction and rheological-active filler, plasticizer and fine aggregates with the properties of materials of the transition and old generations was made. Crack resistance characteristics were determined on beam samples with a pre-induced initial crack. Power and energy parameters: specific energy consumption for static destruction of the sample; static j-integral; static stress intensity factor at normal rupture were considered as the studied parameters. It is established that the increase in water-cement ratio in composites leads to a decrease in the energy parameters of the fracture mechanics. With the introduction of the biocidal additive the trend of effect of water-cement ratio on the parameters of crack resistance of cement stone were the same. The use of reactive and rheological active filler increases the parameters of the crack resistance of sand concrete, especially the static j-integral Jt, which characterizes the energy of viscous (plastic) destruction of the material at the crack top, increasing due to increased adhesion of cement stone to the active surface of the reaction-active filler.
Keywords: crack resistance, cement stone, powder-activated concrete, dispersion, mineral additives, energy parameters, concretes of new generation.
For citation: Travush V.I., Karpenko N.I., Erofeev V.T., Erofeeva I.V., Tarakanov O.V., Kondrashenko V.I., Kesariyskiy A.G. The study of crack resistance of concretes of a new generation. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2019. No. 10, pp. 3-11. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-775-10-3-11
ш _
Ш&ДОШЛаи ® октябрь 2019
Введение
По уровню технических и экономических показателей бетон и железобетон являются и будут оставаться основными конструкционными материалами. В мировой практике разработаны новые виды эффективных бетонов, в том числе высокопрочные (ВПБ, Hochfester Beton — HFB), ультравысокопрочные (УВБ, Ultrahochfester Beton — UHFB), самоуплотняющиеся (СУБ, Selbstverdichtender Beton- SVB; Self Compacting Concrete — SCC), высококоррозионно-стойкие, реакционно-порошковые, дисперсно-армированные (Reaktionspulver Beton — RPB или Reactive Powder Concrete — RPC) и др. [1—4].
К бетонам нового поколения можно отнести по-рошково-активированные песчаные и щебеночные бетоны с широким диапазоном прочностных показателей: бетоны рядовых марок с диапазоном прочности 15—60 МПа; бетоны с повышенной прочностью от 60 до 100 МПа; высокопрочные бетоны с прочностью от 100 до 150 МПа; сверхвысокопрочные бетоны с прочностью 150 МПа и более [5—13].
Все эти бетоны являются многокомпонентными, что определяется не только разнообразием химико-минералогического состава компонентов, но и масштабными уровнями их дисперсности. В их составе дополнительно к цементу присутствуют дисперсные компоненты по крайней мере двух размерных масштабных уровней. При этом новые рецептура и топологическая структура позволяют снизить удельный расход цемента на единицу прочности 3,5 кг/МПа и менее [11, 14, 15].
В соответствии с новой рецептурой [7, 16] формируется и новая топологическая структура бетонных смесей, в которой существенно увеличивается объем реологической составляющей, обеспечивающий их пластичность и растекаемость. Если для заводской технологии пластичные смеси не требуются, то их реология изменяется за счет уменьшения содержания воды. При этом в топологической структуре щебеночных бетонов условно выделяются три реологические матрицы, отличающиеся содержанием в их объеме высокодисперсных и тонкозернистых наполнителей, а также мелкого и крупного заполнителей: основная высокодисперсная реологическая матрица первого рода, состоящая из воды, высокодисперсных частиц цемента, молотого наполнителя и микрокремнезема; реологическая матрица второго рода, состоящая из матрицы первого рода и тонкодисперсного песка; реологическая матрица третьего рода, состоящая из матрицы первого или второго рода и среднего или крупного песка [8, 16].
Все дисперсные и тонкозернистые наполнители можно разделить на два вида в соответствии с их функциями: реакционно-активные и реологически-активные [6]. Термин «реакционно-активный» (микрокремнезем, дегидратированный каолин, белая сажа и т. п.) характеризует достаточно интенсивную пуццолановую реакцию взаимодействия аморфного кремнезема с портландитом. Молотые кварцевые
или кварцсодержащие наполнители, такие как базальт, диабаз, гранит, сиенит, кварцевый песок, реакционно-активны с известью, но характеризуются замедленным, более продолжительным (латентным) периодом взаимодействия с портландитом. Другие дисперсные наполнители, например известняк и доломит, являются условно неактивными, так как не образуют прочных продуктов с гидроксидом кальция.
В самоуплотняющемся песчаном бетоне как реакционно-активные, так и реологически-активные добавки выполняют важную функцию: под действием диспергаторов они превращаются из геля в золь [6, 7]. Этот переход осуществляется под действием ионно-электростатических СП в водно-тонкодисперсной системе со значительной иммобилизацией воды из структуры геля в золь и сопровождается лавинообразным снижением предела текучести и вязкости системы с сохранением самопроизвольной гравитационной растекаемости.
В бетонных смесях «старого» поколения подобному переходу подвержена лишь одна дисперсная система — цементно-водная. Такой реологически-активной системы в бетонах «старого» поколения (БСП) мало, что требует введения тонкодисперсных наполнителей [9, 10]. В связи с этим дисперсные и тонкозернистые наполнители были отнесены к реологически активным, усиливающим в бетонной смеси действие всех видов пластификаторов. Именно порошково-активированный песчаный бетон с оптимизированным содержанием дисперсных наполнителей и тонкого измельченного песка, приводящих к кардинальным изменениям рецептуры, является бетоном нового поколения [5].
К настоящему времени изучены технологические и некоторые физико-механические свойства порошково-активированных бетонов в зависимости от основных структуроформирующих факторов, к которым относятся вид цемента, В/Ц-отноше-ние, наполнители различного размерного уровня и т. д. [9-13, 17].
Формирование структуры порошковых и других бетонов, отличительными признаками которых являются более высокая дисперсность зернистых компонентов, повышенные значения площадей поверхности раздела фаз, преобладание мелко- и скрытокристаллических сростков новообразований, возросшая плотность, увеличенное вследствие этого число физических и физико-химических контактов в единице объема материала, создает противоречивую ситуацию, в которой, с одной стороны, сформированная структура обеспечивает возрастающую прочность материала при сжатии, а с другой - повышается его хрупкость и понижается тре-щиностойкость [18-24].
Трещиностойкость структуры современных бетонов как комплексная категория сопротивления разрушению является главным критерием их эффективности, поскольку механизм разрушения, по
Ki-Ve
1 + 2,8<p2
1+2,8ф2+6ф
(l^x) -(5,58-19,57^+36,82^2-34,94^+12,77^)
(1)
сути, определяется процессом развития трещин в структуре материала [25, 26]. При этом категория трещиностойкости для бетонов раскрывается в виде совокупности показателей сопротивления разрушению, характеризующих это сложное явление не только как конечный акт, но и как кинетический процесс деформирования и накопления повреждений в структурированной системе материала. В такой постановке проблемы трещиностойкости бетонов принципиальное положение и первостепенное методологическое значение приобретает структурный подход [18, 21, 24].
Из этого следует, что актуальность исследований и их содержание предопределяются необходимостью рассмотрения механизма разрушения цементных бетонов, закономерной роли их состава и структуры в реализации этого механизма, обоснования на базе учета механизма разрушения возможных принципов управляющего воздействия на показатели сопротивления разрушению, разработки технологических приемов оптимизации состава и структуры материалов при обеспечении требуемого уровня их конструкционного потенциала, и прежде всего трещи-ностойкости.
Цели и методы исследований
В настоящей работе приведены результаты исследования трещиностойкости цементного камня, по-рошково-активированных бетонов, а также материалов старого и переходного поколений.
Оценка трещиностойкости образцов проводилась по ГОСТ 29167—91 «Методы определения характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении образца», в соответствии с которым характеристики трещиностойкости материала при нормальном отрыве определяли проведением механических испытаний на образцах-балоч-ках с записью полностью равновесной диаграммы нагрузка—перемещение «F—V». На основании данных, полученных от датчиков усилия и перемещения, строилась диаграмма «F— V», схематически показанная на рис. 1.
Далее экспериментальную диаграмму трансформировали в расчетную диаграмму по требованиям ГОСТ 29167. С этой целью, пользуясь средствами графического редактора AutoCAD, по набору данных восстанавливали диаграмму деформирования и выполняли следующие операции:
— от начала прямолинейного нисходящего участка диаграммы, т. е. из точки D, где выполняется условие (dF/dV) ~ const, проводили отрезок DK, перпендикулярный оси OV;
— из точки С опускали перпендикуляр СН к оси OVи линию СА, параллельную упругой линии ОТ;
— определяли величину отрезка OM из выражения (см. формулу 1):
где ~к=а0/Ь; <p=b/L0; Ve — упругие перемещения образца (отрезок АН на рис. 1);
— из точки М восстанавливали перпендикуляр MCU к оси ОVдо пересечения с линией ССнс, параллельной оси OV. Точку О соединяли с точкой СЩ отрезком ОСЩ.
Пользуясь средствами AutoCAD, определяли площади на равновесной диаграмме, которые соответствуют энергозатратам (W, МДж), связанным с: Wm — процессами развития и слияния микротрещин до формирования магистральной трещины статического разрушения (равны площади ОТСА на рис. 1); We — упругим деформированием до начала движения магистральной трещины статического разрушения (равны площади АСН на рис. 1); Wt — локальным статическим деформированием в зоне магистральной трещины (равны площади НС.DK на рис. 1).
Вычисляя площадь треугольника ОСЩМ, определяли расчетные энергозатраты на упругое деформирование сплошного образца:
W°- =F -Vе-/2
" ui ± m ' ui!
(2)
где Fm — максимальное значение усилия, достигнутое в ходе испытаний.
Значения удельных энергозатрат G, МДж/м2, вычисляли по соответствующим формулам:
— удельные энергозатраты Gi на статическое разрушение до момента начала движения магистральной трещины:
г _ Щп+Щ.
' t(b-Oo) .
(3)
F, H
2500 =
2000
1500
1000
500
0
O A 0
M H
50
100
150
200
V, мкм
Рис. 1. График полностью равновесной диаграммы (см. пояснения в тексте)
Начальный надрез - инициатор трещины
0 а
/ \ 1 / \
L0
L
Ж ■о
Ь
Рис. 2. Схема образца-балочки для определения характеристик трещиностойкости: а0 - длина начальной трещины; Ь, L - размеры образца; L0 - расстояние между зонами опирания; F - нагрузка на образец
— удельные эффективные энергозатраты GF на статическое разрушение:
Щ+Щ .
0Р =
«Ь-ооУ
(4)
— полные удельные упругие энергозатраты GСЕ на статическое деформирование образцов до разделения его на части:
Сгр =
СЕ
(5)
Ш + Ш-ш. J _ ггт Т'е ,гш
(6)
Ьф-ао) '
где К — статический коэффициент интенсивности
напряжений,
МПам1/2:
К1-Л1СГЕЬ,
(7)
где статический модуль упругости бетона Еь, МПа, вычисляется по формуле:
После страгивания трещины и вплоть до разделения образца на две части критериями трещиностой-кости являются: Щ — энергозатраты, равные площади НСDК на рис. 1; GF — удельные энергозатраты, вычисляемые по формуле (4); Кс — критический коэффициент интенсивности напряжений, МПа-м1/2, вычисляемый по формуле:
Кс-^СсеЕь •
(9)
^-ф-аоУ где t= Ь — геометрические размеры поперечного сечения образца; а0 — длина начальной трещины.
Влияние технологических факторов на трещино-стойкость бетона оценивали в двух областях работы образца — до момента страгивания магистральной трещины и после ее страгивания вплоть до разделения образца на две части.
До момента страгивания магистральной трещины критериями трещиностойкости служат: Щт — энергозатраты, МДж, равные площади ОТСА на рис. 1; Щ — энергозатраты, МДж, равные площади НСDК на рис. 1; Gi — удельные энергозатраты, вычисляемые по формуле (3), а также статический джей-интеграл, МДж/м2, вычисляемый по формуле:
Для оценки локализованных зон активной диссипации энергии в разработанной методике приняты следующие начальные условия эксперимента. Для бетона характерно хрупкое разрушение путем развития и распространения в его структуре трещин, и поэтому методом, позволяющим наиболее точно характеризовать процесс деформирования и разрушения бетона с точки зрения анализа локализованных зон активной диссипации энергии при силовом воздействии, является испытание на изгиб.
Характеристики трещиностойкости определяли на образцах-балочках размерами 0,04x0,04x0,16 м3 с предварительно наведенной начальной трещиной. Начальную трещину получали на готовом образце посредством контролируемого пропила на глубину 4 мм алмазным диском толщиной 1 мм (рис. 2).
Для получения равновесной диаграммы «нагрузка—перемещение» (<F—V») при испытаниях образцов повышенной хрупкости на трещиностойкость была изготовлена установка повышенной жесткости, схема и общий вид которой показан на рис. 3. Ее особенность состоит в том, что создание усилия обеспечивается клиновым механизмом с углом подъема клина 4 градуса. Площадь клиновой поверхности составляет более 200 см2, что позволяет при крайне малых напряжениях в испытательной системе развивать усилия, достаточные для разрушения образца,
F
научно-технический и производственный журнал Q'!'fiO>AÍ^J^liт^bls
октябрь 2019
ш ш Щ ШЖй Ж Ж в
ш ш У/А W////Á ж ш Ш
\ 1
Рис. 3. Установка для проведения испытаний образцов-балочек на трещиностойкость: а - схема (1 - базовая плита; 2 - стойка резьбовая; 3 - ходовые гайки; 4 - верхняя плита; 5 - сферический шарнир; 6 - датчик усилия; 7 - балочка-образец; 8 - подъемная платформа; 9 - стойка датчика перемещения; 10 - датчик перемещения; 11 - клиновой механизм); б - общий вид (1 - базовая плита; 2 - стойка резьбовая; 3 - верхняя плита; 4 - балочка-образец; 5 - опорные призмы; 6 - датчик перемещения; 7 - датчик усилия; 8 - клиновой механизм)
а
2
3
4
обеспечивая при этом требуемую жесткость разгрузочного устройства.
Усилие на образец F и перемещение Кцентральной части образца регистрировались при помощи датчиков, преобразующих измеряемые физические величины в электрические сигналы. Для регистрации перемещений использовался датчик Honeywell-MLT0R5 чувствительностью к перемещениям 59,055 Ом/мм, а для регистрации усилия применялись датчики S-типа модели STC фирмы Vishay Precision Group, Inc. С целью обеспечения высокой чувствительности в широком диапазоне измерений использовались датчики с пределами измерения 500, 2500, 10000 и 50000 Н.
Схема электроизмерительной части установки показана на рис. 4.
Сигналы от датчиков усилия 2 и перемещения 3 поступают на блок 4, где приводятся к стандартному предельному уровню напряжений 10 В. Далее сигналы передаются на АЦП 5, в качестве которого используется цифровой многоканальный самописец «S-Recorder-L». Через USB соединение данные от АЦП 5 поступают на компьютер 6, где происходит их визуализация с последующей записью в файл. Управление работой АЦП и визуализацией данных осуществляется программой «S-Recorder».
Влияние рецептуры цементных композитов на параметры их трещиностойскости
№ п/п Состав, водоцементное отношение GF К,
Дж/м2 Отн. ед. Дж Отн. ед. МПа-м1/2 Отн. ед.
1 Цементный камень, В/Ц = 0,267 558,3 12,1 34,2 9,1 1,6 1,4
2 Цементный камень, В/Ц = 0,35 46,3 1 3,76 1 1,12 1
3 Цементный камень с ГП МеШих 164^, В/Ц = 0,171 150,6 3,71 0,31 42,19 0,81 0,09 1,15 1,39 0,97
4 Цементный композит с двухфракционным кварцевым наполнителем (микрокварц), ГП МеШих 164^, В/Ц = 0,6 127 2,1 25,8 3,3 0,63 1,3
5 Цементный композит с двухфракционным кварцевым наполнителем (микрокварц + микрокремнезем), ГП МеШих 164^, В/Ц = 0,475 149,4 2,5 45,5 5,8 1,27 2,6
6 Цементный композит с двухфракционным кварцевым наполнителем, ГП Ме!Аих 164^, В/Ц = 0, 525 60,1 1 7,9 1 0,49 1
7 Цементный камень с биоцидной добавкой на основе гуанидина, В/Ц = 0,267 146 1 17,4 1 0,77 1
8 Цементный камень с биоцидной добавкой на основе гуанидина, В/Ц = 0,35 66,5 0,5 11,3 0,7 0,69 0,9
Примечание. GF- удельные энергозатраты на статическое разрушение образца; - статический джей-интеграл; К - статический коэффициент интенсивности напряжений при нормальном разрыве. Над чертой - показатели относительно состава № 1, под чертой - состава № 2.
Частота опроса датчиков составляет 100 Гц, но может быть как увеличена, так и снижена на два порядка. Уровень квантования сигналов датчиков 12 бит. Число дифференциальных каналов 16.
В качестве объектов исследования рассматривались цементные композиты следующего типа (см. таблицу): цементный камень на основе теста нормальной густоты (состав № 1); цементный камень с повышенным водосодержанием (состав № 2); цементный камень нормальной густоты с гиперпластификатором МеШих (состав № 3); цементный композит с гиперпластификатором МеШих, наполненный песком фракций 0—0,63 и 0,63—2,5 мм (состав № 6); цементный композит с гиперпластификатором МеШих, наполненный песком фракций 0—0,63 и 0,63—2,5 мм с добавкой микрокварца (состав № 4); цементный композит с гиперпластификатором МеШих, наполненный песком фракций 0—0,63 и 0,63—2,5 мм с добавкой микрокварца и микрокремнезема (состав № 5); цементный камень на основе теста нормальной густоты с биоцидной добавкой на основе гуанидина (состав № 7); цементный камень с биоцидной добавкой на основе гуанидина с повышенным В/Ц (состав № 8).
В таблице приведены данные сравнительных испытаний по определению параметров трещиностой-кости цементного камня и цементных композитов.
Результаты и обсуждение
Из результатов испытаний следует, что повышение водоцементного отношения приводит к резкому снижению в первую очередь энергетических параметров механики разрушения — уменьшению в 12,1 раза удельных энергозатрат на статическое разрушение образца GF и в 9,1 раза — статического джей-интеграла
Ji, при этом силовой критерий, оцениваемый величиной статического коэффициента интенсивности напряжений при нормальном разрыве К, снизился лишь на 30%, т. е. на величину, сопоставимую со снижением прочностных показателей.
Вызванное применением суперпластификатора резкое снижение водоцементного отношения привело к снижению в 3,71 раза удельных энергозатрат на статическое разрушение образца GF их росту в 3,25 раза по сравнению с образцом с высоким водо-содержанием (состав № 2). При этом наблюдается рост статического джей-интеграла Ji, характеризующий нелинейность процессов деформирования материала у вершины трещины, для обоих составов незначительное (на 23%) по сравнению с образцом на цементном тесте нормальной густоты (состав № 1) и существенное (в 11,22 раза) при высоком водоце-ментном отношении (состав № 2). Силовой критерий, оцениваемый величиной статического коэффициента интенсивности напряжений при нормальном разрыве К по аналогии с критерием GF, имеет максимальное значение на цементе нормальной густоты, т. е. как повышение, так и понижение В/Ц приводят к снижению важнейших параметров трещиностой-кости материала.
Как следует из результатов испытаний, применение тонкодисперсного кварца существенно — от 1,3 до 5,8 раза, повышает параметры трещиностойкости песчаного бетона, особенно статический джей-интеграл Ji, характеризующий энергию вязкого (пластического) разрушения материала у вершины трещины, возрастающую вследствие повышения сцепления цементного камня с активной поверхностью реакционно-активного наполнителя.
С другой стороны, эффект введения тонкодисперсного кварца мог бы оказаться еще более выраженным, если бы не различное водоцементное отношение составов (см. таблицу), при том что, как было установлено выше, влияние водоцементного фактора на параметры трещиностойкости не только существенно, но может быть и неоднозначным: как снижение, так и повышение В/Ц относительно некоторого рационального его значения приводят к снижению трещиностойкости цементного камня (см. таблицу).
При введении биоцидной добавки тенденция влияния водоцементного отношения на параметры трещиностойкости цементного камня оказалась аналогичной рассмотренному ранее: с ростом В/Ц с
0.267.до 0,35 наблюдается снижение энергетических параметров трещиностойкости GF и J на 30—50% и в меньшей степени — силового параметра K — на 10% (см. таблицу). Однако введение биоцидной добавки значительно снижает, как это следует из сравнения данных таблицы, отрицательный эффект на трещи-ностойкость цементного камня повышение водоце-ментного отношения.
Выводы
1. Приведен анализ литературных данных по бетонам нового поколения, характеризующимся повышенной прочностью, улучшенными показателями коррозионной стойкости и реологических свойств. Отмечена перспективность применения порошково-активированных бетонов, включающих в свой состав наряду с суперпластификатором и заполнителями реологически- и реакционно-активные наполнители.
2. Проведены сравнительные исследования тре-щиностойкости порошково-активированных бетонов нового поколения с материалами переходного и старого поколения, последние имеют в своем составе в одном случае реакционно-активный наполнитель, пластификатор и мелкие заполнители, а в другом — отсутствуют тонкодисперсные наполнители обоих видов. В качестве исследуемых параметров рассматривали силовые и энергетические параметры.
Список литературы
1. Баженов Ю.М. Современная технология бетона // Бетон и железобетон — взгляд в будущее: Научные труды III Всероссийской (II Международной) конференции по бетону и железобетону. Т. 7. Москва. 12-16 мая 2014 г. С. 23-28.
2. Фаликман В.Р., Сорокин Ю.В., Калашников О.О. Строительно-технические свойства особо высокопрочных быстротвердеющих бетонов // Бетон и железобетон. 2004. № 5. С. 5-10.
3. Сильвер Део. Аспекты применения неметаллической фибры. Исследование применения фибры для изделий из бетона // CPI — Международное бетонное производство. 2011. № 4. С. 46-56.
4. Lesovik R.V., Klyuyev S.V., Klyuyev A.V., Netreben-ko A.V., Yerofeyev V.T., Durachenko A.V. Fine-grain
3. Установлено, что повышение водоцементного отношения в композитах с 0,267 до 0,35 приводит к существенному росту энергетических параметров механики разрушения — уменьшению в 12,1 раза удельных энергозатрат на статическое разрушение образца Gf и в 9,1 раза — статического джей-интеграла J.
4. При применении гиперпластификатора Melflax 1641F энергетический GF и силовой Kt критерии разрушения композитов имеют максимальное значение на цементном тесте нормальной густоты, т. е. как повышение, так и понижение В/Ц приводят к снижению важнейших параметров трещиностой-кости материала.
5. Установлено существенное — от 1,3 до 5,8 раза, повышение параметров трещиностойкости песчаного бетона с тонкодисперсионными наполнителями, особенно статического джей-интеграла Ji, характеризующего энергию вязкого разрушения материала у вершины трещины, которая возрастает вследствие повышения сцепления цементного камня с активной поверхностью реакционно-активного наполнителя.
6. Повышение водоцементного отношения с
0.267.до 0,35 для составов с биоцидной добавкой приводит к снижению энергетических параметров трещиностойкости GF и J на 30—50% и в меньшей степени — силового параметра Kt — на 10%. Установлено, что биоцидная добавка снижает отрицательный эффект повышения водоцементного отношения на прочность и трещиностойкость цементного камня. В то же время для различных значений водоцементного отношения влияние биоцидной добавки неоднозначно: при низком В/Ц, равном 0,267, ее введение снижает трещиностойкость цементного камня от 2 до 3,8 раза, а при повышенном В/Ц, равном 0,35, наблюдается повышение энергетических критериев GF и J от 1,4 до 3 раз, в то время как силовой критерий Kt снижается на 40%. При этом снижается предельная растяжимость цементного камня и тем в большей степени, чем ниже водоцементное отношение.
References
1. Bazhenov Yu.M. Modern technology of concrete. Concrete and reinforced concrete — a look into the future: scientific papers of the III All-Russian (II International) conference on concrete and reinforced concrete. Vol. 7. Moscow. May 12-16, 2014, pp. 23-28. (In Russian).
2. Falikman V.R., Sorokin Yu.V., Kalashnikov O.O. Construction and technical properties of particularly high-strength quick-hardening concrete. Beton i zhe-lezobeton. 2004. No. 5, pp. 5-10. (In Russian).
3. Silver Deo. Aspects of the use of non-metallic fiber. The study of the use of fiber for concrete products. CPI — International Concrete Production. 2011. No. 4, pp. 46-56. (In Russian).
4. Lesovik R.V., Klyuyev S.V., Klyuyev A.V., Netreben-ko A.V., Yerofeyev V.T., Durachenko A.V. Fine-grain
concrete reinforced by polypropylene fiber // Research Journal of Applied Sciences. 2015. Vol. 10. Iss. 10, pp. 624-628 DOI: 10.3923/rjasci.2015.624.628
5. Erofeev V.T. Frame construction composites for buildings and structures in aggressive environments // Procedia Engineering. 2016. Vol. 165, pp. 1444-1447. https://doi.org/10.1016Xj.proeng.2016.11.877
6. Калашников В.И. Через рациональную реологию в будущее бетонов. Ч. 3. От высокопрочных и особовысокопрочных бетонов будущего к супер-пластифицированным бетонам общего назначения настоящего // Технологии бетонов. 2008. № 1. С. 22-26.
7. Калашников В.И., Ерофеев В.Т., Тараканов О.В. Суспензионно-наполненные бетонные смеси для порошково-активированных бетонов нового поколения // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2016. № 4 (688). С. 30-37.
8. Калашников В.И., Ерофеев В.Т., Тараканов О.В., Архипов В.П. Концепция стратегического развития пластифицированных порошковоактиви-рованных бетонов нового поколения // Высокопрочные цементные бетоны: технологии, конструкции, экономика (ВПБ-2016): Сборник тезисов докладов междунар. науч.-техн. конф. Казань, 2016. С. 36.
9. Гуляева Е.В., Ерофеева И.В., Калашников В.И., Петухов А.В. Влияние содержания воды, вида суперпластификатора и гиперпластификатора на растекаемость суспензий и прочностные свойства цементного камня // Молодой ученый. 2014. № 19. С. 191-194.
10. Гуляева Е.В., Ерофеева И.В., Калашников В.И., Петухов А.В. Влияние реакционно-активных добавок на прочностные свойства пластифицированного цементного камня // Молодой ученый. 2014. № 19. С. 194-196.
11. Мороз М.Н., Калашников В.И., Ерофеева И.В. Эффективные бетоны нового поколения с низким удельным расходом цемента на единицу прочности // Молодой ученый. 2015. № 6. С. 189-191.
12. Калашников В.И., Володин В.М., Мороз М.Н., Ерофеева И.В., Петухов А.В. Супер- и гиперпластификаторы. Микрокремнеземы. Бетоны нового поколения с низким удельным расходом цемента на единицу прочности // Молодой ученый. 2014. № 19. С. 207-210.
13. Калашников В.И., Ерофеева И.В., Володин В.М., Абрамов Д.А. Высокоэффективные самоуплотняющиеся порошково-активированные песчаные бетоны и фибробетоны // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 1-2. https://www. science-education.ru/pdf/2015/1-2/237.pdf
14. Ерофеев В.Т., Черкасов В.Д., Емельянов Д.В., Ерофеева И.В. Ударная прочность цементных композитов // Academia. Архитектура и строительство. 2017. № 4. С. 89-94.
concrete reinforced by polypropylene fiber. Research Journal of Applied Sciences. 2015. Vol. 10. Iss. 10, pp. 624-628 DOI: 10.3923/rjasci.2015.624.628
5. Erofeev V.T. Frame construction composites for buildings and structures in aggressive environments. Procedia Engineering. 2016. Vol. 165, pp. 1444-1447. https://doi.org/10.1016Xj.proeng.2016.11.877
6. Kalashnikov V.I. Through the rational rheology of the future of concrete. Part 3. From high-strength and extra-high-strength concrete of the future to super-plasticized general-purpose concrete of the present. Tekhnologii betonov. 2008. No. 1, pp. 22-26. (In Russian).
7. Kalashnikov V.I., Erofeev V.T., Tarakanov O.V. Suspension-filled concrete mixes for new generation powder-activated concrete. Izvestiya vysshikh ucheb-nykhzavedenii. Stroitel'stvo. 2016. No. 4 (688), pp. 3037. (In Russian).
8. Kalashnikov V.I., Erofeev V.T., Tarakanov O.V., Arkhipov V.P. The concept of strategic development of plasticized powder-activated concrete of a new generation. High-strength cement concrete: technology, construction, economics (VPB-2016): Collection of abstracts of international reports. scientific and technical conference. Kazan. 2016, p. 36.
9. Gulyaeva E.V., Erofeeva I.V., Kalashnikov V.I., Petukhov A.V. Effect of water content, type of super-plasticizer and hyperplasticizer on the spreadability of suspensions and strength properties of cement stone. Molodoi uchenyi. 2014. No. 19, pp. 191-194. (In Russian).
10. Gulyaeva E.V., Erofeeva I.V., Kalashnikov V.I., Petukhov A.V. The effect of reactive additives on the strength properties of plasticized cement stone. Molodoi uchenyi. 2014. No. 19, pp. 194-196. (In Russian).
11. Moroz M.N., Kalashnikov V.I., Erofeeva I.V. Effective new generation concretes with low specific cement consumption per unit of strength Molodoi uchenyi. 2015. No. 6, pp. 189-191. (In Russian).
12. Kalashnikov V.I., Volodin V.M., Moroz M.N., Erofeeva I.V., Petukhov A.V. Super and hyperplasti-cizers. Silica fume. New generation concrete with low specific cement consumption per unit of strength. Molodoi uchenyi. 2014. No. 19, pp. 207-210. (In Russian).
13. Kalashnikov V.I., Erofeeva I.V., Volodin V.M., Abramov D.A. High-performance self-compacting powder-activated sand concrete and fiber concrete. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2015. No. 1-2. https://www.science-education.ru/ pdf/2015/1-2/237.pdf (In Russian).
14. Erofeev V.T., Cherkasov V.D., Emel'yanov D.V., Erofeeva I.V. Impact strength of cement composites. Academia. Arkhitektura i stroitel'stvo. 2017. No. 4, pp. 89-94. (In Russian).
15. Erofeeva I.V. Biostability of carbonate-quartz composites. Vestnik of BSTU named after V.G. Shukhov. 2018. No. 6. , pp. 28-32. (In Russian).
15. Ерофеева И.В. Биостойкость карбонатно-кварце-вых композитов // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2018. № 6. С. 28-32.
16. Калашников В.И. Терминология науки о бетоне нового поколения // Строительные материалы. 2011. № 3. С. 103-106.
17. Ерофеева И.В. Физико-механические свойства, биологическая и климатическая стойкость по-рошково-активированных бетонов. Дис. ... канд. техн. наук. Пенза, 2018. 318 с.
18. Чернышев Е.М., Потамошнева Н.Д., Артамонова О.В., Славчева Г.С., Коротких Д.Н., Макеев А.И. Приложения нанохимии в технологии твердофазных строительных материалов: научно-инженерная проблема, направления и примеры реализации // Строительные материалы. 2008. № 2. С. 32-36.
19. Максимова И.Н., Макридин Н.И., Ерофеев В.Т., Скачков Ю.П. Прочность и параметры разрушения цементных композитов. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2015. 360 с.
20. Коротких Д.Н. Закономерности разрушения структуры высокопрочных цементных бетонов на основе анализа полных равновесных диаграмм их деформирования. Ч. 1 // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2012. Вып. 26. С. 56-67.
21. Баженов Ю.М., Чернышов Е.М., Коротких Д.Н. Конструирование структур современных бетонов: определяющие принципы и технологические платформы // Строительные материалы. 2014. № 3. С. 6-14.
22. Каприелов С.С., Шенфельд А.В., Кривоборо-дов Ю.Р. Влияние структуры цементного камня с добавками микрокремнезема и суперпластификатора на свойства бетона // Бетон и железобетон. 1992. № 7. С. 4-7.
23. Каприелов С.С., Чилин И.А. Сверхвысокопрочный самоуплотняющийся фибробетон для монолитных конструкций // Бетон и железобетон — взгляд в будущее: Научные труды III Всероссийской (II Международной) конференции по бетону и железобетону. Т. 3. Москва. 12-16 мая 2014 г. С. 158-164.
24. Коротких Д.Н., Кесарийский А.Г. Исследование методом лазерной голографической интерферометрии процесса трещинообразования при разрушении высокопрочных бетонов // Всник ДонНАБА 2011. № 4 (90). С. 32-39.
25. Коротких. Д.Н. Трещиностойкость современных цементных бетонов (проблемы материаловедения и технологии): Монография. Воронеж: Воронежский ГАСУ, 2014. 141 с.
26. Акчурин Т.К., Ушаков А.В. Теоретические и методологические вопросы определения характеристик трещиностойкости бетона при статическом погружении. Волгоград: Издательство ВолгГАСУ, 2005. 408 с.
16. Kalashnikov V.I. Terminology of science of new generation of concrete. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2011. No. 3, pp. 103-106. (In Russian).
17. Erofeeva I.V. Physico-mechanical properties, biological and climatic resistance of powder-activated concrete. Dis ... Candidate of Sciences (Engineering). Penza 2018.318 p. (In Russian).
18. Chernyshev E.M., Potamoshneva N.D., Artamono-va O.V., Slavcheva G.S., Korotkikh D.N., Makeev A.I. Applications of nanochemistry in the technology of solid-phase building materials: scientific and engineering problem, directions and examples of implementation. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]/ 2008. No. 2, pp. 32-36. (In Russian).
19. Maksimova I.N., Makridin N.I., Erofeev V.T., Skachkov Yu.P. Prochnost' i parametry razrusheniya tsementnykh kompozitov [Strength and fracture parameters of cement composites]. Saransk: Publishing House of Mordov University. 2015.360 p.
20. Korotkikh D.N. Patterns of destruction of the structure of high-strength cement concrete based on the analysis of complete equilibrium diagrams of their deformation (part 1). Vestnik of the Volgograd State University of Architecture and Civil Engineering. Series: Construction and Architecture. 2012. Vol. 26, pp. 56-67. (In Russian).
21. Bazhenov Yu.M., Chernyshov E.M., Korotkikh D.N. Designing of modern concrete structures: determining principles and technological platforms. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2014. No. 3, pp. 6-14. (In Russian).
22. Kaprielov S.S., Shenfel'd A.V., Krivoborodov Yu.R. Beton i zhelezobeton. 1992. No. 7, pp. 4-7. (In Russian).
23. Kaprielov S.S., Chilin I.A. Ultra-high-strength self-compacting fiber-reinforced concrete for monolithic structures. Concrete and reinforced concrete — a look into the future: scientific papers of the III All-Russian (II International) conference on concrete and reinforced concrete. Vol. 3. Moscow. May 12-16, 2014, pp. 158-164. (In Russian).
24. Korotkikh D. N., Kesariiskii A.G. Laser holographic interferometry study of the process of crack formation during the destruction of high-strength concrete. Visnik DonNABA. 2011. No. 4 (90), pp. 32-39. (In Russian).
25. Korotkikh. D.N. Treshchinostoikost' sovremennykh tsementnykh betonov (problemy materialovedeniya i tekhnologii): monografiya [Crack resistance of modern cement concrete (problems of materials science and technology): monograph. Voronezh: Voronezh GASU. 2014. 141 p.
26. Akchurin T.K., Ushakov A.V. Teoreticheskie i metodologicheskie voprosy opredeleniya kharakteris-tik treshchinostoikosti betona pri staticheskom pogru-zhenii [Theoretical and methodological issues of determining the characteristics of crack resistance of concrete with static immersion.]. Volgograd: VolgGASU Publishing house. 2005. 408 p.
