CC BY
72
литных конструкциях // Патент РФ № 113287. 2012. Бюл. №4.[ Svintsov A.P., Svintsova N.K., Nikolenko Yu.V, Gladchenko L.K. Ustroistvo dlya teplovoi obrabotki betonnoi smesi v monolitnykh konstruktsiyakh // Patent RF № 113287. 2012. Byul. №4].
Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:
Ю.В. Николенко, Н.А. Сташевская, Г.Э. Окольникова. Применение самоуплотняющихся бетонов в монолитном домостроении — Системные технологии. — 2017. — № 23. — С. 38—42.
APPLICATION OF SCC IN THE MONOLITHIC HOUSING
Y. Nikolenko, N.A. Stashevskaya, G.E. Okolnikova, Peoples' Friendship University of Russia
Abstract
Application of self-compacting concrete in the monolithic housing construction will reduce labor costs for the construction of load-bearing structures and, consequently, reduce construction time. Currently in our country except for advertising this kind of concrete deep comprehensive studies have been conducted. Describes the properties of self-compacting concrete (SCC) is inherently advertising fashion superplasticizers based on polycarboxylate ethers and polyacrylates.
Keywords:
self-compacting concrete, cast concrete mix, superplasticizer, polycarboxylates, the strength of concrete, standard cone. Date of receipt in edition: 14.04.17
Date of acceptance for printing: 18.04.17
УДК 624.9
ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ ВЫСОКОПРОЧНЫХ БЕТОНОВ МЕТОДАМИ МЕХАНИКИ РАЗРУШЕНИЯ
Г.Э. Окольникова*, А.К. Курбанмагомедов**
* Р оссийский университет дружбы народов, Департамент архитектуры и строительства ** Московский политехнический университет
Аннотация Ключевые слова:
В данной работе исследования проводились для высокопрочного мелко- высокопрочный бетон, механика раз-
зернистого модифицированного «порошкового» бетона, который явля- рушения бетона, кла,а:бетона, крити-
ется материалом нового поколения. ческий коэффициент интенсивности
Цель исследования — определение основных физико-механических напряжений, критическая скоржть
высвобождения энергии
свойств и характеристик трещиностойкости высокопрочных мелкозер-
. История статьи:
нистых бетонов, моделирование их разрушения при различных режимах
Дата поступления в редакцию 22.05.17
нагружения, экспериментальное уточнение гипотезы процесса разруше-
Дата принятия к печати 24.05.17
ния высокопрочных и сверхвысокопрочных бетонов.
По итогам исследования были определены экспериментальные значения физико-механических характеристик мелкозернистого высокопрочного бетона (в возрасте 7, 14, 28, 60 суток): кубиковая прочность, прочность бетона на растяжение при изгибе, прочность бетона на осевое растяжение, момент трещинообразования, класс бетона на осевое сжатие, модуль упругости, а также определены параметры механики разрушения: критический коэффициент интенсивности напряжений, критическая скорость высвобождения энергии.
В настоящее время в России и за рубежом интенсивно ведется строительство и проектирование высотных зданий. С каждым годом разрабатываемые проекты становятся все более смелыми. А возведенные объекты наглядно доказывают: то, что еще десятилетие назад казалось фантастикой, сегодня — реальное эксплуатируемое здание, изменившее привычный облик города.
Строительство высотных зданий требует применения высокопрочных материалов, которые обеспечивают саму возможность возведения объекта и позволяют применять оптимальные архитектурные и конструктивные решения. На сегодняшний день в России разработаны и активно внедряются высокопрочные бетоны с минеральными добавками классом по прочности на сжатие до В100 и выше, производимые в промышленных масштабах. За последнее десятилетие проведены исследования основных физико-механических свойств высокопрочных бетонов [1-5], однако остались неисследованными параметры механики разрушения этих бетонов.
Разрушение высокопрочных и сверхвысокопрочных бетонов имеет свои особенности, связанные с параметрами механики разрушения отдельных компонентов структуры бетона (заполнитель, матрица, контактная зона между заполнителем и матрицей) [6].
При этом разрушение высокопрочных и сверхвысокопрочных бетонов носит значительно более хрупкий, почти взрывоподобный характер. Все эти особенности разрушения высокопрочных и сверхвысокопрочных бетонов весьма существенны, но практически никем не исследовались ни в нашей стране, ни за рубежом.
Данное исследование проводится с целью экспериментального определения таких параметров механики разрушения, как критический коэффициент интенсивности напряжений и критическая скорость высвобождения энергии, а также влияния трещины в изгибаемом элементе на величину момента трещинообразования.
Для эксперимента был использован тяжелый высокопрочный бетон, изготовленный с применением полифункционального модификатора МБ. Для приготовления бетона были применены: портландцемент марки 500, модификатор бетона МБ; минеральный порошок, улучшающий свойства бетона МП-1; песок с модулем крупности Мкр = 2,7; гранитный щебень фракции 5-10 мм; водопроводная вода. Дозировка компонентов на 1 м3 бетонной смеси приведена в таблице 1.
В ходе эксперимента были испытаны на сжатие кубы с ребром 10 см и на изгиб образцы — балочки трех видов: сечением 10х10 см, сечением 10х10 см с искусственной трещиной в середине пролета глубиной 2,5 см, образованной вставленной в форму пластиной, и сечением 10х7,5 см (Ьх^. Длина балочек варьировалась от 40 до 45 см, что не является существенным, так как при испытаниях расстояние между опорами и нагружающими элементами для всех образцов было одинаковым. Испытания были проведены в соответствии с [7].
Таблица 1
Расход материалов на 1 м3 бетонной смеси
Цемент, кг МБ, кг МП-1, кг Песок, кг Щебень, кг Вода, л
490 110 40 880 730 140
Испытания проводились в возрасте бетона 7, 14, 28 и 60 суток с целью оценить значения контролируемых параметров, начиная с раннего возраста бетона, и проследить их изменение во времени. После распалубки образцы хранились в камере нормального твердения до испытаний.
По результатам испытаний кубов на сжатие по методике [8] подсчитаны значения фактического класса прочности бетона. Эти значения приведены в таблице 2.
Таблица 2
Фактический класс прочности бетона
Возраст бетона, сут 7 14 28 60
Фактический класс прочности бетона 59 73 83 86
В результате испытаний образцов — балочек на изгиб были получены значения прочности на растяжение при изгибе. Значения прочности на осевое растяжение были получены расчетным путем: прочность на растяжение при изгибе делилась на коэффициент у, учитывающий влияние неупругих деформаций бетона растянутой зоны, принятый в нормах равным 1,75 для прямоугольных сечений. Также был подсчитан момент трещинообразования по [9]:
М = Яы • ^ (1)
" 3,5
На рис. 1 приведены графики изменения момента трещинообразования в зависимости от возраста бетона, из которых также видно соотношение моментов трещинообразования для разных видов образцов.
В таблице 3 приведены соотношения моментов трещинообразования для всех видов образцов в различных возрастах.
Таблица 3
Соотношение моментов трещинообразования
Возраст бетона, сут 7 14 28 60
Призма 10х10 см 100% 100% 100% 100%
Призмы 10х10 см с трещиной 49% 49% 45% 47%
Призмы 10х7,5 см 53% 53% 54% 50%
По полученным экспериментальным данным для образцов с искусственной трещиной были подсчитаны критический коэффициент интенсивности напряжений [10]:
Klc =апс4ЛУ (Я)
, где
У (А) = (1 Л) [1,99 - 2,47А +12,97 А2 - 23,17А3 + 24,80А4 ] и критическая скорость высвобождения энергии:
G с =
KL
E
(2)
(3)
(4)
На рисунках 2 и 3 приведены графики изменения критического коэффициента интенсивности напряжений и критической скорости высвобождения энергии от времени.
к s
X
га m о
со га а ю о о х s 3 о а
II-
х
о s о
1400 1200 1000 800 600 400 200
10
Призмы 10x10 см
20
30 40
Возраст, сут
50
60
70
-- Призмы 10x10 см с трещиной ■ - Призмы 10x7.5 см
Рис. 1 График изменения момента трещинообразования в зависимости от возраста бетона
0
0
2
1-
О
О
X
т
О
X
О см
1- ^
X ^ 2
1- га
X с
о г
^ >5
-& X О *
О ГС
О п
с
>5 га
х
ас
О
о
У
1-
а
¡¡г
0.70
0.68
0.66
0.64
0.62
0.60
30 40
Возраст, сут
Рис. 2 График изменения критического коэффициента интенсивности напряжений
в зависимости от возраста бетона
к
X
Ф
ч
О
ю
о
т
о
га
л с
т Ш
л
1-
о
о 1-
а а
о Ф
ы X
о т
к
(В
ы
о
ф
Т
*
1-
а
100
95
90
85
80
30 40
Возраст, сут
Рис. 3 График нарастания критической скорости высвобождения энергии в зависимости от возраста бетона
Выводы:
1. Экспериментально определено снижение момента трещинообразования изгибаемого элемента при наличии трещины длиной 1/4 высоты сечения в растянутой зоне. Снижение составляет в среднем 52%.
2. Экспериментально определено влияние концентратора напряжений в виде трещины в растянутой зоне на момент трещинообразования. Момент трещинообразования снижается в среднем на 10% при наличии концентратора напряжений.
3. Экспериментально определены значения таких параметров механики разрушения высокопрочного тяжелого бетона, как критический коэффициент интенсивности напряжений и критическая скорость высвобождения энергии, а также зафиксировано их изменение во времени в зависимости от возраста бетона.
ЛИТЕРАТУРА
1. Экспериментальное определение параметров механики разрушения высокопрочных бетонов / Н. И. Карпенко; Зайцев, Ю. В.; Окольникова, Г. Э.; Андрианов, А. А.; Погосян, А. В.// Academia. Архитектура и строительство. 2010. — № 3. — с. 553-558.
2. Okolnikova G E, Kharun M, Tiekolo D. Effect of modifier mb10-01 on the physical and mechanical properties of high-strength coarse-aggregate concrete. J. Fundam. Appl. Sci., 2017, 9(7S), 391-401.
3. Okolnikova G E, Kharun M, Tiekolo D. Effect of modifier mb10-50c on the physical and mechanical properties of high-strength fine-aggregate "powdery" concrete. J. Fundam. Appl. Sci., 2017, 9(7S), 402-413.
4. Курбанмагомедов А.К. Трещина нормального разрыва в упругом слое / Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И.Я. Яковлева. Серия: Механика предельного состояния. 2017. № 1 (31). С. 96-104.
5. Кулиев В.Д., Курбанмагомедов А.К. Скорость роста усталостных трешин. Некоторые явления / Фундаментальные и прикладные исследования: проблемы и результаты. 2016. № 28. С. 66-71.
6. Кулиев В.Д., Курбанмагомедов А.К. В-метод решения одной задачи термоупругости из К-класса / Вестник Дагестанского научного центра РАН. 2014. № 54. С. 18-25.
7. ГОСТ 10180 -2012. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам, 2012.
8. ГОСТ 53231- 2008. Бетоны. Правила контроля прочности, 2008.
9. СП 63.13330.2012. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003. — М.: Минстрой, 2015.
10. Зайцев Ю.В., Окольникова Г.Э., Доркин В.В. Механика разрушения для строителей. Учебное пособие. — 2-ое изд., испр. и доп. — М. : ИНФРА-М, 2016. — 216c.
Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:
Г.Э. Окольникова, А.К. Курбанмагомедов. Исследование трещиностойкости высокопрочных бетонов методами механики разрушения. — Системные технологии. — 2017. — № 23. — С. 42—46.
THE STUDY OF FRACTURE TOUGHNESS OF HIGH-STRENGTH CONCRETE BY METHODS \ OF FRACTURE MECHANICS
G.E. Okolnikova, A.K. Kurbanmagomedov, RUDN University, Department of Architecture & Civil Engineering, Moscow Polytechnic University
Abstract
In this paper, the research was carried out for the high-strength finegrained modified «powdery» concrete, which is a relatively new construction material.
The aim of the study is to determine the main physical and mechanical properties and characteristics of crack resistance of high-strength finegrained concrete, modeling of their destruction mechanics under various loading conditions, and also the experimental hypothesis refinement process of the destruction of high-strength and ultra-high-strength
Keywords:
high-performance concrete, fracture
mechanics of concrete, concrete grade,
critical stress intensity factor, critical speed
of energy release.
Date of receipt in edition:
22.05.17
Date of acceptance for printing: 24.05.17
concrete.
In our study the physical and mechanical characteristics of high-strength fine-grained concrete at the ages of 7, 14, 28, 60 days have been determined, such as cubic strength, tensile strength at bending, strength at axial tensile, cracking moment, concrete grade at axial compression. We also determined the parameters of destruction mechanics, namely the critical stress intensity factor and the critical energy release rate.
