CC BY
35
УДК 691.32 ББК 38.33 М-14
Маилян Дмитрий Рафаэлович, доктор технических наук, профессор кафедры железобетонных и каменных конструкций ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный строительный университет»;
Хомич Леонид Анатольевич, аспирант ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный университет»;
Блягоз Алик Моссович, кандидат технических наук, доцент кафедры строительных и общепрофессиональных дисциплин ФГБОУ ВПО «Майкопский государственный технологический университет».
ИЗМЕНЕНИЕ ДЕФОРМАТИВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЫСОКОПРОЧНОГО БЕТОНА ПОСЛЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ОБЖАТИЯ
(рецензирована)
В статье рассматриваются изменения деформативных свойств высокопрочного бетона после предварительного обжатия. Предложенные регрессионные зависимости для оценки этого явления.
Ключевые слова: предварительное обжатие, высокопрочные бетоны,
деформативные свойства.
Mailyan Dmitry Rafaelovich, professor of the Department of Reinforced Concrete and Masonry Structures ofFSBEIHPE "Rostov State University of Civil Engineering";
Khomich Leonid Anatolievich, postgraduate of FSBEI HPE "Rostov State University;
Blyagoz Alec Mossovich, Candidate of Technical Sciences, assistant professor of the Department of Construction and General Professional disciplines of FSBEI HPE "Maikop State Technological University".
ALTERATION OF DEFORMATION CHARACTERISTICS OF HIGH-STRENGTH CONCRETE AFTER PRE-COMPRESSION
(reviewed)
The article discusses the changes of deformability properties of concrete after preliminary compression. Regression correlations to evaluate this phenomenon have been proposed.
Keywords: pre-compression, high-strength concrete, deformation properties.
Проведенные в РГСУ исследования показали влияние на деформативные свойства высокопрочных бетонов предварительного обжатия.
При первичном обжатии (рис. 1, кривая АБ) и последующим выдерживании при убывающем напряжении (кривая БВ) в высокопрочном бетоне развиваются неупругие деформации. При полной разгрузке элемента после восстановления упругих деформаций и проявления эффекта упругого последствия (отрезок ГД) в бетоне сохраняются отжатые деформации (отрезок АД). В результате при повторном загружении этого элемента его упруго-пластические свойства претерпевают существенные изменения - возрастает модуль упругости (ах>а, см. рис. 1), уменьшаются деформации, возрастают коэффициенты упругости.
ll
Рис. 1 - Изменение деформаций бетона при предварительном обжатии (АБ), выдерживании в обжатом состоянии (БВ), разгрузке (ВГ), отдыхе (ГД) и последующем кратковременном сжатии (ДЕ) или растяжении (Д¥)
Результаты проведенных нами опытов (табл. 1) показали, что деформации высокопрочного бетона при обжатии £д 0, выдержке в обжатом состоянии £д с и необратимые (после разгрузки зависят от уровня обжатия, возраста при обжатии и продолжительности обжатия).
Как видно из табл. 1 при испытании опытных образцов повышение уровня обжатия 7]Т с 0,15 до 0,55 при прочих равных условиях привело к увеличению указанных деформаций в несколько раз. С увеличением возраста высокопрочного бетона при обжатии эти деформации уменьшаются. Так, сравнивая результаты испытания можно отметить, что увеличение т с 12 суток до 50 суток привело к уменьшению £$0 в среднем в 1, 3 раза, £дс - в 1,9 раза, £дт - в 1, 7 раза. Менее заметно сказывается влияние продолжительности обжатия - при увеличении ее с 8 до 70 суток £б с возросло в 1, 2 раза, а £б т - в 1,1 раза.
Таблица 1 - Показатели деформативности бетонных образцов в процессе обжатия и последующего кратковременного загружения (средние по 3 образцам-близнецам)
Шифр Деформации в процессе обжатия Характеристики при кратковременном испытании после длительного обжатия
групп £ ■ 105 при сжатии при растяжении
образцов £во £в t £6Т £б • 105 Ев ■ Ю"3 МПа V eet • 105 Eet ■ 10“3 МПа vt
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1G
В-1-50-8 24 8 13 173,6 36,22 G,714 13,16 33,G2 G,545
В-2-50-8 7G 18 33 171,1 36,4 G,735 11,73 33,G2 G,546
В-3-50-8 1G5 21 43 169,4 36,4 G,737 1G,26 32,5 G,555
В-1-50-70 24 9 14 171,5 36,4 G,716 13,12 33,G9 G,547
В-2-50-70 7G 22 37 169,4 36,5 G,744 11,45 33,58 G,548
В-3-50-70 1G5 27 49 165,9 36,58 G,752 9,72 33,G9 G,563
В-0-0-0 - - - 174,6 36,22 G,692 13,5 32,76 G,541
В-G-G-G - - - 174,6 36,22 G,692 13,5 32,76 G,541
ВА-1-7- 7G 45 27 45 168,9 39,G4 G,774 11,G6 36,55 G,547
ВА-2-7- 7G 12G 57 1G7 151,5 41,22 G,9G9 7,75 37,73 G,653
ВА-1-Ю- 7G 37 21 35 171,1 38,46 G,757 11,57 35,83 G,567
ВА-2-Ю- 7G 1G4 47 89 155,9 4G,22 G,881 8,33 36,75 G,627
ВА-1-14- 7G 29 15 26 172,9 37,39 G,753 12,G8 35,17 G,557
ВА-2-14- 7G 85 37 72 161,8 38,36 G,861 9 36,29 G,617
ВА-G-G-G - - - 178,2 35,78 G,7 13,81 32,81 G,543
ВА-G-G-G - - - 178,2 35,78 G,7 13,81 32,81 G,543
ВВ-1-12- 8 32 15 27 179,4 41,24 G,75 13,G6 36,62 G,567
ВВ-2-12- 8 92 32 44 172,9 42,5 G,825 1G,62 37,78 G,613
ВВ-3-12- 8 145 42 79 162,9 42,7 G,882 8,5 37,5 G,657
ВВ-1-12- 7G 33 18 55 176,5 41,67 G,763 12,54 37,5 G,572
ВВ-2-12- 7G 93 45 1G5 164,5 43,G9 G,866 9,58 38,47 G,624
ВВ-3-12- 7G 142 62 12G 152,3 43,32 G,945 7,33 38,47 G,686
ВВ-G-G-G - - - 181,8 39,35 G,71 14,51 34,88 G,552
ВВ-G-G-G - - - 181,1 39,35 G,71 14,51 34,88 G,522
ВГ-1-14- 8 3G 12 22 183,7 41,81 G,75 13,72 37,25 G,561
ВГ-2-14- 8 88 3G 7G 177,8 42,94 G,825 11,19 38,32 G,615
ВГ-3-14- 8 132 4G 88 171,3 43,G6 G,863 9,48 37,82 G,641
ВГ-1-14- 7G 3G 16 4G 181,1 42,29 G,759 13,26 37,97 G,562
ВГ-2-14- 7G 87 4G 8G 17G,6 43,31 G,867 9,93 39,22 G,629
ВГ-3-14- 7G 13G 55 1G1 16G,2 43,47 G,931 8,11 38,61 G,667
ВГ-G-G-G - - - 185,2 4G,55 G,714 14,82 35,65 G,555
ВГ-G-G-G - - - 185,2 4G,55 G,714 14,82 35,65 G,555
Примечание: Деформации £д, £дс и коэффициенты упругости V и Ус даны при разрушающих напряжениях.
По результатам кратковременного испытания бетонных призм - восьмерок после их длительного обжатия была установлена степень изменения предельных деформаций высокопрочного бетона, модуля упругости и коэффициента упругости
(при ). По значениям указанных характеристик, приведенных в таблице 1, были
определены коэффициенты Кеб сК Е б сКу с и влияние на них основных факторов (табл. 2).
Используя методику планирования эксперимента, были получены следующие уравнения регрессии, выражающие зависимость указанных коэффициентов от уровня обжатия цт и возраста при обжатии т. Продолжительность обжатия 1 - т принята постоянной и равной 70 сут., ее влияние рассмотрено отдельно.
Еа
Кебс = — = 0,7 794 - 0, 3685ц( 1,9 + ц) + 2, 3 1 8 • 1 0 "4т • (72, 56 - т) + 7,6786 • 1 0 "3 77т
ечг
(1)
КЕб с = ^ = 11,23 + 0,4808ц(0,806 - ц) - 1,013 • 10“4т • (79,5 - т) - 1,25 •
Ев(
(2)
Кш = ^ = 1,0486 + 0,2 5 5ц( 2, 0 5 + ц) - 1,66 • 1 0 “4т • (47, 77 - т) - 1,482 • 1 0 "2цт
(3)
В этих уравнениях коэффициенты множественной корреляции оказались равными соответственно 0,993; 0,998 и 0,978, а расчетные значения критерия Фишера 4,35; 5,8 и 3,9, что меньше теоретического равного 19,2. Эти уравнения достаточно хорошо описывают опытные данные при цт = 0,1.. .0,55 и т = 7.. .50 сут. (рис. 2-5).
а)
б)
0,7
0,5
Е'Р
С71
С72а
3
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 г/
Рис. 2 - Изменение предельной растяжимости бетона, вызванное предварительным
обжатием:
а - при 1-т = 70 сут.; кривые - по формуле (2.20), точки - по опытным данным; б - при 1-т = 8 сут.; точки и кривые - по опытным данным;
1 - т = 50 сут.; Я = 80 МПа;
2 - т = 14 сут.; Я = 80 МПа;
2а - т = 14 сут.; Я = 90 МПа;
3 - т = 12 сут.; Я = 90 МПа;
4 - т = 10 сут.; Я = 80 МПа;
5 - т = 7 сут.; Я = 80 МПа.
а)
б)
Рис. 3 - Изменение модуля упругости бетона при растяжении вызванное
предварительным обжатием: а - при ^т = 70 сут.; кривые - по формуле 1, точки - по опытным данным; б - при 1-т = 8 сут.; точки и кривые - по опытным данным;
1 - т = 50 сут.; Я = 80 МПа;
2 - т = 14 сут.; Я = 80 МПа;
2а - т = 14 сут.; Я = 90 МПа;
3 - т = 12 сут.; Я = 90 МПа;
4 - т = 10 сут.; Я = 80 МПа;
5 - т = 7 сут.; Я = 80 МПа.
Приведенные данные показывают, что с увеличением уровня обжатия коэффициент и деформации при растяжении обжатого бетона уменьшаются, так как увеличивается отжатая часть деформации при предварительном сжатии (рис. 2). Это ведет также к повышению модуля упругости бетона при растяжении. Увеличение последнего наблюдается при повышении уровня обжатия цт до 0,4, при дальнейшем повышении обжатия вследствие образования микротрещин в бетоне возможно некоторое уменьшение его в сравнении с максимальными значениями (рис. 3). Коэффициенты упругости бетона при растяжении Кр с увеличением цт возрастают (рис. 4), так как предварительное обжатие повышает упругость высокопрочного бетона. С повышением высокопрочного бетона к моменту обжатия эффект его воздействия снижается (рис. 5) - все указанные коэффициенты стремятся к единице.
Длительные действия сжимающей нагрузки приводят к существенному
уменьшению предельных деформаций сжатия при следующем после отдыха кратковременном испытании на сжатие. Из рисунка 6 видно, что коэффициент Кед, равный отношению деформаций обжатого бетона к необжатому, заметно снижается с повышением уровня предварительного обжатия. Значение же модулей упругости (рис. 7), а также коэффициентов упругости (рис. 8), наоборот, повышаются, а)
б)
Кл, =•
1,2
1,15
М
1,05
<>
л1 -
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Рис. 4 - Изменение коэффициента упругости бетона при растяжении, вызванное предварительным обжатием: а - при ^т = 70 сут.; кривые - по формуле 1, точки - по опытным данным; б - при 1-т = 8 сут.; точки и кривые - по опытным данным;
1-т = 50 сут.;
2-т = 14 сут.; 2а-т = 14 сут.;
3-т = 12 сут.;
4-т = 10 сут.;
5- т = 7 сут.;
R=80 МПа; R=80 МПа; R=90 МПа; R=70 МПа; R=8G МПа; R=80 МПа.
При высоком уровне обжатия сге>0,6 д вследствие образования большого количества микротрещин и их существенного раскрытия, что приводит к разрыхлению структуры высокопрочного бетона, возможно понижение модуля упругости и повышение деформаций в сравнении с их экстремальными значениями при меньших уровнях обжатия.
С помощью методики планирования эксперимента было получено уравнение регрессии, отражающее зависимость коэффициента от уровня обжатия и возраста бетона при обжатии т.
Кр = ^ = 1,02 1 + 0,2 85ц( 3, 5 - ц) - 1, 1 7 • 1 0 _4т • (49,86 - т) - 1, 5 1 2 • 1 0 "2цт (4)
в)
1,3
1,25
1.2
1,15
1.І
1,05
1,0
et V
ь rv
_ ▲ ГК v2 \
\Р\ _ і
г, сут.
о ю
20
30
40
50
Рис. 5 - Влияние возраста бетона при обжатии т на изменение его предельной
растяжимости (а), модуля (б) и коэффициента упругости (в) при растяжении Кривые - по формулам 1, 2 и 3, точки - по опытным данным:
1 - при п = 0,15; 2 - при п = 0,4; 3 - при п = 0,55.
Коэффициент множественной корреляции для полученного уравнения оказался
равным 0,987, а расчетное значение критерия Фишера 2,6, что меньше теоретического равного 19,2. Это уравнение справедливо в интервале Т]т = 0,1.. .0,55 и т = 7.. .50 сут.
С увеличением возраста бетона коэффициенты Кеб; К Е б и Ку стремятся к единице (рис. 9), поскольку старый бетон отличается законченностью структуры и повышенной упругостью.
Таблица 2 - Изменение деформативных свойств высокопрочного бетона под влиянием
предварительного обжатия
Шифр серии образцов Возраст бетона при обжатии, сут. Продолж и- тельность обжатия, сут. Влияние начального уровня обжатия Т]т на показатели деформативных свойств бетона
са £б_ ев Ее Vа ~ са ЬЧ t £в t pa £61 Eet v? Vt
1 2 3 4 5 6 T в 9
при п = 0,133...0,152
В 50 в 0,994 1 1,032 0,9T5 1,оов 1,00T
то 0,9в2 1,005 1,035 0,9T2 1,01 1,011
T то 0,94в 1,091 1,105 о,воі 1,114 1,05T
ВА 10 то 0,96 1,0T5 1,0в2 о,в3в 1,092 1,045
14 то 0,9T 1,045 1,0T5 0,вт5 1,0T2 1,025
в 0,9вт 1,04в 1,0T5 0,9 1,05 1,02в
ВВ 12 то 0,9T1 1,059 1,0T4 0,в64 1,0T5 1,036
в 0,992 1,031 1,05 0,926 1,045 1,01
ВГ 14 то 0,9тв 1,043 1,063 0,в95 1,065 0,13
при п = 0,348.0,408
в 0,9в 1,005 1,062 0,в69 1,оов 1,01
В 50 то 0,9T 1,оов 1,0T5 0,в4в 1,025 1,012
T то 0,в5 1,152 1,29в 0,561 1,15 1,203
ВА 10 то 0,вт5 1,124 1,25в 0,61T 1,12 1,155
14 то 0,90в 1,0T2 1,230 0,652 1,106 1,13T
ВВ 12 в 0,951 1,ов 1,162 0,T32 1,ов3 1,11
то 0,905 1,095 1,22 0,66 1,103 1,13
в 0,96 1,095 1,156 0,T55 1,0T5 і,іов
ВГ 14 то 0,921 1,06в 1,215 0,6T 1,1 1,134
при п = 0,545.0,57
в 0,9T 1,005 1,066 0,T6 0,992 1,026
В 50 то 0,95 1,01 1,ов6 0,T2 1,01 1,04
в 1,в96 1,0в5 1,242 0,5в6 1,0T5 1,191
ВВ 12 то о,в3в 1,101 1,331 0,505 1,103 1,242
в 0,925 1,062 1,20в 0,64 1,061 1,155
ВГ 14 то 0,в65 1,0T2 1,304 0,54T 1,ов3 1,202
£а
б) ^є= —
se
1к
-^2ак
3
О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 ' т
Рис. 6 - Изменение предельной сжимаемости бетона, вызванное предварительным обжатием: а - при ^т = 70 сут.; б - при 1-т = 8 сут. Точки и кривые - по опытным данным;
1-т = 50 сут.; Я=80 МПа;
2-т = 14 сут.; Я=80 МПа;
2а-т = 14 сут.; Я=90 МПа;
3-т = 12 сут.; Я=90 МПа;
4-т = 10 сут.; Я=80 МПа;
5-т = 7 сут.; R=80 МПа.
а)
,15-
1,1
1,05-
КЕв=
0,1
0,2
0,3
0,4
5
—Л- 9 0
0,5
б)
Рис. 7 - Изменение модуля упругости бетона при сжатии, вызванное предварительным обжатием: а - при ^т = 70 сут.; б - при 1-т = 8 сут. Точки и кривые - по опытным данным;
1-т=50 сут.; Я=80 МПа;
2- т=14 сут.; Я=80 МПа;
2а -т=14 сут.; Я=90 МПа;
3-т=12 сут.; Я=90 МПа;
4-т=10 сут.; Я=80 МПа;
5-т=7 сут.; R=80 МПа.
а)
кл,=
1,35
1,3
1,25-
1,2
1,15-
1,1
1,05-
0,1
0,2
'О
/Луі ^ 2
// 2 і
/й.
/jp/ ( г?1 4
0,3
0,4
0,5
б)
1,2
1,15-
1,1
1,05-
кл,=
v
V
3
1
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Рис. 8 - Изменение коэффициента упругости бетона при сжатии, вызванное предварительным обжатием: а - при ^т = 70 сут.; кривые - по формуле 4, точки - по опытным данным;
б - при 1-т = 8 сут.; точки и кривые - по опытным данным;
1-т=50 сут.; Я=80 МПа;
2-т=14 сут.; Я=80 МПа;
2а-т=14 сут.; Я=90 МПа;
3-т=12 сут.; Я=90 МПа;
4-т=10 сут.; Я=80 МПа;
5-т=7 сут.; R=80 МПа.
а)
б)
в)
Рис. 9 - Влияние возраста бетона при обжатии т на изменение его: а - предельной сжимаемости; б - модуля упругости при сжатии. Точки и кривые - по опытным данным; в - коэффициента упругости при сжатии.
Кривые - по формуле 4, точки по опытным данным: 1 - при п = 0,15; 2 - при п = 0,4; 3 - при п
0,55.
Литература:
1. Маилян Д.Р. Метод расчета сжатых железобетонных элементов с учетом трансформированных диаграмм деформирования бетона при различных воздействиях: монография / Маилян Д.Р., Ахмед Аббуд, Ганди Джахажах. - 2008. - 67 с.
2. Хунагов Р.А. Расчет двухслойных предварительно напряженных железобетонных панелей /
Хунагов Р.А., Маилян Д.Р. // Вестник Майкопского государственного технологического университета.- 2011. - Вып. 4. - С. 33-36.
References:
1. Mailyan D.R., Ahmad Abboud, Gandhi Dzhahazhah. Calculation method of compressed concrete elements, with the transformed strain diagram of concrete under different treatments: monograph. 2008. 67p.
2. Khunagov R.A., Mailyan D.R Calculation of two-layer pre-stressed concrete panels // Bulletin of Maikop State Technological University. 2011. №4. P. 24-29.
