CC BY
16УДК 624.072 DOI: 10.31659/0585-430Х-2018-760-6-13-19
Н.И. КАРПЕНКО, д-р техн. наук, академик РААСН, В.Н. ЯРМАКОВСКИЙ, канд. техн. наук, почетный член РААСН, С.Н. КАРПЕНКО, д-р техн. наук, Д.З. КАДИЕВ, инженер
Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН (127238, Россия, г. Москва, Локомотивный пр., 21)
К диаграммам деформирования бетона под нагрузкой при действии температуры до -70°С в зависимости от его структурно-технологических характеристик
Начальную основу физических соотношений, используемых для расчета прочности и деформативности железобетонных конструкций, эксплуатируемых в условиях действия низкой температуры, составляют диаграммы, связывающие напряжения осевого сжатия и растяжения с относительными деформациями бетона, определенными в обычных условиях положительной температуры. На основании обобщения и анализа имеющихся экспериментальных данных выполнена корректировка диаграмм деформирования тяжелого бетона с учетом действия низкой отрицательной температуры (до -70оС ). При этом определено влияние такой температуры на повышение призменной прочности, начального модуля упругости бетона и его относительной деформации в вершинах диаграмм, построенных при испытании под нагрузками осевого сжатия в замороженном состоянии до температуры -70оС. Показано, что увеличение прочности, начального модуля упругости и относительных деформаций в вершинах диаграмм в значительной степени зависит от водоцементного отношения бетона и его исходной влажности W в момент замораживания, а именно когда последняя не превышает предельной величины Wпр, определяемой критической степенью водонасыщения бетона ^кр> 90%. На основе обработки результатов экспериментальных исследований установлено, что повышение прочности, модуля упругости и предельной деформативности бетона, испытанного под нагрузкой в замороженном состоянии при температуре ниже -70оС при различной влажности цементного камня и бетона в диапазоне до Wпр, фактически прекращается. Такая закономерность подтверждена результатами выполненных специальных исследований с помощью дилатометрического и ультразвукового методов изучения процесса фазового перехода воды в лед в порах-капиллярах и порах геля цементного камня бетона, а также результатами изменения в ходе этого процесса такого показателя, как льдистость последних в зависимости от дифференциальной пористости ЦК.
Ключевые слова: диаграммы деформирования, бетон, низкие отрицательные температуры, водоцементное отношение, дифференциальная пористость, влажность, степень водонасыщения, льдистость, деформации, прочность, модуль упругости, диаграммный ме-тод.
Для цитирования: Карпенко Н.И., Ярмаковский В.Н., Карпенко С.Н., Кадиев Д.З. К диаграммам деформирования бетона под нагрузкой при действии температуры до -70°С в зависимости от его структурно-технологических характеристик // Строительные материалы. 2018. № 6. С. 13-19.
N.I. KARPENKO, Doctor of Science (Engineering), Professor, Academician of RAACS, V.N. YARMAKOVSKY, Candidate of Sciences (Engineering), Honorary Member of RAACS, Chief Researcher, S.N. KARPENKO, Doctor of Sciences (Engineering), Counselor of RAACS, Leading Researcher, D.Z. KADIEV, Engineer Scientific-Research Institute of Building Physics of the Russian Academy architecture and construction sciences (21, Lokomotivniy Driveway, Moscow,127238, Russian Federation)
To diagrams of concrete deformation under simultaneous action of loading and low temperatures up to minus 70°C, depending on structural and technological characteristics of concrete
The initial basis of the physical ratios used to calculate the strength and deformability of reinforced concrete structures operated at low temperatures are diagrams relating the stress of axial compression and tension with relative deformations of heavy concrete, defined under normal conditions of positive temperature. On the basis of generalization and analysis of available experimental data, the correction of these deformation diagrams of heavy concrete with due regard for the effect of low negative temperature (up to -70°C) is performed. Herewith, the influence of such temperatures on increasing the prismatic strength, the initial modulus of concrete elasticity and its relative deformations at the vertices of diagrams built when testing the axial compression under the loads in a frozen state of up to -70°C is determined. It is shown that the specified increase in strength, initial modulus of elasticity and relative deformations at the vertices of the diagrams largely depends on the water-cement ratio of concrete and its initial moisture content W at the time of freezing, particularly when the latter does not exceed the limit value of W6m, determined by the critical degree of water saturation of concrete ^cr> 90%. On the basis of processing of experimental research data it is established that the increase in durability, modulus of elasticity and ultimate deformability of the concrete tested under loading in the frozen state at temperature lower -70°C at various humidity of a cement stone (CS) and concrete in the range up to W6m, actually stops. This pattern is confirmed by the results of special studies performed using dilatometric and ultrasonic methods of the process of phase transition of water to ice in the pores of the capillaries and pores of the gel of the CS of concrete, changes in the process of such an indicator as the" ice content" of the latter in dependence on the CS differential porosity.
Keywords: deformation diagrams, concrete, low negative temperatures, water-cement ratio, differential porosity, humidity, degree of water saturation, iceness, deformations, strength, modulus of elasticity, diagram method.
For citation: Karpenko N.I., Yarmakovsky V.N., Karpenko S.N., Kadiev D.Z. To diagrams of deformation of concrete under load by the action of temperature up to -70°C depending on its structural-technological characteristics. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2018. No. 6, pp. 13-19. (In Russian).
Введение и задачи исследования
В настоящее время в связи с планами расширения добычи нефти и газа в северных регионах России, в том числе Арктического побережья, и построения соответствующих терминалов, резервуаров для сжиженных природных газов и других инженерных сооружений [1—3] вместе с проблемой обеспечения требований по долговечности железобетонных конструкций при эксплуатации в суровых климатических условиях становится актуальной проблема разработки новых методов
расчета последних [4], эксплуатируемых в условиях одновременного воздействия силовых нагрузок и значительных по величине низких отрицательных температур.
Известно, что стойкость бетона в условиях воздействия отрицательных температур (морозостойкость бетона) характеризуется определенным количеством циклов попеременного замораживания и оттаивания, после которых прочность бетона снижается (ГОСТ 10060—2012 «Бетоны. Методы определения морозостойкости», пер-
вый базовый метод). Однако этой характеристики недостаточно для реальной оценки долговечности железобетонных конструкций. Для этого требуется оценка влияния низкой отрицательной температуры, прежде всего климатической (вплоть до -70оС), на основные нормативные прочностные и деформативные характеристики бетона, необходимые для расчета и проектирования бетонных и железобетонных конструкций, эксплуатируемых в таких условиях. Результаты соответствующих экспериментальных исследований приведены в [5—8]. Этот тезис подтверждают результаты исследований по влиянию напряженного состояния бетона на его морозостойкость, приведенные в монографии [7]. С учетом этих результатов в работе [8] впервые был предложен метод расчета железобетонных конструкций по новому предельному состоянию (а именно по долговечности), отражающему существенное влияние на морозостойкость бетона уровня его напряженного состояния.
Результаты вышеуказанных экспериментальных исследований [5—8] прочностных и деформативных свойств бетона при низкой отрицательной температуре (в частности, в замороженном, вплоть до -70оС, состоянии) обобщены в работе [4] с позиций решения проблемы долговечности железобетонных конструкций, эксплуатируемых в суровых климатических условиях. Методики испытаний бетонных образцов в таких исследованиях, в том числе разработанные принципиально новые авторские методики, достаточно детально приведены в [5, 6].
В работах [9—11] было показано, что деградация свойств такого материала (конгломератного типа), как бетон, наиболее полно отражается в диаграммной методике расчета и ее развитии. Однако влияние низкой отрицательной температуры в этих работах не учитывалось. Ранее было установлено, что начальную основу физических соотношений, используемых для расчета прочности и деформативности железобетонных конструкций, эксплуатируемых в условиях действия низкой температуры, составляют диаграммы, связывающие напряжения осевого сжатия и растяжения с относительными деформациями тяжелого бетона, определенными в обычных условиях положительных температур. Впервые обоснование актуальности построения диаграммного метода расчета стержневых железобетонных конструкций, эксплуатируемых в условиях воздействия отрицательной температуры, было представлено в работе [11, 12].
В настоящей работе на основании анализа имеющихся экспериментальных данных [5—8] и их обобщения [4, 6, 7] поставлены задачи:
— выполнить корректировку диаграмм деформирования бетона в условиях действия низкой отрицательной температуры (до -70оС);
— определить характер влияния такой температуры на изменение прочности, начального модуля упругости, относительных деформаций бетона в вершинах диаграмм, построенных при испытании под нагрузками осевого сжатия в диапазоне температуры от +20оС до -70оС;
— определить влияние на характеристики построенных диаграмм таких структурно-технологических показателей бетона, как его водоцементное отношение (В/Ц) и исходная влажность (массовое отношение влаги в %/%), а также дифференциальная пористость и льди-стость цементного камня бетона.
Результаты математической обработки данных экспериментальных исследований прочностных и деформативных характеристик бетона при действии низких отрицательных температур
В процессе выполнения математической обработки экспериментальных данных [5—8] связи между относительными линейными деформациями и напряжениями
бетона при осевом сжатии бетонных образцов-призм из тяжелого бетона класса по прочности В35 и В40 в замороженном в интервале температуры от -30оС до -70оС состоянии записываются в виде:
е6 =
Ем**
(1)
где Еь,Оь, Е6Г — соответственно относительные линейные деформации, напряжения осевого сжатия и начальный модуль упругости бетона в замороженном состоянии
Ей- — Еь • (3Е,
(2)
где Ей — начальный модуль упругости бетона в исходных условиях испытания образцов (при I = 20оС и соответствующей влажности W%); рЕ — коэффициент изменения начального модуля упругости бетона в замороженном состоянии; \ь — коэффициент изменения секущего модуля (^Ейг — секущий модуль бетона в замороженном состоянии).
Обработка данных экспериментальных исследований бетона с различной естественной влажностью и различным водоцементным отношением (В/Ц) при нагрузках осевого сжатия показала, что:
— при В/Ц=0,4 и изменении влажности в диапазоне W=3,1% — 5,1% можно принять:
РЕ=' +
0,03 + 0,12
Ш%-3% 1%
г 20° С-90°С
(3)
— при В/Ц=0,5 и изменении влажности в пределах W=3,1% - 5,1%:
РЕ=' +
0,015 + 0,12
/Ж%-3% \ 1%
г 20° с
90°С
(4)
Сопоставление данных, полученных в экспериментах и теоретических величин рЕ, полученных по формулам (3) и (4), в зависимости от исходной влажности бетона с различным В/Ц при температуре -70оС проиллюстрировано на рис.1.
Призменная прочность бетона Яь, которая равна напряжениям Ьът в вершине диаграммы замороженного бетона, определяется по зависимости:
= ^А'
(5)
где дь — напряжения в вершине диаграммы бетона в начальных условиях испытаний (при t 0=+2СРС и исходной влажности Щ; — коэффициент влияния низких температур на увеличение напряжений в вершине диаграммы — по существу призменной прочности.
Анализ экспериментальных данных показал следующее: — при В/Ц=0,4:
0,13 + 0,45
— при В/Ц=0,5:
Р *=1 +
0,06 + 0,45
1%
W%-3%
1%
90°С
20°С-1°С 90°С
(6)
(7)
Графики изменения величин (3Л в зависимости от исходной влажности W % бетона, замороженного до -70оС, определенные по формулам (6) и (7), и данные экспериментальных исследований приведены на рис. 2.
Напряжениям Ььт соответствуют увеличенные линейные деформации еьт в вершине соответствующей диаграммы:
1,26 1,26
1,25 - ^^1,24
1,2 - 1,17 ^ ■ ^1,18
1,15 - 1
1,1 -
1,05 " 1,04 Г | 1,05 | | I 1 | I 1
ьт
= VPe
(8)
(9)
где Я0 —условно принятая призменная прочность бетона, равная 20 МПа; Яь — фактическая призменная прочность бетона.
Результаты обработки экспериментальных исследований [5—8] показывают: - при в/ц=0,4:
IW+
0,05
(W%-3%
1%
при В/Ц=0,5:
W%-3%
+ 0,085
W%-3%
v
1%
r 20° С-
(W+
0,06
1%
M^rJ
90°С
20°С - fC 90°С
(10)
(11)
состоянии:
Vw =
^ьт^ът
(12)
Секущий модуль бетона для промежуточных уровней нагружения:
'ьт
(13)
1,75
сс
¿Г 1,5
1,25
- 2,1 2,08 ^+1,99
_ ^■1,89
- 1 1,58 ^ -""^1,61
- ^V2
_ 1,18 | 1,19 I 1 1 1 1 I 1
0 3 3,25 3,5 3,75 4 4,25 4,5 4,75 5 \«6, %
Рис. 1. ¡Зависимость коэффициента изменения начального модуля упругости |3Е тяжелого бетона о В/Ц=0,4 (1) и В/Ц=0,5 (2) в замороженном до -70оС состоянии от его исходной влажности \ЛЗб
где £а — относительные линейные деформации в вершине диаграммы бетона в условиях испытаний при положительных температурах. По данным [9] для тяжелого бетона:
0 3 3,25 3,5 3,75 4 4,25 4,5 4,75 5 5,2
W6, %
Рис. 2. Зависимость коэффициента изменения призменной прочности Рр, тяжелого бетонас В/Ц=0,4 (0) и В/Ц=0,5 (2) в замороженном до -70 оС состоянии от его исходной влажности ЛЛб
Диаграмма деформирования тяжелого бетона класса по прочности на сжатие В40 при одноосном растяжении корректируется следующим образом. В зависимостях (1), (13), (14), (15) аь заменяется на оы, Ььт — на аыт;
-на Vi(; vh -на \ыт; Rb -на Rit. При этом:
®ыт — ' Ра
v ыт = {0.6 + 0.15Rbt/Rb0)/ybT
(16) (17)
где согласно данным экспериментальных исследований МГСУ [13] можно принять:
0.15 + 0.5
W%-3%
уьт= 1 + 0.1
1%
W%-3% 1%
г 20° С- г°СЛ 90°С
20°С - t°C 90°С
(18)
(19)
Определив Ььт, еьт и Е№ можно вычислить коэффициент секущего модуля \ьт, соответствующий вершине диаграммы деформирования бетона в замороженном
Параметры У^'Щ при растяжении вычисляются по зависимостям (14), (15) при замене \ьт на \ыт, Vь на Vы.
Представленные выше зависимости между напряжениями и деформациями бетона, а также коэффициенты температурных деформаций служат основой для построения расчетных физических соотношений применительно к расчету различных железобетонных конструкций, эксплуатируемых в условиях действия отрицательной температуры [11—14].
определяется по ранее полученной зависимости в [9] с учетом замены на у :
V* =\ът+{1-<!ьт)41-щг\-{1-^М2 , (14)
где СО; — параметр кривизны диаграммы:
¿4=2-2,5^. (15)
Вычисляя \ь для различных величин напряжений 04, можно по формуле (1) определить соответствующие значения деформации £ь.
Диаграммы деформирования бетона при осевом сжатии в диапазоне температуры от +20 до -70оС для В/Ц=0,5 приведены на рис. 3.
29,04
4Q —
35 - 25,08
3Q - "зЪос
¿5 25 § / 20,14
г 2Q D — / „------ +20oC
15 - ///
1Q - //
5 1 1 1 1 1
10
15 S.1Q-4
20
25
30
Рис. 3. Диаграммы деформирования при осевом сжатии бетона класса В35 при В/Ц=0,5 и исходной влажности Лб=5,06% в диапазоне температуры от +20 до -70оС; е и аб - соответственно линейные деформации и напряжения при осевом сжатии бетона
;ТР1ЛГГЕЛЬг1ЫЕ научно-технический и производственный журнал J ® июнь 2018
2
Таблица 1
Соотношение воды и льда в цементном камне, растворе, бетоне в связи с их структурными характеристиками
Исследуемый материал В/Ц Суммарная пористость, см3 /г Распределение пор по радиусам, % Соотношение воды и льда в мас. % при температуре
I II III -10оС -40оС -60оС -70оС
менее 50 А 50-103 А более 103 А
Цементный камень 0,3 0,068 61,6 27 21,4 9,5 / 4,5 7 / 7 4,9 / 9,1 2,1 / 11,9
0,4 0,12 8 40 52 12,7 / 13,3 5,2 / 21,8 2,6 / 23,4 1,08/24,92
0,5 0,152 5 10 85 8,25 / 24,75 3,3 / 29,7 0,99 / 32,01 0
Раствор 1:2 0,3 0,06 16 30 45 4,95 / 6,05 1,65/9,35 0,55 / 10,45 0
Бетон 0,4 - - - - 1,4 0,5 0,15 0
Примечание. В числителе - массовое процентное содержание воды; в знаменателе - то же, льда.
Дальнейшее развитие этих соотношений может быть выполнено на основе проведения экспериментальных исследований с различными новыми видами бетонов, а также обобщения подобных изложенным выше экспериментальных [5—8] и теоретических исследований отечественных [13—19] и зарубежных авторов [20—22].
Трактовка диаграмм деформирования бетона
в замороженном до -70°С состоянии с позиций физических характеристик процесса фазового перехода воды пор и капилляров бетона в лед
Ниже представлено физическое обоснование влияния замораживания бетона на его физико-механические характеристики и соответственно на диаграммы деформирования бетона, замороженного до температуры -70оС.
Данные, полученные в работах [5, 6] с помощью разработанного во Всероссийском научно-исследовательском институте физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИФТРИ) проф. И.И. Лифановым делатометрического метода исследований, показывают, что понижение температуры замораживания водонасы-щенного цементного камня растворной части бетона и самого бетона приводит к увеличению показателя его льдистости. Последний определяется как соотношение объемов воды и льда в порах и капиллярах цементного камня при его замораживании до различных температур.
Взаимосвязь льдистости со структурными характеристиками цементного камня раствора и бетона приведена в табл. 1. Из анализа данных таблицы следует, что с увеличением показателя водоцементного отношения цементного камня с 0,3 до 0,5 происходит увеличение суммарной пористости цементного камня с 0,068 до 0,152 см2/г с соответствующим перераспределением пор по радиусам в сторону больших размеров.
Так, в частности, при В/Ц = 0,4 относительный объем пор радиусом менее 50 А составляет 61,6%, пор с существенно большим радиусом (более 103 А) — 21,4%. При увеличении В/Ц до 0,5 дифференциальная пористость цементного камня существенно изменяется: относительный объем пор радиусом менее 50 А составляет уже только 5%, а пор радиусом более 103 А увеличивается до 85%. Соответственно, соотношение воды и льда для цементного камня с В/Ц = 0,3 при -40оС составляет 7/7%, а при -70оС — 2,1/11,9% (в числителе — массовое процентное содержание воды, в знаменателе — то же льда). Для цементного камня с В/Ц= 0,5 такое соотношение при -40оС составляет 3,3/29,7, т. е. льдистость увеличивается. Казалось бы, следует ожидать для бетона с В/Ц = 0,5 и большую степень увеличения коэффициентов изменения прочности и модуля упругости.
* Как известно из главы III § 5 работы [6] «Результаты исследований в связи с современными представлениями о механизме воздействия мороза на бетон», при степени водонасыщения пор и капилляров цементного камня в бетоне более 90% развивающееся в процессе фазового перехода воды в лед гидравлическое давление при увеличении относительного объема льда (показатель льдистости), заполняющего эти поры-капилляры, может разрушать их стенки.
Однако нужно учитывать следующее: в порах и капиллярах цементного камня бетона с В/Ц = 0,5, характеризуемых большим количеством первых с большим размером, можно ожидать, как следует из результатов экспериментов работ [5, 6], и большую степень влияния развития гидравлического давления при фазовом переходе воды в лед в сравнении с цементным камнем с В/Ц = 0,3, а следовательно, как негатив — более интенсивного развития гидравлического давления на стенки пор и капилляров с опасностью возможного образования в них микротрещин, особенно при высокой степени водонасыщения цементного камня*.
Результаты экспериментов, приведенные в табл. 2, по скорости прохождения продольных ультразвуковых волн через ненагруженные бетонные образцы (бетон с В/Ц = 0,4), замороженные до различной температуры, показывают, что в большей степени, чем значение В/Ц (в сравнении с данными табл. 1), на увеличение льдистости бетона влияет его исходная влажность.
Так, можно видеть, что понижение температуры замораживаемого бетона и увеличение его влажности при условии W<Wпр (где Wпр — предельная исходная для описываемых испытаний замороженного бетона величина его влажности — 5,2%, достигаемая при увеличении степени его активного водонасыщения под вакуумом более 90%*) приводит к увеличению скорости прохождения через него ультразвуковых волн Уу, следовательно, к увеличению льдистости бетона. Увеличение влажности бетона выше предельной величины приводит при его замораживании к уменьшению величины Уу относительно бетона, замороженного до той же температуры с влажностью меньше предельной. Но отсюда вовсе не следует вывод об уменьшении при этом льдистости бетона. Наблюдаемое же относительное снижение скорости прохождения уль-
Таблица 2
Скорость прохождения продольных ультразвуковых волн V в бетоне с В/Ц=0,4 в зависимости от его температуры и влажности при напряжениях сжатия аб =0
Весовая влажность бетона, % Величина км/с при температуре бетона, 0С
+200С -250С -450С -700С
3,12 3,64 3,93 3,98 4,01
4,05 3,82 4,27 4,39 4,45
4,9 3,92 - - 4,61
5,11 3,96 - - 4,6
5,2 3,96 - - 4,23
тразвуковых волн объясняется, очевидно, развитием деструктивных процессов в замораживаемом бетоне, обусловленным повышением гидравлического давления в порах и капиллярах цементного камня (см. выше).
Таким образом, чем ниже температура замораживания бетона и больше его влажность, тем большая часть пор и микротрещин заполняется льдом. Следовательно, тем в большей степени при условии Ж<Жпр несплошное капиллярно-пористое тело бетона приближается к сплошному твердому телу.
Подтверждением этого предположения может служить изменение характера зависимости линейных деформаций бетона от уровней напряжений сжатия. Так, если замораживание бетона с влажностью Ж<Жпр приводит к тому, что графики указанных зависимостей в области напряжений до а « ^ [5, 6, 15—22] приобретают более прямолинейный характер, то увеличение влажности бетона до величины Ж > приводит при этом к частичной или полной потере этой прямолинейности.
Таким образом, изменение характера зависимостей линейных деформаций сжатия бетона от уровней его на-гружения вместе с рассмотренным выше изменением начального модуля упругости свидетельствует о том, что замораживание бетона с влажностью меньше предельной приводит к приобретению им дополнительных упругих свойств, причем тем более явно выраженных, чем больше «льдистость» этого бетона; замораживание же бетона с влажностью больше «предельной» приводит к частичной или полной потере этих свойств за счет развития гидравлического давления при фазовом переходе воды в лед.
Следует к вышеизложенному отметить, что анализируемые выше данные экспериментальных исследований по влиянию воздействия низких отрицательных температур на основные прочностные характеристики бетона и диаграммы его деформирования, соответственно, результаты их математической обработки правомерно рассматривать для выбранного вида конструкционного тяжелого бетона классов по прочности В35 и В40 с марками по морозостойкости от F400 до F600' наиболее часто используемых в железобетонных конструкциях инженерных сооружений. В связи с необходимостью расширения области применения железобетонных конструкций в инженерных сооружениях, строящихся в районах Арктического побережья, авторы рассматривают возможность продолжения подобных проведенным исследований на высокопрочных и высокоморозостойких бетонах: тяжелых классов по прочности на сжатие до В60—В100, марок по морозостойкости до F500-F1000, а также на легких конструкционных бетонах классов В60—В70 марок по морозостойкости F700—F1500. Обеспечение таких высоких показателей эксплуатационного качества тяжелых бетонов и особенно легких бетонов возможно при модификации их структуры за счет использования принципиально новых высокоэффективных их компонентов. Последние характеризуются вместе с высокой гидратационной ак-
Список литературы
1. Свиридов В.Н., Малюк В.Д. Оценка долговечности бетона в конструкциях морских сооружений по опыту строительства на Дальнем Востоке. Труды III Всероссийской (IIмеждународной) конференции по бетону и железобетону «Бетон и железобетон — взгляд в будущее». М: МГСУ, 2014. Т. 3. С. 388—398.
2. Пантилеенко В.Н., Ерохина Л.А. О повышении долговечности конструкций нефтегазопромысловых сооружений . Труды ШВсероссийской (ПМеждународной) конференции по бетону и железобетону «Бетон и железобетон — взгляд в будущее. М: МГСУ, 2014. Т. 3. С. 348—355.
тивностью при требуемой низкой сорбции и соответственно, низкой усадки, низкой энергоемкостью производства при рациональном использовании химически взаимосочетаемых продуктов переработки техногенных образований. В качестве примеров последних могут служить разработанные с участием авторов:
— модификатор бетона, изготовляемый совместным помолом в аппарате ударного действия (при скорости движения частиц 100—400 м/с) бокситового шлама — отхода глиноземного производства и органической добавки в виде модифицированного лигносульфоната или поликарбоксилата [23];
— высокоактивное (А=60-80 МПа) композиционное вяжущее пониженной водопотребности (нормальная густота цементного теста не выше 18—19%), получаемое высокоэнергонагруженным помолом доменных или электротермофосфорных граншлаков с низким расходом цементного клинкера (не более 30—40%) в присутствии активного микрокремнезема и органической добавки — суперпластификатора [24].
Заключение
Низкая отрицательная температура оказывает значительное влияние на напряжения, деформации и прочность железобетонных конструкций. Это влияние следует учитывать при расчете конструкций по диаграммному методу, основу которого составляют диаграммы деформирования бетона в условиях действия низкой отрицательной температуры. На основании данных экспериментальных и теоретических исследований предложена соответствующая корректировка диаграмм осевого сжатия и растяжения бетона, построенных при испытаниях его образцов в условиях обычных положительных температур. В соответствии с этой корректировкой учтено влияние низкой отрицательной температуры на изменение прочности, начального модуля упругости бетона и его относительных деформаций в вершинах диаграмм, построенных при испытании под нагрузками осевого сжатия и растяжения бетонных образцов в замороженном состоянии до температуры, примерно равной. При этом установлено определяющее влияние таких структурно-технологических характеристик бетона, как его водоцементное отношение, дифференциальная пористость и исходная (до начала замораживания) влажность бетона.
Показано, что повышение прочности и предельной деформативности бетона, испытанного под нагрузкой в замороженном состоянии при температуре ниже -70оС при различной исходной влажности цементного камня и бетона, фактически прекращается. Такая закономерность подтверждена результатами выполненных авторами специальных исследований процесса фазового перехода воды в лед в порах-капиллярах и порах геля цементного камня бетона, а также изменения в ходе этого процесса такого показателя, как «льдистость» последних.
References
1. Sviridov V.N., Malyuk V.D. Evaluation of durability of concrete in offshore constructions on the experience of construction in the far East. Proceedings of the III Russian (II international) conference on concrete and reinforced concrete «Concrete and reinforced concrete — a look into the future». Moscow: MGSU, 2014. Vol. 3, pp. 388-398. (In Russian).
2. Pantileenko V.N., Erokhina L.A. On improving the durability of structures oil and gas structures. Proceedings of the III Russian (II international) conference on concrete and reinforced concrete «Concrete and reinforced concrete—a look into the future». Moscow: MGSU, 2014. Vol. 3, pp. 348-355. (In Russian).
3. Попов В.М., Черных И.В. Изменение конструкционных свойств бетона при его периодическом замораживании. Проектирование и строительство транспортных объектов в условиях Республики Саха (Якутия): Материалы научно-технической конференции. Якутск, 2—5 апреля 2004.
4. Карпенко Н.И., Карпенко С.Н., Ярмаковский В.Н., Ерофеев В.Т. О современных методах обеспечения долговечности железобетонных конструкций // ACADEMIA. Архитектура и строительство. 2015. № 1. С. 93-103.
5. Ярмаковский В.Н. Прочностные и деформатив-ные характеристики бетона при низких отрицательных температурах // Бетон и железобетон. 1971. № 10.
6. Москвин В.М., Капкин М.М., Савицкий А.Н., Ярмаковский В.Н. Бетон для строительства в суровых климатических условиях. Ленинград: Ленинградское отделение Стройиздата. 1973. 168 с.
7. Москвин В.М., Саввина Ю.А., Алексеев С.Н., Иванов Ф.М., Подвальный А.М., Ярмаковский В.Н. Повышение стойкости бетона и железобетона при воздействии агрессивных сред / Под ред. Москвина В.М. М.: Стройиздат. 1975. 240 с.
8. Ярмаковский В.Н. О методе расчета железобетонных конструкций повышенной морозостойкости. В кн.: Повышение стойкости бетона и железобетона при воздействии агрессивных сред. М.: Стройиздат, 1975. С. 34-39.
9. Карпенко Н.И. Общие модели механики железобетона. М.: Стройиздат, 1996. C. 92-126.
10. Карпенко С.Н. Построение общей методики расчета железобетонных стержневых конструкций в форме конечных приращений // Бетон и железобетон. 2005. № 1. С. 13-18.
11. Карпенко Н.И., Карпенко С.Н. О диаграммной методике расчета деформаций стержневых элементов и ее частных случаях // Бетон и железобетон. 2012. № 6. С. 20-27.
12. Карпенко С.Н., Карпенко Н.И., Ярмаковский В.Н. О построении диаграммного метода расчета стержневых железобетонных конструкций при отрицательных температурах. Сборник докладов на III международной научной конференции «Полярная механика», Владивосток: Дальневосточный федеральный университет, 2016. С. 181-191.
13. Истомин А.Д. Работа центрально-растянутых железобетонных элементов при отрицательной температуре // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2017. № 2. С. 141-144.
14. Зайцев Ю.В., Леонович С.Н. Прочность и долговечность конструктивных материалов с трещиной. Минск: БНТУ, 2010. С. 224-245.
15. Леонович С.Н. Прочность конструкционных бетонов при циклическом замораживании - оттаивании с позиции механики разрушения. Брест: БрГТУ, 2006. 379 с.
16. Leonovich S.N., Guzeev E.A. Prediction of concrete structures durability. Proc. of XII-th FIP Congress on challenges for concrete in the next millennium, Amsterdam, Netherlands, 1998. Vol. 2, pp. 983-987.
17. Гузеев Е.А., Леонович С.Н., Пирадов К.А. Механика разрушения бетона: вопросы теории и практики. Брест: БрГТУ 1999. 216 с.
18. Shubin I.L., Zaitsev Y.V., Rimshin V.I., Kurbatov V., Sultygova P. Fracture of high performance materials under multiaxial compression and thermal effect // Engineering Solid Mechanics. 2017, рр. 139-144.
19. Леонович С.Н., Зайцев Ю.В., Доркин В.В., Литвиновский Д.А. Прочность, трещиностойкость и
3. Popov V.M., Chemykh I.V. Change of structural properties of concrete at its periodic freezing. Design and construction of transport objects in the conditions of the Republic of Sakha (Yakutia): Materials of scientific and technical conference. Yakutsk, April 2-5, 2004. (In Russian).
4. Karpenko N.I., Karpenko S.N., Yarmakovsky V.N., Erofeev V.T. Modern methods for ensure the durability of reinforced concrete structures. ACADEMIA. Arhitektura i stroitel'stvo. 2015. No. 1, pp. 93-103. (In Russian).
5. Yarmakovsky V.N. Strength and deformation characteristics of concrete at low temperatures // Beton i zhelezobeton. 1971. No. 10. (In Russian).
6. Moskvin V.M., Capkin M.M., Savitsky, A.N., Yarmakovsky V.N. Beton dlya stroitel'stva v surovyh klimaticheskih usloviyah. [Concrete for construction in harsh climatic conditions]. Leningrad. Leningrad Department of Stroyizdat. 1973. 168 p. (In Russian).
7. Moskvin V.M., Savina, Y.A., Alekseev S.N., Ivanov F.M., Podvalny A.M., Yarmakovsky V.N. Povyshenie stoykosti betona i zhelezobetona pri vozdeystvii agressivnyh sred. [Increase durability of concrete and reinforced concrete when exposed to aggressive environments]. Under the editorship of Moskvin V.M. Moscow, Stroiizdat. 1975. 240 p. (In Russian).
8. Yarmakovsky V.N. On the method of calculation of concrete structures of high frost resistance. V kn.: Povyshenie stoykosti betona i zhelezobetona pri vozdeystvii agressivnyh sred [Increase durability of concrete and reinforced concrete when exposed to aggressive environments]. Moscow: Stroiizdat, 1975, pp. 34-39. (In Russian).
9. Karpenko N.I. Obshchie modeli mekhaniki zhelezobetona [General models of reinforced concrete mechanics]. Moscow: Stroiizdat. 1996, pp. 92-126. (In Russian).
10. Karpenko S.N. Construction of the General method of calculation of reinforced concrete core structures in the form of finite increments. Beton i zhelezobeton. 2005. No. 1, pp. 13-18. (In Russian).
11. Karpenko N.I. and Karpenko S.N. On the diagram method of calculating the deformation of rod elements and its particular cases. Beton i zhelezobeton. 2012. No. 6, pp. 20-27. (In Russian).
12. Karpenko S.N., Karpenko N.I., Yarmakovsky V.N. About the construction of the chart method of calculation of rod reinforced concrete structures at low temperatures. Proceedings of the III International scientific conference «Polar Mechanics». Vladivostok: Dal'nevostochnyj federal'nyj universitet. 2016, pp. 181-191. (In Russian).
13. Istomin A.D. The work of central-stretched reinforced concrete elements at negative temperature. Izvestiya vuzov. Tehno-logiya tekstilnoypromyshlennosty. 2017. No. 2, pp. 141-144.
14. Zaitsev U.V., Leonovich S.N. Prochnost' i dolgovechnost' konstruktivnyh materialov s treshchinoy [The strength and durability of structural materials with crack]. Minsk: BNTU. 2010, pp. 224-245. (In Russian).
15. Leonovich S.N. Prochnost' konstruktsionnyh betonov pri tsiklicheskom zamorazhivanii - ottaivanii s pozitsii mekhaniki razrusheniya [Strength of structural concrete during cyclic freezing-thawing from the position of fracture mechanics]. Brest: BrGTU, 2006. 379 p. (In Russian).
16. Leonovich S.N., Guzeev E.A. Prediction of concrete structures durability. Proceedings of XII-th FIP Congress on challenges for concrete in the next millennium. Amsterdam, Netherlands, 1998. Vol. 2, pp. 983-987.
17. Guzeev E. A., Leonovich S.N., Piradov K.F. Mekhanika razrusheniya betona: voprosy teorii i praktiki [Concrete fracture Mechanics: problems of theory and practice]. Brest: BrGTU, 1999. 216 p. (In Russian).
18. Shubin I., Zaitsev Y., Rimshin V., Kurbatov V., Sultygo-va P. Fracture of high performance materials under multiaxial compression and thermal effect. Engineering Solid Mechanics. (2017), pp. 139-144.
©jraj-rsjJbJ-ÜjJi
ы ®
долговечность конструкционного бетона при температурных и влажностных воздействиях. М.: ИНФРА, 2018. 280 с.
20. Jia-Bao Yan, Jian Xie. Behaviours of reinforced concrete beams under low temperatures // Construction and Building Materials (China), 141. ELSEVIER. 2017, рр. 410-425.
21. Rostasy F.S., Wiedemann G. Stress-strain-behaviour of concrete at extremely low temperature // Cement and Concrete Research (USA). 1980. Vol. 10, pp. 565-572.
22. Naaman A.E. Prestressed concrete analysis and design. Fundamentals, 2nd Edition. 2000. «Techno Press 3000», Michigan. USA, 1072 p.
23. Патент РФ №2421421. Модификатор бетона и способ его получения / Ярмаковский В.Н., Торпищев Ш.К., Торпищев Ф.Ш. Заявл. 27.10.2009. Опубл.: 20.06.2011. Бюл. № 17.
24. Yarmakovsky V.N., Pustovgar A.P. The scientific basis for the creation of a composite binders class, characterized of the low heat conductivity and low sorption activity of cement stone. Proceeding of XXIV R-S-P seminar. Theoretical Foundation of Civil Engineering (24RSP) // Procedia Engineering. 2015. No. 111, pp. 864-870.
19. Leonovich S.N., Zaytsev Yu.V., Dorkin V.V., Litvinov-sky D.A. Prochnost', treshchinostojkost' i dolgovechnost' konstrukcionnogo betona pri temperaturnyh i vlazhnostnyh vozdejstviyah [Strength, crack resistance and durability of structural concrete under temperature and humidity influences]. Moscow: INFRA-M, 2018.
20. Jia-Bao Yan, Jian Xie. Behaviours of reinforced concrete beams under low temperatures. Construction and Building Materials (China). 2017. 141, pp. 410-425.
21. Rostasy F.S., Wiedemann G. Stress-strain-behaviour of concrete at extremely low temperature. Cement and Concrete Research (USA). 1980. Vol. 10, pp. 565-572.
22. Naaman A.E. Prestressed concrete analysis and design. Fundamentals, 2nd Edition. 2000. «Techno Press 3000», Michigan. USA, 1072 P.
23. Patent RF 2421421. Modifikator betona i sposob ego polucheniya [Concrete modifier and method of its production]. Yarmakovsky V.N., Torpischev S.K., Torpischev F.S. Declared: 27.10.2009. Published: 20.06.2011. Bul. No. 17
24. Yarmakovsky V.N., Pustovgar A.P. The scientific basis for the creation of a composite binders class, characterized with the low heat conductivity and low sorption activity of cement stone. Proceeding of XXIV R-S-P seminar. Theoretical Foundation of Civil Engineering (24RSP). Procedia Engineering. 2015. 111, pp. 864-870.
Научно-практическая конференция
«Технологии и материалы для строительства цементнобетонных дорог»
4-5 октября 2018 г. г. Геленджик, отель «Приморье»
В настоящее время перед дорожниками стоят цели по увеличению объемов строительства и межремонтных сроков службы дорожных покрытий, достижению высокого уровня содержания дорог и повышению безопасности дорожного движения. Решение данных задач невозможно без увеличения доли применения вяжущих материалов в строительстве новых дорожных покрытий и стабилизации грунтов в основании дорожных одежд.
Тематика конференции
■ Практический опыт строительства и эксплуатации цементобе- ■ Научные разработки и опыт их применения в дорожном строи-тонных дорог в России и за рубежом. тельстве.
■ Рынки цемента, бетона, щебня, строительной арматуры, хими- ■ Перспективы и преимущества применения цементобетонов ческих добавок для бетона, перспективы и общие тенденции. в дорожном строительстве.
Качество строительных материалов для строительства дорог ■ Кооперация на рынке дорожного строительства - объединение с цементобетонным покрытием. возможностей производителей цемента и строительных мате-
■ Рынок спецтехники и оборудования для строительства дорог риалов, дорожников, финансовых институтов и госструктур. с цементобетонным покрытием.
На мероприятие приглашены ведущие представители научных учреждений профильной тематики, производители цемента, бетонов, строительной химии, арматуры, нерудных материалов, дорожно-строительной техники и оборудования, дорожные строители, аналитики рынков, представители госучреждений и другие организации, занятые в сфере дорожного строительства и заинтересованные в строительстве дорог с бетонным покрытием.
К участию в мероприятии приглашаются представители стран Таможенного Союза и зарубежных участников с целью обмена опытом в строительстве бетонных дорог.
Организатор - интернет-журнал о цементе RUCEM.RU. Заявки на участие принимаются до 15 сентября 2018 г. по эл. почте: info@rucem.ru, тел.: +7(845) 368-33-82.
Сайт мероприятия: http://www.rucem.ru/seminar/rucem27/ Информационная поддержка - журнал «Строительные материалы»®
Строительные Материалы"
