Зависимость границ микротрещинообразования бетона от его прочности и вида напряжённого состояния Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

2/2011 ВЕСТНИК 2/20L]_МГСУ

ЗАВИСИМОСТЬ ГРАНИЦ МИКРОТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЯ БЕТОНА ОТ ЕГО ПРОЧНОСТИ И ВИДА НАПРЯЖЁННОГО СОСТОЯНИЯ

DEPENDENCE OF THE BORDERS OF THE MICROCREEPING IN CONCRETE FROM STRENGS AND STRAIN CONDITION

А.Д. Истомин, Н.А. Беликов

A.D. Istomin, N.A. Belikov

МГСУ

В настоящей работе представлены аналитические зависимости, описывающие результаты экспериментов по исследованию нижней и верхней границ микротрещи-нообразования бетонов различной прочности.

The mathematical dependence of experimental results of lower and upper borders of the microcracing in concretes are submitted in the presentedpaper.

При анализе напряжённо-деформированного состояния железобетонных конструкций и элементов, широко используются две параметрические точки деформирования бетона при осевом сжатии - R° , Rvcrc. Они разделяют работу бетона на три

области напряжённого состояния:

1. Область уплотнения структуры бетона

О <ab < R0rc.

2. Область образования и интенсивного развития микротрещин зоны сцепления цементного камня и крупного заполнителя

RО < ,т ^ Rv

^crc — и b v Лcrc ■

3. Область образования и интенсивного развития микротрещин в цементном камне и образования протяжённых микротрещин.

Rrc ^ Rb .

Первая параметрическая точка процесса деформирования бетона соответствует "нижней границе образования частично обратимых микротрещин" R°, а вторая параметрическая точка - "верхней (условной) границе образования необратимых микротрещин" Rdrc.

В настоящее время широко практикуется оценка закономерностей разрушения бетона под нагрузкой на основе анализа удельных поперечных деформаций, коэффициента поперечной деформации бетона, его объёмных деформаций и скорости распространения ультразвукового импульса [1].

ВЕСТНИК 2/2011

Параметрические точки не только определяют этапы микротрещинообразования, но также позволяют произвести разделение диаграммы деформирования бетона на участки, соответствующие этапам деформирования с преобладанием тех или иных компонентов деформаций (упругие, пластические, псевдопластические) в составе полной деформации сжатого бетона. При длительном нагружении именно этими параметрическими точками определяется линейный или нелинейный характер деформаций ползучести.

Нижней границей микротрещинообразования (Яс0гс) для обычного тяжёлого бетона определяется величина предела выносливости при многократноповторяющейся нагрузке.

Одним из направлений повышения надёжности и долговечности железобетонных конструкций является исследование комплексного влияния на границы микротрещинообразования сжатого бетона его прочности и вида напряжённого состояния.

С целью изучения влияния выше перечисленных факторов на Я°с, ЯУсгс были

проведены экспериментальные исследования бетонов различной прочности в условиях одноосного центрального сжатия, двухосного напряжённого состояния («сжатие-сжатие», «сжатие-растяжение»).

Анализ результатов собственных опытов авторов и других исследований позволил получить аналитические зависимости для определения границ микротрещинообразования. При центральном одноосном сжатии (0"2 = 0) они описываются следующими выражениями

( -0,052-Я°,642 ^ „

е ' Ь • Ч (1)

V )

Чстс = 4,652 • Я0'261 • Я°Гс (2)

Нижняя и верхняя границы микротрещинообразования при двухосном напряжённом состоянии соответственно определяются выражениями, учитывающими влияние

интенсивности бокового напряжения - К0 и К .

Ч0

лсгс

где

- К0 • я0гс,

сгс,о"2 о"2 сгс

К0 = 1 - 0,93 •

°"2

1,39

Я

сгс,а 2

= К ■ Яс &2 с

где

КГ -1 -1,11-

V Я у

Я

V Я у

(3)

(4)

(5)

(6)

В формулах 4, 6 под прочностью Я подразумевается:

2

2

2/2011

ВЕСТНИК _МГСУ

- Я = при сжимающем поперечном напряжении (0"2 ^ 0),

- Я = В^г ПРИ растягивающем поперечном напряжении (0"2 > 0).

Изменения относительного уровня нижней и верхней границ микротрещинообра-зования сжатого бетона в зависимости от его призменной прочности для центрального одноосного сжатия и трёх уровней напряжений бокового «обжатия» представлены на рис.1, 2.

0,8

s га

i а 5 0,6

а о о

к 5

х |

* а

S Q. =

а

0,4

0,2

0

_ ,__ -- --

" * ■ — * ш ф т _ - - ш т т

** * , -

Л? — т т т

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Призменная прочность бетона в МПа Рис.1. Зависмость нижней границы микротрещинообразования сжатого бетона от его прочности

Условные обозначения:

о-2 = 0;--а2 - 0,2ЯЬ ;___а2 - 0,8ЯЬ ;

---0"2 - 0,4ЯЫ ;

к

S I

га

i 8

£ а

5 <о

к I К S

X =*

6 q.

Ф &

m о

а

^

s S

1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0

- - т т т - ■■ — -

» * V

т _ - — -

20

40

160

180

60 80 100 120 140

Призменная прочность бетона в МПа Рис. 2. Завимость верхней границы микротрещинообразования сжатого бетона от его прочности

200

°*2 = 0;

Условные обозначения:

^ 0,2Rb ; 0"2 ^ 0,8Rb ; ---о"2 - 0,4Rb ;

1

0

0

ВЕСТНИК 2/2011

Из рисунков видно, что с ростом прочности бетона относительный уровень нижней и верхней границ микротрещинообразования повышается. В перспективе границы трещинообразования сближаются, что соответствует хрупкому разрушению высокопрочных природных каменных материалов [2]. Боковое сжимающее напряжение неоднозначно сказывается на уровнях трещинообразования бетонов. При напряжениях

ö"2 — 0,2Rb и верхняя и нижняя границы микротрещинообразования больше, чем

при центральном сжатии (ö"2 = 0). При напряжениях бокового обжатия ö"2 — 0,8Rb

нижняя граница оказывается меньше, чем при стандартном одноосном испытании. Это связано с тем, что при таком уровне бокового обжатия в бетоне образуются микротрещины до приложения продольного сжимающего усилия. При растягивающем боковом напряжении ö"2 — 0,4Rbt границы микротрещинообразования меньше в 2...2,5 раза соответствующих величин при центральном сжатии. Следует отметить, что при уровне напряжения ö"2 ^ 0,6Rbt границы микротрещинообразования при сжатии зафиксировать не удалось. Поэтому вышеприведённые формулы справедливы в диапазоне растягивающих поперечных напряжений ö"2 < 0,6Rbt. В области низкопрочных

бетонов границы микротрещинообразования лежат в областях R°rc ^ 0,2R¿,

Rcrc ^ 0,5Rb . Близкие значения границ трещинообразования также наблюдаются в бетонах, подвергающихся длительным циклическим замораживаниям и оттаиваниям.

Выводы

Проведенные исследования позволяют рекомендовать полученные аналитические зависимости для определения величин нижней и верхней границ микротрещинообразования бетонов различной прочности в зависимости от уровня их бокового обжатия или растяжения, то есть бетонов, находящихся в условиях двухосного напряжённого состояния.

Литература

1. Берг О .Я., Щербаков E.H., Писанко Г.Н. Высокопрочный бетон. М.: Стройиздат, 1971.

2. Газнев Э.Г. Механика скальных пород в строительстве. М.: Стройиздат, 1973.

References

1. Berg O. Ya., Sherbakov E. N., Pisanko G. N. Highly strength concrete. M., 1971.

2. Gaziev E.G. The mechanics of the rock. M., 1973.

Ключевые слова: бетон, прочность, нижняя граница микротрещинообразования, верхняя граница микротрещинообразования, поперечное напряжение, результаты экспериментов, исследования.

Keywords:concrete, strength, lower border of the microcreeping, upper border of the microcreep-ing,, cross-strengths, results of experiments, research.

E-mail автора: [email protected]

Рецензент: Смычкович C.M., главный инженер отдела строительных конструкций ЗАО

«ИНРЕКОН»