научная статья по теме ВЛИЯНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ДЛИТЕЛЬНОГО НАГРУЖЕНИЯ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕТОНАПРИ ПОСЛЕДУЮЩЕМ КРАТКОВРЕМЕННОМ ДОГРУЖЕНИИ Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ДЛИТЕЛЬНОГО НАГРУЖЕНИЯ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕТОНАПРИ ПОСЛЕДУЮЩЕМ КРАТКОВРЕМЕННОМ ДОГРУЖЕНИИ»

Цветков К.А., кандидат технических наук, доцент

Баженова А.В., аспирант (Московский государственный строительный университет)

ВЛИЯНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ДЛИТЕЛЬНОГО НАГРУЖЕНИЯ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕТОНА ПРИ ПОСЛЕДУЮЩЕМ КРАТКОВРЕМЕННОМ ДОГРУЖЕНИИ

В работе рассмотрена постановка задачи, методика и основные результаты экспериментальных исследований бетона при воздействии длительной нагрузки с последующим кратковременным догружением.

Ключевые слова: бетон, прочность, деформации, ползучесть, усадка, экспериментальное исследование.

THE INFLUENCE OF LONG-TERM PRELOADING ON CONCRETE PROPERTIES AT SUBSEQUENT SHORT-TERM ADDITIONAL LOADING

The paper deals with statement of the problem, methodology and key results of experimental research of concrete affected by long-term preload under subsequent short-term additional load.

Keywords: concrete, strength, deformation, creep, shrinkage, experimental research.

• Постановка задачи, методика экспериментальных исследований.

В настоящее время растёт необходимость реконструкции существующих зданий и сооружений. Это влечет за собой увеличение нагрузки на реальную конструкцию. А основным материалом для строительства остается бетон. Влияние такого догружения после длительного воздействия нагрузки, действующей до реконструкции, на прочностные и деформативные характеристики бетона остается малоизученным. Таким образом, представляется важным выполнить экспериментальные исследования, способствующие уточнению обозначенной проблемы. Данные опыты являются одной из трудоемких задач экспериментальных исследований. Задача состоит в том, что требуется изучение деформаций ползучести бетона при различных уровнях нагружения. Длительность проведения опытов по рекомендациям [3, с. 9] предполагает выдерживание образцов в течение 180 суток. При этом, учитывая нелинейность деформаций ползучести с ростом относительного уровня напряжений, необходимо одновременно загружать группы образцов с различной интенсивностью.

Исследования осуществлялись в соответствии с государственными стандартами [1, с. 229; 2, с. 2-13; 3, с. 2-26]. Кратковременные и длительные испытания проводились на образцах в возрасте двух лет. Была забетонирована серия образцов-призм размера 10*10*40 см из тяжелого бетона следующего состава Ц:Щ:П 1:2,80:4,44 по массе на портландцементе М 450 в количестве 270 кг/см3 при В/Ц = 0,67. В качестве заполнителя использовали фракционированный щебень фракций 5-10 и 10-20 мм из гранитных пород и кварцевый песок. Физико-механические характеристики, полученных на основе стандартных испытаний, представлены

в табл. 1. В таблице также представлены относительные величины нижней V[crc и верхней

границ трещинообразования, полученные по результатам обработки диаграммы о - s и

графиков изменения модуля деформации ДЕ, коэффициента поперечной деформации Дуи объемных деформаций ДQ при кратковременном нагружении на сжатие.

Я, МПа Е0,Ь, МПа V т т е я ,е.о.д.

23 23 600 0 ,22 0 ,43 0 ,69 266* 10-5

Таблица 1

Методика длительных испытаний состояла из следующих этапов. После установки приборов и центрирования образца-призмы по физической оси, производилась ступенчатая нагрузка (величина ступени - 0,1Яь) с пяти минутной выдержкой до одного из предусмотренного программой эксперимента уровня нагрузки: 0,3Яь, 0,6Яь, 0,7Яь или 0,8 Яь. После чего образцы выдерживались под нагрузкой в течение 180 суток.

При этом наблюдение за деформациями ползучести проводилось после загружения каждые 4 часа в течение суток, затем каждые сутки в течение недели, а затем один раз в неделю в течение месяца и в дальнейшем 1 раз в две недели в течение 140 суток. Для оценки усадки и изменения температурно-влажностных деформаций имелись незагруженные образцы-призмы.

По истечению 180 суток продолжали загружать образец с пятиминутной выдержкой ступенями по 0,1 Яь до разрушения.

• Влияние уровня длительного нагрузки на прочность бетона при последующем кратковременном догружении.

Результаты проведенного эксперимента показали, что длительная нагрузка различной интенсивности не влияет на прочность бетона при последующем кратковременном догружении. Так, прочность бетона составила примерно 23 МПа вне зависимости от уровня предварительной нагрузки (рис. 1).

Рис. 1. Влияние длительной нагрузки различной интенсивности на прочность бетона

при кратковременном догружении.

• Деформации ползучести и усадки.

Рассматривая закон изменения деформаций ползучести, наглядно виден нелинейный характер зависимости (рис.2). Такой характер зависимости подтверждается многочисленными исследованиями, проведнными ранее. Важно отметить тот факт, что при уровне нагружения

0,8 Яь рост развития трещин идёт стремительнее, благодаря чему мы фиксируем существен-

ное превышение значений предельных поперечных деформаций ползучести по сравнению с продольными деформациями.

£ -10

280

240 200 160 120 80 40

40 80 120 160 200 240 280 320

0 1;ю 140 15.0 1()0 1

з=о,: ц

0_и (0

3=0,

а=0,Ы7,

сут

Рис. 2. Изменение деформаций ползучести при различных относительных

уровнях нагружения.

Что касается деформации усадки бетона, то были подтверждены общеизвестные сведения. На рис. 3 приведены кривые деформации усадки. Деформации усадки бетона в сильной мере зависят от температуры и влажности окружающего воздуха. На рис. 4 показано изменение сухого и влажного воздуха, а на рис. 5 изменение влажности в процессе проведения эксперимента. Резкие колебания температуры приходятся на весенний период проведения эксперимента. Так средняя температура составляла ТСр = 220 С , а влажность ЖСр = 80% . В

начальный период твердения может наблюдаться набухание, а затем усадка бетона. Снижение влажности и повышение температуры воздуха усиливают деформации усадки. При увеличении влажности воздуха происходит набухание бетона. Таким образом, графики деформаций усадки бетона носят колеблющийся характер. В общем случае деформации усадки бетона изменяются непропорционально деформациям ползучести.

Е' 10

10

-10

Е1:

1 } 2 0 30 4 0 5 О 6 0 7 э а 0 9 о~п геле Ю 1! ¡0 1 » 1 Г0 1 № 1< Ю 2( Ю 1

сут

Рис. 3. Изменение деформаций усадки в процессе эксперимента.

Рис. 4. Изменение температуры сухого и влажного воздуха в процессе эксперимента.

Рис. 5. Изменение влажности в процессе эксперимента.

• Предельные деформации с учётом двух этапов нагружения.

Были вычислены значения предельных деформаций бетона с учётом длительного и последующего кратковременного нагружения. Также проведено сравнение экспериментальных значений (таблица 3, рис. 7) со значениями предельных деформаций, вычисленных по методике, изложенной в [3]. Из приведенного сравнения можно утверждать, что теоретические и экспериментальные значения предельных деформаций ползучести хорошо согласуются.

Таблица 3

Деформации, х10-5 е.о.д. Относительный уровень нагружения

0,3 Я, 0,6 Я, 0,7 Я, 0,8 Я

Продольные 8ю 28,95 28,86 119,9 111,5 172,2 142,6 7 241,8 271,1

Поперечные 8 ю 17,95 28,69 81,57 90,82 115,4 118,4 237.0 344.1

Примечание: в числителе указаны теоретические значения деформаций ползучести, а в знаменателе по эксперименту.

£.■10"

по пер ечн ые Е 360 п род ОЛ1 >ны е £

340

ОТ

300

?яо

?№ >

?40

??0 /

?00 /

180 /

1W1 /

14Г /

170

\ 1РГ

S ИГ

\ W /

\ 40 / / хз кспе риМ ент

N ?0 • т еор 1Я

O.I _|__|__—l-^-T___ I , IHi

R, i 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0.4 0.3 0,2 0,1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0,7 0.8 0,9 1 R,

Рис. 7. Изменение предельных продольных и поперечных деформаций (с учётом 2-х этапов нагружения).

• К вопросу прогнозирования предельных деформаций ползучести на основании сокращённой времени выдержки.

Любопытными являются результаты изучения влияния длительности выдержки на деформацию ползучести. Данные результаты приведены в таблице 2, а на рис. 6 изображены кривые деформации ползучести, полученные за разное время выдержки, в зависимости от уровня нагружения.

Выдержка длилась 180 суток, и, как видно из рис. 6, деформации ползучести почти достигли (кривые близки и параллельны) предельных деформаций ползучести. То есть за полгода выдержки получили почти всю деформацию ползучести. Если загружать образцы на 7 суток, то деформации ползучести достигнут лишь 50% от возможных предельных деформаций ползучести. Из рис. 6 видно, что проводить выдержку на маленькое время (5 мин, 4 часа, 24 часа и т.д.) не имеет смысла. На основе полученных кривых можно говорить о прогнозировании длительной прочности бетона из экспериментов с оптимальным (сокращённым) временем выдержки.

Таблица 2

Деформации, х105 е.о.д. Относительный уровень нагружения

0,3 Яь 0,6 Яь 07 Ч 0,8 Яь

В у 28,05 62,64 72,39 94,76

еп 5 мин 2,17 15,27 18,81 35,30

еп 4 ч 3,8 27,37 32,65 62,85

Вп 24 ч 5,85 36,83 43,62 77,35

еп 7 сут 12,13 52,02 68,05 112,17

Вп 180сут 24,04 100,03 132,11 240,21

е11 да 28,86 111,53 142,68 271,15

Рис. 6. Влияние длительности выдержки на деформацию ползучести

• Выводы

На основании эксперимента произведена оценка влияния предварительного длительного нагружения различной интенсивности на прочностные и деформативные свойства бетона при последующем кратковременном воздействии, что может иметь практическое значение при решении вопросов реконструкции бетонных и железобетонных конструкций. Данную работу необходимо рассматривать как один из этапов экспериментально-теоретических исследований авторов, направленных на изучение влияния различных режимов предварительного нагружения бетона на его механические характеристики при последующем догружении кратковременной, длительной и динамической нагрузкой.

ЛИТЕРАТУРА

1. ГОСТ 10180-90 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам.

2. ГОСТ 24452-80 Бет

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком