книги из ГПНТБ / Ахвердов И.Н. Моделирование напряженного состояния бетона и железобетона
.pdfН а и б о л е е существенными |
и в а ж н ы м и |
п а р а м е т р а м и , |
||||
о п р е д е л я ю щ и м и прочностные |
свойства |
раствора, |
я в л я ю т |
|||
ся: сцепление цементного к а м н я с з е р н а м и |
песка, ф о р м а |
|||||
зерен, их чистота, расстояние |
м е ж д у |
зернами, |
наличие |
|||
воздушных включений |
( з а в и с я щ е е от |
степени |
уплотне |
|||
н и я ) , |
минералогический и |
петрографический |
составы |
|||
к а ж д о й |
ф р а к ц и и песка |
[29, 53] . |
|
|
|
Сцепление м е ж д у цементным камнем и заполнителем следует выделить, ка к наиболее слабое звено в двухком -
понентиой |
системе. П о д а н н ы м |
[168], |
величина сцепле |
||||||
ния м е ж д у |
заполнителем и цементным |
камнем |
м о ж е т |
||||||
составлять |
(0,5—0,65) |
Rpac. к прочности на |
р а с т я ж е н и е |
||||||
цементного |
камня или раствора и зависит |
от вида |
и те |
||||||
кстуры |
поверхности |
заполнителя |
и |
В/Ц . |
Прочность |
||||
раствора |
(например, |
состава |
1 : 3) |
может |
п р е в ы ш а т ь |
||||
таковую |
цементного |
к а м н я примерно на |
15%, |
если |
|||||
Rcn/Rvml. |
|
Это м о ж н о |
объяснить |
качественной картиной |
|||||
р а з р у ш е н и я раствора: |
наличие |
зерен |
песка |
(механиче |
ские характеристики |
кварцевого |
песка |
|
приблизительно |
||||||
равны: Ясж. п = 3 5 0 0 кгс/см2, |
Rpac. |
п = 3 6 0 |
кгс/см2 |
и Еп = |
||||||
= 700 000 |
кгс/см2) з а с т а в л я е т |
трещину |
частично огибать |
|||||||
их поверхность и, таким образом, увеличивается |
п л о щ а д ь |
|||||||||
возможного |
контакта |
р а з р ы в а . |
|
|
|
|
||||
З а м е ч е н о |
т а к ж е |
[38], что |
в |
случае |
значительного |
|||||
объемного |
с о д е р ж а н и я |
песка |
в растворной части бетона |
|||||||
(1 / п >0,4 ) |
при толщине |
п р о м е ж у т к о в |
м е ж д у |
з е р н а м и |
||||||
меньше 30 мк возрастает неоднородность |
поля |
н а п р я ж е |
||||||||
ний (как за счет внешних |
усилий, |
та к и |
усадочного ха |
|||||||
р а к т е р а ) ; |
при этом не всегда |
обеспечивается сплошность |
||||||||
контакта цементного |
к а м н я с |
песком. |
|
|
|
|||||
В о з м о ж н ы й э ф ф е к т |
повышения прочности |
р а с т в о р а |
может быть при определенных условиях погашен ф а к т о
рами |
чисто технологического |
порядка: способом |
ф о р м о |
вания |
бетона, водоцементным |
отношением и т. д. |
|
В о з в р а щ а я с ь к величине |
прочности сцепления песка |
с цементным камнем, следует привести данные, зафикси
рованные |
в работе [139]. |
Установлено, что в |
р а с т в о р е |
||||||
прочность |
сцепления |
составляет 33—65% |
от |
прочности |
|||||
самого раствора |
(220—450 |
кгс/см2), |
причем дл я |
зерен |
|||||
из песчаника — 37%, дл я |
гранитного |
песка — 44%. |
|||||||
Таким образом, при средней прочности |
цементного к а м н я |
||||||||
#,; = 500—900 кгс/см2 |
при В / Ц = 0 , 3 — 0 , 5 |
величина |
сцеп |
||||||
ления составляет |
/ ? С ц = 2 — 2 5 кгс/см2 |
и прочность |
цемент- |
20
ного камня, следовательно, реализуется л и ш ь |
на |
~ 5 0 % . |
||
Очевидно, что существуют большие резервы |
повышения |
|||
прочности к а к растворной |
части бетона, т а к и его |
самого |
||
за счет увеличения плотности и монолитности |
материала . |
|||
Н а |
прочность бетона |
о к а з ы в а ю т влияние |
форма и |
|
рельеф |
поверхности заполнителей, их объемное с о д е р ж а |
|||
ние и чистота поверхности. Исследования влияния |
ф о р м ы |
и рельефа поверхности выполнены рядом авторов по раз личным методикам . Отмечается сложность такого р о д а экспериментов из-за изменчивости геометрии щебня.* Поэтому д л я установления закономерности прибегают к
схематизации, т. е. замене фактической ф о р м ы |
включе |
||||||
ния условной. П р и этом учитывается |
п л о щ а д ь |
поверхно |
|||||
сти заполнителя |
и его рельеф . Эти |
характеристики |
ока |
||||
зывают |
влияние |
на величину |
сцепления |
и х а р а к т е р |
обра |
||
зования |
трещин |
в системах «цементный |
камень — зерно |
||||
песка» и «заполнитель — раствор» . |
|
|
|
|
|||
Методика, п р е д л о ж е н н а я |
М. Г. Э л б а к и д з е и И. Н . Ах- |
||||||
вердовым [14], |
з а к л ю ч а е т с я |
в сопоставлении |
объемов |
заполнителя условной ф о р м ы с действительным его объ емом при корректировке п л о щ а д и поверхности последне
го коэффициентами ф о р м ы и |
рельефа |
поверхности. |
П о |
||
д а н н ы м экспериментов, |
все |
коэффициенты больше |
еди |
||
ницы. |
|
|
|
|
|
И з |
других методик |
з а с л у ж и в а е т |
внимания способ |
оценки ф о р м ы щебня (гравия) измерением гидравличе ской проницаемости пробы [ 3 8 ] . В реальных бетонах величина сцепления возрастает по мере перехода от ша ровой и кубической форм к наиболее неправильной при развитом рельефе поверхности.
О влиянии прочности заполнителя на конечную про чность бетона следует заметить: опытами установлено' [38], что при прочности на с ж а т и е пород щебня 1400— 1500 кгс/см2 и выше различие в прочности породы имеет меньшее значение, чем ф о р м а заполнителя и рельеф его
поверхности. П о к а з а н о т а к ж е , что |
при изучении структу |
||||||
ры р а з р у ш е н н ы х бетонных образцов процент |
разорван |
||||||
ных кусков щебня м а л о зависит от |
|
породы |
щебня |
и со |
|||
ставляет |
около 40% при В / Ц = 0 , 3 |
и |
15% |
при В / Ц = 0,65. |
|||
С в я з ь |
м е ж д у минералогическим |
составом |
заполните |
||||
л я и прочностью раствора |
впервые была |
установлена |
|||||
Торвальсоном [169]. Этот |
вопрос |
|
получил |
д а л ь н е й ш е е |
|||
развитие |
в исследованиях |
С. С. |
Гордона |
и Р . С. |
Ч е х о - |
2L
вой. Н а |
основании |
полученных |
результатов |
авторы при |
|||||
ходят к следующим |
в ы в о д а м : заполнитель |
из |
полевых |
||||||
шпатов, |
карбонатных |
минералов, |
к в а р ц а |
и |
частично |
||||
кремния |
о к а з а л с я |
весьма хрупким из-за |
|
крупности |
|||||
к р и с т а л л о в и |
низкой |
степени |
спаянности |
(разрушение |
|||||
по плоскостям |
спаянности) . Это качество |
п р е о б л а д а л о |
|||||||
в процессе р а з р у ш е н и я |
над другими |
свойствами |
отдель |
||||||
ных кристаллов: |
прочностью, |
адгезией, механическим |
сцеплением с цементным камнем; щебень из магнезита показал повышенную прочность бетона за счет срастания
магнезита |
с цементным камнем; |
магнезит т а к ж е показы |
|||
вает повышенную прочность за счет высокой |
прочности |
||||
на р а с к а л ы в а н и е по плоскостям |
спаянности. |
|
|||
В тех |
ж е |
случаях, когда спаянность низкая |
(напри |
||
мер, кальцит |
и альбит - микроклин, кварцевый |
песчаник |
|||
и д р . ) , |
р а з р у ш е н и е заполнителя |
зависит г л а в н ы м обра |
|||
зом от |
этой характеристики . Замечено, что чем |
больше |
различных минералов в составе породы щебня, тем отри цательнее сказывается воздействие пропаривания . Вме
сте с тем, при нормальных |
условиях твердения заполни |
||
тель из полиминеральных |
пород п о к а з ы в а е т |
большую |
|
прочность, из мономинеральных — меньшую |
(последние |
||
р а с к а л ы в а ю т с я по плоскостям |
спаянности) *. |
|
|
В табл . 1 показано влияние |
минералогического соста |
ва песка на прочность раствора, которое возрастает по мере уменьшения средней крупности, т. е. в связи с быст
рым ростом |
величины |
поверхности, |
а |
следовательно, и |
сцепления с |
цементным |
камнем . З а м е ч е н о т а к ж е , что |
||
прочность |
раствора на |
некоторых |
|
песках (полевой |
шпат) снижается при пропаривании и автоклавной обра
ботке. Это |
связано, |
вероятно, |
с уменьшением |
сцепления |
||||||
з а п о л н и т е л я с цементным |
камнем . |
|
|
|
|
|
||||
Влияние |
зернового состава |
щебня |
на |
прочность |
бе |
|||||
тона |
оценивается следующим |
образом |
[4, |
5 ] : непрерыв |
||||||
ность |
зернового состава |
щебня (гравия) |
не |
о к а з ы в а е т |
||||||
существенного влияния на прочность. |
Так, колебания в |
|||||||||
с о д е р ж а н и и |
той или |
иной |
фракции |
(в пределах |
15—20% |
|||||
веса |
этой |
фракции) |
с к а з ы в а ю т с я |
незначительно . |
П р и |
значительном увеличении промежуточной ф р а к ц и и имеет
место т а к |
н а з ы в а е м ы й распорный эффект . |
Происходит |
|
р а з д в и ж к а |
смежной |
крупной ф р а к ц и и и, таким образом, |
|
с н и ж а е т с я |
плотность |
упаковки заполнителей |
всех ф р а к - |
* Аналогичные данные были получены раньше С. В. Шестоперовым.
22
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а I |
|
Средняя |
прочность |
растворов / ? 2 8 на песках |
|
из |
шести |
||||||
|
|
|
групп минералов |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Прочность при сжатии |
|
Средний предел |
|||||
|
|
|
|
образцов 2X2X2 см, |
|
прочности при |
|||||
|
|
|
|
|
кгс/см2 |
|
|
|
сжатии, % |
||
Группа минералов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
песков |
|
|
|
|
|
|
m к- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ч о |
|
|
|
Ч о |
|
СХ |
о |
|
mга£ |
|
о И |
|
«га( |
о га |
||
|
tu |
О) |
|
О Ч |
S- |
|
е- о. |
|
|
||
|
СП с |
|
да п |
се |
|
га \о |
га я ( |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
га о |
|
|
||
Силикатные |
|
|
|
309 |
|
293 |
309 |
|
100 |
93 |
|
Карбонатные |
Мелкие |
|
306 |
|
313 |
232 |
|
101 |
72 |
||
Полевые шпаты |
|
258 |
|
276 |
164 |
|
87 |
53 |
|||
|
|
|
|
|
|||||||
Рудные |
|
|
|
266 |
|
319 |
282 |
|
92 |
83 |
|
Силикатные |
Крупные |
608 |
|
551 |
498 |
|
100 |
72 |
|||
Полевые шпаты |
505 |
|
457 |
365 |
|
|
|
61 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
П р и м е ч а н и е . За |
100 % принята |
прочность |
|
раствора |
на сили |
||||||
катных песках при воздушно-влажном твердении. |
|
|
|
|
|||||||
ций. Эта особенность д о л ж н а |
быть учтена |
при исследова |
|||||||||
нии тощих бетонов, дл я ж и р н ы х |
смесей |
она |
не |
имеет |
|||||||
значения. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
П р и крупности заполнителя 10—20 мм (для |
бетонов |
||||||||||
прочностью 1704-500 кгс/см2) |
влияние р а з м е р о в заполни |
||||||||||
теля практически не сказывается . При введении |
крупной |
||||||||||
ф р а к ц и и (lO-f-230 мм) |
|
прочность бетона несколько пада |
|||||||||
ет. Очевидно, |
по мере |
|
повышения |
крупности |
прочного |
щебня уменьшается однородность бетона при неизменной величине образцов . Способствует этому и снижение сцеп ления заполнителя с цементным камнем .
В а ж н е й ш и м фактором, обусловливающим д е ф о р м а - тивность и прочность бетона, является неоднородность внутреннего поля напряжений . Действительно, структура бетона включает в себя материалы, различные по своим
механическим |
х а р а к т е р и с т и к а м . Сочетание столь неодно |
||
родных элементов приводит к возникновению |
внутренне |
||
го поля н а п р я ж е н и й , распределение которых |
не подчиня |
||
ется з а к о н а м |
механики сплошных сред. |
|
|
Очевидно, |
что исследование н а п р я ж е н и й |
в |
такой си |
стеме и выяснение общих закономерностей их распреде
ления м о ж е т о к а з а т ь с я наиболее |
в а ж н ы м |
звеном в |
обос |
новании предпосылок физической |
теории |
прочности |
бето- |
23
на. С этой точки |
зрения |
уместна аналогия |
м е ж д у той |
||||
ролью, которую |
играет |
фактор н а п р я ж е н и й и |
д е ф о р м а |
||||
ций |
в механике |
сплошных |
сред, и значением |
распределе |
|||
ния |
л о к а л ь н ы х н а п р я ж е н и й |
в гетерогенном м а т е р и а л е . |
|||||
|
Изучению местных концентраций н а п р я ж е н и й в бето |
||||||
не посвящен |
р я д работ. П р е д с т а в л я ю т интерес |
не только |
|||||
р е з у л ь т а т ы |
этих |
работ, |
но |
и используемые |
методические |
||
приемы исследований. К а к |
правило, авторами |
вводится |
определенный круг допущений и предпосылок: рассматри
в а е т с я |
неоднородная двухкомпонентная система — мо |
|||||
дель, с о с т о я щ а я из |
раствора |
(цементного камня) |
и щебня |
|||
( п е с к а ) ; |
м а к р о п о л е |
изучается в |
предположении |
упругой |
||
р а б о т ы составляющих |
бетона |
при н а п р я ж е н и я х , |
меньших |
|||
предела |
т р е щ и н о о б р а з о в а н и я ; |
р а с с м а т р и в а е т с я |
напря |
|||
ж е н н о е |
состояние д л я |
двух |
предельных случаев |
взаимо |
||
связи заполнителя |
с |
матрицей |
(цементным камнем) — |
полное сцепление м е ж д у компонентами — и его отсутст вие. Воспроизведение в модели реальной картины сцепления весьма сложно, поэтому, как правило, ограни чиваются изучением этих вариантов . Очевидно, что и они
представляют собой |
|
определенную |
степень абстрагиро |
|||
вания . Тем не менее |
|
исследование |
граничных состояний |
|||
структуры |
позволяет |
определить область |
изменения |
ис |
||
комых х а р а к т е р и с т и к |
системы. |
|
|
|
||
В работе [38] рассмотрен конкретный пример взаимо |
||||||
действия |
матрицы |
и |
заполнителя |
(последний принят |
||
кубической ф о р м ы ) |
д л я двух предельных |
случаев. |
Ис |
следования показали, что прочность бетона при отсутст
вии сцепления м о ж е т быть в 5 |
р а з |
меньше, чем |
при |
|||
полном сцеплении. Н е с м о т р я на |
то что |
ни |
один из |
этих |
||
случаев в полной |
мере не реализуется |
в |
действительно |
|||
сти, результаты |
опыта свидетельствуют |
о |
значительном |
влиянии сцепления на механические характеристики бетона .
П о к а з а т е л ь н ы |
в этом отношении |
данные, |
приведенные |
А. Е. Д е с о в ы м в |
работе [42] . И м |
р а с с м а т р и в а е т с я в |
|
первом приближении структура цементного |
камня, р а с |
твора и бетона как сплошная среда, в которую вкрап
лены ш а р о о б р а з н ы е тела |
с различной плотностью — от |
|||
плотности гранита |
до плотности воздуха |
(пустоты в бе |
||
т о н е ) . Р е ш а л а с ь |
з а д а ч а |
о концентрации |
н а п р я ж е н и й в |
|
пластине, ослабленной пустотами (имитация пустот |
в |
|||
бетоне) и н а п р я ж е н и я в |
неоднородностях |
(имитация |
за- |
24
п о л н и т е л я ) . |
М е т о д а м и |
теории |
упругости |
рассмотрена |
|||||||
д в у х м е р н а я |
з а д а ч а |
о |
н а п р я ж е н и я х в пластине |
с отвер |
|||||||
стиями, |
подвергнутая одноосному |
с ж а т и ю . П о к а з а н о , |
что |
||||||||
в точках |
С и Ô (рис. 3) |
возникают |
с ж и м а ю щ и е н а п р я ж е |
||||||||
ния стс = ЗіѴ, |
|
а в |
точках Л |
и |
В — н а п р я ж е н и я |
а р |
= іѴ; |
||||
у т в е р ж д а е т с я , |
что, несмотря |
на то что а с > о р , |
р а з р у ш е н и е |
||||||||
произойдет от |
р а с т я г и в а ю щ и х |
напряжений, |
так |
как |
д л я |
Рис. 3. Схема растягивающих и сжимающих напряжении на границе неоднородности
бетона |
предел |
прочности |
на |
р а с т я ж е н и е |
|
составляет |
||||||||
1/3-4-1/12 сопротивления |
его с ж а т и ю . |
|
|
|
|
|
||||||||
Анализ концентраций н а п р я ж е н и й д л я случая, когда |
||||||||||||||
большой |
неоднородности |
(поры) |
сопутствуют |
м а л ы е |
||||||||||
неоднородности |
(поры), выполнен |
М. Д а в и н ы м . |
Р е з у л ь |
|||||||||||
таты расчетов показали, что вблизи малых |
неоднородно- |
|||||||||||||
стей, р а с п о л о ж е н н ы х на границе с большими |
неоднород- |
|||||||||||||
ностями, |
л о к а л ь н ы е |
н а п р я ж е н и я |
могут |
превосходить |
||||||||||
средние |
с ж и м а ю щ и е |
в 9 раз . В м а т е р и а л е с |
низким |
пре |
||||||||||
делом прочности на р а с т я ж е н и е может |
произойти |
р а з |
||||||||||||
рушение |
одновременно |
как |
от |
р а з р ы в а |
по |
н а п р а в л е н и ю |
||||||||
п р и л о ж е н и я |
силы, т а к |
и |
от |
р а з д р о б л е н и я |
|
перемычки |
||||||||
м е ж д у |
|
пустотами |
в |
перпендикулярном |
направлении . |
|||||||||
У т в е р ж д а е т с я , что структура с порами разного |
д и а м е т р а |
|||||||||||||
менее |
устойчива, |
чем |
структура |
с одинаковыми |
пора |
|||||||||
ми. Отсюда |
очевидна |
п о л о ж и т е л ь н а я |
роль |
вибрации, |
25
в результате которой происходит более равномерное пе рераспределение воды и как следствие уменьшение диа
метра |
пор. |
Причем, чем |
выше |
частота |
колебаний, тем |
|||||||
меньшего д и а м е т р а поры остаются |
в бетоне. Возникаю |
|||||||||||
щие л о к а л ь н ы е н а п р я ж е н и я |
р а с п р о с т р а н я ю т с я |
на |
весьма |
|||||||||
м а л ы е |
зоны |
вблизи мелких |
неоднородностей, |
что |
в ко |
|||||||
нечном |
итоге |
положительно |
сказывается |
на |
прочности |
|||||||
бетона. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А н а л и з напряженного состояния |
включений |
в |
одно |
|||||||||
родной |
матрице ( ш а р о о б р а з н ы е |
частицы |
или |
цилиндри |
||||||||
ческие тела) д л я двухмерной задачи выполнен |
|
т а к ж е на |
||||||||||
основании |
предпосылок |
теории |
упругости. Б ы л а |
принята |
||||||||
у с л о в н а я схема н а г р у ж е н и я |
диска в е р т и к а л ь н ы м и |
сосре |
||||||||||
доточенными |
силами, |
приложенными |
по |
|
диаметру . |
|||||||
Н е с м о т р я |
на |
условность |
принятой |
схемы нагружения, |
исследование внутренних н а п р я ж е н и й в заполнителях
позволяет |
в частных случаях |
объяснить явление его рас |
|||||
к а л ы в а н и я |
в жестких |
бетонах, |
когда |
усилия |
одного |
||
зерна передаются другому через контакты м е ж д у |
ними |
||||||
или тонкие |
прослойки |
цементного |
камня . |
Автор |
прихо |
||
дит к выводу, что разрушение при сжатии |
может |
||||||
произойти: |
|
|
|
|
|
|
|
а) |
от р а с к а л ы в а н и я |
заполнителя при достаточно вы |
|||||
сокой |
прочности цементного |
к а м н я ; |
|
|
|||
б) |
от р а с к а л ы в а н и я |
или |
р а з р ы в а цементного |
к а м н я |
или раствора, находящегося м е ж д у крупными заполни телями;
|
в) от |
нарушения |
|
сцепления м е ж д у раствором или |
|||||||||
цементным камнем и заполнителем . |
|
|
|
|
|
||||||||
|
У к а з а н н ы е |
схемы р а з р у ш е н и я |
могут |
иметь место |
как |
||||||||
в |
чистом |
виде, |
т а к |
и |
в комбинированном в |
зависимости |
|||||||
от |
упругих |
х а р а к т е р и с т и к |
составляющих: |
модуля |
упру |
||||||||
гости и коэффициента |
поперечного |
расширения . |
|
|
|||||||||
|
И з у ч а я внутренние |
н а п р я ж е н и я |
в |
элементах |
струк |
||||||||
туры бетона |
от воздействия |
внешних |
нагрузок, |
нельзя |
|||||||||
обойти |
вниманием |
и |
наследственные |
(остаточные) |
на |
||||||||
п р я ж е н и я , |
природа |
и |
величина |
которых |
обусловлены |
как свойствами составляющих, так и технологическими приемами приготовления и уплотнения бетона. Остаточ
ные |
н а п р я ж е н и я |
проявляются |
главным образом в мат |
||
рице |
цементного |
камня |
или |
раствора . С у м м а р н о е |
поле |
внутренних н а п р я ж е н и й |
в элементах структуры от |
внеш |
|||
них |
воздействий |
и остаточные |
н а п р я ж е н и я определяют |
26
в значительной мере фактическую картину |
распределе |
||||||
ния внутренних усилий. |
|
|
|
|
|||
Механизм |
возникновения |
усадочных |
н а п р я ж е н и й с |
||||
качественной |
стороны |
м о ж е т трактоваться |
следующим |
||||
о б р а з о м : заполнитель |
сферической ф о р м ы |
(оправдан |
|||||
ная идеализация |
в первом |
п р и б л и ж е н и и ) , |
окруженный |
||||
слоем цементного |
камня, подвергается |
р а д и а л ь н ы м на |
|||||
п р я ж е н и я м с ж а т и я |
от |
деформации усадки |
цементного |
||||
к а м н я . |
|
|
|
|
|
|
|
Д л я плоской |
з а д а ч и |
н а п р я ж е н н о е |
состояние такой |
системы может быть описано уравнениями теорий упру гости. Когда толщина пленки соизмерима с д и а м е т р о м частицы (мелкозернистый бетон), может быть использо
вано решение |
Л я м э ; |
а |
д л я |
крупного заполнителя — |
|||||
решение |
з а д а ч и |
о |
тонком |
кольце, |
подвергнутом д е ф о р |
||||
м а ц и я м усадки по |
сечению кольца |
[135]. Усадочные на |
|||||||
п р я ж е н и я |
о к а з ы в а ю т |
влияние |
на |
процессы |
р а з р у ш е н и я |
||||
и д е ф о р м и р о в а н и я |
бетона. |
В |
этой связи |
представляет |
|||||
интерес |
вопрос о том, |
может |
ли |
собственная |
у с а д к а |
||||
цементного теста |
при |
ограничении |
д е ф о р м а ц и й |
в ы з в а т ь |
|||||
микротрещинообразование |
в |
растворной части |
бетона. |
Собственная усадка, по данным Ю. А. Нилендера [ 6 7 ] , не зависит от внешней среды и вызывается внутренними физико-химическими процессами твердения цемента .
Абсолютное |
значение |
собственной усадки |
р а в н о |
|
150^-200 мк/м |
при предельной |
растяжимости |
бетона |
|
~ 1 0 0 мк/м. И з |
сопоставления |
этих величин видно, что |
собственная усадка в условиях реальной |
структуры бе |
||||
тона |
(стесненная |
д е ф о р м а ц и я ) |
может привести к обра |
||
зованию микротрещин в цементном камне. |
|
||||
В работах Ф. С. Томаса |
[168], Ю. А. |
Н и л е н д е р а |
|||
[67], |
Б . Генки |
[135, 162], А. |
В. Белова |
[17] |
и других |
исследованы вопросы усадки собственно бетона и арми
рованного бетона. Анализ этих исследований |
позволяет |
|||||||||
сделать |
следующие качественные |
выводы |
и |
обобщения: |
||||||
а) |
на |
условия усадки, |
а следовательно, |
и |
условия |
|||||
т р е щ и н о о б р а з о в а н и я |
о к а з ы в а ю т |
влияние |
технологиче |
|||||||
ские |
приемы изготовления |
бетона, в |
частности |
условия |
||||||
твердения |
образцов в |
начальной |
стадии |
ф о р м и р о в а н и я |
||||||
структуры цементного к а м н я ; |
|
|
|
|
|
|||||
б) |
микротрещинообразование |
в |
бетоне |
зависит от |
||||||
динамики |
двух противоположных |
по |
своему |
действию |
||||||
процессов: |
н а р а с т а н и я |
прочности |
цементного |
камня и |
27
Рис. 4. Распределение внутренних напряжении от |
усадки |
и внешней |
нагрузки в модели бетона: а — теоретическое |
|||||||||
распределение напряжений |
в |
цементном |
камне |
|
и |
заполнителе; б — напряжения на |
поверхности раздела |
«запол |
||||
нитель—цементный камень» |
от усадки |
(по |
Т. |
Сю); |
в —напряжение |
от усадки |
и |
внешней нагрузки |
в запол |
|||
нителе |
и |
цементном |
камне |
(по |
Л. |
Е. Дссову); |
1, |
2Г 3 — ступени |
нагрузки |
|
д е ф о р м а ц и й усадки . |
П р е о б л а д а н и е |
одного из них |
над |
||||
другим |
в |
начальной |
стадии твердения и |
определяет в |
|||
конечном |
счете |
появление усадочных |
трещин; |
|
|||
в) |
процесс |
микротрещинообразования |
зависит |
от |
вида цемента: глиноземистый цемент более трещиносто-
ек, |
чем |
портландцемент . |
При в л а ж н о м |
хранении обыч |
|||||
ных |
и |
пропаренных образцов |
трещины, |
как |
правило, не |
||||
о б р а з у ю т с я . |
П р и |
нагревании |
и хранении в |
нормальных |
|||||
условиях усадочные трещины |
образуются |
соответствен |
|||||||
но спустя одни сутки и через |
трое суток |
[42, 104]; |
|||||||
г) весьма с л о ж н а картина |
напряженного |
состояния |
|||||||
в системе |
«цементный |
камень — заполнитель» (рис. 4) |
|||||||
[ 4 2 ] . Очевидно, |
что в теоретическом |
анализе |
с л о ж н о |
||||||
учесть |
влияние фактических |
свойств заполнителя, спо |
собности структуры к релаксации н а п р я ж е н и й и техно
логические |
приемы изготовления. |
Вследствие |
этого |
|
в о з н и к а е т |
необходимость |
в уточнении |
ряда предпосылок |
|
и гипотез, |
относящихся |
к д и н а м и к е |
процесса |
усадки . |
|
|
3. |
Предпосылки |
к физической |
теории |
|
|||||||
|
|
|
прочности |
бетона |
|
|
|
|
|||||
Основой |
физической |
теории |
прочности |
бетона |
явля |
||||||||
ются |
исследования |
закономерностей |
взаимодействия |
||||||||||
элементов структуры в |
процессе |
н а г р у ж е н и я |
м а т е р и а л а . |
||||||||||
Н а ч а т ы е |
сравнительно |
недавно |
исследования |
в этой |
|||||||||
о б л а с т и |
(работы |
А. Я- |
Берга, |
И. Н. Ахвердова, |
А. Е. |
||||||||
Д е с о в а , |
А. |
С. Д м и т р и е в а , |
С. |
С. |
Гордона, |
Ф. |
Слейт, |
||||||
С. Ольшевского, М. К а п л а н а , |
К- Александер, |
Т. Хансена |
|||||||||||
и др.) |
свидетельствуют |
о |
сложности обоснования |
физи |
|||||||||
ческих |
представлений |
о закономерностях |
деформирова |
||||||||||
ния |
и |
р а з р у ш е н и я |
бетона |
и аналитическом |
описании |
||||||||
этих |
закономерностей . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Вместе с тем достижения при |
исследовании |
данной |
|||||||||||
проблемы |
весьма |
значительны |
и |
полученные многими |
а в т о р а м и результаты позволяют выделить основные мо
менты в развитии |
этой теории, |
в к л ю ч а я методологиче |
||||
ские принципы решения задачи . |
|
|
|
|||
Структура бетона представляет собой систему, свой |
||||||
ства |
которой подвержены |
значительному |
разбросу |
по |
||
своим |
основным |
п о к а з а т е л я м : |
прочности, |
д е ф о р м а т и в - |
||
ной |
способности, |
механизму |
т р е щ и н о о б р а з о в а н и я |
и |
||
х а р а к т е р у р а з р у ш е н и я . |
Установлено, что |
на свойства |
29