2026

, МПа

40

36

32

28

24

20

16

12

Рис. 5.14. Деформация гранул керамзита в модели бетона

242

Из анализа напряженно-деформированного состояния характерных зон поля деформации модели бетона (рис. 5.12) следует, что наибольшие деформации растяжения характерны для зон “1”, “5”, “10” и “9”. Однако, по сравнению с моделями, рассмотренными выше, поле деформаций этой модели на всех уровнях нагружения более однородно.

На рис. 5.15 показан характер развития макротрещин и разрушения модели бетона, из которого следует, что макроскопические трещины разрушения прошли как бы сверху вниз с обеих сторон гранул №25 и №19 по зоне контакта с выходом на гранулу №7 и боковые поверхности модели. Трещина разрушения в виде дуги прошла и по верхней грануле №25, показавшей наименьшую деформативность в модели (рис. 5.14).

Рис. 5.15. Характер роста макротрещин при разрушении модели бетона с тремя гранулами керамзита:

–макротрещины с лицевой стороны модели;

–то же, с тыльной стороны

На рис. 5.16 показано деформированное состояние характерных зон деформационного поля модели бетона с шестью тарированными гранулами керамзита.

243

Рис. 5.16. Деформированное состояние характерных зон

модели бетона с шестью тарированными гранулами керамзита при =0,91Rсж:

– характерные зоны;

– номера гранул; “-“ – деформация сжатия в мм/м (числитель);

“+” – деформация растяжения в мм/м (знаменатель);

RсжРМ =40,1 МПа RсжКМ =33,0 МПа1РМ =3,52 мм/м 1КМ =1,72 мм/м

На рис. 5.17 приведены кривые f деформационного тарирова-

ния зерен керамзита в линейном напряженном состоянии осевого сжатия, а также плотность и модуль упругости гранул. Максимальные напряжения при тарировке гранул составляли 0,5…0,6 Rсж . Оттарированные гранулы

использовали для изготовления модели бетона. На рис. 5.16 видна схема

244

На рис. 5.18 приведены деформации гранул керамзита на кривой нагружения структурной модели бетона. Из графиков рис. 5.18 виден как характер участия каждой гранулы в механической работе модели бетона, так и уровень напряжений, соответствующий потере несущей способности зерен керамзита. Из анализа деформационных кривых (рис. 5.18) следует важный вывод о том, что по характеру наклона и сближения кривых видно, что происходит выравнивание значений модуля деформаций зерен керамзита с повышением интенсивности напряжения, что, вероятно, обусловлено стеснением деформаций и обжатием зерен, находящихся в матричном материале. Это обстоятельство, безусловно, будет способствовать выравниванию и повышению однородности поля деформаций модели бетона.

Из графиков рис. 5.18 видно, что при выдержке на ступенях нагружения происходит перераспределение напряжений между структурными элементами модели, причем определенной закономерности в перераспределении напряжений с ростом уровня R не наблюдалось, что

говорит о беспрерывно меняющемся поле напряжений вокруг каждого зерна заполнителя, что, в свою очередь, обусловлено различным характером изменения модуля деформаций этих зерен керамзита с ростом значения R в соответствии с данными, приведенными на рис. 4.10.

Анализ последовательности разрушения гранул керамзита и характера разрушения модели показывает, что в первую очередь теряли несущую способность зерна керамзита, обладавшие меньшими значениями константы упругости. Характер перераспределения деформаций в структурной модели на этапах нагружения позволяет считать, что независимо от деформационных свойств зерен керамзита они вплоть до разрушения оказывают непосредственное влияние на поле напряжений (деформаций) матричной составляющей модели и способствуют повышению однородности деформационного поля модели бетона.

По картине зафиксированных на модели макротрещин разрушения (рис. 5.19) следует, что разрушение модели бетона с шестью гранулами керамзита проходило как по заполнителю, так и растворной составляющей модели.

246

20

15

10

5

0

Рис. 5.18. Деформативность гранул керамзита при осевом сжатии модели бетона: 1…6 – номера гранул

247

Рис. 5.19. Характер роста макротрещин при разрушении модели бетона с шестью гранулами керамзита:

– макротрещины с лицевой стороны модели;

– то же, с тыльной стороны

Таким образом, оценка механических свойств структуры бетона по свойствам его материального цикла с соответствующими параметрами (Ев/Ем, сила сцепления, объемное содержание и размер заполнителя) подтверждает возможность исследования по рассматриваемому способу напряженного состояния структуры бетона на моделях. Нами впервые в исследовательской практике были использованы предварительно тарированные элементы модели легкого бетона для анализа напряженного состояния характерных зон деформационного поля модели.

248

Глава 6. ДЕФОРМАТИВНОСТЬ И СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ БЕТОНОВ ПРИ НАГРУЖЕНИИ

6.1. Механическое поведение конструкционного керамзитобетона при осевом сжатии

Современный зарубежный и отечественный опыт комплексного использования легких бетонов на пористых заполнителях типа керамзита при строительстве особенно высотных зданий обеспечивает заметное снижение материалоемкости и затрат на фундаменты, дает экономию арматуры и снижает стоимость строительства на 13…15 %.

Однако, механическое поведение конструкционного керамзитобетона как при кратковременном, так и длительном приложении внешней нагрузки все еще остается изучено не в полной мере. Дальнейшее изучение поведения керамзитобетона конструкционного назначения под нагрузкой будет способствовать более достоверному определению напряженнодеформированного состояния конструкций, а, следовательно, и более рациональному их проектированию.

На основе экспериментальных данных, полученных как отечественными, так и зарубежными исследователями, в работе [1] отмечено, что на пористых заполнителях с различной плотностью могут быть получены одинаковые прочности легкого бетона с резко отличным модулем упругости. Эти данные позволяют утверждать, что модуль упругости легкого бетона в значительной мере зависит от деформативности пористого заполнителя.

Исходя из этого, дальнейшее всестороннее изучение физико-механи- ческих свойств отдельных зерен крупных пористых заполнителей позволит разработать более четкие физические представления о процессах деформирования и разрушения легкого бетона под нагрузкой, и на этой основе решить ряд практических задач.

Основная цель выполненной авторами работы – расширить ранее сформулированные взгляды на закономерности прочностных и деформативных свойств заполнителей, исходя из особенностей их строения и степени пористости, и интерпретируя на этой основе диаграмму сжатия керамзитобетона и процесс его ползучести.

При оценке физико-механических свойств зерен керамзита при осевом сжатии результаты измерений в значительной степени определяются методикой подготовки образца и проведения испытания. В наших опытах мы использовали образцы-призмы правильной геометрической формы, которые получали путем обтачивания керамзитовых гранул. Это позволяло вести их испытание по физической оси вплоть до разрушающей нагрузки, тогда как любой другой прием подготовки образца не удовлетворяет этому

249

условию, что, в свою очередь, не позволяет четко изучить физический процесс развития деформаций керамзитового образца с ростом уровня напряжений, и проанализировать интересующие нас взаимосвязи. Применение подобных образцов, полученных из пористого ядра гранул керамзита, позволяет также провести сравнительную оценку деформативных свойств пористой структуры заполнителей, различных по происхождению и первоначальной форме. Испытание образцов на сжатие проводили с применением динамометров сжатия типа ДОСМ. Деформативность замеряли тензометрическим способом, для чего на грани образцов наклеивали тензодатчики омического сопротивления.

В опытах был использован керамзитовый гравий никольского, октябрьского и пензенского заводов с плотностью в куске от 0,4 до 1,0 г/см3. Известно, что зерна керамзита имеют разное строение в зависимости от исходного глинистого сырья и режима его вспучивания. В работе [2] показано, что модуль упругости обжиговой корки превышает модуль упругости зерна керамзита в несколько раз. Отсюда мы полагаем, что толщина обжиговой корки на гранулах будет оказывать существенное влияние на модуль упругости как керамзита, так и бетона на его основе. Определение толщины обжиговой корки гранул исследуемых керамзитов показало, что керамзит никольского завода обладал корочкой толщиной 0,12…0,17 мм, октябрьского – 0,8…1,3 мм, пензенского – 0,5…2,0 мм. При изучении деформативности зерен керамзита закономерно ожидать, что деформативные свойства зерен керамзита со слабо выраженной обжиговой коркой (никольский керамзит), установленные на образцах правильной геометрической формы, будут подобны указанным свойствам его реальных гранул. В то время как для пензенского керамзита такой аналогии, вероятно, провести нельзя.

Ранее на графиках рис. 4.10, построенных по усредненным данным из испытания 10…12 образцов, показан характер изменения модуля деформации керамзита различной плотности с ростом уровня напряжений.

Из графиков рис. 6.1 видно, что особенность всех кривых f для

керамзита испытанных плотностей состоит в том, что они отражают рост величины модуля деформации с увеличением напряжений практически до уровня 0,6…0,7Rпр, а иногда и более. Подобная связь между напряжениями и деформациями, но в менее выраженной форме, была ранее установлена нами на аглопоритовых образцах. М.З. Симонов [3] приводит сведения о неизменности модулей упругости туфов артикского и ереванского типа при напряжениях в интервале то 0 до Rсж.

На основе никольского керамзита изготавливали бетон условной марки 300, на основе пензенского – 200. Расход материалов на 1 м3 бетона условной марки 300 составлял: цемента – 450 кг, керамзитового гравия – 530 кг, кварцевого песка – 650 кг и воды – 170 л. Расход материалов на 1 м3 бетона условной марки 200 составлял: цемента – 429 кг, керамзитового гравия –

250