2293

Рис. 72. Деформированное состояние характерных зон

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

– характерные зоны;

– номера гранул;

“B“ – 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

161

0

Рис. 73 Деформативность гранул керамзита при их тарировке:

1…6 – номера гранул

На рис. 74 приведены деформации гранул керамзита на кривой нагружения структурной модели бетона. Из графиков рис. 74 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

162

(рис. 74) 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 обстояB тельство, безусловно, будет способствовать выравниванию и повыB шению однородности поля деформаций модели бетона.

Из графиков рис. 74 видно, что при выдержке на ступенях нагружеB ния происходит перераспределение напряжений между структурными элементами модели, причем определенной закономерности в перерасB пределении напряжений с ростом уровня R не наблюдалось, что

говорит о беспрерывно меняющемся поле напряжений вокруг каждого зерна заполнителя, что, в свою очередь, обусловлено различным харакB тером изменения модуля деформаций этих зерен керамзита с ростом значения R в соответствии с данными, приведенными на рис. 56.

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 дефорB маций 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 споB собствуют повышению однородности деформационного поля модели бетона.

По картине зафиксированных на модели макротрещин разрушения (рис. 75) следует, что разрушение модели бетона с шестью гранулами керамзита проходило как по заполнителю, так и растворной составB ляющей модели.

163

6

5

25

20

15

10

5

0

30 60 90 120 150 180 210 240

1 105

Рис. 74. Деформативность гранул керамзита при осевом сжатии модели бетона:

1…6 – номера гранул

164

Рис. 75. Характер роста макротрещин при разрушении модели бетона

сшестью 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 спосоB бу напряженного состояния структуры бетона на моделях. Нами впервые в исследовательской практике были использованы предB варительно тарированные элементы модели легкого бетона для анализа

165

напряженного состояния характерных зон деформационного поля модели.

5.4. Механическое поведение керамзитобетона при кратковременном нагружении

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 керамзитоB бетона как при кратковременном, так и длительном приложении внешB ней нагрузки все еще остается изучено не в полной мере. Дальнейшее изучение поведения керамзитобетона конструкционного назначения под нагрузкой будет способствовать более достоверному определению напряженноBдеформированного состояния конструкций, а, следоваB тельно, и более рациональному их проектированию.

На основе экспериментальных данных, полученных как отечественB ными, так и зарубежными исследователями, в работе [116] 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 дефорB мативности пористого заполнителя.

Исходя из этого, дальнейшее всестороннее изучение физикоB механических свойств отдельных зерен крупных пористых заполB нителей позволит разработать более четкие физические представления о процессах деформирования и разрушения легкого бетона под нагрузB кой, 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 физикоBмеханических свойств зерен керамзита при осевом сжатии результаты измерений в значительной степени опреB деляются методикой подготовки образца и проведения испытания. В наших опытах мы использовали образцыBпризмы правильной

166

геометрической формы, которые получали путем обтачивания керамB зитовых гранул. Это позволяло вести их испытание по физической оси вплоть до разрушающей нагрузки, тогда как любой другой прием подготовки образца не удовлетворяет этому 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 подобB ных образцов, полученных из пористого ядра гранул керамзита, позволяет также провести сравнительную оценку деформативных свойств пористой структуры заполнителей, различных по происхожB дению и первоначальной форме. Испытание образцов на сжатие проводили с применением динамометров сжатия типа ДОСМ. ДефорB мативность 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 вспучиваB ния. В работе [117] 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. 56, построенных по усредненным данным из испытания 10…12 образцов, показан характер изменения модуля деформации керамзита различной плотности с ростом уровня напряжений. Из графиков рис. 76 видно, что особенность всех кривыхf 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

167

выраженной форме, была ранее установлена нами на аглопоритовых образцах. М.З. Симонов [5] приводит сведения о неизменности модулей упругости туфов артикского и ереванского типа при напряжениях в интервале от 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 матеB риалов на 1 м3 бетона условной марки 200 составлял: цемента – 429 кг, керамзитового гравия – 510 кг, кварцевого песка – 825 кг и воды – 229 л. Образцы формовали при стандартных параметрах вибрации с использованием пригруза 0,005 МПа.

В возрасте 38...46 суток часть образцов на основе никольского керамзита была загружена на длительное осевое сжатие с интенB сивностью сжатия 0,4 Rпр и 0,6Rпр. Спустя 600 суток эти образцы были разгружены. В дальнейшем образцы, подвергавшиеся длительному действию осевой сжимающей нагрузки, для краткости мы будем назыB вать рабочими.

Изучение диаграмм сжатия и характера разрушения контрольных и

рабочих образцовBпризм проводили в возрасте 28…38 и 645…980 суток. Призмы размером 10×10×40 см испытывали путем приложения краткоB

временной статической осевой сжимающей нагрузки. Нагрузку прикладывали ступенями в 0,1 ожидаемой призменной прочности вплоть до разрушения. Структурные изменения бетона под нагрузкой контролировали измерением продольных и поперечных деформаций. На основе обработанных экспериментальных данных установлены определенные взаимосвязи, представленные на рис. 76…78.

На рис. 76 и 77 представлены кривые изменения модуля дефорB мации керамзитобетона, полученные на контрольных образцах, в зависимости от уровня напряжений с учетом пластических деформаB ций, протекающих при центрировании образцов. Как видно из графиB ков рис. 76, модуль деформации бетона на основе никольского керамзита растет с увеличением интенсивности напряжений до уровня 0,7…0,8Rпр. Модуль же деформации бетона на пензенском керамзите, как следует из графиков рис. 77, напротив, уменьшается с ростом уровня напряжений.

168

Эти опытные данные позволяют говорить о том, что диаграмма сжатия конструкционного керамзитобетона может иметь различный

169

характер. Подтверждением этому положению могут служить и экспериментальные результаты А.А. Кудрявцева [118].

Общепризнано, что керамзитобетон является упругоBпластическим материалом. Однако, как это видно из приведенных эксперименB тальных данных, проявление упругих и пластических деформаций, наблюдаемых на диаграмме f , может иметь различную послеB

довательность и интенсивность. Мы полагаем, что это обусловлено деформативными особенностями керамзитового гравия, имеющего разное строение.

На рис. 78 представлены графические зависимости изменения модуля деформации на кривой нагружения при кратковременном приложении нагрузки для образцов керамзитобетона на основе никольского керамзита после их испытания на ползучесть в течение 600 суток.

Факт пластических деформаций гранул керамзита при длительно действующей сжимающей нагрузке установлен в работе [119]. Опыты того времени показали, что удельные деформации ползучести гранул керамзита при уровне напряжения осевого сжатия от 0,37 до 0,54Rсж составляют 6,7…8,6·10B5 МПаB1.

170