Основы физики твердого тела для строителей

формирования магистрали и ее страгивания. Магистральная трещина нормального отрыва начинает рас-пространяться, когда инвариантный J-интеграл достигает предельного значения JIc. Величины JIc также четко увязываются со структурными характеристиками составов: чем больше уровень условных активных сил Aph-ch и чем меньше капиллярных пустот и пор в бетоне, тем выше значение JIс, равное 5,78 Н/м, – состав 1.1; 5,02–5,47 – составы 5.1 и 1.2, и равное 2,48 Н/м для бетона состава 1.3. В такой же закономерности изменялись и величины силового критерия трещиностойкости Ki и Kc соответственно 0,54 и 0,59 : 0,38 и 0,6 : 0,29 МН3/2 (см. табл. 12.5). Определенным образом в уровне энергетических силовых параметров трещиностойкости проявляется технологический фактор условия твердения (табл. 12.6). При всех прочих равных условиях в образцах, твердевших в естественных условиях, сформировались структуры с одинаковыми параметрами порового пространства в цементном камне и бетоне: общая и капиллярная пористость цементного камня 5,25–47,0 и 47,0–49,0 %, пористость бетона 19,3 и 19,3–19,7 %. Но капиллярных пор в бетоне ускоренного твердения почти вдвое больше – 13 % против 7,6.

Вероятно, этот фактор и стал основной причиной несколько более высокого уровня IIc 5,47 > 4,92 Н/м и KIc = 0,6 > 0,56 (см. рис. 12.4, табл. 12.5). В составах 2.3 и 1.3 полученные свойства сопротивления бетона развитию трещин заметно зависят от уровня активных сил, возникающих в физико-химических и адгезионных связях, определяемых активностью цемента 40 и 50 МПа. Так, при увеличении активности цемента с 40 до 50 МПа значения Афх возросли с 13,7 до 19,2 МПа, и при величинах В/Ц 0,76 и 0,85 характеристики общей и капиллярной пористости цементного камня оказались прак-тически одинаковыми (см. табл. 12.3), но в составе 1.3 количество демпфирующих развитие трещин гелевых пор оказалось заметно меньше. По-видимому, это положение отразилось на уровне реактивных сил, следствием чего явилось существенное понижение значений IIc, равного 6,87 Н/м для состава

2.3, до 2,81 Н/м для состава 1.3, а также и значений KIc от 0,42 до

0,29 НМ/м3/2 (табл. 12.6).

259

Таблица 12.4

Влияние расхода цемента на силовые и энергетические параметры разрушения тяжелого бетона

Таблица 12.5

Влияние условий твердения свежеотформованного бетона на его прочность, деформативность и трещиностойкость

Примечание. 300х – шлакопортландцемент марки 300 с добавкой гранулированного шлака 53,0 %.

Таблица 12.7

Влияние активности и вида цемента на прочность, деформативность и трещиностойкость тяжелого бетона

Низкая активность цемента компенсировалась пониженным количеством воды 216 л при В/Ц = 0,56. В условиях тепловлажностной обработки в присутствии шлака в составе цемента сформировались структуры с таким балансом активных и реактивных сил, при которых сопротивление зон делокализации микротрещин в блоках повлияло на уровень напряжений в устье трещины. Значение Gi достигло 14,51 Н/м, что на 27 % выше, чем у состава на цементе активностью 50 МПа (см. табл. 12.6). Значения IIc и KIc также оказались более высокими. Структуры бетона, модифицированные суперпластификаторами (состав 5.2), при близких количествах цемента (состав 5.1) и одинаковой его активности позволяют уменьшить количество воды и объемное содержание цементного камня (см. табл. 12.7). При этом уменьшается количество пор в бетоне от 11,7–14,69 до 7,9–9,2 %. Резко уменьшается и количество капиллярных пор (от 34 до 7,7 %). В модифицированном составе возрастает количество гелевых пор, которые можно рассматривать как компенсаторы, тормозящие делокализацию трещин. Следствием этого является изменение площади диаграммы F–V, работы и энергии, расходуемой на инициирование трещин и старт магистрали (рис. 12.9). При близких уровнях условно активных сил 26,0 и 30,0 МПа величины энергозатрат на делокализацию и инициирование микротрещин и стра-гивание магистрали различаются более чем в два раза. Значение JI составило 12 против 5,02 Н/м, а значение Kс соответственно 0,59 и 0,38 (см. табл. 14.7). Таким образом, трещиностойкость обычных бетонов в значительной степени определяется балансом активных сил связей физико-химической природы, формируемых в структуре цементного камня количеством цемента, его активностью, условиями твердения и видом и количеством реактивных сил, возникающих в капиллярах, трещинах, и процессами делокализации микротрещин в гелевых порах. Важную роль имеют и адгезионные связи в зонах контакта цементного камня и крупного заполнителя.

12.3. Трещиностойкость высокопрочного вибрированного бетона

Под высокопрочными бетонами (high-strength concrete), согласно принятым в рамках международных организаций по строительству ФИП и ЕКБ новым терминам и их определениям, понимаются все

261

бетоны, имеющие прочность на сжатие в цилиндрах от 60 до 130 МПа (или от 72 до 156 МПа в кубах).

Испытаниям на трехточечный изгиб с получением полностью равновесных диаграмм деформирования были подвергнуты образцы серии Б, ВБ-1, ВБ-2 (см. табл. 12.3). Диаграммы представлены на рис. 12.9, расчетные прочностные, деформативные, силовые и энергетические характеристики бетона приведены в табл. 12.8.

Рис. 12.9. Полностью равновесная диаграмма деформирования:

1 – серия 1.1.0; 2 – 5.2.0; 3 – ВБ – 2

Проведение равновесных механических испытаний образцов с искусственной трещиной в бетоне позволило добиться стабильного характера развития и продвижения магистральной трещины вплоть до полного разрушения. Это подтверждают результаты испытаний, а также плавные, без срывов ниспадающие ветви полностью равновесных диаграмм деформирования.

Анализ численных значений параметров проводили с учетом двух этапов (стадий) деформирования и разрушения бетона: 1 – докритическая стадия разрушения (до момента начала движения магистраль-ной трещины) по параметрам Wm, Wi, Ge, Gi, Ji, Ki; 2 – закритическая стадия разрушения (с момента старта трещины и до полного разрушения образца) по параметрам WI, GF.

262

Для сравнения в табл. 12.8 приведены результаты испытаний для бетона прочностью 35,8 и 52,4 МПа (составы 1.1.0 и 5.2.0).

263