ВЫСОКОПРОЧНЫЙ БЕТОН

ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ RT НА ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ И ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА

Основное положение теории деформирования и проч­ности бетона состоит в том, что изменение различных уча­стков диаграммы состояний при нагружении бетона связано с появлением новых особенностей деформирования или изменением прочности материала. До границы микроразру­шений R? наблюдается в основном упругая деформация бе­тона (главным образом кристаллического скелета цемент­ного камня и заполнителей). Деформация ползучести бетона обусловлена временем действия нагрузки, а следовательно, и скоростью ее подъема, без учета деформаций начальной области. Линейная ползучесть характеризуется небольшим искривлением диаграммы сжатия бетона [10]. Последующее нагружение выше R? связано с развитием микроразрушений материала и нарушением его целостности в микрообъемах.

Граница jR? определяет наступление нелинейности пол­зучести за счет наложения на деформации собственно пол­зучести деформаций, связанных с нарушением структуры материала [18]. Именно превышение 7?? обусловлено раз­витием нелинейной ползучести (рис. 10). Это выражается в том, что удельные деформации ползучести (деформации,

Отнесенные к единице напряжений) не сохраняют примерно постоянного значения, а начинают возрастать по мере пре­вышения уровня границы микроразрушений.

Длительное действие нагрузки с напряжениями, пре­вышающими 7??, вызывает разрушение структуры, что от­мечается при ультразвуковых наблюдениях. Если напря­жения ниже Rr (рис. 11), то при длительном воздействии нагрузки такой интенсивности непрерывно снижается время распространения ультразвукового импульса, что указывает на уплотнение материала структуры. При напряжении выше уровня обнаруживаются признаки микроразру - шения структуры материала. В этом случае по ультразву­ковой кривой наблюдается возрастание времени прохож­дения импульса через материал. Однако если величина на­пряжений от длительно действующей нагрузки не более RT, то через некоторое время процесс разуплотнения прекра­щается, а затем наблюдается уменьшение времени распро­странения импульса, т. е. наступает упрочнение материала. Это упрочнение связано с активизацией процессов гидра­тации в цементном камне в зонах, где ранее происходило

Нарушение структуры. Впервые такие явления были об­наружены Ю. Н. Хромцем и О. Я. Бергом [16]. С упроч­нением материала прекращается развитие нелинейной пол­зучести и деформации не переходят в линейную ползу­честь.

При уровне напряжений выше на крайней кромке сжатой зоны бетона изгибаемого или внецентренно сжа­того железобетонного элемента нейтральная ось заметно смещается в связи с искривлением эпюры сжимающих на­пряжений бетона вследствие развития пластических де­формаций 2-го рода. Это явление отмечено в исследованиях В. В. Дегтерева и Ю. А. Гагарина.

При длительно действующих напряжениях, величина которых превышает JR?, процесс образования дефектов структуры непрерывно развивается и увеличивается время прохождения ультразвукового импульса (см. рис. 11). Через некоторое время, если величина напряжений оста­валась более Rt (с учетом ее повышения в период выдержки нагрузки), образец разрушался.

Граница JR? определяет область выносливости бетона под действием многократно повторяющейся нагрузки. При уровне напряжений выше Rt ее образец разрушается при многократно повторяющейся нагрузке. Это положение было установлено при повторении нагрузки до 14 • 106, а затем и до 40 • 106 [17]. Во время испытания образцов многократно повторяющейся нагрузкой с верхним пре­делом напряжений ниже Rt не обнаруживаются те из­менения в деформациях и в структуре, которые наблюда­ются в процессе испытания бетона в области больших напряжений.

При больших амплитудах изменения многократно пов­торяющейся нагрузки Ю. Н. Кардовский наблюдал откло­нения ультразвуковых кривых, свидетельствующие о раз­уплотнении материала. Данных о достижении предела вы­носливости в этих условиях испытания бетона не имеется. Наблюдается разница в величине остаточных деформаций, которые накапливаются в условиях испытания длительной и многократно повторяющейся нагрузки.

Связь явлений выносливости с изменением Границы Rt Наблюдается как при одноосном сжатии бетона, так и при внецентренном сжатии и изгибе. В последних случаях аб­солютная величина і?? выше, чем при одноосном сжатии. В такой же степени повышается предел выносливости.

Остаточные напряжения, развивающиеся в области уров­ней напряжений от Rt До Rt при монотонном подъеме на­грузки и не связанные собственно с деформациями ползу­чести (линейная ползучесть), отличаются от пластических деформаций металла, и их следует рассматривать как пла­стические деформации 2-го рода [10]. Пластические дефор­мации 2-го рода отражают процесс микроразрушений струк­туры материала и вызывают появление выраженной нели­нейной ползучести. Выше границы RT наблюдаются выра­женные нарушения структуры бетона, и поэтому можно говорить об остаточных деформациях в этой области только как о псевдопластических. Псевдопластические дефор­мации связаны с появлением больших поверхностей раз­рушения и развитием самоускоренных процессов дефор­мации, приводящих к разрушению образца при длительном действии нагрузки этой интенсивности.

Следует обратить внимание на компоненты полной де­формации бетона (рис. 12), которая состоит из упругой деформации є1, деформации ползучести е11, пластических деформаций 2-го рода вш (выше границы /??), псевдо­пластических деформаций 8IV (выше границы 7??). Имеется еще одна важная особенность диаграммы сжатия бетона, которая заключается в том, что при первом приложении нагрузки на образец, который до этого не нагружался,

Обнаруживается существенная остаточная деформация е0, характеризуемая низкими величинами модуля деформаций. Обычно при испытании бетонных образцов эти деформации не фиксируются, так как они проявляются в процессе цен­трирования образца перед последующим испытанием. Между тем на работу конструкции, особенно статически неопре­делимой, эти деформации оказывают влияние.

Можно выделить участок диаграммы сжатия бетона за точкой eIV (рис. 12). В условиях постоянной скорости роста деформаций диаграмма такого рода может быть получена без затруднений. Указанный участок диаграммы исполь­зуется при расчете комбинированных изгибаемых и вне - центренно сжатых элементов конструкций, в которых по­следующие элементы бетонируются на ранее установлен­ных элементах, находящихся под нагрузкой.

Полный вид диаграммы сжатия позволяет объяснить противоречия в оценке величины рассматриваемой дефор­мации бетона. Если принимать за предельную деформацию ту ее величину, которая соответствует моменту достижения наибольшей нагрузки, т. е. в точке /?пр> то с ростом проч­ности бетона величина предельной деформации растет. Если считать за предельную деформацию ту, которая соот­ветствует наибольшей достигнутой величине в конце диаграммы, то предельная деформация падает с ростом прочности бетона.

В условиях изменения температуры в сложной струк­туре цементного камня и в контактных зонах заполнителя возникают деформации, которые могут оказать решающее влияние на процессы зарождения разрушений и их раз­вития.

Характер деформирования бетона в этих условиях в большой степени зависит от особенностей распределения пустот в материале, гелевых образований цементного кам­ня, количества адсорбционно связанной и свободной воды. Данные о морозостойкости бетона обстоятельно анализиро­вались В. М. Москвиным, М. М. Капкиным, Б. М. Мазуром и А. М. Подвальным. Они отмечают, что в пропаренном бетоне образуются крупные связанные между собой поры. Поэтому морозостойкость бетонов нормального хранения значительно выше. Замерзанием повышенного количества воды, адсорбционно связанной гидравлическими добав­ками, можно объяснить снижение морозостойкости бетонов на пуццолановых цементах и шлакопортландцементах по сравнению с бетонами на алитовых портландцементах.

Морозостойкость бетонов характеризуется также дефор­мацией образцов с изменением температуры (рис. 13). Накопление остаточных деформаций вследствие неоднород­ного изменения материала приводит в конечном итоге к его разрушению.

Подобно многократно повторяющимся нагрузкам, по­переменное замораживание и оттаивание воздействует на структуру бетона с большей интенсивностью, чем постоян­ная отрицательная температура. Кроме того, оказывает влияние форма образца. По данным Н. Н. Губонина и В. М. Каган, в призмах наблюдается большее снижение прочности после циклических воздействий низких темпе­ратур, чем в кубиках. Во всех случаях в бетонах марки 700 прочность снижалась намного меньше, чем в бетонах марок 300 и 500.

Приведенные результаты были получены при испытании бетона с попеременным нагружением и оттаиванием, но без воздействия внешней нагрузки. Эксплуатируемые кон­струкции из бетона и железобетона, как правило, находят­ся под воздействием силовых факторов и одновременного

Воздействия внешней среды, с характерными для нее из­менениями температуры, влажности и химического состава. В этих условиях сопротивление материала зависит от на­пряженного состояния его в конструкции по отношению к параметрическим точкам и RЇ.

А. А. Гончаров, исследуя совместное действие напря­женного состояния и попеременного замораживания и от-

Го_______________ о_______________ Го чо во°с

Таивания, пришел к выводу, что приложение сжимающих напряжений интенсивностью около Rr к бетону повышает его сопротивление попеременному замораживанию и от­таиванию. Это влияние прослеживается на рис. 14. Кри­вые соответствуют наступлению разрушения образца после определенного количества циклов нагрузки. Закономер­ность изменения стойкости образца при изменении проч­ности бетона наблюдается на рис. 15. Кривая наибольшей
стойкости бетона совпадает с уровнем Rt, изменение ко­торого описывается приведенным ранее уравнением в зависимости от прочности бетона.

С дальнейшим ростом интенсивности напряжений моро­зостойкость снижается и при уровне напряжений, соот­ветствующих примерно RT, морозостойкость становится такой же, как у ненагруженного бетона. Эти явления имеют

Япр

Прямую связь с диаграммой состояний бетона. При напря­жениях выше уровня RT наблюдается снижение морозо­стойкости бетона за счет его дополнительного разуплот­нения.

При действии растягивающих напряжений наблюдается существенное снижение морозостойкости, особенно в ра­стянутой зоне бетона изгибаемых элементов, что было уста­новлено в исследованиях В. М. Москвина и А. М. Подваль­ного. Это явление связано с процессами микроразрушения структуры бетона при растяжении, начиная с некоторой границы напряженного состояния.

Границы, соответствующие параметрическим точкам, следует рассматривать как зоны определенной ширины, что обусловлено природой материала.

С целью оценки свойств материала диаграмма состояний строится на основании результатов испытания незагружав - с

Шегося ранее образца-призмы (отношение сторон жела­тельно 4 : 1) монотонно возрастающей нагрузкой до раз­рушения. Диаграмма состояний обобщенно отображает многочисленные параметры материала в условиях напря­женного состояния. Естественно, что бетоны, имеющие раз­ные начальные структуры цементного камня, разные харак­теристики бетонной смеси и условия твердения, будут иметь разные диаграммы состояний. Но бетоны одинакового со­става и структуры, подвергнутые извне воздействию дли­тельной или многократно повторной нагрузки, агрессивной среды, попеременного замораживания и оттаивания, тем­пературы, будут иметь различные диаграммы состояний. Анализ этих диаграмм дает более широкую информацию, чем, например, анализ только величин динамического мо­дуля упругости, предела прочности бетона и др.

Основные изменения диаграмм состояний (рис. 16) заключаются в смещении кривой в область упрочнения или разупрочнения, изменений степени уплотнения Att ма­териала под нагрузкой после различных воздействий и смещений ART параметрических точек.