ВЫСОКОПРОЧНЫЙ БЕТОН

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ И РАЗРУШЕНИЯ СТРУКТУРЫ БЕТОНА ПРИ СЛОЖНЫХ НАПРЯЖЕННЫХ СОСТОЯНИЯХ

На диаграммах состояний положение параметрических точек сохраняется и при сложных объемных напряжен­ных состояниях, когда величины всех трех главных напря­жений отличны от нуля. Объемные напряженные состояния возникают в конструкциях в местах концентрации усилий (например, около анкеров, в опорных узлах и т. д.). Чтобы выявить особенности процесса разрушения бетона в этих условиях, были проведены исследования [19] на образцах с различной величиной бокового обжатия. В процессе ис­пытаний были получены кривые поперечных и продольных деформаций бетона, кривые дифференциального коэффи­циента поперечной деформации и изменения объема образца и кривые изменения времени прохождения ультразвуко­вого импульса через материал в поперечном и продольном направлениях.

На рис. 17 приведены кривые поперечных и продоль­ных деформаций (а), дифференциального коэффициента поперечной деформации бетона Av (б), изменения объема 6 и А0 (в) и кривые, построенные по результатам ультразвуко-

А) СгнС/см

Разрушение

1,0 О Поперек

Рис. 17. Диаграмма сжатия

А — изменение коэффициента попе­речной деформации; б —кривые из­менения объема 6 и приращения объема А9; в —диаграммы состоя­ний; г—для образца (№ 6, на рис. 19), испытанного при боковом давлении 97,2 кГ/см2

Вых наблюдений при испытании того же образца. Обра­зец был испытан при боковом давлении (в момент разру­шений) 97,2 кГ/см2. На рис. 17 наглядно видна разница между диаграммой состояний и кривой изменения продоль­ных ультразвуковых колебаний. Для удобства сравнения

G/*

Диаграмм состояний, построенных по результатам изме­рения времени прохождения ультразвукового импульса через образец с ростом нагрузки, на рис. 18 представлены кривые в координатных осях, где ось ординат соответствует безразмерной величине сгі//? (R — наибольшее главное нормальное напряжение в момент разрушения образца).

Из рис. 18 следует, что во всех образцах характер изме­нения времени прохождения импульса в поперечном на­правлении одинаков, на первом этапе нагружения уплот­няется материал образца, время прохождения через бетон ультразвукового импульса уменьшается.

По мере дальнейшего повышения нагрузки (выше уров­ня /??) происходит постепенное разуплотнение образца и увеличивается время прохождения импульса. Повышение нагрузки выше уровня RT сопровождается увеличением времени прохождения импульса. С ростом бокового дав­ления на образец относительный уровень величин R? и Rt повышается.

Анализ диаграмм состояний показывает, что в исследо­ванных границах наблюдается аналогичный характер из­менения структуры бетона в процессе нагружения до раз­рушения при разных величинах нагрузок. Из сопостав­ления кривых времени прохождения ультразвукового им­пульса, полученных при поперечном и продольном про - звучивании, видно, что разрушение структуры происходит вдоль действующего наибольшего главного нормального напряжения. Стадии разрушения соответствует потеря не­сущей способности материала с нарушенной структурой.

Загружение образцов с большей интенсивностью боко­вого отжатия вызывает значительное увеличение объемных деформаций (рис. 19). Так, при предельном боковом дав­лении а2 = = 498 кГ/см2 (кривая 7) относительный объем образца стал примерно в 10 раз меньше, чем при одно­осном сжатии.

Скорость деформирования изменялась по-разному на различных уровнях загружения. При загружении до уров­ня Rt объем образцов уменьшался почти пропорционально нагрузке.

В диапазоне напряжений от до RT объемные дефор­мации меняются в зависимости от Ot/<т3. При малых зна­чениях объем образцов продолжает уменьшаться, несмотря на разуплотнение структуры материала (см. рис. 17) и ускоренный рост величины коэффициента v. Но скорость уменьшения объема постепенно падает. При увеличении интенсивности бокового обжатия (которое препятствует поперечному расширению) растет влияние продольных деформаций в сумме А0 = Дві + 2Ає2(Ає2 С 0). Поэтому объем уменьшается интенсивно и тем быстрее, чем больше отношение ojoi. Однако на уровне RT продольные разру-

А)

А—9 и скорости изменения относительного объема dO/dai Б—от относитель­ного уровня нагружения a1/R при различных соотношениях величин главных напряжений Oj/О» (номера кривых по рис. 18)

Шения структуры настолько значительны, что, несмотря на возрастающую продольную сжимаемость образца, ско­рость уменьшения объема сначала резко падает, затем на­чинается лавинообразное увеличение объема образца. Та­ким образом, в исследованном диапазоне величин бокового давления прогрессирующее развитие микроразрушений

<3/9

10

Структуры бетона на определенном уровне загружения при­водит к увеличению объема образца, что говорит об одина­ковом характере разрушения бетона.

Влияние характеристик объемного напряженного со­стояния на уровни параметрических точек видно из рис. 20. Значительное замедление подъема обоих параметров на­блюдается с момента, когда интенсивность бокового дав­ления превышает сопротивление отрыву Rp примерно в 10 раз. При боковом давлении, достигающем половины ве­личины наибольшего главного напряжения аІ9 характер разрушения может меняться. Как отмечает А. Н. Ставро - гин [83], при указанных боковых давлениях объем образ­цов из горных пород при сжатии не увеличивается, и об­разец разрушается от среза.

Пользуясь введенным Г. В. Ужиком критерием разру­шения от преодоления сопротивления отрыву [117], не­обходимо учитывать изменения величины коэффициента Пуассона за счет развития микроразрушений.

Анализ изменений структуры бетона под действием внеш­них нагрузок и температурных деформаций показывает,
что его деформации и процесс накопления микроразрушений приводящие к разрушению, не являются функциями толь­ко его прочности. Они зависят и от других факторов, из которых наибольшее значение имеет пористость, соотно­шение воды и цемента, форма связанной воды в цементном камне. В последующих главах эти зависимости рассматри­ваются более подробно и предлагаются практические методы их учета.