Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ 11
1.1 Обзор экспериментальных исследований ползучести и усадки высокопрочных
бетонов 11
1.1.1 Исследования традиционных высокопрочных бетонов 11
Исследования В.И. Сытника 11
Исследования Р.А. Мельника и АЯ. Пацулы 13
Исследования РЛ. Мельника, В.И. Федорчука и ИИ. Лубеней 15
Исследования Л. Дж. Перо 17
Исследования Н.В. Свиридова 18
Исследования ОЯ. Берга 19
Исследования Е.Н. Щербакова 21
Исследования релаксации напряжений 21
1.1.2 Исследования высокопрочных бетонов нового поколения, модифицированных
микрокремнезёмам и супер-пластификатором.. 22
Исследования С.С. Каприелова, М.ГБулгаковой и ЯЛ. Вихмана 23
Исследования под руководством Смирнова Н.В. 23
Исследования Ф.А. Иссерса, М.Г Булгаковой и Н.И. Вершининой 24
Исследования Американской ассоциации по цементу Portland Cement Association (РСА) 26
1.2 Обзор теорий ползучести 28
Феноменологические и структурные объяснения природы ползучести и усадки 28
Теории ползучести . 31
Линейный вариант теории ползучести 35
Нелинейные варианты теории ползучести 36
1.3 Обзор работ по микроструктуре цементного камня бетонов, модифицированных
органоминеральными модификаторами 40
1.4 Прогнозирование деформаций ползучести на стадии проектирования 42
Исследования И.Е. Прокоповича и М.М. Заставы 42
Исследования А.Е. Шейнина . 44
Исследования Р.Г. Литвинова 46
1.5 Выводы по главе 1 47
2 ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТЯЖЕЛОГО И
МЕЛКОЗЕРНИСТОГО ВЫСОКОПРОЧНОГО БЕТОНА С ПРИМЕНЕНИЕМ
ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫХ МОДИФИКАТОРОВ 49
Содержание работы 49
Методика экспериментальных работ 52
Составы бетона 62
результаты испытаний 64
Прочность бетона на сжатие. 64
Призменная прочность бетона,.,.. . 66
Начальный модуль упругости и коэффициент Пуассона 70
Диаграммы деформирования и характер разрушения образцов 76
Изменение призметюй прочности и начального модуля упругости во времени 81
Результаты измерения деформаций усадки. 85
Результаты испытаний по определению деформаций ползучести при сжатии 90
Прочность бетона на осевое растяжение и растяжение при изгибе при кратковременном действии нагрузки 99
Изменение во времени прочности бетона на осевое растяжение и растяжение при изгибе при кратковременном действии нагрузки 105
Результаты испытаний по определению деформаций ползучести при осевом растяжении и растяжении при изгибе. . 108
Выводы по главе 2 . Ill
3 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ КРАТКОВРЕМЕННЫХ
ИСПЫТАНИИ 116
Призменная прочность бетона 11 б
Начальный модуль упругости и коэффициент Пуассона 117
Диаграммы деформирования бетона 120
Изменение призменной прочности модуля упругости и коэффициента Пуассона во времени ; 126
Прочность бетона при растяжении 126
Деформативные характеристики при растяжении 128
Вычисление пластического момента сопротивления для бетонного сечения 130
Выводы по главе 3 13!
4 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ДЛИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ 135
Обработка деформаций усадки 135
Обработка деформаций ползучести 143
Определение условно предельных деформаций ползучести., 143
Обработка по методике проекта Пособия по расчету статически неопределимых железобетонных конструкций 145
Использование для обработки меры СВ. Александровского 153
Обработка деформаций ползучести в течение первых дней погружения 160
Определение условно предельных деформаций при разгрузке..... 164
Обработка деформаций ползучести при разгрузке. 165
Вычисление коэффициентов кратковременной (рв і и длительной фаг ползучести в формуле (156) СНиП 2.03.01-84* 170
Построение теоретических кривых деформаций ползучести на основании экспериментальных данных Ф.А. ИссерсаиМ.Г. Булгаковой (НИИЖБ) и данных
Н.В. Смирі ЮВА (ЦНИИС) 172
Качественная оценка достоверности проведенных исследований ползучести бетонов. 174
Выводы по главе 4 , 178
5 ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ НОВЫХ ВЫСОКОПРОЧНЫХ БЕТОНОВ В
КОНСТРУКЦИЯХ ЗДАНИЙ ИЗ МОНОЛИТНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОНА 182
Введение 182
Стены и ядра жесткости зданий повышенной этажности. 184
Изгибаемые элементы с большими пролетами без предварительного напряжения 187
Выводы по главе 5 193
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 194
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
к*Ф'*'Ф'Р'*Ч*««#+Ф******#*****»****'**Я*****Р*'*44****#'Ф«*«4*'****ФФ+Ф'**«Ф**+***'*«'*****+****
Введение к работе
В современном строительстве всё отчетливее проявляется тенденция применения высокопрочных материалов, в частности бетонов. За последнее десятилетие в отдельных странах прочность применяемых товарных бетонов возросла в 1,5 раза, и ставятся задачи её повышения в 2-3 раза (до уровня 100 МПа) в ближайшие десятилетия. Тенденция использования бетонов высоких классов по прочности реализуется в наиболее интересных сооружениях: высотных зданиях, мостах, подземном строительстве. Кроме этого на данном этапе развития строительства все чаще выдвигаются тезисы о высоком долговременном экономическом эффекте от применения в конструкциях особо надежных бетонов [23], [3] и др., который обуславливается не только их высокой прочностью, но и высокими эксплуатационными свойствами, обеспечивающими высокую долговечность конструкции: морозостойкостью, стойкостью против коррозии, высокой маркой по водонепроницаемости и др.. Кроме этого эти бетоны обладают повышенной удобоукладываемостью бетонной смеси. За рубежом для таких бетонов придуман специальный термин «High Performance Concrete — высококачественный бетон» [63].
Оригинальные решения проблемы производства высококачественного бетона найдено в России [5], [б] и др.. Среди них можно выделить производство бетонов с применением полифункциональных модификаторов серии МБ (порошкообразных материалов на органоминеральной основе), разработанного сотрудниками НИИЖБ. Компонентами этого модификатора являются — микрокремнезем или его смесь с золой уноса и суперпластификатором, а также регулятор твердения. Одновременно с применением МБ получают высокоподвижные смеси (ОК=20*25 см), чем устраняется недостаток традиционных
5 технологий получения высокопрочных бетонов из жестких смесей.
За последние шесть лет произведено более 700 тыс. м3 модифицированных с помощью МБ бетонов прочностью на сжатие
60-80 МПа и выше для различных сооружений, среди них: Лефортовский тоннель (г. Москва), стадион Локомотив
(г. Москва), Юмагузинское водохранилище (Башкирия), высотные здания на Рублевском и Ленинградском проспектах г. Москвы, а также ММДЦ «Москва-Сити» и др. В указанных сооружениях в основном применялись тяжелые бетоны на крупном заполнителе при объемной массе -2400 кг/м3, которым до этого уделялось основное внимание в исследованиях. В то же время предварительные исследования показали принципиальную возможность получения облегченных высокопрочных бетонов нового поколения на мелком заполнителе — песке (без применения щебня). Мелкозернистые высокопрочные бетоны нового поколения приводят к улучшению экономических показателей за счет: уменьшения массы сооружения при использовании облегченного бетона (средней плотностью 2200 кг/м3 и менее), снижении себестоимости при замене щебня на песок, упрощения укладки (можно вместо бетононасосов использовать растворонасосы) и др..
Предварительные исследования показывали, что из-за
изменения составляющих цементного камня, применение
модификаторов серии МБ качественно меняет характеристики
мелкозернистых бетонов (где роль модифицированного
цементного камня становится существенно выше). При этом
удается устранить известные недостатки аналогичных
мелкозернистых бетонов, получаемых по традиционной
технологии, однако этот вопрос требовал проведения обширных
теоретических и экспериментальных исследований. В основном
предстояло выяснить, устраняет ли новая технология известные
недостатки мелкозернистых бетонов — повышенную
деформативность и ползучесть. В ходе эксперимента основное
влияние сосредотачивается на факторах, влияющих на качественное и количественное изменение составляющих структуры цементного камня, что в свою очередь отражается и на свойствах самого цементного камня и в целом на свойствах бетона. В работе изменения параметров структуры достигается путем варьирования дозировками модификатора и его ингредиентов. При этом устанавливается влияние соотношения модификатора параметры структуры цементного камня и на физико-механические и реологические свойства бетона (в первую очередь на начальный модуль упругости и на ползучесть) .
Целью диссертационной работы является исследование по расширенной программе физико-механических и реологических свойств высокопрочных мелкозернистых бетонов нового поколения с применением органминеральных модификаторов, получение полных экспериментальных данных по этим свойствам, и на их основе построение теоретических зависимостей для методов расчета и норм проектирования, а также установление зависимости изменения деформаций ползучести от структуры цементного камня.
Автор защищает:
— новые экспериментальные данные кратковременных и
длительных испытаний на сжатие, осевое растяжение и
растяжение при изгибе, в том числе мелкозернистого
(с различным содержанием МБ) и тяжелого (для сопоставления) высокопрочных бетонов нового поколения;
предложения по описанию деформаций ползучести высокопрочных бетонов нового поколения?
предложения по учету быстронатекающих деформаций ползучести высокопрочных бетонов нового поколения в мерах ползучести;
предложения по учету влияния физической нелинейности высокопрочных бетонов нового поколения
при высоких уровнях напряжений на ползучесть и диаграмму деформирования;
— результаты проверки изменения деформаций ползучести
от дозировки модификатора в бетоне со временем;
- определение эффективности применения высокопрочных
бетонов нового поколения в конструкциях зданий
повышенной этажности из монолитного железобетона
{стенах и ядрах жесткости, а также в изгибаемых
элементах с большими пролетами без предварительного
напряжения на примере расчетов конструктивных
решений зданий в г. Москве).
Научную новизну работы составляют:
новые экспериментальные данные по физико-механическим и реологическим свойствам высокопрочных мелкозернистых бетонов нового поколения и данные их сопоставления со свойствами равнопрочных традиционных бетонов на крупном и мелком заполнителе;
сопоставимые (в пределах различий 1,5-3,5% для одинаковой дозировки МБ) значения начального модуля упругости у модифицированных мелкозернистых и тяжелых бетонов с одинаковой дозировкой МБ при их равной прочности;
данные о сопоставимых деформациях ползучести (в пределах различий 8%) у модифицированных мелкозернистых и тяжелых бетонов с одинаковой дозировкой МБ при их равной прочности;
данные о пониженных деформациях ползучести для высокопрочных мелкозернистых бетонов нового поколения при определенной концентрации модификатора по сравнению с традиционными высокопрочными мелкозернистыми бетонами;
предложение по совершенствованию теоретических зависимостей для мер ползучести и диаграмм
8 деформирования применительно к высокопрочным мелкозернистым и тяжелым бетонам нового поколения;
предложения по определению момента трещинообразования изгибаемых элементов у высокопрочных бетонов с учетом ограниченных пластических деформаций;
предложения по нормированию деформаций ползучести при расчете мелкозернистых бетонов нового поколения;
результаты анализа влияния составляющих цементного камня (в первую очередь его кристаллических и гелеевых частей).
Практическая ценность и внедрение результатов Полученные экспериментальные данные позволяют существенно дополнить существующую базу данных о физико-механических и реологических свойствах традиционных бетонов сведениями об аналогичных характеристиках высокопрочных бетонах нового поколения, особенно мелкозернистых с применением модификатора серии МБ, включающего микрокремнезем, золу-уноса, суперпластификатор и регулятор твердения. Разработанные теоретические зависимости и предложения для методов расчета и норм проектирования позволят повысить надёжность проектирования железобетонных конструкций из высокопрочных бетонов нового поколения как для нового строительства, особенно из монолитного железобетона, так и при усилении и реконструкции. Применение новых высокопрочных бетонов позволяет экономить расход арматуры и (или) бетона за счет уменьшения сечений несущих конструкций.
Результаты работы приняты для включения в новую разработку «Пособия по расчету статически неопределимых железобетонных конструкций», а также использованы при составлении «Временной инструкции по учету новых
высокопрочных бетонов класса ВбО - В90» для ^ ЗАО «Мосинжстройпроект».
Результаты работы использованы при вариантном расчете высотного здания в г. Москве.
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации опубликованы в четырёх научных статьях. Материалы диссертации доложены и обсуждены на:
— Конференции творческой молодёжи. Новые идеи
развития бетона и железобетонных конструкций. ГУП
«НИИЖБ», 2002 г.;
- Seventh CANMET/ACI international Conference on
Superplaticizers and Other Chemical Admixtures in
Concrete, October 20-23, 2003 Berlin, Germany
(Седьмая CANMET/ACI международная конференция по
суперпластификаторам и другим химическим добавкам
в бетоне, 20-23 октября 2003 г.).
Настоящая работа выполнена в 2000-03 г.г. в лаборатории Механики железобетона ГУП «НИИЖБ» Госстроя РФ под руководством академика РААСН, д.т.н., проф. Н.И. Карпенко совместно с лабораторией Добавок в бетон ГУП НИИЖБ при непосредственной помощи и консультации по технологии бетонов с применением МБ д.т.н., проф. С.С. Каприелова и к,т.н. А.В. Шейнфельда. Часть экспериментальных исследований выполнялись на базе МГСУ при практической и консультативной помощи стар. преп. И.М. Безголова (МГСУ).
Диссертация состоит из введения, пяти глав и приложения.
В первой главе содержится обзор и анализ ранее
проведенных теоретических и экспериментальных исследований в
области ползучести высокопрочных бетонов как отечественных,
/^ так и зарубежных исследователей. В конце главы делаются
выводы о необходимости их пополнения.
Во второй главе приводятся экспериментальные данные о кубиковой и призменной прочности высокопрочных бетонов на сжатие, прочности на осевое растяжение и растяжение при изгибе в случае кратковременного приложения нагрузки, также значения начального модуля упругости и коэффициента Пуассона для всех серий. Здесь же приводится методика экспериментальных исследований и результаты замера деформаций усадки и ползучести высокопрочных бетонов при сжатии, осевом растяжении и растяжении при изгибе.
В третьей главе представлены результаты теоретической обработки полученных экспериментальных данных при кратковременном действии нагрузки. Сформулированы предложения для норм проектирования.
В четвёртой главе представлена аналитическая обработка длительных деформаций. Подобраны коэффициенты для мер ползучести СВ. Александровского и И.Е. Прокоповича. Показано, что разработанные ранее меры ползучести значительно занижают деформации ползучести в начальные моменты времени после загружения. Предложены зависимости по описания мер ползучести начального периода времени после загружения (до 3- суток) с учетом особенностей проявления быстронатекающих деформаций ползучести. Обработаны деформации ползучести при разгрузке для различных уровней нагружения и установлены зависимости для их описания. Кроме этого даны предложения по использованию полученных результатов в нормах проектирования -конструкций из высокопрочных бетонов.
В пятой главе дается обоснование эффективности применения исследованных бетонов в конструкциях на примере расчета высотного здания и перекрытия.
В заключение делаются общие выводы и приведен список использованной литературы.
Г я а в а 1
Похожие диссертации на Ползучесть и другие физико-механические свойства высокопрочных мелкозернистых бетонов нового поколения на основе органоминеральных модификаторов
