Влияние поверхностных трещин на прочность бетонных элементов

ВЛИЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ ТРЕЩИН НА ПРОЧНОСТЬ БЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

INFLUENCE OF SURFACE CRACKS ON STRENGTH OF CONCRETE ELEMENTS

A.A. Андрианов A.A. Andrianov

НИИСФ PAACH

Были выполнены испытания балочек из высокопрочного порошкового бетона на изгиб с трещинами в растянутой зоне и без трещин. Проведено сравнение моментов трещинообразования, рассмотрено влияние неупругих деформаций бетона растянутой зоны на прочность бетона при изгибе. Получены данные об изменении прочности исследованного бетона на изгиб во времени.

Bending tests of beams with cracks in tension region and without cracks made of high strength powder concrete were carried out. Comparison of moments of cracking is made, influence of plastic deformations of concrete in tension region on the flexural strength is considered. Changing in time offlexural strength of examined concrete data is received.

При изготовлении бетонных и железобетонных конструкций нередко на их поверхности образуются трещины глубиной до 30% высоты сечения элемента и более. Для обеспечения требуемой прочности бетонных и железобетонных конструкций, работающих с трещинами, перпендикулярными продольной оси или срединной поверхности элемента, необходимо знать их влияние на момент трещинообразования. Данная работа была выполнена с целью определить влияние начальных трещин в растянутой зоне глубиной 25% высоты сечения на момент трещинообразования изгибаемых элементов на примере балочек из высокопрочного порошкового бетона.

Состав бетона для эксперимента (табл. 1) был подготовлен Лабораторией "Химических добавок и модифицированных бетонов" НИИЖБ под руководством д.т.н. С.С. Каприелова.

Таблица 1

Расход материалов на 1 м3 бетонной смеси_

Цемент ПЦ 500 Д0 Н, кг Модификатор МБ 3-50К, кг Песок, кг Вода, л

930 370 870 205

Были изготовлены четыре серии образцов для испытаний в возрасте 7, 14, 28 и 60 суток. Были проведены испытания по определению кубиковой и призменной прочности на сжатие, определена прочность на осевое растяжение и прочность на растяжение при изгибе. Для испытаний на изгиб были изготовлены 3 группы образцов: стандартные призмы квадратного поперечного сечения размерами 10x10см, призмы квадратного поперечного сечения размерами 10x10см с имитацией трещины в растянутой зоне сечения посередине длины образца и призмы прямоугольного поперечного сечения с

3/2011

ВЕСТНИК _МГСУ

высотой сечения 7,5см и шириной поперечного сечения 10см. Для изготовления образцов с "трещинами" в формы перед бетонированием закладывались пластины, которые образовывали прорезь глубиной 25 мм (25% высоты сечения призмы), при распа-лубливании образцов пластины удалялись. Высота сечения призм с прямоугольным поперечным сечением равнялась 75 мм. Таким образом, высота сечения призм прямоугольного поперечного сечения и призм с "трещиной" в сечении по "трещине" была равной. В таблице 2 приведен перечень изготовленных образцов в рамках одной серии. Всего в ходе эксперимента были изготовлены и испытаны 12 кубов и 60 призм.

Таблица 2

Перечень образцов и виды испытаний

Вид образца Размеры, мм Вид испытаний Кол-во образцов

Куб 100x100x100 Сжатие 3

Призма 100x100x400 Сжатие 3

Призма 100x100x400 Растяжение 3

Призма 100x100x400 Изгиб 3

Призма 100x100x400 с трещиной глубиной 25 мм Изгиб 3

Призма 100х75(Ъ)х400 Изгиб 3

Основные результаты испытаний образцов в возрасте 28 суток приведены в таблице 3. Обработка результатов эксперимента проведена в соответствии с [1].

Таблица 3

Я ,МПа Условный класс бетона Яь, МПа

134,1 107 125,2

Еь , МПа

44800

Обозначения в таблице 3:

Я , Яь, Еь - соответственно средние значения кубиковой прочности, призменной прочности на сжатие и модуля упругости в серии образцов;

По результатам испытаний на растяжение при изгибе был определен момент трещинообразования для призм с поперечным сечением 10x7,5 см без трещины и с поперечным сечением 10x10 см с трещиной глубиной 2,5 см (см. рис. 1).

Для образцов с трещинами и без трещин по формулам (1, 2) был подсчитан коэффициент у , учитывающий влияние неупругих деформаций бетона растянутой зоны на прочность бетонных элементов при изгибе.

ьн л

М =—у Яы 6

Здесь М - момент трещинообразования; Ь, Н - соответственно ширина и высота поперечного сечения призмы; ЯЬ1 - прочность на осевое растяжение. Из (1) получим следующее выражение для у :

М • 6

ЬН  Яъ, '

У =

Сравним значения у, полученные таким образом для призм с прямоугольным поперечным сечением без трещины и призм с квадратным поперечным сечением с трещиной.

? нш

ас

\ TCO l

чии \ хй

I п

и п х эи ' Л » (о П

пии'чы, гсме;«;- н;< 10 (н: тргщщщЛ ПРИЗЧИ, Св 10Ш Ъ С1Л

Рисунок 1. Изменение момента трещинообразования во времени для призм с трещинами в растянутой зоне и без трещин

Таблица 4

Сравнение коэффициентов у для образцов с трещиной и без трещины

Возраст бетона, сут Призмы без трещины, у1 Призмы с трещиной, у 2 V, % /V

7 1.31 1.20 92

14 1.58 1.12 71

28 1.57 1.00 64

60 1.16 1.30 112

Выводы:

1. Изменение момента трещинообразования исследованного бетона носит необычный характер, проявляющийся в снижении момента трещинообразования после возраста 28 суток. Этот факт требует более подробного исследования с целю выявления причин и границ снижения прочности изгибаемых элементов со временем.

2. Наличие концентратора напряжений в виде трещины приводит к снижению коэффициента у при одинаковой высоте сечения на величину от 8% до 36% в возрасте

бетона от 7 до 28 суток.

3. Более высокое значение момента трещинообразования призм с трещиной, чем у призм без трещины в возрасте 60 суток, а также связанное с этим нехарактерное соотношение коэффициентов у требует проведения дополнительных исследований.

Литература:

1. ГОСТ 10180-90 "Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам"

Literature:

1. GOST 10180-90 "Concretes. Methods for strength determination using reference specimens"

Ключевые слова: бетон, прочность на изгиб, высокопрочный бетон, порошковый бетон, момент трещинообразования, трещина

Keywords: Concrete, flexural strength, high strength concrete, powder concrete, moment of cracking, crack

e-mail автора: niisf@ipc.ru

.........Г......... .........\......—

i

У*

t-

L

----пН -i-- i i £-i