авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Высокопрочный бетон повышенной вязкости разрушения

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ГОЛУБЕВ Владимир Юрьевич

ВЫСОКОПРОЧНЫЙ БЕТОН

ПОВЫШЕННОЙ ВЯЗКОСТИ РАЗРУШЕНИЯ

Специальность 05.23.05 Строительные материалы и изделия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2009

Работа выполнена на кафедре строительных материалов и технологий ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет»

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Пухаренко Юрий Владимирович
Официальные оппоненты – доктор технических наук, профессор Петраков Борис Иванович
кандидат технических наук Стерин Валерий Семенович
Ведущая организация – Открытое акционерное общество «ЛЕННИИПРОЕКТ»

Защита состоится «29» декабря 2009 г. в 14 часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.223.01 при ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4, зал заседаний.

Телефакс: (812) 316-58-72

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет».

Автореферат диссертации размещен на официальном сайте ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» ( http://spbgasu.ru ).

Автореферат разослан «26» ноября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Ю.Н. Казаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В связи с общемировым развитием высотного строительства в настоящее время повышение прочности бетона в конструкциях зданий различного назначения представляет интерес для проектировщиков и строителей, так как с повышением прочности появляется возможность разработки новых экономических и технически обоснованных конструктивных решений. Для достижения повышенных прочностных характеристик тяжелых бетонов в настоящее время разработаны довольно эффективные методы, а именно снижение водопотребности бетонной смеси за счет использования суперпластификаторов, применение чистых высокопрочных фракционированных заполнителей, высокоактивных вяжущих веществ, микронаполнителей и т.д. в сочетании со строгим контролем на всех стадиях технологического процесса.

Однако необходимо обратить внимание на возникающую в связи с этим проблему: с повышением прочности бетона растет и его хрупкость, снижаются пластично-деформационные свойства, что влечет за собой практически мгновенное разрушение материала при достижении им предельного состояния. Поэтому сейчас назревают предложения по введению повышенных коэффициентов безопасности и надежности при проектировании конструкций из высокопрочного бетона.

Таким образом, возникает необходимость повышения вязкости разрушения (трещиностойкости) высокопрочного бетона. Наиболее эффективное решение настоящей проблемы лежит в плоскости применения дисперсного армирования, способного обеспечить коренное улучшение механических характеристик бетона (прочности, трещиностойкости, ударопрочности и т.д.), повышение эксплуатационной надежности конструкций, в том числе в условиях действия агрессивных сред, возможность сокращения рабочих сечений конструкций, уменьшение расхода стержневой арматуры за счет увеличения несущей способности материала.

В данном случае дисперсная арматура, располагаясь в бетонной матрице, создает пространственный каркас, который препятствует образованию, росту и распространению трещин, при этом повышается не только прочность, но и, главное, вязкость разрушения бетона.

Целью работы является теоретическое обоснование и экспериментальное исследование эффективности параметров дисперсного армирования, обеспечивающих существенное повышение вязкости разрушения (трещиностойкости) высокопрочного бетона.

В соответствии с поставленной целью решены следующие задачи:

– разработана методика оценки трещиностойкости высокопрочного сталефибробетона;

– установлены критерии управления вязкостью разрушения высокопрочного сталефибробетона;

– разработаны составы высокопрочного бетона с повышенной вязкостью разрушения.

Теоретическая и методологическая база исследования

Теоретическую и информационную базу исследования составляют труды отечественных и зарубежных ученых в области дисперсно армированных бетонов. Планирование и получение результатов опирается на действующие законодательные и нормативные акты, международные и национальные стандарты.

Научная новизна работы

Теоретически обоснована и экспериментально доказана эффективность применения высокомодульных волокон для устранения одного из главных недостатков высокопрочного бетона – низкой вязкости разрушения (трещиностойкости).

Определены критерии управления вязкостью разрушения высокопрочного сталефибробетона. Установлено, что в ряду параметров дисперсного армирования, оказывающих влияние на прочностные и деформационные характеристики исследуемого материала, определяющим для повышения трещиностойкости является отношение длины волокна к его диаметру.

Разработана методика оценки трещиностойкости высокопрочного сталефибробетона по скорости распространения ультразвуковых импульсов.

Практическая значимость работы

В результате теоретических и экспериментальных исследований разработаны составы дисперсно армированного высокопрочного бетона с повышенной вязкостью разрушения. В процессе выпуска опытно-промышленных партий фиброжелезобетонных изделий показана сходимость данных лабораторных исследований и результатов производственных испытаний.

Разработаны рекомендации по проектированию состава сталефибробетона с повышенной вязкостью разрушения.


Достоверность результатов исследования

Достоверность результатов и выводов диссертационной работы подтверждается применением стандартных и специально разработанных для целей исследования методов испытаний, использованием лабораторного метрологически аттестованного испытательного оборудования и измерительных инструментов, обработкой результатов экспериментов статистическими методами, достаточным количеством проведенных опытов, обеспечивающих адекватность и воспроизводимость результатов.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на 60-й и 61-й Международных научно-технических конференциях молодых ученых (Санкт-Петербург, 2007-2008), 65-й научной конференции профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов СПбГАСУ (Санкт-Петербург, 2008), II Международной научно-технической конференции «Бетон: сырье, производство, эксплуатация «ConLife-2008» (Москва, 2008), III Международной выставке – конференции «Популярное бетоноведение 2009» (Санкт-Петербург, 2009).

Теоретические положения и результаты экспериментальных исследований, полученные при выполнении диссертационной работы, используются в учебном процессе ГОУ ВПО «СПбГАСУ» при подготовке инженеров по специальности 270106 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций» при изучении дисциплин «Технология бетона», «Современные строительные композиты».

Публикации

Материалы диссертации опубликованы в 8 печатных работах, в том числе три – в журналах «Вестник гражданских инженеров» и «Промышленное и гражданское строительство», входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналов, утвержденных ВАК РФ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов и приложений, содержит 157 страниц машинописного текста, в том числе 56 рисунков, 12 таблиц, список литературы из 148 наименований.

На защиту выносятся:

– обоснование целесообразности и эффективности применения высокомодульных волокон в высокопрочном бетоне для радикального повышения его вязкости разрушения;

– критерии управления вязкостью разрушения высокопрочного сталефибробетона;

– результаты исследований, характеризующие определяющее влияние отношения длины армирующего волокна к его диаметру на трещиностойкость высокопрочного сталефибробетона;

– методика оценки трещиностойкости высокопрочного сталефибробетона по скорости распространения ультразвуковых импульсов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулирована проблема и обоснована актуальность проводимых исследований, приведена краткая характеристика научной новизны и практической значимости работы.

В первой главе представлен критический анализ современного состояния вопроса, сформулированы цель и задачи диссертационных исследований.

В связи с отсутствием общепризнанного определения термина «высокопрочный бетон» на основе тенденций промышленного и гражданского строительства предложено установить условную границу, составляющую на сегодняшний день 60 МПа, при достижении которой бетоны можно рассматривать как высокопрочные.

Рассмотрены исторические аспекты получения высокопрочных бетонов, прослежены темпы роста прочности бетона с течением времени с начала 60-х годов до наших дней.

С учетом исторической ретроспективы показаны области использования высокопрочного бетона, к которым относятся: монолитные железобетонные каркасы высотных зданий, большепролетные вантовые мосты, морские платформы для добычи нефти, трубобетонные колонны, высоконагруженные сборные конструкции и прочее.

Описаны основные и наиболее совершенные на сегодняшний день методы повышения прочностных и деформативных характеристик высокопрочного бетона в заданном направлении, связанные с вариабельностью водоцементного отношения, расхода цемента и его активности, качества применяемых заполнителей и т.д.

Предлагаемые пути повышения трещиностойкости (вязкости разрушения) высокопрочного бетона, встречающиеся в научно-технической литературе, связанные с использованием добавок различного типа и изменением состава бетона относительно крупности заполнителя, не могут в полной мере решить рассматриваемую проблему. По нашему мнению только применение фибрового дисперсного армирования позволяет достигнуть заданного результата. Это подтверждают многочисленные многолетние исследования и мировой опыт применения дисперсного армирования для бетонов рядовой прочности.

В связи с этим нами определены наиболее перспективные области применения высокопрочного сталефибробетона.

Отмечено, что наибольший интерес в рассматриваемом направлении исследований, касающихся основ и особенностей технологии, структуры, свойств и проектирования состава дисперсно армированных бетонов представляют собой работы следующих отечественных ученых: Ю.М. Баженов, Е.М. Чернышев, В.И. Морозов, Ю.В. Пухаренко, Б.А. Крылов, И.А. Лобанов, Ф.Н. Рабинович, Б.И. Петраков, В.С. Стерин, В.Ф. Малышев, И.В. Волков, В.С. Демьянова, А.Ю. Ковалева и других. Наиболее подробно вопросами, связанными с дисперсным армированием бетонов, занимаются на кафедре технологии строительных изделий и конструкций СПбГАСУ (ЛИСИ), где создана собственная научная школа.

Во второй главе приведены характеристики применяемых материалов, описание инструментальной базы и методов исследования.

При проведении экспериментальных исследований в качестве основных исходных компонентов для получения образцов использовались:

– портландцементы ПЦ 500-Д0-Н (ЗАО «Пикалевский цемент»), ПЦ 500-Д0 (ОАО «Новоросцемент», СЕМI 42,5N (ООО «СЕМЕХ»), СЕМI 42,5Н (ОАО «Осколцемент»), ПЦ 500-Д0 (ОАО «Цесла»);

– в качестве крупного заполнителя применялся моно- и полифракционный гранитный и габбро-диабазовый щебень различных фракций 5-10 мм, 5-15 мм, 5-20 мм, 10-15 мм, 10-20 мм (ЗАО «Стройкомплект»);

– в качестве мелкого заполнителя применялся кварцевый песок двух отдельных фракций 0,315-0,63 мм и 0,63-1,25 мм, а также песок из смеси данных фракций в различных пропорциях (ЗАО «Стройкомплект»), морской песок с Мкр=2,1... 2,6 (ОАО «Рудас Северо-Запад»);

– суперпластифицирующие добавки импортных и отечественных производителей (ООО «Эм-Си Баухеми Раша», ООО «Полипласт Северо-запад»);

– в качестве армирующих волокон применялись фибра «Dramix» (l=60мм; d=0,75мм) компании «Becaert» (ТС-07-0116-98) и фибра «Челябинка» (l=33мм; dэкв=0,9мм), изготавливаемая ООО «Научно-производственная компания «Волвек плюс» с патентом РФ №2212314 по ТУ 1276-001-70832021-2005 (рис. 1).

Рис. 1. Фибра «Dramix 80/60» (слева), фибра «Челябинка» (справа)

При изготовлении и испытании образцов в основном использовались стандартные методы исследований, а также специальные методики, разработанные в СПбГАСУ и получившие развитие в данной диссертации.

В третьей главе определены критерии оценки и управления вязкостью разрушения, характеризующие основные параметры роста и развития трещин в комплексе.

В связи с многокомпонентностью тяжелого бетона, в котором всегда присутствуют внутренние дефекты, проблема обеспечения необходимого уровня трещиностойкости значительно усложняется. Однако в случае применения дисперсного армирования возникают дополнительные механизмы повышения вязкости разрушения, связанные с появлением большого количества поверхностей раздела, вызывающих диссипацию энергии движения трещин. Такие механизмы роста трещиностойкости объясняются следующими друг за другом процессами «торможения» распространения трещин:

1) разрушение границ раздела между волокном и матрицей;

2) вытягивание волокон из матрицы.

Оба этих механизма действуют последовательно, и, таким образом, возникает дополнительное сопротивление трещинообразованию и развитию этого процесса.

На рис. 2 схематично изображена трещина, которая распространяется слева направо перпендикулярно волокнам:

– вблизи вершины трещины (область «А») разрушаются границы раздела с малым сдвигом волокон относительно матрицы;

– в области «В» происходит интенсивное вытягивание волокон.

Рис. 2. Распространение трещины в высокопрочном фибробетоне

Вклад указанных явлений в вязкость разрушения фибробетонов зависит:

от природы и свойств исходных составляющих.

В результате проведения экспериментально-технических исследований установлено, что эффективность дисперсного армирования в первую очередь зависит от соотношения модулей упругости армирующих волокон Eв и бетонной матрицы Eм. При Eв/Eм > 1 возможно получение фибробетонов с улучшенными прочностными характеристиками на растяжение и повышенной вязкостью разрушения. При Eв/Eм < 1 следует ожидать лишь повышения ударной прочности и сопротивления истираемости материала.

Анализ литературных источников и результаты исследований, свидетельствуют о повышении трещиностойкости бетона при силовых воздействиях в результате введения высокомодульных волокон;

от объемного соотношения фаз.

В общем случае при изготовлении фибробетонных конструкций важно установить диапазон объемного содержания фибр (волокон), в пределах которого исключается хрупкое разрушение. Однако в интервале min – max имеет значение еще одна характерная точка, соответствующая моменту образования фиброцементного каркаса (k), до и после которой поведение композита и его свойства существенно различаются (рис. 3).

 Характер изменения прочности-2

Рис. 3. Характер изменения прочности фибробетона в зависимости от объемной концентрации волокон

Участок AB характеризует малые насыщения, когда волокна удалены друг от друга на значительные расстояния («зона рассеянного армирования»), прочность фибробетона характеризуется прочностью матрицы и практически не отличается от нее. Участок BC характеризует «зону сосредоточенного армирования», при растрескивании матрицы волокна способны воспринимать нагрузку и обеспечивать несущую способность фибробетона. Точка C является моментом слияния контактных зон фибра – матрица и образования фиброцементного каркаса. На участке CD имеет место дальнейшее, причем более интенсивное, повышение прочности фибробетона, что является результатом уплотнения цементного камня между волокнами. Точка D соответствует максимальной прочности фибробетона, дальнейшее снижение которой обусловлено уменьшением толщины матричного слоя настолько, что материал проявляет склонность к расслоению даже при небольших нагрузках;

от прочности границы раздела фаз:

– если длина волокон l>>lкр, то большинство волокон разрываются и вклад энергии вытягивания Wвыт в общую вязкость разрушения не велик;

– если l lкр, то основной вклад в энергию разрушения композиционного материала вносит энергия по вытягиванию волокон Wвыт.

– энергетические затраты на вытягивание волокон существенно больше энергии, связанной с разрушением границ раздела (Wвыт >Wг.р), поэтому, чтобы повысить вязкость разрушения, следует применять дискретные волокна l lкр.

Все вышеизложенное позволяет создать композиционный материал с высокой вязкостью даже в случаях, когда волокна и матрица по своей природе хрупкие.

Наиболее радикальный путь для этого – армирование дискретными волокнами таких размеров, при которых они вытягиваются из матрицы в процессе трещинообразования.

В диссертации рассматривается, при каких условиях это имеет место. При этом приняты следующие допущения:

1) =const, где – касательное напряжение на границе раздела волокно – матрица;

2) если трещина расположена на расстоянии lкр/2 от концов волокон (рис. 2), то они вытягиваются из матрицы.

Энергия, необходимая для вытягивания одного волокна, конец которого расположен на расстоянии «Х» от поверхности трещины составляет:

. (1)

1. Если l>lкр, то доля вытянутых волокон составит , а количество их в единице сечения композита:

. (2)

Энергия, необходимая для вытягивания всех «N» волокон, концы которых находятся на расстояниях 0...lкр/2 от поверхности разрушения оценивается выражением:

, (3)

. (4)

2. Если l<lкр, то доля вытянутых волокон равна единице (все вытягиваются), а энергия их вытягивания при разрушении композиционного материала составит:

. (5)



Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.