УДК 691.32

ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛЬНЫХ ДОБАВОК НА ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ ВЫСОКОПРОЧНЫХ БЕТОНОВ

Троян Вячеслав Васильевич1, Киндрась Богдан Петрович2
1Киевский национальный университет строительства и архитектуры, доктор технических наук, профессор кафедры технологии строительных конструкций и изделий
2ЧАО «ДАРНИЦКИЙ ЗЖБК», главный технолог

Аннотация
Исследованы деформативные свойства и трещиностойкость высокопрочных бетонов, на основе комплекса химических и активных минеральных добавок.

Ключевые слова: , , ,


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Троян В.В., Киндрась Б.П. Влияние минеральных добавок на трещиностойкость высокопрочных бетонов // Современные научные исследования и инновации. 2017. № 12 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2017/12/84969 (дата обращения: 06.12.2017).

Введение

Повышение прочности бетона открывает перспективу снижения сечения конструкции при обеспечении ее эквивалентной несущей способности. Однако, получение высокопрочных бетонов часто сопровождается увеличением усадки и снижением трещиностойкости бетона. Следовательно, снижение проницаемости при получении высокопрочных бетонов не обязательно повышает их долговечность вследствие одновременного ухудшения деформативних свойств [1,2], что нужно учитывать при снижении сечения конструкции. Таким образом, объектом исследований в данной работе является высокопрочный бетон для тонкостенных железобетонных монолитных конструкций. Целью работы является исследование влияния минеральных добавок различной природы на трещиностойкость высокопрочных бетонов.

Материалы и методы исследований

В качестве сырьевых материалов использовали цемент CEM I 42,5 R, песок фракций 0-2; 0-4, гравий 4-8; 8-16, минеральные добавки: зола уноса ТЭС, микрокремнезем, известняковая мука, метакаолин. Испытания прочности на сжатие, растяжение при раскалывании проводились на кубах размером боковой грани 150 мм, прочность на растяжение при изгибе и деформации при изгибе образцов-призм с инициированной трещиной – на стандартных призмах 100х100х400 мм [3], усадку – на образцах призмах размером 100х100х500 мм.

Результаты исследований

Высокопрочный бетон класса С60/75 получали при В/Ц = 0,3, и расходе вяжущего 500 кг/м3 (базовый состав бетона), в состав которого вводили по 10% золы уноса, микрокремнезема, известняковой муки и метакаолина (составы бетона с минеральными добавками). В качестве химического добавки использовали суперпластификатор I-типа на поликарбоксилатной основе с водоредуцирующим эффектом более 30%.

Кинетика набора прочности исследуемых составов высокопрочных бетонов приведена на рис. 1. Как видно из данного рисунка, высокие показатели прочности на 3 сутки твердения (60 МПа) имеет базовый состав бетона без минеральных добавок. Относительно низкой прочностью на 3 сутки (46,5 МПа) характеризуется состав бетона с золой уноса. В проектном возрасте 28 сут. лучший результат (84,7 МПа), на 6% превышающий прочность базового состава, был получен при добавлении микрокремнезема. При использовании в составе бетона известняковой муки, на 28 сутки наблюдалась наибольшая потеря прочности на 16% по сравнению с контрольным составом бетона. На 90 сутки прочность всех составов бетона отвечала (или превышала) классу С60/75. Введение микрокремнезема позволило получить класс бетона по прочности С70/85 (93,5 МПа).

 

Рис. 1. Кинетика набора прочности высокопрочных бетонов

По результатам исследования прочности на растяжение при раскалывании согласно [4] видно (рис.2.), что введение известняковой муки снижает прочность бетона на растяжение при раскалывании на 15% (4,7 МПа) по сравнению с базовым составом (5,5 МПа ). При использовании золы уноса и метакаолина наблюдается повышение данного показателя на 5% (до 5,8 МПа). За счет введения в состав бетона микрокремнезема прочность на растяжение при раскалывании повышается на 16% (до 6,4 МПа).

 Рис. 2. Прочность на растяжение при раскалывании высокопрочных бетонов

По результатам исследования прочности бетона на растяжение при изгибе согласно [5], сохраняются закономерности как и при определении прочности на растяжение при раскалывании (рис. 3). Составы бетона с золой уноса и метакаолином показали прочность на растяжение при изгибе на уровне базового состава. Состав бетона с микрокремнеземом обеспечивает прирост на 3% прочности на растяжение при изгибе по сравнению с базовым составом (до 12,6 МПа). Использование известняковой муки привело к снижению прочности бетона на растяжение при изгибе на 7% по сравнению с базовым составом.

Рис.3. Прочность на растяжение при изгибе высокопрочных бетонов

Одним из параметров, определяющих долгосрочную трещиностойкость высокопрочных бетонов является показатель их усадки. На рис. 4. приведено сравнение влияния минеральных добавок на усадку образцов – призм (500х100х100 мм) высокопрочных бетонов в течение 120 суток в воздушно – сухих условиях (при температуре 20 ± 2 ° С и влажности 60 ± 5%). Приведенные данные свидетельствуют, что введение в состав бетонов золы уноса и микрокремнезема приводит к увеличению усадки в первые трое суток (0,08 и 0,09 мм/м соответственно) по сравнению с базовым составом (0,035 мм/м). Однако, на 120 сутки за счет введения 10% золы уноса, микрокремнезема и известняковой муки усадка уменьшается на 4-10%. Введение в состав бетона 10% метакаолина позволяет снизить его усадку на 22% (рис.4.).

 Рис.4. Усадочные деформации высокопрочных бетонов в воздушно-сухих условиях

Оценку трещиностойкости высокопрочных бетонов осуществляли по показателям критических коэффициентов интенсивности напряжений (Ki, МПа·м1/2), которые определяли по диаграммами деформирования образцов-призм с инициированной трещиной (рис.5-6). Испытания образцов осуществляли в возрасте 56 суток.

 Рис.5. Диаграмма деформирования образцов с инициированной трещиной

Рис.6. Схема испытания образца-призмы с инициированной трещиной

(А = 0,035 м-длина начального надреза шириной 0,003 м; b = 0,1м; L = 0,4;

L0 = 0,38 – размеры образца, м; F – нагрузка на образец, кН)

По данным испытаний в соответствии с [6] были рассчитаны статические критические коэффициенты интенсивности напряжений Кi, МПа•м1/2 исследуемых составов бетонов. Отдельно определяли начальные модули упругости образцов-призм высокопрочных бетонов при изгибе Etb (табл.1.). Как видно из табл.1, при практически одинаковых показателях критических коэффициентов интенсивности напряжений Ki (колебания в пределах 5%), исследуемые высокопрочные бетоны характеризуются значительными колебаниями начальных модулей упругости (до 20%). Известно, что в бетонах, которые характеризуются низким значениями начальных модулей упругости потенциально возможно возникновение более низких напряжений вследствие температурных и усадочных деформаций, при равных значений Кi, что позволяет признать их более трещиностойкими. Таким образом, по приведенным в табл.1 показателям, наиболее трещиностойкими можно признать высокопрочные бетоны базового состава и состава с 10% метакаолина, характеризующиеся относительно низкими модулями упругости при значениях Кi на уровне или выше чем у других составов высокопрочных бетонов. Относительно низкой трещиностойкостью характеризуется состав бетона с 10% микрокремнезема, который при Кi на уровне других составов бетонов с минеральными добавками, характеризовался высоким начальным модулем упругости.

Таблица 1

Состав

Etb – начальный модуль упругости при изгибе, ГПа

Ki,

МПа·м1/2

Базовый

41,1

1,10

с 10% золы уноса

41,9

1,05

с 10% микрокремнезема

50,5

1,05

с 10% известняковой муки

40,8

1,04

с 10% метакаолина

36,6

1,05

Выводы

Полученные составы высокопрочных бетонов на 90 сутки отвечали классам по прочности С60/75 – С70/85. Прочность на растяжение при раскалывании исследуемых бетонов находилась на уровне 5-6 МПа – наиболее высокая в составе бетона с микрокремнеземом (6,4МПа), а наиболее низкая в составе бетона с известняковой мукой (4,7 МПа). Прочность на растяжение при изгибе исследуемых бетонов находилась на уровне 11-12 МПа и воспроизводила основные закономерности прочности на растяжение при раскалывании. Усадочные деформации исследуемых высокопрочных бетонов в течение 120 суток твердения в воздушно-сухих условиях не превышали 0,4 мм/м. Наименьшей усадкой (до 0,3 мм/м) характеризовался состав бетона с добавкой метакаолина, а наибольшей (до 0,4 мм/м) – базовый состав высокопрочного бетона без добавок. Наиболее трещиностойким среди исследованных составов высокопрочных бетонов по критериям усадочных деформаций, начального модуля упругости и критического коэффициента интенсивности напряжений Ki можно признать состав с добавкой метакаолина. Наименее трещиностойким по приведенным критериям может быть признан состав высокопрочного бетона с добавкой микрокремнезема.


Библиографический список
  1. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика. 1998 г., 768 с
  2. Й. Штарк, Б.Вихт. Долговечность бетона. / Пер. с нем. – А. Тулаганова. Под ред.. П. Кривенко. Киев., «Оранта», 2004, 293 с.
  3. ДСТУ Б В.2.7-214:2009 Строительные материалы. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам
  4. EN 12390-6:2000 Testing hardened concrete. Tensile splitting strength of test specimens
  5. EN 12390-5:2009 Testing hardened concrete. Flexural strength of test specimens
  6. ДСТУ Б В.2.7-227:2009 Бетоны. Методы определения характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении


Все статьи автора «Троян Вячеслав Васильевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: