Оценка механических и структурных характеристик бетона в строительных конструкциях методом локального разрушения

• Автор: Гаврилов, Вадим Борисович
• Шифр специальности: 05.23.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Магнитогорск
• Количество страниц: 166 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Обзор и состояние современных исследований

1.1. Влияние макроструктуры на механические характеристики бетона

1.2. Параметры взаимодействия алмазный диск каменный материал

1.3. Энергетические законы разрушения тврдых тел.

1.4. Обзор патентов и технических решений по определению прочности материалов методом локального разрушения.

1.5. Выводы по главе

1.6. Задачи диссертационной работы

ГЛАВА 2. Моделирование локального разрушения бетона.

2.1. Модель взаимодействия режущего диска с бетоном.

2.2. Вероятностная модель структуры бетона
2.3. Энергетическая модель бетона.
2.4. Выводы по главе
ГЛАВА 3. Методика проведения испытаний
3.1. Описание образцов и инструментов, используемых в работе
3.2. Методика испытания лабораторных образцов.
3.2.1. Испытания пилением.
3.2.2. Испытание образцов на прочность
3.2.3. Определение деформационных характеристик бетона
3.2.4. Определение хараетеристик трещиностойкости бетона
3.3. Методика проведения испытаний на натурных конструкциях.
ГЛАВА 4. Результаты испытаний и анализ исследований
4.1. Результаты испытания лабораторных образцов
4.2. Анализ результатов пиления бетона.
4.2.1. Оценка погрешностей определения удельной энергии разрушения
4.2.2. Анализ структурной неоднородности бетона
4.2.3. Связь параметров вариационных рядов единичных пилений со структурою бетона
4.3. Анализ взаимосвязи результатов пилений с механическими характеристиками бетона
4.3.1. Оценка множественной корреляции методом канонического анализа.
4.3.2. Регрессионная обработка результатов экспериментов
4.3.3. Анализ результатов статистической обработки
4.4. Оценка точности результатов предлагаемого метода.
4.5. Выводы по главе
ГЛАВА 5. Практическое использование.
5.1. Описание объектов исследования
5.2. Результаты натурных испытаний.
5.3. Рекомендации методика по проведению испытаний бетона в конструкциях методом локального разрушения
5.4. Предложения по внедрению
5.5. Выводы по главе.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
ЛИТЕРАТУРА


Поры цементного камня имеют случайную форму и часто близки по форме к дефектам в виде остроконечных отверстий, приводящим к сильной концентрации напряжений. Известно, что на контуре этих пор ещё до приложения нагрузки могут возникать начальные трещины []. Вблизи зёрен заполнителя в результате влияния его поверхностных сил и ряда других причин микроструктура цементного камня может несколько изменяться по сравнению со структурой основной массы, поэтому часто рассматривают особо микроструктуру и свойства контактной зоны между цементным камнем и заполнителем, выделяя её в виде отдельного структурного элемента. Контактная зона между заполнителем и цементным камнем для обычных тяжёлых бетонов имеет толщину . В этом малом объёме наблюдается изменение свойств цементного камня, а в ряде случаев и заполнителя [8]. На рис 1. Ю.В. Зайцев выделяет основной начальный дефект структуры бетона на уровне макроструктуры - трещины в контактном слое, имеющие ссдимснтационнос происхождение или возникающее в процессе усадки []. Рис 1. Представления о зависимости прочности бетона от прочности сцепления заполнителя с цементным камнем дают исследования, проведённые в Харьковском автомобильно-дорожном институте []. Результаты исследований отражены на рис. Сплошная кривая показывает изменение прочности при растяжении, а штриховая - изменение прочности при сжатии с изменением прочности сцепления. В этих исследованиях прочность сцепления Яс изменялась за счёт применения свежедробленого щебня и обработки песка известью на бегунах. Наиболее интенсивно прочность бетона нарастает при увеличении прочности сцепления до 1,2 МПа, достигая % от максимальной. С дальнейшим увеличением прочности сцепления интенсивность повышения прочности бетона резко снижается. Так, прирост прочности сцепления с 1,2 до 2,0 МПа вызывает прибавление прочности бетона всего на %. Это даёт основание утверждать, что прочность сцепления 1,2. МПа, которая достигается между щебнем и раствором в обычном бетоне, обеспечивает совместную работу основных его компонентов. Рис 1. Бетоны являются искусственными каменными материалами. Известно, что прочность подобных материалов зависит от их плотности, так как она определяет плотность упаковки структурных элементов, объём и характер дефектов (пор, микротрещин и др. Значения величины физической связи между молекулами у бетонов на различных материалах близки между собой, и прочность в основном обусловливается плотностью бетона и характером его структуры. При формировании бетона в процессе его изготовления избыточная вода, не вступающая в химические реакции с цементом, остаётся в бетоне в виде водяных пор и капилляров или испаряется, оставляя воздушные поры. В результате этого бетон ослабляется наличием пор, и чем больше их, т. В/Ц), тем ниже прочность бетона. Таким образом, закон водоцементного отношения, по существу выражает зависимость прочности бетона от его плотности или пористости. На основании многолетних исследований получена эмпирическая зависимость, связывающая прочность бетона с отношением В/Ц [6]. В/Ц ? ИБ = А-Нц-(Ц/В - 0,5) (1. Аг! Ц/В + 0,5) (1. Кц- активность цемента (фактическая прочность), МПа. Отдельные объёмы бетона, как следствие структурной неоднородности, могут значительно отличаться по своим свойствам, что оказывает заметное влияние на суммарные свойства материала. Различаются по своим свойствам не только цементный камень и заполнитель, но и отдельные зёрна заполнителя и отдельные микрообъёмы цементного камня. Зона контакта с заполнителем, как основной массив цементного камня, неоднородна, в ней содержаться более или менее дефектные места, непрореагировавшис зёрна, микротрещины и другие элементы, снижающие однородность. На рис. Наглядно видна неоднородность структуры, включающей плотный и прочный материал с разными свойствами, переходные зоны, пустоты. Неоднородность структуры обусловливает неоднородность прочности бетона по объёму. На рис. Кроме того, структура и свойства бетона могут колебаться в незначительных пределах в разных изделиях и образцах, даже изготовленных из одного и того же состава.