Строительство и архитектура/ 4. Современные строительные материалы

к.т.н., доцент Постернак С.А., студент Тодоров Н.Н.,

студент Кузнецов С.Ю., студент Лукаш Д.Ю.

Одесская государственная академия строительства и архитектуры, Украина

ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОВРЕЖДЕННОСТИ БЕТОНА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Железобетон, благодаря экономичности и универсальности применения, является одним из основных строительных материалов. Он предоставляет широкие возможности для решения строительных задач. При появлении в железобетонных сооружениях дефектов и повреждений их нужно тщательно исследовать и выявлять причины возникновения. Следовательно, железобетонным конструкциям присуща поврежденность. В частности поврежденность, возникшая в период технологической переработки исходных составляющих в материал и его в конструкцию – начальная технологическая поврежденность, характеризующаяся дефектами. Так как механические характеристики композиционных материалов в значительной степени определяются трещинами, то в дальнейшем под технологическими дефектами будем понимать трещины, которые возникают в материале строительных конструкций в период организации структуры и которые существуют в нем до приложения внешних нагрузок [1]. Например, в сборных железобетонных элементах доля трещин технологического происхождения от общего количества дефектов достигает 60% [2]. При этом предполагается, что трещины, возникающие в материале, автоматически становятся трещинами конструкции и определяют тем самым ее трещиностойкость, деформативность и несущую способность [1]. Поэтому ставится задача усовершенствования методики оценки технологической поврежденности.

В работе [1] коэффициент технологической поврежденности по площади (Кп_s) определяли как отношение суммы длин поверхностных трещин (Т₀), измеренных в пределах участка 10х10см, к площади этого участка (S):
Кп_s = ΣТ₀ / S , [см/см²] (1)

Физический смысл заключается в оценке удельной длины поверхностных трещин, проявленных на единице поверхности. Данный метод оценки начальной технологической поврежденности позволяет фиксировать как технологические, так и эксплуатационные трещины с шириной раскрытия 5х10^-5см и более, и длиной 0,5см и более. Метод позволяет многоразово (до 20 раз) на тех же самых образцах производить измерения, что дает возможность наблюдать изменения поврежденности в процессе нагружения образцов и конструкций [1].

В нашем случае под коэффициентом технологической поврежденности по линии (Кп_L) принято отношение характерной линии (L), пересекающей структурные блоки (ячейки), ограниченные начальными технологическими трещинами, к сумме длин этих примыкающих трещин (Т₀) с одной стороны:

Кп_L = L / ΣТ₀ , [см/см] (2)

Физический смысл заключается в оценке удельной длины поверхностных трещин, проявленных на единице длины (рисунок 1Б). Для железобетонных элементов (образцов-балок с размерами 10х15х120см) под характерными линиями принимаем поперечную (пересекающую балку в поперечном направлении посередине, длиной 15см (нормальные сечения)) и в зоне действия поперечной силы и изгибающего момента, наклонные (пересекающие балку от места приложения нагрузки до опоры, длиной 36,5см и под углом длиной 31,1см) линии (рисунок 1А). При выборе площади визуально осматривали балку и выбирали участок (15х15см) с наиболее четким рисунком начальных технологических трещин. При введении коэффициента технологической поврежденности по линии (Кп_L) мы придерживались правила наглядности, то есть с увеличением поврежденности (уменьшением структурных блоков (ячеек), и следовательно ΣТ₀, приходящихся на характерную линию (L)) увеличивается Кп_L. Пределы изменения Кп_L (с учетом проведенного эксперимента) составляют 0,25…0,5. Для определения длин (Т₀) и коэффициентов (Кп_L, Кп_s) были изготовлены и исследованы 9 серий железобетонных элементов. Поверхностные трещины фиксировались выдержкой образцов в водных растворах танина. Изменение щелочности бетона в районе трещин меняло окраску танина, обнаруживая и фиксируя трещины. Начальная технологическая поврежденность железобетона определялась измерением длины поверхностных трещин курвиметром с точностью до 0,1см. В результате проведенных исследований по двум боковым граням образцов-балок были получены усредненные характеристики коэффициентов (Кп_s), и (Кп_L).

Рис.1.Оценка технологической поврежденности железобетонных балок:

А) расположение характерных линий и площади на образце-балке с проявленным характером поврежденности; Б) фрагмент определения коэффициента поврежденности по характерной линии (поперечной); В) распределение усадочных деформаций в железобетонном элементе; 1 - начальные технологические трещины; 2, 3 - поперечные и наклонные характерные линии для определения коэффициента поврежденности по линии Кп_L; 4 - площадь для определения коэффициента поврежденности по площади Кп_s; 5 - начальные технологические трещины, образующие ячейки которые пересекает характерная поперечная линия (L); 6 - направление деформаций; 7 - эпюра усадочных деформаций.

Геометрические параметры макроструктуры бетона и армирование вызывают появление градиентов усадочных деформаций по величине и направлению. При их действии формируется начальное деформативное состояние образцов. Вероятно, под действием градиентов внешние поверхности раздела будут изменяться. Последующие усадочные деформации появляются на искривленных внешних границах изделия. Это ведет к перераспределению деформаций и изменению формы [1]. В микроучастках бетона на границе его раздела с арматурой возникает собственное поле остаточных деформаций и напряжений, которое зависит от конфигурации поверхности взаимодействующих материалов и интенсивности объемных деформаций бетона [1] (рисунок 1.В). Как отмечено в статье [3], распределение объемных деформаций на картинах полей деформаций неравномерно по всему объему образцов, поэтому авторы пришли к выводу, что между коэффициентами технологической поврежденности по площади и по характерным линиям нет зависимости и сравнивать их, учитывая сложное распределение объемных деформаций, нецелесообразно, а оценивать технологическую поврежденность можно при помощи каждого из них.

Литература:

1. Дорофеев В.С., Выровой В.Н. Технологическая поврежденность строительных материалов и конструкций: Моногр.– О.: Город мастеров, 1998.–168с.

2. Заволока Ю.В., Кобринец В.М., Заволока М.В., Заволока Ю.М. Оценка технического состояния и усиления железобетонных конструкций. Учеб. пособие. Одесса, «Город мастеров», 2000г. – 292с.

3. Барбул А.П. Влияние формы сечения на распределение технологических деформаций / Вісник ОДАБА. – 2000. - №2. – С. 127 – 131.