Критическая прочность бетона: Критическая прочность бетона это

Содержание

Критическая прочность бетона это


Механизм твердения бетона при отрицательных температурах. Критическая прочность бетона

Понятие «зимние условия» в технологии монолитного бетона и железобетона несколько отличается от общепринятого – календарного. Зимними считаются условия бетонирования при установлении среднесуточной температуры наружного воздуха не выше 5 °С или при опускании в течение суток минимальной температуры ниже 0 °С. Формирование прочностных характеристик бетона в зимних условиях имеет свои особенности. Основной проблемой является замерзание в начальный период структурообразования бетона несвязной воды затворения.

Как известно, бетон является искусственным камнем, получаемым в результате твердения рационально подобранной смеси цемента, воды и заполнителей. Согласно современным представлениям, образование и твердение цементного камня проходят стадии формирования коагуляционной и кристаллических структур.

В стадии образования коагуляционной (связной) структуры вода, обволакивая мелкодисперсные частицы цемента, образует вокруг них, так называемые, сольватные … оболочки, которыми частицы сцепляются друг с другом. По мере гидратации цемента процесс переходит в стадию кристаллизации. При этом в цементном тесте возникают мельчайшие кристаллы, превращающиеся затем в сплошную кристаллическую решетку. Этот процесс кристаллизации и определяет механизм твердения цементного камня и, следовательно, нарастания прочности бетона.

Ускорение или замедление процесса образования и твердения цементного камня зависит от температуры смеси и адсорбирующей способности цемента, определяемой его минералогическим составом.

По мере повышения температуры увеличивается активность воды, содержащейся в бетонной смеси, ускоряется процесс ее взаимодействия с минералами цементного клинкера, интенсифицируются процессы формирования коагуляционной и кристаллической структуры бетона. При снижении температуры, наоборот, все эти процессы затормаживаются, и твердение бетона замедляется.

Для твердения цементного камня наиболее благоприятная температура от 15 до 25 °С, при которой бетон на 28-е сутки практически достигает стабильной прочности. При отрицательных температурах вода, содержащаяся в капиллярах и теле, замерзая, увеличивается в объеме примерно на 9 %. В результате микроскопических образований льда в бетоне возникают силы давления, нарушающие образовавшиеся структурные связи, которые в дальнейшем при твердении в нормальных температурных условиях уже не восстанавливаются. Кроме того, вода образует вокруг крупного заполнителя обволакивающую пленку, которая при оттаивании нарушает сцепление – монолитность бетона. При раннем замораживании по тем же причинам резко снижается сцепление бетона с арматурой, увеличивается пористость, что влечет за собой снижение его прочности, морозостойкости и водонепроницаемости.

При оттаивании замерзшая свободная вода вновь превращается в жидкость и процесс твердения бетона возобновляется. Однако из-за ранее нарушенной структуры конечная прочность такого бетона оказывается ниже прочности бетона, выдержанного в нормальных условиях, на 15…20 %. Особенно вредно попеременное замораживание и оттаивание бетона.

Прочность, при которой замораживание бетона уже не может нарушить его структуру и повлиять на его конечную прочность, называют критической.

Величина нормируемой критической прочности зависит от факторов, включающих тип монолитной конструкции, класс примененного бетона, условия его выдерживания, срока приложения проектной нагрузки к конструкции, условий эксплуатации, и составляет:

для бетонных и железобетонных конструкций с ненапрягаемой арматурой – 50 % проектной прочности;

конструкций с предварительно напрягаемой арматурой – 80 % проектной прочности;

конструкций, подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию или расположенных в зоне сезонного оттаивания вечномерзлых грунтов, – 70 % проектной прочности;

конструкций, нагружаемых расчетной нагрузкой, – 100 % проектной прочности;

для ненесущих конструкций – критическая прочность должна быть не ниже 5 МПа (50 кгс/см2).

Таким образом, при бетонировании в зимних условиях технологическая задача в основном заключается в использовании таких методов ухода за бетоном, которые обеспечили бы достижение предусмотренных проектом конечных физико-механических характеристик (прочность, морозостойкость и др.) или критической прочности при соответствующем технико-экономическом обосновании принятых решений и при обязательном выполнении следующих мероприятий:

применение бетонных смесей с водоцементным отношением до 0,5;

приготовление бетона на высокоактивных и быстротвердеющих портланд- и шлакопортландцементах, других вяжущих, в частности магнезиальных, обладающих рядом совершенно уникальных свойств, в том числе твердением при отрицательных температурах;

использование добавок-ускорителей твердения бетона;

подогрев воды и заполнителей;

в отдельных случаях увеличение расхода цемента или повышение марки цемента относительно проектной.

| следующая лекция ==>
ПРОИЗВОДСТВО БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ РАБОТ В ЗИМНИХ УСЛОВИЯХ | Особенности приготовления бетонной смеси, ее транспортирования и укладки

refac.ru

Зимнее бетонирование: метод термоса, теплый раствор, электрический обогрев и сооружение тепляков

Проблема строительства в зимнее время для нашей страны всегда была актуальной. Проведение бетонных работ в холодное время требует особого подхода. В серьезных строительных компаниях инженеры составляют специальный проект для производства работ или ППР на зимнее бетонирование. Мы же попытаемся рассказать о тонкостях этого процесса более доступным языком.

Фото зимней заливки.

В чем суть проблемы

Изначально следует отметить, что календарное наступление зимы к строительным работам имеет косвенное отношение. Согласно СНиП 3.03.01, холодный сезон наступает при понижении среднесуточной температуры до +5ºС и вероятностью кратковременных заморозков в ночное время суток.

Теперь давайте рассмотрим, чем же опасна для свежей бетонной заливки пониженная температура.

В качестве ориентира принимается оптимальная для застывания массива температура в +20 ºС.

  • При такой температуре, монолит набирает заданную прочность в 70% за 5 – 7 суток, условно считается неделя. При понижении температуры до +5 ºС процессы твердения в бетоне замедляются и та же прочность набирается за 3 – 4 недели.
  • Как известно, катализатором большинства химических реакций является повышенная температура. Процесс бетонирования не является здесь исключением.
  • Так, например, на заводах по производству ЖБИ, в технологическом процессе обязательно используется пропаривание, когда изделие помещается в паровую камеру с температурой 70 – 80 ºС и повышенной влажностью. В результате, пресловутые 70% набираются за 8 – 24 часа.
  • Но если при температурах близких к 0 ºС процесс гидратации в растворе только замедляется, то при замораживании он вообще останавливается. Причина проста и известна из школьной программы, вода замерзает и реакция прекращается. Вода, в жидком ее состоянии, является обязательным условием, при котором способен образовываться цементный камень и соответственно созревать бетон.
  • Согласно существующим строительным нормам, при +20 ºС, регламент на полный набор прочности монолита составляет 28 суток. В зимний период инструкция по заливке может сильно отличаться от традиционной. В настоящее время существует несколько путей для решения этой проблемы.

Влияние температуры на набор прочности.

Важно: принято считать, что критическая прочность бетона при зимнем бетонировании составляет не менее 50%. Иными словами, если монолит наберет крепость в 50% или более и после этого замерзнет, то при оттаивании процессы созревания в нем продолжаться, без потери качества.

В противном случае характеристики бетона могут значительно поменяться в худшую сторону.

Распространенные пути решения проблемы

Как известно данная проблема существует с момента появления самого бетона, и решить ее пытались всегда. Современные методы зимнего бетонирования развиваются по нескольким направлениям.

Выбор способа защиты монолита.

Теплый раствор

При разумном подходе начинать следует с приготовления раствора, потому как температуру легче сохранить, чем впоследствии заново разогревать монолит.

  • Распространенной ошибкой неопытных строителей является использование для приготовления раствора кипятка. В этом случае состав просто «заваривается».
  • Оптимальная температура воды для приготовления теплого раствора 60 — 70ºС. Для некоторых видов портландцемента и быстротвердеющего цемента может использоваться вода с температурой +80ºС. Остальные составляющие также следует разогреть примерно до такой же температуры.
  • Важным моментом здесь является технология замешивания раствора. Если в теплое время года все ингредиенты засыпаются в наполненную водой бетономешалку одновременно. То в зимнее время, при загрузке своими руками, после того как вы залили теплую воду, в нее засыпается щебень или иной крупный наполнитель и делается несколько оборотов. Только после этого можно добавлять цемент, песок и доводить раствор до нужной кондиции.

Схема газовой пушки для обогрева.

Совет: в холодное время года, время вымешивания раствора в бетономешалке рекомендуется увеличить минимум на четверть.

  • Приготовить теплый состав правильно это конечно важно, но не менее важно его быстро доставить на стройку. Сейчас для этой цели применяются современные машины, оборудованные электрическим или газовым подогревом изнутри. Некоторые компании монтируют мини-заводы ЖБИ непосредственно на стройке.
Метод термоса

Утепленная опалубка.

  • Порядка 50 лет назад гениальный Советский ученый И.А.Кириенко разработал метод термоса при зимнем бетонировании. Несмотря на столь преклонный возраст, данная технология с успехом используется до сего дня.
  • Суть технологии заключается в обустройстве особой опалубки из теплоизоляционных материалов. В классическом варианте в теплоизолированную опалубку заливается раствор и по возможности герметизируется. Процесс гидратации цемента сопровождается активным тепловыделением и за счет выделенного тепла монолит дозревает.
  • Но на протяжении длительного времени технология совершенствовалась и в настоящий момент в специальную опалубку для бетона заливается предварительно разогретый состав. Плюс в него добавляются специальные присадки активизирующие процесс теплоотдачи. Замечено, что самое высокое выделение тепла в быстротвердеющих составах, например в портландцементе.
  • Кроме этого появился так называемый метод горячего термоса. Суть его в том, что раствор на короткое время доводят до температуры порядка 70ºС, после чего заливают в термоопалубку, оборудованную электроподогревом, и уплотняют. В результате за короткое время, до 3 суток, бетон созревает на 70%.
Электрические методы обогрева

Промышленный тепловентилятор.

  • На данный момент бетонирование в зимнее время с обогревом разного рода электроприборами получило широкое распространение. Этому способствует относительно небольшая энергоемкость, а также доступность и простота метода.
  • Хотя здесь есть один существенный минус, не каждый хозяин может позволить себе приобрести соответствующей мощности трансформатор и сопутствующую аппаратуру к нему.
  • Чаще всего к электродам различной конфигурации подводится напряжение, а сам бетонный монолит выступает как большое сопротивление, благодаря чему нагревается. Самыми эффективными для этого считаются пластинчатые электроды, которые закрепляются непосредственно на опалубку.

Трансформатор для прогрева.

  • Также распространен способ подведения напряжения к арматурному каркасу, где он исполняет роль индукционной катушки или натягивание нескольких нагревающих нитей внутри монолита.
  • В последние несколько лет широкое распространение получил разогрев разного рода конструкций, в том числе и бетонных, при помощи инфракрасного излучения. Цена на инфракрасные лампы невелика, плюс энергии они потребляют намного меньше, нежели традиционные обогреватели. Достаточно защитить конструкцию от ветра и желательно покрасить в черный цвет.

Электрическое одеяло для монолита.

Сооружение тепляков

В прошлом этот метод был самым распространенным.

Но, несмотря на появление множества новых технологий, он по-прежнему пользуется большой популярностью.

  • Технологию смело можно назвать самой простой, суть ее в том, что вокруг залитого монолита сооружается каркас и закрывается техническим полиэтиленом или брезентом.
  • После чего в такую палатку устанавливается электрическая или газовая тепловая пушка и нагнетается горячий воздух. С точки зрения энергоемкости способ едва ли не самый затратный. В настоящее время он больше используется для обогрева конструкций в закрытых, не отапливаемых зданиях, новостройках.

Принцип действия парогенератора.

Важно: таким образом можно легко организовать пропаривание конструкции, что на порядок ускорит сроки созревания бетона, но для этого вам понадобится парогенератор. Плюс могут возникнуть проблемы с замерзанием конденсата вытекающего из-под тепляка.

Морозостойкие добавки в раствор

Присадка для раствора.

Среди специалистов данный метод носит название холодного бетонирования. Как говорилось ранее, без воды гидратация цемента невозможна. Но, кроме того что воду можно разогреть, еще можно использовать добавки для зимнего бетонирования которые снизят температуру замерзания воды и ускорят процессы созревания монолита.

На рынке в данный момент присутствуют 3 направления создания подобного рода присадок.

Мы не беремся утверждать, что какие-то из них лучше или хуже, просто каждое направление разрабатывалось для узко определенных целей.

  1. Данная группа призвана слегка ускорять или замедлять процессы созревания раствора. Больше всего в ней применяются разного рода электролиты, но встречаются и многоатомные спирты, карбамиды и органические составы.

Важно: электролитические присадки запрещено использовать при создании фундаментов под электроприборы или электропроводные конструкции. В виду их повышенной электропроводности и наличия вихревых токов.

Сухие присадки.

  1. Следующая группа ориентирована на усиление антифризных качеств состава, она значительно ускоряет процессы схватывания и созревания раствора. Широкое распространение здесь получили соединения и производные от хлорида кальция.
  2. В данной группе антифризные свойства выделены меньше, но она значительно ускоряет процессы созревания. Отличительной особенностью здесь является то, что эти добавки способствует увеличению температуры раствора, что нашло свое применение при использовании «термоса».
Распространенные присадки

Монокарбоновая соль.

  • Из-за приемлемой стоимости и простоты использования, наиболее распространенным в данной нише считается «Поташ». Это не что иное, как некоторые виды солей монокарбоновой кислоты. Они хороши еще тем, что при условии правильного дозирования можно делать составы выдерживающие температуру до -30 ºС.
  • Но в этом случае нужно строго соблюдать пропорции и помнить, что больше не значит лучше, при усилении одних свойств раствора вы можете понизить другие.
  • Крупные строительные организации, при возведении новостроек часто используют нитрит натрия. Цена здесь также вполне доступна, но для его применения нужно обладать определенными профессиональными знаниями. Дело в том, что данный состав легко воспламеняется, плюс при контакте с пластификаторами может активно выделять токсичные газы. Сам он также обладает резким запахом.
  • Нитрит натрия показывает самые лучшие результаты в быстротвердеющих растворах, основанных на портландцементе или шлакопортландцементе.

Упаковка с нитритом натрия.

Важно: специалисты категорически не рекомендуют использовать нитрит натрия для глиноземных видов цемента.

  • Присадки типа морозо-пласт или морозо-бет, относятся к составам с комплексным действием. Кроме увеличения коэффициента морозостойкости, они придают раствору хорошую пластичность и прочие полезные качества.

Какие могут быть последствия

Зачастую иногда бывает так, что во второй половине осени приходят заморозки на несколько дней и дальше стоит теплая погода еще целый месяц. Если вы не успели утеплить монолит и его, все-таки прихватило, не отчаивайтесь.

Глубоко бетон не промерзнет, изнутри монолит будет подогреваться естественным путем, а кратковременное замораживание верхних слоев большого вреда не нанесет.

  • Естественно при подмораживании будет иметь место незначительная потеря прочности по сравнению с лабораторными характеристиками, но наши растворы, как правило, на это рассчитаны.
  • В свежем растворе вода является самым легким компонентом и по всем законам физики поднимается вверх, особенно это характерно для составов, которые дополнительно разбавлялись водой. В этом случае кратковременное замораживание будет даже полезно. Впоследствии монолит облупится как старая краска, пыль обметается и все.
  • В случае, когда время все же упущено, ударили крепкие морозы и потепление предвидится только весной, попытайтесь спасти то, что можно. Мы рекомендуем укутать бетон полиэтиленом, это спасет от снега и ветров.
  • Весной, когда снег начнет таить и оттепели снова начнут чередоваться с ночными заморозками, укрытый монолит сохранится, и не будет дополнительно напитываться водой и разрушаться. Конечно проектной крепости вы уже не получите, но потери могут быть не настолько болезненны.

Прогрев бетона.

Важно: резка железобетона алмазными кругами, равно как и алмазное бурение отверстий в бетоне в подмороженном массиве не рекомендуется, нужно дать бетону полностью созреть и только после этого производить все дальнейшие работы.

На видео в этой статье показаны нюансы зимнего бетонирования.

Вывод

Зачастую особенности зимнего бетонирования заключаются в комплексном подходе. Мы перечислили вам наиболее распространенные мероприятия по защите массива в холодное время. Но специалисты не рекомендуют, не надеяться только на один способ.

Так, например, противоморозные добавки для бетонных конструкций — вещь хорошая, но при чрезмерном употреблении они могут повредить. Поэтому разумно будет сочетать их с методом термоса и каким-либо видом электрического подогрева.

Утепленный фундамент.

загрузка…

masterabetona.ru

#G0 особенности строительных работ в зимних условиях бетонные работы, каменная кладка и штукатурка

В строительстве и ремонтно-строительном производстве бетонные, каменные и штукатурные работы в зимних условиях выполняют с применением бетонов, цементных и цементно-известковых растворов. В зимний период вода в растворах и бетонах замерзает, вследствие этого они сгущаются, а их пластические свойства ухудшаются.

Общее количество воды, вводимой в растворы или бетонные смеси, определяется рабочей подвижностью, обеспечивающей возможность их употребления для нанесения на оштукатуриваемые поверхности, каменной кладки и возведения конструкций. Ввиду этого в раствор и бетонную смесь вводят в 1,5…2 раза больше воды, чем требуется для твердения раствора или бетона. Часть излишней воды при твердении раствора (бетона) испаряется с открытых поверхностей или отсасывается пористым основанием (кирпич, шлакоблоки и т.п.). Другую часть поглощают зерна твердых компонентов раствора (бетона), при этом вокруг них образуются тончайшие пленки. Кроме того, вода заполняет межзерновые пространства цементного камня, поры и капилляры растворов (бетонов).

Реакция между цементом и водой протекает только до тех пор, пока вода находится в жидком состоянии. Кристаллы льда с цементом не реагируют, и процесс твердения приостанавливается. Если допустить, что для нормального твердения цементных или смешанных растворов необходимо примерно 30-40% воды (от массы цемента или смешанных вяжущих), то в этих растворах до температуры — 3 °С будет столько жидкой воды, сколько ее необходимо для химических реакций. При более низкой температуре в растворе наблюдается недостаток воды, он обезвоживается, так как вода переходит в лед. При замерзании вода увеличивается на 1/12 в объеме и вызывает частичное разрушение структуры раствора, понижение прочности его сцепления с каменной или другой поверхностью. Поэтому важно, чтобы замерзание раствора или бетонной смеси происходило после того, как химически будет связано возможно большее количество воды, а слабосвязанной и свободной воды, способной превратиться в лед, останется меньше. Особенно вредным является многократное замерзание и оттаивание растворов в начальный период твердения.

При выполнении бетонных работ необходимо учитывать критическую прочность, которую должен приобрести бетон к моменту замораживания (табл.1).

Таблица1

Критическая прочность бетона до замораживания

#G0Марка бетона

Прочность бетона до замораживания не менее

Время выдерживания бетона при 15…20 °С, сут

% от R

кгс/см(МПа)

100

50

50 (4,9)

5…7

200

40

80 (7,8)

3…5

300

35

100(9,8)

2…2,5

400

30

120(11,8)

1,5…2

500

30

150(14,7)

1,5…2

R- прочность, достигаемая бетоном через 28 дней.

Необходимо также учитывать передвижение воды, находящейся в порах и капиллярах кирпича, шлакоблоков, штукатурки, бетона с возможным образованием льда на границе раздела двух материков, например штукатурного раствора и оштукатуриваемой поверхности (кирпич, шлакоблоки и т.п.), что может вызвать отслоение штукатурки. В растворах при воздействии отрицательных температур вода, находящаяся в порах и капиллярах, передвигается (мигрирует) в сторону более охлажденных слоев — от тепла к холоду.

Примером рационального использования этих явлений служат каменная кладка и штукатурные работы в зимних условиях с применением подогретых смешанных растворов. Нанесенный на сухие кирпичные или шлакоблочные поверхности смешанный подогретый раствор сохраняется без разрушения благодаря тому, что часть воды из раствора впитывается этими поверхностями до замерзания раствора, другая часть воды испаряется с открытых поверхностей. Оставшаяся вода заполняет лишь около половины объема пор твердеющего раствора и поэтому не может при замерзании разрушить штукатурку или каменную кладку. Для регулирования процессов твердения растворов и бетонов при низких температурах применяют различные химические добавки: в качестве ускорителей твердения — хлористый кальций, соду и поташ, а также добавки, способствующие понижению температуры замерзания растворов — хлористый натрий (поваренная соль), нашатырь, нитрит натрия и другие вещества.

Соли в штукатурные и кладочные растворы вводят в следующих количествах (от массы воды затворения): при морозах до -5 °С — 3% NaCl или СаСl; до -15 °С — 5% NaCl или СаСlлибо 3% NaCl и 2% СаСl, вместо 5%-ной добавки одной из этих солей.

Добавки поташа в количестве 3…4% массы сухой смеси рекомендуется вводить в строительные растворы следующих составов: 1 : 3 (цемент : песок), сложные — 1 : 0,1 : 3,5 (цемент : известь : песок) и 1 : 0,4 : 4,2 (цемент : глина : песок). Существенными недостатками применения поташа являются ускорение сроков схватывания и неудобство укладки растворов и бетонных смесей через 10-20 мин после затворения.

Нитрит натрия в количестве 5… 10% массы цемента обеспечивает твердение цементного или смешанного раствора при морозах только до — 10 °С. Нитрит натрия и поташ в процессе твердения бетона приводят к образованию едких щелочей, вследствие чего запрещается употреблять их в качестве противоморозных добавок при изготовлении конструкций, эксплуатируемых в водной или очень влажной среде. Кроме того, применение любой соли натрия сопровождается появлением выцветов, а добавки хлористых соединений дают высыпы на поверхностях бетона, штукатурки и т.п.

Для повышения качества этих растворов и смесей добавляют сульфитно-спиртовую барду в количестве до 3% массы цемента, что увеличивает их подвижность, а также период удобоукладываемости до полутора часов.

В практике широкое распространение получил метод термоса и электрообогрева. Метод термоса обеспечивает в зимних условиях частичное твердение цементных растворов и бетонов за счет их применения в теплом состоянии. Для этого материалы, которые входят в состав растворов и бетонов, предварительно подогревают. Некоторая часть тепла в последующем дополнительно выделяется цементом в процессе гидратации и твердения. Метод позволяет на первоначальной стадии процесса получить необходимую монтажную прочность конструкций и изделий (до 30…50% марочной прочности). Затем раствор или бетон постепенно охлаждается и замерзает. Процессы твердения замедляются и иногда приостанавливаются до потепления наружного воздуха, после чего восстанавливаются и раствор или бетон достигает полной марочной прочности.

studfiles.net

Прочность бетона: определяющие характеристики материала, факторы, влияющие на его свойства

Средняя прочность бетона – это его важнейшая характеристика. Успешней всего он может сопротивляться сжатию. Исходя из этого, большинство конструкций проектируют так, чтобы воспринимать сжимающие нагрузки. Лишь иногда при возведении бетонных сооружений принимается во внимание и их прочность при растяжении либо изгибе.

При оптимальных значениях прочности материал не разрушается.

Характеристики материала при разных типах нагрузок

Прочность при сжатии характеризует класс либо марку бетона. Определяются они после нормативного набора прочности материалом, который происходит через 28 дней.

Прочность на сжатие

Классы и марки растворов.

Исходя из временного периода нагруженности конструкции, данное качество смеси может вычисляться и в другом ее возрасте. Например, часто возникает нужда знать прочность бетона через 7 суток, 18, 60, 180 и т.д.

Обратите внимание! В связи с этим существует такое понятие, как распалубочная прочность бетона. Оно подразумевает такую его твердость, при которой можно изделия без повреждений вынимать из форм и безопасно транспортировать внутри завода на складирование.

Для экономии расхода цемента, величины предела прочности приготавливаемого материала не должны быть выше предела его прочности по марке/классу, больше чем на 15 процентов.

  1. Класс — это гарантированная в 95 случаях из 100 прочность смеси в Мпа. Он имеет значения от Вb-1 до Вb-80.
  2. Марка — это средняя прочность раствора, измеряемая в кгс/см² илиМпа× Тяжелые (общестроительные) бетоны имеют марки от Мb-50 до Мb-800. Прочность газобетона или другого легкого материала может быть до Мb-50.
  3. Меж классом материала и средней его прочностью (при коэффициенте вариаций прочности n=0.135, а также коэффициенте гарантированной обеспеченности t=0.95) есть зависимости: В=R∙778 и R=В:0.778.
  4. Проектируя ответственные конструкции, специалисты, как правило, назначают класс смеси, во всех остальных случаях марку.

Свойства газобетона в зависимости от марки.

Прочность на растяжение

Данная характеристика материала учитывается при создании сооружений, в коих недопустимо трещинообразование: резервуаров для технических жидкостей и воды, гидротехнических конструкций и пр.

Прочность на растяжение при изгибании

При укладке дорожных покрытий и взлетных аэродромных полос проектировщики назначают марки либо классы раствора на растяжение при изгибании.

        Классификация раствора по прочности на растяжение при изгибании
                               Класс                                  Марка
                               Вbt-0.4                                  Рbt-5
                               Вbt-0.8                                  Рbt-10
                               Bbt-1.6                                  Рbt-15
                               Вbt-2                                  Рbt-20
                               Вbt-2.4                                  Рbt-25
                               Вbt-2.,8                                  Рbt-30
                               Вbt-3.2                                  Рbt-35
                               Вbt-3.6                                  Рbt-40
                               Вbt-4                                  Рbt-45
                               Bbt-4.4                                  Рbt-50
                               Вbt-4.8                                  Рbt-55
                               Вbt-5.2                                  Рbt-60
                               Вbt-5.6                                  Рbt-65
                               Вbt-6                                  Рbt-70
                               Вbt-6.4                                  Рbt-75
                               Вbt-6.8                                  Рbt-80
                               Вbt-7.2                                  Рbt-85
                               Вbt-7.6                                  Рbt-90
                               Вbt-8                                  Рbt-100

Факторы, которые влияют на свойства материала

  1. Инструкция предупреждает, что меж прочностью смеси и активностью вяжущего вещества есть линейная зависимость: R=f∙(R∙Ц). Растворы с большей прочностью готовятся на цементе с повышенной активностью.
  2. С увеличением доли цемента прочность материала возрастет до определенных пор. Далее она увеличивается не намного, а прочие качества бетона ухудшаются. Например, повышаются ползучесть и осадка. Исходя из этого, нежелательно, чтобы в 1 кубесмеси было больше 600 кг вяжущего вещества.
  3. Показатели прочности материала очень сильно зависимы от водоцементного отношения смеси. Чем меньше В/Ц, тем данный показатель выше, и наоборот. Это обстоятельство определено физико-химической составляющей создания структуры материала.

Обратите внимание! При отвердении обычного бетона с вяжущим веществом вступает в реакцию 15/25 процентов воды. Чтобы замешать удобоукладываемый раствор, нужно 40/70% жидкости ( т.е. В/Ц составляет 0.4/0.7). При этом избыток воды создает в материале много пор, понижающих его прочность.

Вид и фракционность наполнителей напрямую влияют на свойства смеси.

  1. Неграмотно подобранная фракционность крупных наполнителей, использование их мелких зерен, присутствие глин, пыли, органических примесей – все это понижает прочность материала, замешанного своими руками.
  2. Прочность материала, приготовленного в агрегатах принудительного типа смешивания (турбо- и вибросмесителях), выше, чем аналогов, замешанных в гравитационных типах устройств, примерно на 20/30 процентов.
  3. Уплотнение смеси при помощи специальной техники увеличивает ее прочность. Увеличивая плотность бетона на 1% можно добиться повышения его прочности на 3/5 процентов.
  4. При оптимальном режиме температур прочность материала возрастет продолжительное время. Данный процесс описывает логарифмическая зависимость: Rn=R28∙ lgn: lg28. Тут Rn и R28 указывают предельные значения прочности смеси через n и 28 дней (в Мпа), а lgn и lg28 – это логарифмы (десятичные) возраста материала.

Обратите внимание! Данная формула является усредненной. С ее помощью достигаются приемлемые результаты для смесей на средне-алюминатных видах цемента, которые отвердевают при температурах в 15/20° в возрасте 3/300 дней. Реально же прочность материала на разных видах цемента растет по-разному.

  1. Временной рост прочности раствора зависим от вещественных и минеральных составляющих связующего вещества. По мере интенсивности отвердения цементы делят на 4 типа.
Тип вяжущего Вещественный и минеральный состав портландцемента К=(Rt∙90):Rt28 К=(Rt∙180):Rt28
1 алюминатный (С3А=12 процентов) 1/0.5 1/1.1
2 алитовый (С3S менее 50 процентов, С3А около 8 процентов) 1.05/1.2 1.1/1.3
3 портландцемент сложного состава (пуццолановый аналог, содержащий в клинкере С3А 14% и шлако-портландцемент. содержащий шлак 30/40%) 1.2/1.5 1.3/1.8
4 белитовый портландцемент и шлако-портландцемент, содержащий шлак больше 50 процентов 1.6/1.7 1.55

На сроки отвердения раствора сильно влияют температура среды и ее влажность. Оптимальной считается температура в 15/20 градусов и относительная влажность воздуха 90%.

При отрицательных значениях температуры отвердение обычной смеси почти прекращается. Понизить порог замерзания воды можно, введя в раствор противоморозные присадки.

Зимой важен критический порог прочности смеси.

С зимними работами связано такое понятие, как критическая прочность бетона. Оно означает минимальное значение данной величины, необходимое для безопасного замораживания смеси и ее последующего размораживания без разрушения структуры материала.

Таблица ниже показывает минимальный уровень прочности материала до его заморозки.

Марка смеси Прочность раствора при замерзании, не меньше
 проценты от R28 кгс на см2
М-100М-150

М-200

М-300

М-400

М-500

5050

40

40

30

30

5075

80

120

120

150

Контролирование свойств и испытания продукции

Чтобы определить описываемую характеристику производимого материала, специалисты в заводских лабораториях используют измеритель прочности бетона. Данные приспособления работают по разным принципам, которые делятся на неразрушающие и разрушающие.

Известны такие способы испытаний.

Проверка куба ультразвуковым бетоноскопом.

  1. Неразрушающие косвенные методы, использующие способ ударного импульса, а также импульсный ультразвуковой аналог.
  2. Не разрушающие прямые способы лишь частично ломают материал образцов. Это может быть принцип отрывания со скалыванием либо методика скола угла. При этом применяются силоизмерители.
  3. Разрушающие способы делятся на проверку бетонных кубиков (по ГоСТу №10180) и разрушение кернов, изъятых из конструкций (по ГоСТу №28570). При этом используются различные гидравлические прессы.
Форма образцов

В ходе испытаний материала специалисты выделяют такие категории, исходя из формы образцов.

  1. Кубиковая прочность бетона – это сопротивление (временное) сжиманию бетонных кубиков, имеющих габариты 20×20×20 см.
  2. Прочность призменная – это предел стойкости к сжиманию призм из бетона, обладающих габаритами 15×15×60 см либо 20×20×

На фото — определение кубиковой прочности.

Обратите внимание! По СНиП №52/01/2003 класс прочности раствора при сжатии равен величине его прочности кубиковой с обеспеченностью в 95%. Иными словами, нормативные документы определяют данный параметр, как основное механическое свойство бетона.

Величина призменная лучше показывает сопротивление материала сжиманию (балки, колонны и пр. по форме более похожи на призму, нежели куб). Однако призменное испытание – процесс дорогой и трудоемкий. Цена же испытания кубов меньше, а сам процесс проще.

Прочные смеси новейшего поколения

Материал с улучшенными качествами дает возможность сооружать мега-здания.

Обычно, в качестве прочного бетона используется его марка М500, но, спрос существует и на аналоги, вплоть до М-1000. Более того, современные строительные технологии испытывают острую нужду в еще более высокомарочных материалах.

Вследствие этого, специалистами был разработан сверхпрочный бетон нового поколения марки М-1500. Для его замешивания требуется в 1.5/2 раза меньше вяжущего вещества, чем по традиционной технологии.

При этом характеристики материалов будут равны. Такой высокопрочный бетон можно производить на обычном заводе.

Вывод

Долговечность материала напрямую зависит от его характеристик.

Призменная прочность бетона или кубиковая являются главной его характеристикой. Они определяют долговечность возводимого сооружения и успешность его сопротивления различным нагрузкам.

Посмотрите видео в этой статье, в нем содержится много полезной информации.

загрузка…

masterabetona.ru

Условия зимнего бетонирования. Критическая прочность бетона.

Одним из значимых показателей качества бетона является его прочность. Если заглянуть в государственные стандарты, то в них можно отыскать условия сжатия. Согласно им, прочность может быть равна пределу от М50-800. В качестве одних из наиболее часто используемых выступают марки цемента до М-500. Многие профессиональные строители и частные застройщики учитывают график набора прочности материала. О нём и пойдет речь ниже.

Для вас данная информация тоже может оказаться полезной, ведь из неё вы сможете узнать, через какой период времени после затворения раствора можно начинать дальнейшую работу. Это обусловлено тем, что манипуляции по проведению строительства могут предполагать нагружение конструкций из бетона. Наиболее часто в связке с этим речь идет о фундаментах, которые обязательно должны быть выдержаны в течение 28 дней перед началом возведения стен.

Набор прочности по графику

Набор прочности бетона в зависимости от температуры определяется графиком, который представляет собой временной интервал. В процессе этого раствор обретает эксплуатационные свойства, после чего можно проводить формирование финишного слоя. График набора прочности – это время, которое необходимо бетону для достижения нужного значения прочности. Если поддерживаются нормальные условия, то состав созреет за 28 дней.

В течение 5 дней можно наблюдать наиболее быстрое твердение. По истечении этого времени материал достигнет 70-процентной прочности. Последующие работы следует продолжать лишь через 28 дней, ведь только тогда материал достигнет 100-процентного уровня прочности.

Твердение и набор прочности бетона происходят по-разному для каждого конкретного случая. Для того чтобы определить сроки, проводятся испытания образцов. В теплое время в монолитном домостроении для обретения составом оптимальных свойств осуществляются некоторые операции. Например, материал выдерживается в опалубке, его оставляют дозревать и после удаления ограждений. Набор прочности бетона в зависимости от температуры будет происходить за разный период времени. Это объясняется еще и тем, что мероприятия могут проводиться в холодное время года. В этом случае для достижения марочной прочности необходимо обеспечить обогревание материала и гидроизоляцию бетона. Это обусловлено тем, что снижение температуры замедляет процесс полимеризации.

График набора прочности бетона – определение скорости гидратации раствора

Когда необходимо изготовить определенную конструкцию, то порой бывает невозможно этого сделать без заливки бетона. Этот материал очень активно используется в области строительства. Главной его характеристикой является прочность на сжатие. Причем устанавливать определенную нагрузку на конкретный элемент запрещено, пока бетон полностью не наберет необходимую прочность. При осуществлении данного процесса имеется ряд факторов, которые так или иначе оказывают свое влияние: состав смеси, внешние условия.

Как это происходит

Процесс схватывания может происходить сразу после того, как была выполнена заливка бетона. Длительность напрямую зависит от температурного режима окружающего воздуха. При ее значении 20 градусов, для схватывания может понадобиться примерно час. Так как этот процесс не носит мгновенный характер, то бетоны, чтобы набрать прочностные характеристики может понадобиться пару месяцев.

Рекомендуем: Герметик силиконовый сантехнический для труб — какой выбрать?

Каков состав бетона м 400 на 1 м-3 можно узнать из таблицы в статье.

Очень часто бетон начинает твердеть уже по прошествии двух часов с того момента, как были соединены цемент и вода. А вот для окончательного схватывания нужно подождать 3 часа. Увеличить время твердения помогают специальные добавки в бетон.

Схватывание бетона подразумевает под собой подвижность раствора на весь период, благодаря чему удается воздействовать на смесь. При этом механизм тиксотропии, который указывает на снижение вязкости бетона, твердение и высыхание не происходят. Это условие необходимо учитывать в ходе доставки раствора на бетоносмесители. В этом случае раствор должен перемешиваться в миксере, в результате чего удается сохранить все его важные качества.

Как использовать бетон марки м200, указано в статье.

На видео показывают проверку бетона на прочность сжатия.

Какова пропорция бетона м200 на 1 куб указано здесь.

Благодаря вращению миксера удается предотвратить высыхание бетона, а также набора твердости. Но в этом случае может произойти другая неприятная ситуации – это сваривание материала, в результате чего все его положительные характеристики снижаются. Происходит такое явление чаще всего в летнее время.

Временные рамки

Этот график несет в себе информацию, которая показывает кривую роста прочности на протяжении 28 дней. Именно этого времени будет достаточно, чтобы бетон сумел просохнуть при естественных условиях.

Время, которого будет достаточно, чтобы раствор набрал вес необходимые эксплуатационные качества, носит название период выдерживания бетона. График набора прочностных характеристики показывает время, которые необходимо раствору, чтобы добиться максимальной отметки по прочности.

Каковы технические характеристики по ГОСТу бетона м 200 можно узнать из данной статье.

На видео – набор прочности бетона в зависимости от температуры:

Какова прочность бетона в15 указано здесь.

При нормальных условиях созревание бетона осуществляется в течение 28 дней. Первые 5 дней – это интенсивное твердение материала. Когда позади неделя, то бетон уже набрал 70%!в(MISSING)сей прочности для выбранной марки. Но приступать к дальнейшим строительным мероприятиям можно после того, как прочность достигал 100%!,(MISSING) а это не ранее 28 дней.

Этот период для определенного случая свой. Чтобы точно определить период застывания раствора необходимо выполнять контрольные испытания образцов материала. При проведении работ летом в монолитном домостроении в целях оптимизации процесса для обретения раствору всех физических свойств требуется выполнение следующих условий:

Выдерживание в опалубке раствора. Дозревание состава после того, как опалубка была удалена.

Условия

Когда необходимо, чтобы раствор приобретал необходимые показатели прочности, требуется придерживаться конкретных условий. Например, самой оптимальной температурой для его твердения считается 20 градусов. Но это далеко не все параметры.

Какова характеристика бетона класса в 25 указано в статье.

Температура

Чем ниже температурные показатели на улице, тем медленнее происходит набор прочности бетона. Если температурный режим предполагает отрицательные показатели, то процесс приостанавливается по той причине, что застывает жидкость, которая обеспечивает гидратацию цемента. Когда температура воздуха начинает повышаться, то процесс набора прочности снова в действии.

Если в составе раствора имеются различные модификаторы, то длительность твердения может во много раз уменьшиться, а температура, которая необходима для установки процесса, снизиться. Изготовители предлагают разнообразные быстротвердеющие составы, благодаря которым удается набирать прочностные характеристики уже по прошествии 14 дней.

Какова таблица набора прочности бетона, можно узнать из данной статьи.

При повышении температуры воздуха процесс созревания раствора начинает ускоряться. Если на улице 40 градусов, то установленная маркой прочность будет достигнута через 7 дней. По этой причине процесс заливки бетона на приусадебном участке в целях сокращения сроков строительства необходимо выполнять в летнее время года.

Если работы осуществляются зимой, то здесь понадобиться ряд дополнительных мероприятий, например, таких как подогрев бетона. Осуществить такие действия очень непросто, ведь для этого нужно обладать подходящим оборудованием и знаниями в этой области. Кроме этого, нужно понимать, что нагрев материала нельзя проводить выше температуры 90 градусов.

Как сделать бетон для отмостки пропорции, указано в статье.

Для того чтобы определить, какое влияние оказывает температурный режим на процесс твердение, необходимо снова обратиться к графику набора прочности. Присутствующие на нем линии с учетом данных, которые собраны с бетона М400 при различных значениях температуры. Согласно этому графику удается понять процент прочности, который будет достигнут по прошествии конкретного количества дней. Для каждой кривой характерна своя температура. Первая линия – это 5 градусов, а вторая – 50 градусов.

При помощи графика удается понять длительность распалубки монолитной конструкции. Демонтаж опалубки ожжет происходить после того, как показатели прочности увеличились на 50%!о(MISSING)т заданного маркой значения. Кроме этого, важно обращать внимание на то, что при температуре ниже 10 градусов значение прочности, заданное конкретной маркой, не будет достигнуто даже по прошествии 14 дней. Если присутствуют такие погодные условия, то нужно предпринимать меры по прогреванию заливаемого раствора.

Каков график прогрева бетона в зимнее время, можно узнать из данной статьи.

Время

Чтобы определить нормативно-безопасное время начало строительных мероприятий применяется специальная таблица. Она содержит в себе данные марки бетона и его среднесуточные температурные показатели. На основании этих данных удается отыскать информацию, как происходит набор прочности по прошествии конкретного количества суток.

Таблица 1 – Набор прочности в зависимости от количества дней

Марка бетонаСреднесуточная температура бетона в °CСрок твердения в сутках
123571428
Прочность бетона на сжатие
М200–300, замешанный на портландцементе М 400–500-336812152025
5121828355065
+59192738486277
+1012253750587285
+20234050657590100
+303555658090100

После того, как нормативно-безопасный срок поставлен на уровне примерно 50%!,(MISSING) то обозначить безопасный срок начала мероприятий можно 72-80%!о(MISSING)т значения, установленного маркой бетона.

Состав и характеристики бетона

Так как после заливки бетон способен приобретать прочность по причине своего выделения тепловой энергии, то после замерзания жидкости этот процесс останавливается. По этой причине на момент проведения всех работ в зимнее время необходимо задействовать смеси, в составе у которых имеются противоморозные добавки.

Рекомендуем: Отделка стен гипсокартоном без каркаса и профиля: делаем отделку по инструкции своими руками

На фото – состав и характеристики бетона

Глиноземистый цемент после его укладки может выделить тепловую энергию в 7 раз большую, чем при использовании обычного портландцемента. По этой причине полученная смесь на его основе начинает набирать прочностные параметры даже, когда на улице отрицательные показатели температуры. На скорость набора прочности немаловажную роль играет марка бетона. Чем она ниже, тем выше максимальная прочность.

Сколько мешков цемента в одном кубе бетона, указано здесь в статье.

Влажность

Если на улице уровень влажность повышен, то это отрицательно влияет на процесс набора прочности. Однако и полное отсутствие влаги делает невозможным процесс гидратации цемента и как результат, твердение полностью останавливается.

Если присутствует максимальная влажность и высокая температура, то скорость набора прочности во много раз повышается. При таком режиме происходит пропаривание материала в автоклавах паром высокого давления.

Влияние таких высоких температурных показателей при минимальной влажности приведет к высыханию. Раствора и снижению скорости твердения. Чтобы можно было избежать такой ситуации, стоит производить увлажнение. В результате таких действий в жаркое время года удастся набрать прочность в минимально возможные сроки.

Специальные добавки

Чтобы бетон смог быстрее набирать прочность, нужно задействовать особые вспомогательные компоненты. Их добавляют при приготовлении раствора. Дозировка зависит от количества цемента. Благодаря таким добавкам бетон способен набрать прочность, соответствующую выбранной марки, всего за 2 недели.

Но достичь таких показателей реально при условии, что процесс твердения осуществляется в летнее время. Для холодной поры необходимо задействовать противоморозные добавки. Благодаря им можно поддерживать в бетоне положительный температурный режим на момент набора прочности.

Электропрогрев

Для ускорения набора прочности бетона в зимнее время задействуют такой метод, как электропрогрев. Еще он носит название контактного обогрева термоопалубкой. При обычных и высоких температурных режимах длительность влияние электропрогрева может достигать 3-8 часов. После этого конструкция уже самостоятельно способна набирать прочностные показатели.

Согласно ГОСТ

Необходимая марка и класс бетона определяется с учетом составленного проекта. Необходимые показатели прочности могут меняться в зависимости от применяемых строительных материалов. Например, при возведении дома на основе легких бетона для основания нет необходимости применять бетон высокой прочности. Когда стены строения будут выполнены из кирпича, то бетон должен иметь высокие прочностные характеристики. Например, для этого используют тяжелый и мелкозернистый бетон по стандарту 26633 ГОСТ.

Для определения прочности применяется ГОСТ 18105-86. В этом случае необходимо подготовить проект или же посмотреть информацию со схожего.

Прочность – это главный показатель качества для бетона ГОСТа любого уровня. Процесс его затвердения начинает происходить уже в первые часы после того, как соединили воду и цемент, а вот его длительность зависит от различных факторов: температуру, влажность, состав бетона. Если вес необходимые условия были соблюдены точно, то процесс набора прочности будет окончен по прошествии 28 дней, а вы сможете приступить к необходимым работам.

Рекомендации по ускорению процесса

Для того чтобы ускорить набор прочности и снизить время выдержки материала, необходимо использовать пескобетон, в котором низкое соотношение воды и цемента. Если это соотношение выглядит как 1 к 4, то сроки будут сжаты в два раза. Для того чтобы добиться такого результата, состав следует дополнить пластификаторами. Сократить срок созревания материала можно и искусственным способом, увеличив температуру.

Зависимость уровня набора прочности от показателей температуры материала

Набор прочности бетона в зависимости от температуры материала будет происходить по-разному. В качестве примера можно рассмотреть марки бетона в пределах от М-200 до М-300, которые были затворены на портландцементе с маркировкой в пределах от М-400 до М-500. За сутки материал достигнет трехпроцентной прочности на сжатие, если его температура будет равна -3 °C. При условиях, что смесь будет иметь температуру в +30 °C, прочность за сутки составит 35%.

За трое суток прочность достигнет 8%, если температура материала будет равна -3 °C. 60% прочности удастся добиться при +30 °C температуры за этот же период времени. Если температура материала будет равна +5 °C в течение 28 дней, то прочность материала составит 77%. Стопроцентной прочности удастся добиться за 14 дней, если температура материала будет равна +30 °C.

Марочная прочность бетона и классы прочности

Прочность бетона – это показатель предела сопротивляемости материала к внешнему механическому воздействию на сжатие (измеряется в кгс/см²). То есть, можно сказать, что этот параметр дает представление о механических свойствах бетона, его устойчивости к нагрузкам. Именно эта характеристика и положена в основу классификации бетона. Бетон марки М15 обладает наименьшей прочностью, а М800, соответственно, наибольшей.

Такая маркировка позволяет максимально точно учесть прочностные свойства бетона, и подобрать его в соответствии с предполагаемыми нагрузками.

Так, для предварительно-напряженных конструкций необходим раствор с маркировкой не ниже М300, а для обычных железобетонных панелей или блоков, не испытывающих большой нагрузки — М200-М250. Марки М100-М150 используются при заливке монолитных фундаментов. Бетонный раствор М15—М50 применяется при изготовлении ограждающих и теплоизоляционных конструкций.

Существует и другая классификация – по классам прочности на сжатие бетона: от В1 до В22. Эти две системы классификации учитывают один параметр – прочность на сжатие. Отличие класса от марки бетона в том, что для марок (М) берется усредненное значение по прочности на сжатие, а для классов (В) – гарантированное. Средняя прочность бетона на сжатие – это средний показатель прочности проверяемых образцов, а гарантированное означает, что бетон имеет прочность не менее заявленной. При разработке проектной документации в спецификации указывается класс (В), хотя, в силу привычки, более распространенной является классификация по маркам. Ниже приведено примерное соотношение класса и марки бетона.

Таблица марок и классов бетона и их соотношения:

Контроль за процессом

Набор прочности бетона в зависимости от температуры был освещен выше. Однако важно следить за процессом в течение первой недели. Мероприятия, направленные на обеспечение условий для выдержки, выражены в:

  • электрообогреве;
  • увлажнении;
  • укрывании влагозащитными и теплоизолирующими материалами;
  • обогреве тепловыми пушками.

Нужно будет уделить внимание смачиванию поверхности. Через неделю после выработки состава конструкция может быть нагружена, это верно, если температура воздуха будет равна 25-30 °C.

Особенности твердения бетонных конструкций

  • Чем ниже температура от рекомендованных 18-20 градусов Цельсия, тем медленнее идет гидратация и нарастание прочности:
  • Если температура достигла уровня 0 градусов Цельсия и ниже – вода в толще цемента начинает замерзать, твердение состава останавливается и возобновляется только после повышения температуры тем или иным способом;
  • Высокая влажность окружающей среды позволяет бетону приобретать более высокую прочность, чем он достигнет в условиях пониженной влажности;
  • При температуре окружающей среды до 80-90 градусов Цельсия в условиях максимальной влажности (промышленное пропаривание ЖБИ в автоклавах) происходит значительное увеличение скорости нарастания прочности.

Учитывая сказанное, при проведении бетонных работ в условиях пониженных температур, для правильного течение процесса твердения и набора прочности, необходимо обеспечить соответствующий температурный режим.

Достигнуть температурного режима можно разными способами. В числе самых распространенных способов: прогрев толщи конструкции трансформаторами или сварочными аппаратами, прогрев поверхности специальными тепловыми матами, а также строительство над бетонной конструкцией временных сооружений (шатров) и прогрев внутреннего «подшатрового» пространства тепловыми пушками или электронагревателями.

Дополнительно о стадиях набора прочности

Схватывание залитого бетона происходит за первые сутки после его приготовления. Частным строителем обязательно необходимо знать, какова зависимость набора прочности бетона от температуры воздуха. Например, в теплую погоду, когда температура за окном находится в пределах 20 °C, схватывание произойдет в течение часа. Процесс начнется через пару часов, отсчет необходимо вести после соединения составляющих, а завершится через 3.

Контроль за набором прочности

В первую неделю бетон обогревают, увлажняют, проводят тепло- и гидроизоляцию. Особенно важно правильно увлажнять раствор. При температуре воздуха от 25 до 30 градусов бетон нагружают уже спустя неделю после заливки.

Чтобы узнать, как эффективно бетонное изделие будет справляться с нагрузками, используют специальные приборы. Благодаря им можно определить прочность. Устройством для ее определения рассчитывают предельные нагрузки, допустимые для бетонного изделия или кирпича. Чтобы определить показатель, пользуются двумя методами:

  • Разрушающий способ. Часть готового материала в форме кубика раздавливают под прессом.
  • Неразрушающий метод. При его использовании параметры бетона измеряют без разрушительных воздействий.

Большей популярностью отличается второй способ. Для этой цели используют устройства упругого отскока, приборы с ультразвуковой технологией или ударного отскока.

При помощи портативных измерителей можно точно определить нужный параметр, не затрачивая много времени. Существуют разные механизмы, которые отличаются принципом работы. Приборы отличаются функционалом:

  • Электронные. Точны, могут фиксировать 5 тыс. измерений единовременно. Электронные измерители отличаются принципом воздействия на измеряемый материал.

  • Склерометры. Эти приборы определяют импульс и величину удара бойка. Склерометр применяют при нехватке данных о прочности материала. Измерения проводятся в условиях, которые неблагоприятны для других устройств. В процессе измерений учитывают вид наполнителя, условия отвердения и давность изготовления изделия.
  • Механические. Такие методы используют при определении прочности бетона различных классов. Предельные показатели устройств, которые используются по этому методу, равны 5-100 Мпа. Замеры проводят по показаниям энергии удара, величины отскока бойка, размеров следа от бойка.
  • Ультразвуковые. Ими определяют прочность бетонных конструкций при затвердевании, а также передаточную и отпускную. Измерения осуществляют по скорости распространения звуковых волн по поверхности бетонной конструкции. Датчики располагают с двух сторон от изделия или с одной. Ультразвук распространяется со скоростью 4500 м/с.

При помощи таких устройств легко узнать прочность материала.

Прохладное время

При похолодании начало и завершение схватывания сдвигаются. Для схватывания будет достаточно больше суток. Если температура находится на нулевой отметке, то процесс начнется минимум через 6 часов после затворения. При таких условиях он длится до 20 часов, отсчет времени начинается после того, как раствор окажется в опалубке. В жаркий день время уменьшается. Это указывает на то, что иногда для схватывания достаточно всего лишь 10 минут.

Снижение вязкости раствора

Вами обязательно должен быть изучен процесс набора прочности бетона в зависимости от температуры. Важно знать и об уменьшении вязкости. На первой стадии смесь будет сохранять подвижность. В течение этого времени на материал может быть оказано механическое воздействие, а конструкции при этом все еще можно придать нужную форму. Продлить стадию схватывания можно тиксотропией, которая будет способствовать снижению вязкости при оказании механического воздействия.

Отличным примером может стать раствор, перемешиваемый в бетономешалке. В течение этого периода раствор дольше будет оставаться на первой стадии. Но необходимо учитывать, что многие процессы вызывают необратимые изменения в растворе, что может негативно отразиться на качестве затвердевшего бетона. Например, довольно быстро происходит «сваривание» в летний период.

Стадия твердения

Набор прочности бетона, график по времени которого описан в статье, начинается после схватывания. Этот процесс все еще не закончится и через несколько лет. Но уже через 4 недели можно определить марку бетона. Прочность материала будет набираться с разной скоростью. Максимально интенсивно этот процесс будет протекать в первые 7 дней. В первые трое суток при нормальных условиях прочность достигнет 30% от марочного значения. В течение первых двух недель раствор достигнет 70% прочности от указанного значения. Через 3 месяца этот параметр увеличится на 20%, после процесс замедлится, но не прекратится. Через 3 года показатель может повыситься в 2 раза.

Марки и классы бетона: твердение и набор прочности

Наши цены на бетон всех марок >>>

Главные параметры бетонной смеси

Базовые показатели степени качества бетона – это марка или класс бетонной смеси. При покупке продукции на эти параметры следует обратить особое внимание. К второстепенным факторам относят коэффициенты водонепроницаемости, подвижности и морозостойкости. Самое главное – выбрать товар по типу марки или класса: они неизменны в течение всего периода эксплуатации.

А вот прочность бетонной смеси, например, напротив, параметр достаточно изменчивый. Он может варьироваться в течение всего периода терпения, увеличиваясь и нарастая. Так, при соответствующих климатических и погодных условиях прочность наберет расчетный (проектный) показатель только через 28 суток твердения. Вообще процессы твердения бетонной смеси и набора прочности могут идти несколько лет.

Марка бетона определяется в зависимости от количества цемента в общем составе.

Какие диапазоны классов и марок существуют?
Показатель Диапазоны и пример
марка бетона Общий диапазон: от М50 до М1000

(например, М200, М400, М450, М500 и т.д.).

Основной диапазон: чаще всего применяют марки от м100 до м500.

класс Общий диапазон: от В 3,5 до 80

(например, В 10, В 12,5, В 22,5, В 30 и т.д.).

Основной диапазон: в большинстве случаев используют класс от В 7,5 до В 40.

Методы определения основных показателей и контрольные пробы

Выбор и последующая покупка зависят от указанного в проекте типа марки и класса бетонной смеси. Если такой документ отсутствует, следует обратиться за помощью к строителям. Специалисты выдадут соответствующие рекомендации. Однако можно попробовать разобраться в данном деле самостоятельно.

Итак, что обозначают цифры на маркировке? Значения 200, 400 и т.д. (на маркировках м200, м400 и т.д.) – это соотношение предела прочности на сжатие, выраженное в расчете 1 кгс. на 1 кв.см. Показатель указывает среднее значение. Большинство строительных компаний и организаций подобного профиля чаще всего заказывают бетон именно в марках. Однако класс бетона является также довольно часто встречающимся параметром, используемым в современном строительстве. Цифры класса указывают не средний, как цифры марки, а гарантированный показатель прочности.

Как проверить бетонную смесь на соответствие указанным показателям марки и класса?

Для начала во время разгрузки бетона возьмите пробу смеси, отлив два-три кубика размером 15х15х15 см. Чтобы это сделать, достаточно, например, сколотить из дощечек формы такого размера. Кстати, перед взятием пробы полученные ящики следует увлажнить, иначе сухое дерево впитает в себя большое количество влаги (это может негативно повлиять на гидратацию важного компонента – цемента).

Пробу необходимо проверить, прощупав смесь куском арматуры или уплотнив ее ударом молотка по бокам кубиков-ящиков. Отлитую бетонную смесь нужно хранить в течение 28 суток при температуре 20 градусов и влажности 90%.

Затвердевшую смесь по истечению срока необходимо отнести в независимую лабораторию. Специалисты вынесут окончательные вердикт – принадлежит ли данная марка бетона к указанным на маркировке данным. Кстати, 28 дней – срок необязательный. Известно, что основную часть расчетной прочности (70%) бетонная смесь набирает за первые 7 суток.

! Обратите внимание

  • не стоит разбавлять смесь водой в автобетоносмесителе;
  • брать пробу необходимо с самого лотка бетоносмесителя;
  • нужно как можно тщательнее уплотнить бетон штыкованием;
  • хранить кубики с образцами бетонной смеси следует только в соответствующих условиях: оптимальные варианты – прохладный подвал или любое помещение в тени.

Таблица соотношения класса, прочности и марки бетона

Марка бетона

по прочности

на сжатие

Соотношение прочности бетона, соответствующих марок и классов бетона по прочности на сжатие
Класс бетона

по прочности на сжатие

Условная марка бетона*, соответствующая классу бетона по прочности на сжатие
Бетон всех видов, кроме ячеистого Отличие от марки бетона, % Ячеистый бетон Отличие от марки бетона %
М15 В1 14,47 -3,5
М25 В1,5 21,7 -13,2
М25 В2 28,94 15,7
М35 В2,5 32,74 -6,5 36,17 3,3
М50 В3,5 45,84 -8,1 50,64 1,3
М75 В5 65,48 -12,7 72,34 -3,5
М100 В7,5 98,23 -1,8 108,51 8,5
М150 В10 130,97 -12,7 144,68 -3,55
М150 В12,5 163,71 9,1 180,85
М200 В15 196,45 -1,8 217,02
М250 В20 261,93 4,8
М300 В22,5 294,68 -1,8
М300 В25 327,42 9,1
М350 В25 327,42 -6,45
М350 В27,5 360,18 2,9
М400 В30 392,9 -1,8
М450 В35 458,39 1,9
М500 В40 523,87 4,8
М600 В45 589,35 1,8
М700 В50 654,84 -6,45
М700 В55 720,32 2,9
М800 В60 785,81 -1,8

Твердение бетона

В результате процесса взаимодействия воды и цемента общая прочность бетонной смеси возрастает. Такой процесс называют гидратацией цемента. Если в непрочном молодом бетоне вода высыхает или вымерзает, гидратация останавливается. Замерзание, безусловно, очень негативно влияет на эксплуатационные характеристики смеси, ухудшает базовые свойства и снижает показатель прочности. Кстати, молодым бетон называют в течение первых двух-трех недель твердения.

Итак, что делать с потерей влаги? Для положенного твердения и нормальной гидратации необходимо поддерживать оптимальную влагу. Только тогда бетонная смесь будет иметь соответствующие эксплуатационные свойства и характеристики (включая показатель прочности) и прослужит исправно в течение несколько десятков лет.

! Обратите внимание

  • при высоких температурах (в жаркое время года) следует накрыть только что уложенный бетон мокрой мешковиной или пленкой ПВХ;
  • молодые бетонные конструкции (1-5 дневные) нужно периодически поливать водой.

В холодное время хода наблюдается процесс замораживания бетонной смеси. Замерзает здесь не сам бетон, а находящаяся в смеси вода. В данном случае весь процесс взаимодействия воды и цемента – гидратации – затормаживается и останавливается. Об этом можно прочитать в материалах про зимнее бетонирование.

Любопытно, что если всю построенную конструкцию не размоет к весне, процесс гидратации также может расстроиться, когда снег растает. Безусловно, показатели морозостойкости и общей прочности такой бетонной смеси буду существенно ниже показателей при достаточной норме твердения. Разработаны специальные технологии и методики, позволяющие предотвратить негативные последствия. Такие разработки называют методиками раннего замораживания бетонной смеси. С помощью современных технологий и добавления специальных противоморозных добавок бетон твердеет, замерзая, при низких температурных условиях (от -15 до -30 градусов по Цельсию). А весной запускается процесс гидратации воды и цемента.

Какую роль здесь играют противоморозные добавки? Заполнители служат некими стабилизаторами и регуляторами всего процесса гидратации. Например, при температуре заливания бетона в -25 градусов по Цельсию вводятся добавки с расчетом на -10 градусов. Тогда завершается процесс твердения, и бетон замерзает. С помощью добавок бетонная смесь не реагирует на колебания температуры в диапазоне от -5 до +5 градусов, стойко перенося цикличные изменения погодных условий. Бетон не будет замерзать или оттаивать. Однако существует одно ограничение – монолитные конструкции в этот период эксплуатировать нельзя.

Критическая прочность бетона

Этим термином называют допустимый порог показателей прочности. Такой порог – своеобразная грань и для каждой марки он индивидуален. Так, высокие марки обладают более низким процентом критической прочности (в среднем, треть от проектного показателя прочности), а низкие – высоким процентом. Критичные показатели набираются за первые сутки жизни бетонной смеси.

Как бороться с замораживанием бетона?

Способов существует несколько. Перечислим основные, часто используемые и проверенные меры:

  • добавление противоморозных смесей в бетон. Их еще называют ПМД – противоморозные добавки. Такие вещества не позволяют воде замерзнуть, а также увеличивают скорость твердения. Когда-то такие препараты заменялись солями. Однако подобные составы разъедали оболочку арматуры со временем, поэтому их сменили на более щадящие ПМД;
  • электропрогрев бетона. Разработаны специальные электроподогреваемые опалубки, электроды и трансформаторы. Приборы отлично подходят для заливки бетонной смеси в зимнее время года. Однако данный вариант, скорее всего, экономически невыгоден и недоступен частным предприятиям-застройщикам. Оплата услуг монтажа и доставки, аренда, а также оплата электроэнергии (системам необходимо огромное количество кВт в час) формируют конечную стоимость проекта;
  • укрытие конструкции. Авральная мера – укрытие построенной конструкции пленкой. Метод оптимален при температуре в один-два градуса. Однако положительные результаты при данном способе не гарантированы. Весь период гидратации цемента идет параллельно с выделением тепла. Выделяемое тепло можно и нужно сберегать и сохранять. Возможно поставить дизельную или газовую пушки: они будут способствовать задуванию теплого воздуха под специальное укрытие. Важно помнить, что первые дни жизни бетонной смеси – самые ответственные.

Кстати, на предприятиях ЖБК и ЖБИ рассмотренной проблемы не существуют. Все железобетонные материалы (плиты перекрытия, сваи, дорожные плиты и бетонные фундаментные блоки ФБС) проходят специальную обработку. Изделия в течение нескольких часов пропариваются в камерах. После процедуры любая марка бетона может быстро набрать нужную прочность.

www.betontransstroy.ru

Дополнительно о влиянии температуры внешней среды на твердение материала

Набор прочности бетона, особенности, график которого описаны в статье, зависит от температуры. Чем холоднее, тем медленнее будет повышаться прочность. При отрицательных температурах процесс и вовсе останавливается, так как вода замерзает, а ведь она обеспечивает гидратацию цемента. С повышением температуры набор продолжится. Но при снижении этот процесс снова остановится. Если в составе присутствуют модификаторы, время твердения уменьшается, тогда как температура, при которой процесс останавливается, снижается.

В продаже можно найти быстродействующие составы, которые имеют способность придавать бетону марочную прочность через 2 недели. Так как потепление будет способствовать сокращению процесса созревания материала, то можно утверждать, что при 40 °C марочное значение будет достигнуто через 7 дней. Поэтому заливка бетона должна осуществляться в жаркую погоду. Зимой для обеспечения нормальных условий потребуется подогрев материала, а своими силами осуществить такие работы будет проблематично, ведь потребуется специальное оборудование. Кроме того, нагревать раствор до 90 °C и выше недопустимо.

Условия зимнего бетонирования. Критическая прочность бетона.

Нормальной температурой среды для твердения бетона условно считается 15-20оС. При пониженной температуре прочность бетона нарастает медленнее, чем при нормальной. При температуре ниже нуля твердение практически прекращается, если только в бетон не добавлены соли, снижающие точку замерзания воды. Бетон, начавший твердеть, а затем замерзший, после оттаивания продолжает твердеть в теплой среде, если он не был поврежден замерзающей водой в самом начале твердения, прочность его нарастает. При повышенных температурах бетон твердеет быстрее, особенно в условиях влажной среды. Нагрев более 80оС может привести к быстрому высыханию бетона. Исключение составляет лишь обработка насыщенным водным паром в специальных герметизированных камерах при температуре 90-100оС или под давлением в автоклавах на заводах по изготовлению бетонных изделий.

Бетон, укладываемый зимой, должен зимой же приобрести прочность, достаточную для распалубки, частичной нагрузки или даже для полной нагрузки сооружения. Замерзание бетона в раннем возрасте влечет за собой значительное снижение его прочности после оттаивания и в дальнейшем по сравнению с нормально твердевшим бетоном. Это происходит в результате того, что свежий бетон насыщен водой, которая при замерзании расширяется, разрывает связи между поверхностью заполнителей и мало затвердевшим цементным камнем. Прочность бетона тем ближе к нормальной, чем позднее он был заморожен. Кроме того, при раннем замораживании значительно снижается сцепление бетона со стальной арматурой в железобетонных конструкциях.

При бетонировании зимой необходимо обеспечить твердение бетона в теплой и влажной среде в течение заданного срока. Это достигается двумя способами:

— использование внутреннего запаса теплоты бетона.

— дополнительной подачей теплоты бетону, если внутренней недостаточно.

В первом случае необходимо применять высокопрочный и быстротвердеющий портландцемент. Также, рекомендуется использовать ускоритель твердения цемента — хлористый кальций, уменьшать количество воды в бетонной смеси, вводя в нее пластифицирующие и воздухововлекающие добавки, и уплотнять ее высокочастотными вибраторами. Все это ускоряет твердение бетона при возведении сооружений и позволяет добится набора достаточной прочности бетона перед замораживанием. Внутренний запас теплоты в бетоне создают путем нагрева материалов, составляющих бетонную смесь, кроме того, в твердеющем бетоне теплота выделяется при химической реакции, происходящей между цементом и водой (экзотермия цемента). Подогреваю только воду для бетона, либо воду и заполнители (песок, гравий, щебень). Воду можно подогреть до 90оС, заполнители — до 40оС, цемент не подогревают. Необходимо. чтобы тепмература бетонной смеси на выходе из бетоносмесителя была не выше 30оС, т.к. при более высокой температуре она быстро густеет(теряет подвижность, что затрудняет укладку, а добавлять воду нельзя — вода снижает прочность). Минимальная температура бетонной смеси при укладке в массивы должна быть не ниже 5оС, а при укладке в тонкие конструкции — не ниже 20оС.

Существует такое понятие как критическая прочность бетона. Своеобразная грань, по достижении которой, за дальнейшую жизнь бетона можно не волноваться. Этот порог для разных марок бетона — разный. Высокие марки бетона имеют более низкий % порог критической прочности (25-30% от проектной прочности), низкие марки — более высокий %. Во всяком случае, при нормальных условиях критическая прочность бетона достигается примерно за сутки. Именно поэтому, так важны первые сутки жизни бетона.

Поможем написать любую работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Узнать стоимость

особенности, график и от чего зависит?

Основная характеристика бетона, которая определила его широкое распространение — это высокая прочность. Материал набирает любую прочность в реальных условиях, так как есть много причин, которые способствуют недобору величины, соответствующей бетону определенной марки. Знание этих причин и их особенностей способствует формированию бетонных фундаментов, конструкций с максимальными эксплуатационными показателями.

Процесс набора

Физико-химические реакции гидратации создают новые монолитные соединения, которые придают материалу свойства искусственного камня. Новое качество формируется в течение многих суток (окончательно примерно через полгода) и в идеале прочностные свойства бетонной конструкции должны соответствовать бетону определенного класса и марки. По времени процесс вызревания камня имеет две последовательные стадии: начальная — схватывание, и завершающая — твердение. По его завершении бетон может нагружаться.

Вернуться к оглавлению

Схватывание

Схема возможного расслоения бетонной смеси: а — в процессе транспортирования и уплотнения, б — после уплотнения; 1 — направление, по которому отжимается вода, 2 — вода, 3, 4 — мелкий и крупный заполнители.

Бетоном пользуются не сразу после затвердения, так как может потребоваться некоторое количество времени, чтобы довезти материал до объекта. Смесь должна оставаться подвижной, чему способствует механическое перемешивание раствора в миксере автосмесителя. Тиксотропия позволяет сохранить основные свойства смеси до ее заливки, откладывая старт начальной стадии созревания. Однако следует знать, что если время затянуть или температура поднимется, развивается необратимый процесс «сваривания» раствора, в результате которого занизятся его характеристики.

Длительность схватывания находится в зависимости от температуры воздуха — от 20 мин. до 20 часов. Наибольшая продолжительность данного процесса зимой при температурных значениях около 0 град. Заливка фундамента в этот период будет сопровождаться удлинением интервала начала схватывания от 6 до 10 часов, а сама стадия растянется на 15 – 20 ч.

Оптимально заливать бетон в форму при 20 градусах. Тогда при условии, что раствор затворен за час до заливки, схватывание начнется через один час и завершится через 60 мин. Жаркая погода способствует практически моментальному схватыванию раствора за 10 – 20 мин.

Вернуться к оглавлению

Твердение

Оптимальное течение гидратации при твердении раствора: температурный коридор от 18 до 20 град., влажность близкая к 100%. Отклонения от данных параметров в значительной степени изменяют скорость твердения камня. Полное вызревание бетона длиться несколько лет.

Вместе с тем на этой стадии скорость твердения закономерно изменяется со временем. К примеру, для бетона М300 к концу 3-го дня она достигает 50%, на 14–й день составляет до 90%, а на 28 день — 100%. Далее через три месяца прочность повышается еще на 20%, а через 3 года может стать на 100% больше, чем была к концу 28 суток после затворения.

Вернуться к оглавлению

Особенности набора прочности

Снижение температурных показателей среды ведет к замедлению твердения. Нулевая отметка на термометре останавливает процесс из-за замерзания воды в камне (снижается качество бетона), а подъем значений снова его возобновляет. Смесь начинает высыхать при недостатке или отсутствии влаги, однако это может замедлить и остановить правильное твердение, что воспрепятствует набору заданного свойства бетоном. А вот автоклавное отвердение смесей значительно ускоряется при повышенных значениях температурно-влажностного режима: 80 – 90 град. и 100% влажности, что ведет к ускоренному росту прочностных показателей. За счет влаги в воздухе может сокращаться интервал набора прочности раствором, который уложен открыто.

Бетоны более высоких марок (состоят из большего количества цемента лучшего качества) твердеют и набирают прочность быстрее, поэтому обрабатывать их следует более оперативно. В интервале с 3-х по 10-е сутки после укладки нормативный набор прочности бетона обеспечивается близкими к идеальным условиями выдержки. В теплую погоду раствор укрывается влагоемкими материалами, через которые камень увлажняется круглосуточно 6 – 7 раз, и перекрывается плотной пленкой.

В солнечную погоду он укрывается от прямых лучей. Зимой бетон может искусственно прогреваться изнутри, утепляться, обогреваться тепловыми генераторами, чтобы предотвратить замерзание воды, и изолируется от осадков. Важным параметром для продолжения работ является нормативно-безопасный срок набора прочностных свойств. Таблица 1 показывает зависимость от марки бетона и среднесуточной температуры значений прочностных показателей бетонов через соответствующее количество суток.

Таблица 1

Нормативно-безопасным сроком созревания бетонов можно считать значение 50%, а безопасным — от 72% до 80% от марочного значения, что, к примеру, важно знать при работах на фундаменте.

Вернуться к оглавлению

От чего зависит набор прочности?

Факторы, которые управляют набором прочностных свойств камня, включают: сколько времени прошло после заливки, температурно-влажностный режим выдерживания, качество (активность) и марку цемента, соотношение воды и цемента в растворе, пропорции компонентов в смеси, способ уплотнения, технологию перемешивания, способ и скорость укладки, качество и регулярность увлажнения, наличие пластификаторов (добавок-ускорителей твердения) в смеси зимой и пр. Поднятие марки бетона зависит от увеличения доли и более высокой марки цемента в смеси, пропорций компонентов. Марка прямо влияет на набор прочности бетона. Для низких марок критическая прочность имеет большее значение. Таблица 2 отражает данную закономерность.

Таблица 2

Поэтому прочностью фундамента из бетона высокой марки определяется надежность, долговечность конструкции здания. Камень в холодную погоду приобретает прочность благодаря собственному тепловыделению, но для нормализации графика формирования камня целесообразно применять соответствующие добавки, ускоряющие твердение и снижающие температуру остановки гидратации. С ними смесь набирает марочную прочность уже через 14 суток. Удачным решением также станет изменение составляющих в бетоне. К примеру, глиноземистый цемент набирает прочностные показатели даже в морозы, так как выделяет примерно в 7 раз больше собственного тепла по сравнению портландцементом.

В наборе этого свойства существенную роль играют форма и фракция зерен натуральных наполнителей. Их неправильная форма и повышенная шероховатость обеспечивают лучшие условия сцепления и качество бетона. Известно, что увеличение доли воды в бетонной смеси способно привести к расслоению массы материала. Следствием этого также становится то, что при относительном увеличении доли воды в растворе на 60% от оптимального значения (в/ц = 0,4) происходит недобор прочности на 50% от марочной. Однако при соотношении вода/цемент 1/4 период отвердения (упрочнения) сокращается в два раза.

Чтобы ускорить процесс и минимизировать выдержку бетона, целесообразно применять пескобетоны с низким соотношением вода/цемент. Неуплотненный бетонный раствор имеет шансы вызреть только до 50% от нормативной прочности даже при оптимальном соотношении вода/цемент. Вместе с тем ручное уплотнение способно повысить его прочность на 30 – 40%, а вибротрамбовка повышает прочность до нормативных 95 – 100%.

Вернуться к оглавлению

График набора прочности

Важно знать график набора прочности бетона для прогнозирования последствий изменения температурных условий твердения, которые приводят к увеличению времени выдерживания.

График 1

График 1 показывает на примере бетона М400 через сколько суток смесь при фиксированных температурных значениях набирает определенный процент прочности (за сто процентов взят набор марочной прочности за 4 недели). Температурный режим 30 град. является оптимальным для набора нормативной прочности (97%) за 11 дней, а при показателе в 5 град. значение безопасной прочности не будет достигнуто камнем и за 14 дней. В такой ситуации следует разогревать, утеплять укладку. В соответствии с кривыми определяются сроки распалубки при превышении прочностью 50% марочного значения.

Вернуться к оглавлению

Вывод

В реальности прочностные показатели бетонных конструкций могут изменяться по очень многим причинам. Важно обеспечить оптимальные параметры для реализации по времени графика роста прочностных свойств, соответствующих марке бетона.

Марки бетона по прочности — класс сжатие и набор прочности бетона

Во время приобретения бетонной смеси специалисты обращают внимание на ее марку или класс. Именно эти критерии являются основными показателями качества бетона. Если говорить о других критериях бетонной смеси: морозостойкость, водонепроницаемость, подвижность, то они являются второстепенными. Прочность бетона представляет собой достаточно изменчивый параметр, так как зависит от времени твердения материла. Если бетонная смесь будет затвердевать трое суток, то получим одну прочность, а если неделю – то совсем другую (в этом случае при одинаковой температуре окружающей среды прочность достигнет 70% от проектной).

Стоит отметить, что прочность бетона достигает проектной за 28 дней твердения. Вообще, чем дольше бетон твердеет, тем выше его прочность. Этот параметр регулярно увеличивается. Бетон твердеет годами. Самые популярные марки бетона по прочности: м 100, м 150, м 200, м 250, м 300, м 350, м 400, м 450, м 500. Все возможные марки бетона варьируются от м 50 до м 1000. Наиболее распространенными в использовании являются марки от м 100 до м 500. На маркировку бетона влияет его процентное соотношение в составе раствора. Наиболее популярными классами бетона являются: В 7.5, В 10, В 12.5, В 15, В 20, В 22.5, В 25, В 30, В 35, В 40. Весь диапазон классов бетона варьируется от В 7.5 до В 40.

Марки бетона по прочности и классу

Класс бетона Rb , кгс/кв.см Rb ,МПа Ближайшая марка бетона
В3,5 46 4,6 М50
В5 65 6,5 М75
В7,5 98 9,8 М100
В10 131 13,1 М150
В12,5 164 16,4 М150
В15 196 19,6 М200
В20 262 26,2 М250
В25 327 32,7 М350
В30 393 39,3 М400
В35 458 45,8 М450
В40 524 52,4 М550
В45 589 58,9 М600
В50 655 65,5 М600
В55 720 72 М700
В60 786 78,6 М800

В зависимости от проекта строительства определяются необходимые класс и марка бетонной смеси. Если предварительного проекта нет, то в таком случае можно довериться мнению специалистов. Бывает такое, что строители не всегда разбираются в данном вопросе. В таком случае можно самостоятельно определить подходящий бетон.

Значения марки материала (м 50, м 100 и т.д) соответствуют среднему значению предельной прочности бетона на сжатие (кгс/см2). Для того чтоб проверить соответствие бетона заданным критериям проводят эксперимент: берут выдержанный проектный бетон и с помощью специально пресса сжимают отлитые пробные кубики из этой бетонной смеси.

Сейчас в строительстве в большинстве случаев используют такой показатель бетонной смеси, как ее класс. В общей сложности этот параметр аналогичен марке бетона, но имеет свои отличительные особенности. При определении марки материала используют среднее значение прочности, а при определении класса – берут этот критерий с гарантированной обеспеченностью. Вообще это не столь важно для обычного человека, поэтому не будем вдаваться в подробности. Главное знать, что во всей проектной документации указывается класс бетона. Согласно СТ СЭВ 1406 сегодня все требования к бетону указывают в классах. Правда не все соблюдают этот требование, поэтому большинство строительных организаций использует в своей деятельности марку бетона.

В первую очередь важно получить именно ту марку бетона, которая нужна именно для данного проекта. Есть возможность проверить заказ, но сразу сделать это не получиться. Для этого необходимо при разгрузке отлить парочку пробных форм размером 15х15х15 см. Для отлива можно использовать обычные доски. Перед заливкой смеси в форму, ящик следует обдать влагой, так как сухое дерево забирает влагу из бетона. Этот процесс оказывает негативное влияние на гидратацию цемента. Когда смесь залили в ящик, ее необходимо потыкать куском арматуры. Этот процесс напоминает толчение картофеля. Такая процедура необходима для того, чтоб исключить образование раковин и попадание воздуха. Для уплотнения смеси следует ударить молотком по бокам формы. Отлитые пробные формы следует хранить при температуре 200С и влажности воздуха 90%.
После того, как бетонная смесь в формах твердела 28 дней, ее можно отвезти в лабораторию для проведения эксперимента. Его результаты покажут или соответствует марка бетона на упаковке реальным его свойствам. Стоит отметить, что при твердении бетона существуют и промежуточные даты, по которым можно определить марку бетонной смеси (3,7 и 14 дней).

На какие моменты следует обратить внимание при формировании и хранении пробных форм:
• не нужно разбавлять бетонную смесь в автобетоносмесителе;
• пробы следует брать прямо с лотка бетоносмесителя;
• необходимо тщательно штыковать форму;
• хранить формы желательно в подвале или тени.

Это собственно вся информация о пробных кубиках. Если у Вас нет взятых проб, то специалисты экспериментальных лабораторий могут непосредственно на месте определить марку бетона. С этой целью используется прибор, который называется склерометр. Он работает на основе ударного импульса. Можно использовать и ультразвуковые методы определения прочности бетонной смеси.

Набор прочности бетонной смесью

Набор прочности бетона прямо пропорционален взаимодействию воды и цемента. В научной терминологии этот процесс носит название гидратации цемента. Он прекращается в том случае, если молодой бетон теряет жидкость. Замерзание и высыхание молодого бетона приводит к значительному ухудшению его прочностных характеристик. Молодым называют бетон, которому всего несколько недель. Стоит отметить, что если бетон стоит в нормальных условиях, хотя б неделю, то он уже набирает около 70% проектной прочности. Для того чтоб твердение бетона проходило хорошо, необходимо бороться с потерей влаги. Это приводит к остановке набора прочности бетонной смесью. Молодому бетону, как и ребенку, необходим уход и питание. Только для бетонной смеси нужна не молочная каша, а вода. Правильный уход за процессом гидратации будет способствовать долголетнему служению бетона в процессе эксплуатации.

При солнечной погоде свежеуложенный бетон рекомендуется накрыть мешковиной или пленкой ПВХ.

Если бетон только недавно уложили (1-5 дней), то его можно поливать водой. От этого хуже все равно не будет. При температуре ниже нуля возможно замораживание бетона. Это происходит за счет воды в его составе. Из-за этого процесс гидратации приостанавливается. Стоит отметить, что процесс гидратации может продолжиться весной, когда лед растает. Правда прочностные и морозостойкие свойства такого материала уже будут ниже. Если есть необходимость укладки бетона в зимний период, то лучше детально изучить особенности бетонирования в холодное время года. Существуют отдельные методики раннего замораживания бетона. В нее специально внедряют противоморозные добавки и укладывают при температурах до -300С. В этом виде бетон замерзает и ждет потепления. Именно тогда и начинается процесс гидратации.

Противоморозные добавки в этом случае выполняют функцию своеобразного стабилизатора. Это означает, что если бетон заливают при фактической температуре – 250С, а добавки предназначены с учетом температуры – 100С. За счет добавок повышение температуры до отметки – 50С – +50С не приведет к реакции замороженного бетона. Такие колебания температур характерны для начала весны, но бетонная смесь отлично переносит подобные скачки. Единственным моментом, на который следует обратить внимание, это запрет на использование таких конструкций в период колебаний температур. У бетона, как и у всех материалов, есть критическая прочность. Это показатель, после преодоления которого, на эксплуатационные характеристики бетона уже ничто не влияет. Это значение для разных марок бетона – разное. Низкие марки бетона имеют высокий показатель критической прочности, а высокие – наоборот. При нормальных условиях окружающей среды критическая прочность бетонной смеси достигается за сутки. Это значит, что начальный жизненный цикл бетона очень важен для дальнейшей его эксплуатации.

С таким явлением, как заморозка бетона необходимо бороться. Существуют разнообразные способы борьбы с замораживанием бетона:

Применение противоморозных добавок

Их еще называют ПМД. Их наличие не только не дает воде в бетонной смеси мерзнуть, но и способствует ускорению процесса твердения. Еще не так давно в качестве добавок использовали разнообразные соли, которые со временем разъедали арматуру. Сегодня разработали более щадящие смеси и препараты.

Системы электрического подогрева бетона

Разработаны специальные трансформаторы и электроды для подогрева бетонной смеси. Их использование идеально подходит для заливки бетона в зимний период. Но эти системы очень дорогие и практически недоступны частным застройщикам. Возникают проблемы с доставкой, арендой и монтированием подобных установок. Кроме того, такой трансформатор будет потреблять не один десяток КВт в час, что сразу же отбрасывает идею электрообогрева бетона. Ведь в загородных поселках нет таких подстанций, которые могли бы питать подобную систему;

Если средняя температура на улице не опускается ниже -20С, то бетон можно накрыть обычной пленкой ПВХ. Такой подход не всегда помогает, но если других вариантов нет, то попробовать можно. Но здесь бывает такое, что во время укладки температура одна, а потом резко холодает и пленка уже не спасет. Стоит знать, что гидратация проходит с выделением тепла, которое необходимо беречь. В таком случае можно применить дизельную или газовую пушку для того, чтоб закачивать теплый воздух под пленку. Не стоит забывать о том, насколько важны первые жизненные дни бетона.

Применение различных марок бетона

Бетон М-100 (В 7.5)

Главное назначение этой марки бетона состоит в подготовительных работах перед началом заливки цельных плит и фундаментов. В этом случае идет речь о бетонной подготовке. На подушку из песка укладывают тонкий слой бетонной смеси марки м 100 (В 7.5). После того, как бетон засыхает, проводят работы с арматурой.

Бетон М-150 (В 12.5)

Эту марку бетона также используют в подготовительных работах перед заливкой цельных плит и фундаментов. Кроме того, его используют для изготовления полов фундаментов, стяжек, бетонировании дорожек.

Бетон М-200 (В 15)

Эта марка чаще всего используется при изготовлении стяжек полов, отмосток, фундаментов, дорожек. Бетон М-200 (В 15) – один из самых востребованных в строительстве. У этой марки прочность дает возможность решать многие строительные задачи: изготовление плит и свайных фундаментов, лент, бетонных лестниц, площадок, дорожек, подпорных лестниц. Заводы, которые специализируются на изготовлении ЖБИ и ЖБК используют эту марку бетона для производства фундаментных блоков и дорожных плит.

Бетон М-250 (В 20)

Из этой марки бетона изготавливают монолитные фундаменты (плитные, ленточные, свайно-ростверковые), площадки, бетонные отмостки, дорожки, заборы, подпорные стены, лестницы, малонагруженные плиты.

Бетон М-300 (В 22.5)

Из этой марки бетона изготавливают монолитные фундаменты (плитные, ленточные, свайно-ростверковые), площадки, бетонные отмостки, дорожки, заборы, подпорные стены, лестницы.

Бетон М-350 (В 25)

Главное предназначение этой марки бетона заключается в изготовлении монолитных фундаментов, свайно-ростверковых ЖБК, ригелей, плит перекрытий, балок, колонн, чаш бассейнов, монолитных стен и других конструкций повышенной ответственности. Эту марку бетона чаще других используют при изготовлении ЖБИ. Из бетона М-350 (В 25) делают аэродромные плиты ПАГ, которые предназначены для эксплуатации при экстремальных нагрузках. Из этой марки бетона также делают многопустотные плиты для перекрытий.

Бетон М-400 (В 30)

Из этой марки бетона чаще всего изготавливают несущие конструкции для мостов, банковские хранилища, гидротехнические сооружения, специализированные ЖБИ и ЖБК, ригелей, колонны, балки, чаши для бассейнов и конструкции со специальными требованиями. Эту марку бетона используют очень редко. Использование бетона М-400 (В 30) строго регламентировано. Это связано с тем, что дальнейшая эксплуатация конструкций из него имеет повышенное значение.

Бетон М-450 (В 35)

Из этой марки бетона чаще всего изготавливают несущие конструкции для мостов, банковские хранилища, гидротехнические сооружения, специализированные ЖБИ и ЖБК, ригелей, колонны, балки, чаши для бассейнов, конструкции метрополитена, дамбы, плотины и другие ответственные конструкции.

Бетон М-500 (В 40)

Эту марку бетона чаще всего применяют при изготовлении несущих конструкций для мостов, банковских хранилищ, гидротехнических сооружений, специализированных ЖБИ и ЖБК, ригелей, колонн, балок, чаш бассейнов, конструкций метрополитена, дамб, плотин и других ответственных конструкций. Если посмотреть на все сертификаты и техническую документацию, то он будет обозначен, как м 550. Но по неизвестным причинам за этой маркой укрепилось простонародное название м 500.

Загрузка…

Зимнее бетонирование — Олен Бетон

Что происходит, когда падает температура?

Чем выше температура, тем быстрее протекает реакция гидратации между цементом и водой.

  • Снижение температуры бетона с 20° С до 10° С уменьшает скорость реакции на 50%!
  • При 5° С скорость набора прочности составляет всего 30% от нормальной (при 20° С)
  • Ниже 0° С скорость набора прочности ничтожно мала, а вода, замерзая, разрушает бетон изнутри.

По норвежским нормам критической считается прочность в 5 МПа. До набора этой прочности замораживание бетона не допускается. Ответственность за соблюдение этого требования несет подрядчик.
В России критическая прочность для разных условий составляет от 20% до 80% проектной прочности. Набрав критическую прочность, бетон выдерживает замораживание без последствий, а после оттаивания продолжает набирать прочность. Бетон, замороженный в первые дни, не набирает проектной прочности!

Что же делать?

  1. Подогрев бетонной смеси.
  2. Применение бетона с большим количеством цемента (более высокого класса по сравнению с проектом) для увеличения тепла гидратации.
  3. Применение химических добавок:
    • суперпластификатор Dynamon SX-N–для снижения количества воды в бетоне;
    • ускоритель схватывания Mapeset SA–для более раннего и интенсивного выделения тепла при твердении;
    • противоморозные добавки – для предотвращения образования льда при минусовой температуре.
  4. Укрытие, утепление забетонированной конструкции.
  5. Теплоизоляция опалубки.
  6. Прогрев (электро, инфракрасный).

Если конструкция массивная, то при гидратации цемента выделяется много тепла, и укрытие может быть достаточной мерой.

Однако, при малых объемах, длительной транспортировке, большой площади поверхности конструкции и контакте с холодным основанием и/или опалубкой простого укрытия недостаточно и необходимо предпринимать дополнительные меры.

Противоморозные добавки

Противоморозные добавки предотвращают образование льда вплоть до -20° С. Однако, для гидратации цемента нужна не только жидкая вода, но и тепло.

Мы рекомендуем проводить бетонные работы при температуре не ниже — 10° С, так как при более низкой температуре реакция практически прекращается. В качестве противоморозных добавок, как правило, применяются различные нитраты и нитриты.

Высокие дозировки противоморозных добавок усложняют технологию и увеличивают конечную стоимость бетона. Их влияние на свойства бетона неоднозначно. Некоторые из этих веществ ядовиты.

Мы рекомендуем применять подогретую бетонную смесь и утепление конструкции после бетонирования. Это предпочтительнее, чем применить противоморозные добавки, но при этом позволить бетону замерзнуть.

Уход за бетоном после укладки

Для успешного бетонирования укладка соответствующей бетонной смеси должна сопровождаться выдерживанием в корректных условиях твердения. Особенно важными являются первые критические часы и дни, когда трещины могут появиться, если бетону позволить высохнуть или замерзнуть.

Поэтому всегда нужно защищать бетон после укладки, и это особенно важно для высокопрочных бетонов. У таких бетонов пониженное водоцементное отношение, и они содержат меньше дополнительной воды, которая, выступая на поверхность в начальный период, может служить защитой от высыхания.

При бетонировании всех видов плит не забудьте предусмотреть работы по уходу за свежеуложенным бетоном:

  • нанесение пленкообразующих водоудерживающих составов сразу после укладки;
  • укрытие пленкой или другим водонепроницаемым материалом поверхности бетона;
  • увлажнение сразу по окончании схватывания как под, так и над пленкой;
  • выдерживание бетона укрытым в течение 2-3 дней и постоянно влажным в течение минимум 7 дней;
  • в результате тщательного ухода за бетоном после укладки Вы получите более качественный бетон, и сможете избежать появления трещин некоторых типов;
  • эта небольшая дополнительная работа окупается с лихвой!

Комплексный подход

Строительные работы в северных районах часто приходится выполнять в мороз и стужу. Поэтому работы с материалами на основе цемента и воды, требуют принятия дополнительных мер по предотвращению их замораживания.

В некоторых случаях достаточно следующих мер: отогрев основания и опалубки, прогрев конструкции, применение быстротвердеющих цементов, увеличение количества цемента, теплоизоляция опалубки, укрытие после бетонирования, снижение водоцементного отношения (количества воды), применение химических добавок.

Как правило, применение одного из методов не достаточно, и только комбинация нескольких мер позволяет достичь желаемых результатов.

Успехов Вам при производстве бетонных работ!

классы, определение и измерение прочности

Прочность бетона – важнейший показатель, характеризующий предел его сопротивляемости к механическому воздействию на сжатие. Он зависит от номенклатуры и соотношений компонентов, технологий укладки и трамбовки пластичной смеси, возраста бетонного продукта. Прочность бетона на сжатие измеряется в МПа или кгс/см2, характеризуется классом.

Определение прочностных характеристик по контрольным образцам

Определение марочной (проектной) прочности бетона в соответствии с ГОСТом 10180-2012 заключается в измерении минимальных усилий, при которых происходит разрушение контрольных образцов в возрасте 28 суток при статическом нагружении с постоянной скоростью возрастания нагрузки. Для этой цели применяют следующие образцы:

  • кубы с ребрами длиной 70 мм;
  • призмы размером 70х70х280 мм;
  • цилиндры с диаметром основания 70 мм.

Образцы разрушаются под прессом. Пределом кубиковой прочности, используемой при определении класса бетона, является давление, при котором начинается разрушение образца-куба. Призменная прочность равна 75% от кубиковой для бетона класса В25 и более, 80% – для класса ниже В25.

Виды прочности бетона

В строительной документации используются следующие понятия:

  • Требуемая прочность бетона. Это минимальное среднее значение, которое допускается проектной документацией для партии бетонных готовых смесей или конструкций.
  • Распалубочная прочность бетона. Ее величина регламентируется СНиПами. Минимальное значение для ненагруженных горизонтальных конструкций при пролете до 6 м составляет 70% от проектной прочности, более 6 м – 80%.
  • Критическая прочность – величина, характеризующая грань при наборе прочности, после которой бетон переходит в стабильное состояние и не нуждается в особом уходе. Это значение является важным при зимнем бетонировании. Опытным путем было доказано, что образцы, набравшие критическую прочность, после замерзания и оттаивания продолжают набор прочностных характеристик до достижения марочных значений. Если замораживание бетонной смеси произошло до достижения критического значения, то после оттаивания материал сможет набрать только 50% от запланированной марочной величины.

Таблица критической прочности бетонов разных классов

Класс прочности бетона на сжатие Критическая прочность в % от марочной
В3,5-В12,5 Не менее 50%
В15-В22,5 Не менее 40%
В30 и более Не менее 30%
  • Передаточная прочность бетона – минимальная величина, при которой бетонные и железобетонные изделия могут выдерживать воздействия, характерные для разгрузочно-погрузочных работ и транспортных перевозок. Потребность в назначении этой величины возникает в основном на предприятиях, производящих бетонные и железобетонные изделия. Ждать, пока продукция достигнет марочных прочностных характеристик, слишком невыгодно для компании-производителя. Поэтому ЖБИ продают с таким расчетом, что они должны набрать марочные характеристики до приложения эксплуатационных нагрузок.

Способы измерения прочности бетона

Существует несколько технологий неразрушающего контроля прочностных характеристик бетонных изделий и конструкций.

Механические

Для таких испытаний применяют:

  • Молотки Фидзеля – инструменты, действие которых базируется на пластической деформации. Прочностные характеристики определяются измерением диаметров оставляемых отпечатков и их сравнением с результатами лабораторных испытаний.
  • Молотки Кошкарова. Оставляют два отпечатка – на изучаемом элементе и эталонном образце. Прочностные характеристики определяют с помощью тарировочного графика по соотношению этих двух отпечатков.
  • Пистолеты ЦНИИСКа и Борового. Исследования проводятся путем измерения отскока бойка от бетонной поверхности.

Ультразвуковой

Этот метод основывается на связи, которая существует между прочностными характеристиками материала и скоростью прохождения по нему ультразвуковых волн. Прозвучивание может быть сквозным и поверхностным. Первый метод применяется для протяженных бетонных элементов – колонн, ригелей, опор, второй – для плоских и ребристых строительных конструкций. Акустический контакт между строительным элементом и ультразвуковым прибором может быть сухим (с помощью протекторов и конусных насадок) и вязким (с использованием солидола и подобных вязких материалов).

Дата публикации: 08.05.2019

Поделиться ссылкой:

Производим и предлагаем продукцию:

Читайте также:

Все статьи

Критические свойства бетона: Часть I

Полную версию статьи можно найти здесь.

Понимание важнейших свойств бетона обеспечивает успех при смешивании, транспортировке, укладке, отделке и обслуживании высококачественного покрытия. Требования могут меняться в зависимости от предполагаемого использования дорожного покрытия и необходимых функций участка. Таким образом, важно, чтобы подрядчик, поставщик бетона и владелец собственности поддерживали открытую коммуникацию о решениях и о том, как эти детали повлияют на результат работы с бетоном.

Однородность смеси: что нужно знать

Когда дело доходит до однородности, общая цель — сохранить однородную поверхность, даже если вы будете использовать различные материалы. Экологические и материальные факторы всегда меняются в зависимости от проекта. Несмотря на то, что эти изменения ожидаются, определенные свойства могут быть сохранены для каждой партии. Эти усилия помогают избежать предотвратимых проблем в конечном продукте.

Свойства материалов необходимо контролировать на каждом этапе, при необходимости корректируя пропорции.Вместо дозирования по объему всегда лучше дозировать по массе.

Вот некоторые из факторов, которые могут повлиять на однородность:

  • Сырье: Наилучшие результаты достигаются, когда весь цемент поступает из одной партии.
  • Дозирование: Измерение ингредиентов и добавление их в миксер по возможности следует производить по массе.
  • Операции смешивания: Этот шаг необходим для обеспечения равномерного распределения ингредиентов смеси.

Для измерения однородности бетона можно использовать различные тесты. Эти испытания могут включать в себя удельный вес, осадку, содержание крупного заполнителя, содержание воздуха, прочность на сжатие и т. Д. Для оценки однородности важно оценить репрезентативные образцы.

Обрабатываемость бетона

Термин «удобоукладываемость» означает легкость укладки и уплотнения бетона. Хорошая удобоукладываемость не только улучшает способность подрядчика укладывать свежий бетон.Но удобоукладываемость также влияет на плотность после затвердевания бетона. Многие отраслевые эксперты сходятся во мнении, что удобство использования — важный показатель единообразия.

На удобоукладываемость свежего бетона влияют несколько характеристик:

  • Содержание воды
  • Агрегаты
  • Цемент
  • Дополнительные вяжущие материалы
  • Вовлеченный воздух
  • Добавки
  • Температура
  • Время

Не только правильная работоспособность необходима для факторов окружающей среды и конечных целей, но также важно оценить, как на работоспособность будут влиять используемые инструменты.Если вы испытываете изменения в удобоукладываемости бетона, это свидетельствует об изменении других факторов, таких как окружающая среда, пропорции или сырье.

Общие испытания для измерения удобоукладываемости бетона включают испытание на оседание, испытание на коэффициент уплотнения, испытания на проникновение и испытание Вебе.

Проблемы, связанные с расслоением бетонных материалов

Если крупный заполнитель в бетоне отделяется от раствора, могут возникнуть общие проблемы.Обычно эта сегрегация приводит к снижению прочности и прочности бетона. Вполне вероятно, что бетон потрескается и усадится, или его текстура может быть слишком жесткой при укладке бетона.

К счастью, сегрегацию легко предотвратить с помощью правильных профилактических мер. Самое главное — использовать хорошо отсортированный заполнитель. Также следите за текстурой бетона при его укладке. Вы видите, что крупные агрегаты движутся с другой скоростью, чем более мелкие частицы и строительный раствор? Этот видимый сигнал легко идентифицировать.Если эта проблема обнаружена, важно как можно скорее связаться с заводом по производству смесей, чтобы можно было отрегулировать пропорции смеси.

Кровотечение на недавно уложенном бетоне

При новой укладке бетона вы можете увидеть появление воды на поверхности бетона. Более тяжелые частицы оседают, вынося воду на поверхность. Небольшое кровотечение полезно, чтобы избежать растрескивания на поверхности из-за быстрого испарения воды, из-за чего бетон быстро высыхает.

Когда происходит чрезмерное кровотечение, под крупными частицами заполнителя часто остаются пустоты. Кроме того, поверхность может размягчиться из-за изменения соотношения водоцементных материалов.

В идеальных условиях отверждение и окончательная обработка будут происходить после окончания кровотечения. Эту реакцию вытекания можно уменьшить, увеличивая количество мелкодисперсных частиц, а также используя водовосстанавливающие добавки и воздухововлекающие частицы.

Укладка бетона

В конце концов бетон затвердеет, а это означает, что удобоукладываемость теряется из-за затвердевания бетона.Химический состав смеси влияет на скорость схватывания. Например, если вам нужно замедлить схватывание, вы можете выбрать гранулированный доменный шлак или летучую золу класса F. С другой стороны, также возможно ускорение настройки в зависимости от повышения температуры.

Эти факторы имеют решающее значение для успешного размещения материалов. Установленная временная шкала влияет на график, когда материалы могут быть размещены и закончены. График совместной распиловки также необходимо скорректировать в зависимости от времени схватывания бетона.

Прочность бетона выдерживать ожидаемые нагрузки

Одно из неверных предположений в промышленности состоит в том, что прочность бетона является хорошим показателем качества бетона. Но прочность — не единственный фактор, влияющий на долговечность и характеристики дорожного покрытия.

Прочность — это измерение, определяющее способность бетона противостоять силам или напряжениям и выдерживать ожидаемые нагрузки. Если нужна повышенная прочность, то нужно скорректировать соотношение воды и цемента.Кроме того, более высокие температуры ускоряют набор прочности. Увеличение содержания воздуха также может иметь значение, поскольку более высокое содержание воздуха приводит к снижению прочности.

При испытании на прочность важно смотреть на изгиб (изгиб) и сжатие бетона. В большинстве случаев прочность на сжатие у бетона намного выше, чем на изгиб.

Можно определить раннюю прочность на стройплощадке, оценив как температуру, так и измерения времени.Тестирование необходимо проводить на этапе проектирования смеси, а также на месте с полевыми испытаниями. В зависимости от используемой смеси прочность бетона может быть достигнута от нескольких часов до нескольких дней.

Коэффициент Пуассона и модуль упругости

Как правило, модуль упругости часто коррелирует с количеством и типом заполнителя, а также прочностью бетона. Измерение модуля упругости (также известного как жесткость) бетона определит, как материалы будут выдерживать нагрузку.Эти тесты помогают определить риск появления трещин.

Коэффициент Пуассона

— это инструмент, который часто используется для измерения прогиба. На эластичность могут влиять различные факторы, которые являются теми же факторами, которые перечислены выше, которые влияют на прочность бетона.

Важные факторы, которые следует учитывать при определении прочности и рабочих характеристик бетона

Вот важные детали, которые необходимо оценить при укладке бетона:

  • Усадка: Когда объем или длина бетона уменьшается, это называется усадкой.Эта проблема обычно возникает из-за механизмов во время смешивания и укладки, которые влияют на потерю влаги в бетоне. Часто усадка увеличивается, когда в бетоне больше воды.
  • Влияние температуры: При гидратации бетона выделяется тепло, что увеличивает риск растрескивания. При повышении температуры бетон расширяется. Затем бетон снова дает усадку после охлаждения. Расширение и сжатие различаются в зависимости от типа используемых заполнителей.Если температура повысится, это ускорит скорость гидратации и время схватывания. Задача укладки бетона в условиях холодного климата — предотвратить замерзание, чтобы можно было набрать прочность.
  • Проницаемость: Если вы хотите повысить долговечность, важно контролировать проникновение жидкостей. Необходимо уменьшить проницаемость бетона, чтобы снизить риск растрескивания и других распространенных проблем. Лучшие стратегии по снижению проницаемости — это регулировка соотношения водоцементных материалов, увеличение гидратации, применение надлежащих методов отверждения и использование дополнительных вяжущих материалов.
  • Морозостойкость: В холодном климате морозостойкость является важным фактором, который следует учитывать. Если у дорожного покрытия проблемы с морозостойкостью, существуют риски из-за повреждений от замерзания-оттаивания, образования D-трещин, образования солей и всплывающих окон. Несколько шагов могут помочь улучшить морозостойкость, например, поддержание системы воздушных пустот для обеспечения пространства для движения расширяющейся воды, достижение соответствующей прочности, использование качественных материалов, использование передовых методов на каждом этапе смешивания и укладки, а также защита бетон, чтобы обеспечить достаточный набор прочности перед воздействием отрицательных температур и солей.
  • Сульфатостойкость: Когда сульфаты вступают в контакт с бетоном, может происходить реакция с гидратированным трехкальциевым алюминатом. В результате расширяющиеся кристаллы проникающих солей могут повредить цементное тесто и вызвать растрескивание. Эти проблемы становятся более серьезными, когда дорожное покрытие подвергается циклам влажной и сухой уборки. Чтобы снизить риск сульфатной атаки, стремитесь к низкой проницаемости и используйте смесь с низким содержанием водоцементных материалов.
  • Щелочно-кремнеземная реакция (ASR): Повреждение бетона не всегда совпадает с присутствием геля ASR.Чтобы контролировать растрескивание и расширение из-за ASR, можно сделать несколько вещей, таких как использование инертных заполнителей, получение правильной смеси, использование надлежащих пропорций дополнительных вяжущих материалов и использование смешанных цементов или соединений лития.
  • Сопротивление истиранию: Бетон должен противостоять поверхностному износу, который известен как сопротивление истиранию. Этот фактор важен для обеспечения правильного сопротивления скольжению и текстуры поверхности бетона. Чтобы улучшить сопротивление истиранию, выбирайте твердые и прочные заполнители, используйте бетон с высокой прочностью на сжатие и следите за правильными методами отделки и отверждения.

Обзор раннего возраста растрескивания

Изменения влажности и температуры влияют на расширение и усадку бетона, что может привести к растрескиванию, когда усадка превышает прочность бетона. Одна из стратегий управления местоположением и количеством усадочных трещин — своевременное размещение стыков с использованием оптимальной глубины и расстояния.

При правильных методах работы можно снизить риск растрескивания, включая все распространенные типы трещин: продольные трещины, случайные поперечные трещины, трещины пластической усадки, трещины карты, краевые и угловые трещины и т. Д.

Вот некоторые из стратегий, используемых на этапах планирования и размещения, чтобы уменьшить растрескивание в раннем возрасте:

  • Размещение стыков: Большинство бетонных покрытий имеют стыки, что помогает контролировать образование трещин. Необходимо предпринять стратегические шаги для планирования расположения, количества и размера сужающихся суставов. Размещение стыков создает естественную плоскость ослабления, если стыки пропиливаются с правильной глубиной, шагом и синхронизацией.
  • Методы отверждения: Необходимо выполнить определенные действия, основанные на контроле температуры и влажности, которые могут повлиять на место и степень растрескивания.Эти факторы различаются в зависимости от материалов и факторов окружающей среды. Отверждение помогает бетону развить прочность до появления напряжений из-за усадки.
  • Выбор материалов: Усадку можно контролировать с помощью тщательного управления составом смеси и используемыми материалами. Оптимизируйте количество и размер крупного заполнителя и избегайте чрезмерного использования вяжущих материалов. Кроме того, рассмотрите возможность использования водоредуцирующих добавок для предотвращения усадки при высыхании.
  • Контроль влажности: Растрескивание пластической усадки можно предотвратить с помощью контроля влажности. Раннее высыхание увеличивает риск коробления, что может привести к усталостному растрескиванию. Контроль влажности всегда является важным шагом для предотвращения растрескивания, и лучшая стратегия — использовать правильные методы отверждения. После того, как бетон будет готов, как можно скорее нанесите отвердитель. Кроме того, замедлитель испарения можно нанести на поверхность бетона до завершения отделки, если вы заметите высокую скорость испарения.
  • Контроль температуры: Изменения температуры бетона будут влиять на скручивание или усадку, что приводит к случайному поперечному или продольному растрескиванию. Температурой можно управлять, выбирая вяжущие материалы, которые уменьшают скорость гидратации и нагревания. Избегайте использования тонких вяжущих материалов. Рассмотрите возможность использования охлажденной воды или льда, чтобы снизить температуру используемого свежего бетона. Кроме того, избегайте укладки бетона в самое жаркое время дня.Когда бетон застывает, также важно защитить бетон от значительных изменений температуры окружающей среды. Бетон можно изолировать с помощью полиэтиленовых листов или одеял, чтобы уменьшить потери тепла с поверхности бетона.
  • Единая опора: Не упускайте из виду важность единообразной опоры для предотвращения трещин. Перед укладкой бетона необходимо тщательно подготовить основание и земляное полотно.

Полный текст статьи можно найти здесь.

Прогноз критической прочности антифриза бетона младенческого возраста | Интернет-исследования в области здравоохранения и окружающей среды (HERO)

ID ГЕРОЯ

6877498

Тип ссылки

Журнальная статья

Заголовок

Прогноз критической прочности антифриза бетона младенческого возраста

Авторы)

Цзюнь, Лю; Лю Жунцин; ,

Год

2008 г.

Проверяется коллегами?

да

Журнал

Журнал Уханьского технологического университета — материаловедение, издание
ISSN: 1000-2413
EISSN: 1993-0437

Издатель

ЖУРНАЛ WUHAN UNIV TECHNOLOGY

Место расположения

УХАНЬ

Номера страниц

272–275

DOI

10.1007 / s11595-006-2272-6

Идентификатор Web of Science

WOS: 0002557332

Абстрактный

Исследованы закономерности повышения прочности бетона младенческого возраста при низких температурах и комплексном воздействии факторов. Создана эффективная и надежная математическая модель прогнозирования критической прочности антифриза для бетона младенческого возраста при низких температурах на строительной площадке.На основе пересмотра коэффициента эквивалента бетона при комплексных влияющих факторах применяется метод аппроксимации кривой наименьших квадратов для аппроксимации прочности бетона при стандартном отверждении, и формула прогноза прочности бетона на сжатие может быть получена при естественных температурных условиях с помощью различных воздействий. . Когда количества двойного легирования составляют 10% летучей золы и 4% кремнеземных паров в качестве замены цемента, критические изменения прочности антифриза составляют 3,5-4,1 МПа при различных низкотемпературных отверждениях.Может быть получена формула коррекции эквивалентного коэффициента бетона при низкой температуре, на которую влияют различные факторы. Полученный эквивалентный коэффициент подходит для расчета прочности, которая составляет от 10% до 40% от стандартной прочности, и температуры отверждения от 5 до 20 ° C. Прогнозируемое значение критической прочности бетона против замерзания при низких температурах может быть достигнуто путем комбинирования бетона. значение критической прочности антифриза с прогнозом прочности на сжатие бетона младенческого возраста при низких температурах.Затем излагается теория контроля качества строительства при низких температурах.

Критический анализ прочности и долговечности бетонных балок, скрепленных снаружи с помощью FRP

1.Введение

Упрочнение и ремонт изношенных бетонных элементов методом внешнего скрепления зарекомендовали себя как успешный метод. Стальные листы широко известны благодаря их хорошей прочности, пластичности и однородным свойствам (Oehlers, 1992). Однако, подвергаясь воздействию открытых сред, сталь будет страдать от коррозии, а затем и от потери толщины. В результате площадь поперечного сечения будет уменьшена, что приведет к снижению прочности прикрепленной пластины.Этого вредного воздействия можно избежать, если покрыть пластину любым антикоррозионным материалом, например, асфальтом или маслом. Однако эти методы защиты могут значительно увеличить стоимость укрепления и обслуживания. Отсутствие характеристик стальных листов в определенных условиях сместило интерес к альтернативным упрочняющим материалам, таким как армированный углеродным волокном полимер (CFRP), стеклопластик (GFRP), арамидный FRP (AFRP) и базальтовый FRP (BFRP). Из этих стеклопластиков могут быть изготовлены листы, ламинаты или арматура.

FRP считаются одними из наиболее подходящих упрочняющих материалов в настоящее время из-за их коррозионной стойкости, высокого отношения прочности к весу, высокого отношения жесткости к весу, высоких энергопоглощающих свойств и простоты установки (Aslam, Shafigh, Jumaat , & Shah, 2015; Oehlers & Seracino, 2004; Teng, 2002). Таким образом, они используются для укрепления старых конструкций, таких как мосты, где важную роль играет транспортировка. Они также используются для сейсмической модернизации. Исследование, проведенное Фамом и Хао (2016), показало, что стеклопластик можно использовать для повышения ударопрочности за счет увеличения поглощения энергии и несущей способности.Каждый тип вышеупомянутых FRP имеет свои преимущества и недостатки.

AFRP обладает хорошей коррозионной стойкостью и усталостными свойствами. Однако его низкая эффективность против кислот и щелочей сместила акцент на углепластик. Углепластик имеет более высокую химическую стойкость, более высокую термостойкость и более высокую стойкость к усталости в дополнение к высокому отношению прочности к весу по сравнению с другими типами стеклопластиков (Li, Guo, & Liu, 2008; Wu, Wang, Yu, & Li, 2009 г.). Эти характеристики сделали углепластик более предпочтительным в упрочняющих приложениях.Тем не менее, углепластик имеет низкую пластичность. Чтобы эффективно использовать высокую прочность углепластика и хорошую пластичность стеклопластика, они используются в виде комбинированных слоев для усиления конструкций (Li et al., 2008).

Исследования (Aslam et al., 2015; Li et al., 2008; Oehlers & Seracino, 2004; Pham & Hao, 0000; Teng, 2002; Wu et al., 2009) показали, что напряжения передаются от бетона к FRP через облигацию. Следовательно, характеристики интерфейса FRP-к-бетон имеют основополагающее значение для оценки поведения конкретных усиленных элементов.В настоящей работе методы испытаний, используемые для оценки прочности сцепления, обсуждаются и сравниваются для определения преимуществ и недостатков каждого метода. Затем представлены и обсуждаются геометрические факторы (соотношение ширины стеклопластика и бетона), механические факторы (прочность бетона на сжатие, адгезионная жесткость и другие) и факторы окружающей среды (влажность, температура и другие), влияющие на прочность сцепления, для определения доминирующих факторов. Предлагаемые модели для прогнозирования прочности сцепления также представлены с акцентом на наиболее точную.

В статье также представлен критический обзор прочности на изгиб, сдвиг и усталость бетонных балок, соединенных снаружи с помощью стеклопластика. В нем обсуждаются возможные режимы отказа армированных FRP балок и факторы, влияющие на эти режимы. Важность текущей работы определяется всесторонним обзором большого количества исследований, в которых значительное внимание уделяется самым последним. Кроме того, в нем основное внимание уделяется недавно предложенным моделям и процедурам проектирования, которые дают приемлемый прогноз прочности на изгиб, сдвиг и усталость бетонных балок, усиленных FRP.

2. Мотивация к исследованиям

За последние два десятилетия было проведено большое количество исследований для оценки поведения бетонных элементов, усиленных FRP. Следовательно, исследователям, интересующимся этой темой, требуются большие усилия и время, чтобы пройти большинство этих исследований. Цель данной статьи — предоставить обширный обзор работы, проделанной в этой области, где более пристальное внимание уделяется недавним открытиям. Это также указывает на области, которые не были полностью изучены и нуждаются в дополнительных исследованиях.

3. Методы усиления FRP

Существуют различные методы усиления, используемые для модернизации и усиления изношенных бетонных балок. Самый распространенный метод — это внешнее армирование (EBR) (Yao, Teng, & Chen, 2005). В этом методе лист FRP или полученный ламинат прикрепляется к поверхности растяжения бетонных балок с помощью смолы. Шлифовка и сглаживание растянутой поверхности бетона предшествуют прикреплению FRP. Иногда грунтовка используется для улучшения характеристик сцепления между стеклопластиком и бетонной поверхностью.Другой метод усиления — это монтаж на поверхности (NSM). В этом методе на растянутой поверхности бетонной балки делают пазы или прорези. Затем стержни или ламинаты из стеклопластика вставляются внутрь этих канавок и прикрепляются с помощью любого связующего. Этот метод более популярен для усиления систем, где добавление нового слоя может повлиять на их производительность, например, места отрицательных моментов в непрерывных мостах. Другой метод укрепления, о котором сообщалось в других исследованиях, — это использование отдельных анкеров типа гвоздя без связующего вещества (Chahrour & Soudki, 2005; Kim & Heffernan, 2008).На рисунке 1 показаны три метода усиления. Среди вышеупомянутых методов усиления эта статья посвящена подробному рассмотрению EBR.

Критический обзор прочности и долговечности бетонных балок, скрепленных снаружи с помощью FRP https://doi.org/10.1080/23311916.2018.1525015

Опубликовано онлайн:
8 октября 2018 г.

Рисунок 1.Техника укрепления (а) EBR (б) NSM и (в) внешняя фиксация с помощью гвоздей (Kim & Heffernan, 2008).

4. Связующие характеристики FRP

Связь между FRP и бетоном имеет решающее значение для передачи напряжений от бетона к FRP. Разрушение связи является доминирующей формой отказа для FRP. Таким образом, прочность сцепления между бетоном и FRP является ключевым фактором при оценке прочности бетонных балок, усиленных FRP. Исследователи (Chahrour & Soudki, 2005; Kim & Heffernan, 2008; Lu, Teng, Ye, & Jiang, 2005; Xiong, Jiang, Liu, & Chen, 2007; Yao et al., 2005) использовали свойство сцепления-проскальзывания для оценки предельной прочности границы раздела. Важно отметить, что термин «граница раздела», используемый в этой статье, относится к межфазной части соединения FRP-бетон, включая FRP, клей и тонкий слой бетона под клеем.

4.1. Методы тестирования

На сегодняшний день нет единого мнения о стандартизированном испытании сцепления для исследования параметров, влияющих на прочность границы раздела (Serbescu, Guadagnini, & Pilakoutas, 2013).Тем не менее, прилагаются все большие усилия для защиты одного из испытаний на одинарный сдвиг (SST), испытания на двойной сдвиг (DST) или испытания на балку (BT) в качестве стандартных испытаний на склеивание. Однако у каждого из них есть свои плюсы и минусы.

4.1.1. Испытание на одинарный сдвиг

Это испытание на одинарный сдвиг, потому что только определенная длина листов FRP будет прикреплена к бетонной основе. Остальная часть длины свободна, ее конец поврежден испытательной машиной. Этот метод испытаний также известен как двухтактная схема, потому что бетонный блок находится под толкающей нагрузкой, а арматура из стеклопластика — под растягивающей силой.В испытательной установке меньше деталей, чем в других, что упрощает изготовление и использование. Это также обеспечивает менее искаженные данные. Более того, он может легко контролировать угол приложенной нагрузки; следовательно, могут быть введены различные режимы загрузки (Bencardino, Condello, & Ashour, 2017). Поэтому многие исследователи применили этот метод тестирования для определения свойств сцепления-скольжения (Ghorbani, Mostofinejad, & Hosseini, 2017; Gravina, Aydin, & Visintin, 2017; Zhang et al., 2017; Zhang, Smith, & Gravina, 2016; Zhang , Smith, Gravina, & Wang, 2017).Тем не менее, он не смог смоделировать поведение сцепления-проскальзывания реального упрочняющего приложения (Serbescu et al., 2013). На рисунке 2 показана одна из тестовых конфигураций, используемых исследователями (Bilotta, Di, & Nigro, 2011).

Рис. 2. Испытание на одинарный сдвиг (Билотта и др., 2011).

4.1.2. Испытание на двойной сдвиг

В этой методике испытаний обе части листа или плиты FRP прикреплены к двум отдельным бетонным блокам. Этот метод также известен как тягово-тянущая схема, потому что и арматура из стеклопластика, и бетонный блок находятся под растягивающей нагрузкой.Благодаря тому, что обе стороны были прикреплены к отдельным бетонным блокам, этот метод испытаний позволил лучше представить реальную ситуацию с укреплением. Однако он не смог имитировать напряжение отслаивания, возникающее в элементах изгиба (Serbescu et al., 2013). В качестве альтернативы, в то время как испытание на двойной сдвиг может имитировать нарушение сцепления с отрывом, вызванное межфазным напряжением сдвига, оно не может имитировать нарушение сцепления с отрывом, вызванное напряжениями сдвига и изгиба. Более того, этот метод требует особого внимания при детализации и использовании, чтобы гарантировать стабильные результаты.Другими словами, результаты, полученные с помощью этого метода тестирования, чувствительны к геометрии и выравниванию бетонного блока (Bilotta et al., 2011). На рисунке 3 показаны некоторые схемы тестирования (Serbescu et al., 2013).

Рис. 3. Испытание на двойной сдвиг (Serbescu et al., 2013).

4.1.3. Образец балки

Межфазные напряжения между арматурой FRP и бетонной основой могут быть лучше всего представлены методом испытания на изгиб с использованием образца балки. Однако с этим образцом неудобно обращаться и использовать в качестве стандартного теста на сцепление.Кроме того, этот метод испытаний не может дать представление о заранее определенном режиме отказа, таком как промежуточное расслоение под действием вытягивания / отслаивания. Так, модификации были предложены Паном и Леунгом (Pan & Leung, 2007) с использованием двух блоков. Один из них был бетонным, а другой — стальным. Два блока прикреплены друг к другу с помощью стальной петли сверху. Однако лист FRP прикреплен к нижней поверхности двух блоков, как показано на рисунке 4. Эти модификации сделали этот образец более сложным и далеко не рассматриваемым в качестве стандартного теста для ситуаций на месте.

Рис. 4. Установка образца пучка (Pan & Leung, 2007).

4.2. Параметры, влияющие на прочность связи

Исследования (Chahrour & Soudki, 2005; Mukhopadhyaya & Swamy, 2001; Teng, 2002) показали, что несколько параметров контролируют прочность связи на границе раздела FRP. Эти параметры включают эффективную длину склеивания, соотношение ширины стеклопластика и бетона, прочность бетона на сжатие, осевую жесткость стеклопластика, адгезионную жесткость, адгезионную прочность и подготовку бетонной поверхности.Более того, было доказано, что факторы окружающей среды, такие как влажность, замораживание-оттаивание, температура и другие, имеют большое влияние на прочность и долговечность склеивания. Поэтому они привлекли внимание многочисленных недавних исследований (Heshmati, Haghani, & Al-Emrani, 2015; Shrestha, Ueda, & Zhang, 2015).

4.2.1. Эффективная длина соединения

Напряжение растяжения передается от листа FRP к бетонной поверхности по кратчайшему пути через прямой сдвиг. Это напряжение начинает экспоненциально уменьшаться по мере удаления от точки максимального напряжения к концу пластины.Таким образом, эффективная длина соединения может быть определена как минимальная длина, необходимая для передачи максимального растягивающего напряжения от бетонной основы к листу или пластине из стеклопластика посредством прямого сдвига. Хотя экспериментально сложно определить точное распределение связей, эффективную длину связи можно оценить как расстояние от нагруженного конца до точки, где локальное напряжение стремится к нулю (Serbescu et al., 2013). Стоит отметить, что эффективная длина соединения относительно постоянна в зависимости от приложенной нагрузки.Другими словами, длина скрепления, необходимая для передачи напряжения скрепления, не увеличивается по мере увеличения приложенной нагрузки.

Xiao, Li и Zha (2004) исследовали эффективную длину соединения стекловолокна E, поместив несколько тензодатчиков на верхнюю часть поверхности FRP в испытании на двойной сдвиг. Затем нагрузку постепенно увеличивали. Было замечено, что тензодатчики вдали от нагруженного конца не регистрировали никаких изменений деформации по мере увеличения нагрузки, как показано на рисунке 5 (а). Аналогичный вывод был получен Ko, Matthys, Palmieri и Sato (2014), когда они исследовали прочность связи углеродного волокна, как показано на рисунке 5 (b).Из того же рисунка видно, что кривизна профиля деформации меняется на противоположную, когда приложенная нагрузка достигает 98% от предельной нагрузки. Это изменение кривизны может быть связано с началом отслаивания.

Критический обзор прочности и долговечности бетонных балок, скрепленных снаружи с помощью FRP https://doi.org/10.1080/23311916.2018.1525015

Опубликовано в Интернете:
8 октября 2018 г.

Рис. 5. Распределение деформации при различных нагрузках (a) GFRP (b) CFEP и (c) GFRP по сравнению с CFRP.

На рис. 5 (c) сравниваются экспериментальные результаты распределения деформации GFRP и CFRP, исследованные Xiao et al. (2004) и Ко и др. (2014) соответственно. Видно, что при 59% предельной нагрузки обе кривые имеют одинаковые профили. Однако деформации в образцах с усилением углепластика регистрировались на большем расстоянии. Это можно объяснить более высокой осевой душностью, E f t f углеродного волокна.Следовательно, углеродное волокно может иметь более длинную эффективную длину скрепления, чем стекловолокно. Важно отметить, что Ko et al. (2014) зафиксировали деформацию на расстоянии 10 мм от нагруженного конца. Тем не менее, Xiao et al. (2004) записали это прямо поверх загруженных концов. Это различие сделало начальную деформацию GFRP выше, чем CFRP.

Teng, Smith, Yao, and Chen (2003) предложили следующее упрощенное выражение для точной оценки эффективной длины облигации: (1) Le = Eftffc ′ (1)

Seracino, Raizal Saifulnaz, and Oehlers (2007). ) предложил следующую общую модель для определения эффективной длины соединения как FRP с внешней связью, так и с поверхностной связью FRP.(2) Le = π2λ (2) (3) λ2 = τmaxLperδmaxEfAf (3) (4) Lper = 2dfl + bfl (4) (5) τmax = 0.802 + 0.078φffc′0.6 (5) (6) δmax = 0.97φf0 .5260.802 + 0,078φf (6) (7) φf = dflbfl (7)

, где d fl и b fl — длина плоскости разрушения, перпендикулярной поверхности бетона (глубина в бетонном покрытии ) и длина плоскости разрушения, параллельной бетонной поверхности, соответственно, как показано на рисунке 6.

Критический анализ прочности и долговечности бетонных балок, скрепленных снаружи с помощью FRPhttps: // doi.org / 10.1080 / 23311916.2018.1525015

Опубликовано на сайте:
8 октября 2018 г.

Рис. 6. Плоскость разрушения (a) FRP, прикрепленный снаружи, и (b) NSM, монтируемый на поверхности (Seracino et al., 2007).

Уже определено, что увеличение приложенной нагрузки приведет к растрескиванию и ослаблению эффективной площади соединения. Следовательно, чтобы преодолеть чрезмерную нагрузку, склейку смещают в следующую зону.Это смещение эффективной зоны скрепления продолжается по мере увеличения нагрузки до тех пор, пока не будет достигнут конец листа. Таким образом, в отличие от арматуры с внутренней связью, увеличение длины анкеровки FRP с внешней связью не приведет к увеличению ее прочности. Однако это улучшает пластичность балки.

4.2.2. Соотношение ширины FRP и бетона и прочность бетона на сжатие

Исследования (Билотта и др., 2011; Serbescu и др., 2013) показали, что ширина FRP и прочность бетона на сжатие напрямую влияют на характеристики сцепления FRP.Таким образом, аналитические отношения считали их влиятельными факторами. Thomsen, Spacone, Limkatanyu и Camata (2004) показали, что увеличение ширины FRP уменьшит связующие напряжения в интерфейсе FRP-к-бетону, обеспечивая более высокую прочность на изгиб. Yao et al. (2005) исследовали соотношение ширины FRP и бетона ( b f / b c ) и осевую жесткость. Они пришли к выводу, что прочность связи увеличивается по мере приближения этого отношения к 1. Ko et al. (2014) проанализировали факторы, влияющие на поведение сцепления «напряжение-проскальзывание».Один из их выводов заключается в том, что прочность бетона является доминирующим фактором. Следовательно, новая модель была получена с учетом только прочности на сжатие.

4.2.3. Подготовка бетонной поверхности

Хотя международные руководящие принципы проектирования, такие как ACI 440 2R (комитет ACI 440, 2008) и CNR-DT 200 (CNR, 2013), предоставляют общие рекомендации по подготовке бетонной поверхности, они не дают четкой оценки эффекта этих приготовлений по емкости облигаций. Одна из этих рекомендаций — использовать струи воды под высоким давлением и шлифование для удаления изношенных слоев бетона.Тем не менее, другие исследования (Al-Tamimi, Ozkul, Azzam, & Sabetnia, 2011; Arya, Clarke, Kay, & O’Regan, 2001) показали, что подготовка с высокой ударной нагрузкой, такая как удар молотком, может ослабить поверхность бетона.

Было замечено, что на шероховатой поверхности может возникать в два раза большее локальное напряжение, чем на гладкой. Таким образом, коэффициент β, который представляет собой соотношение между максимально достижимым напряжением сцепления и прочностью бетона на сдвиг, был введен Serbescu et al. (2013) для учета шероховатости поверхности.Результаты испытаний показали, что β находится в диапазоне от 0,55 для гладких поверхностей до 0,85 для шероховатых поверхностей. Для поверхностей, которые хорошо подготовлены и покрыты грунтовкой, связующая способность имеет тенденцию быть близкой к прочности бетона на сдвиг, и β становится 1.

4.2.4. Влагостойкость FRP

Различные условия окружающей среды могут вызвать преждевременное разрушение структурных элементов, усиленных FRP. Это влажность, щелочь, перепады температур, ультрафиолетовое излучение и другие.Однако из всех этих параметров преобладающим фактором является влажность (Karbhari et al., 2003; Shrestha et al., 2015). Таким образом, влага — единственный фактор окружающей среды, рассматриваемый в этой статье.

Влага неравномерно влияет на рекомендательные материалы на стыке FRP-бетон. Исследования (Benzarti, Freddi, & Frémond, 2011; Cabral-Fonseca et al., 2018; Maljaee, Ghiassi, Lourenço, & Oliveira, 2016) показали, что влага незначительно влияет на прочность бетона на сжатие.Что касается композитного материала FRP, влага оказывает разрушающее действие на матрицу, которая соединяет волокна друг с другом в ламинате. Также он повреждает стекловолокно. Однако на углеродное волокно он редко влияет. Это открытие заставило некоторых исследователей (Ramirez, Carlsson, & Acha, 2008; Sethi & Ray, 2015) полагать, что свойства, определяемые матрицей, такие как межлинейный сдвиг, как ожидается, будут в большей степени ухудшаться под воздействием влаги. Наконец, что касается клея, влага рассеивается в органических полимерах, что приводит к механическим, химическим и теплофизическим изменениям.Исследования (Cabral-Fonseca et al., 2018; Maljaee, Ghiassi, & Lourenço, 2017) показали, что влага может вызывать обратимые изменения, которые исчезают после высыхания, такие как пластификация и набухание. Другие изменения необратимы, например, гидролиз и растрескивание. Эти изменения приводят к значительной потере трещиностойкости границы раздела. Более того, он смещает режим разрушения при отсоединении от связного, расположенного внутри бетонного покрытия, на адгезивно-бетонную основу (Karbhari & Engineer, 1996).

Поскольку связь между полимером и бетоном не может противостоять воздействию воды или влаги, используются силановые связующие агенты для улучшения сцепления и остаточной вязкости разрушения. Амиди и Ван (Amidi & Wang, 2016a) заметили, что применение силанового связующего агента сместит разрушение с клея на когезионное внутри бетонной основы. В дополнение к изменению типа разрушения нанесение основного силана на плохо обработанную бетонную поверхность может повысить прочность сцепления на границе раздела FRP-бетон (Ye, Friedrich, Weimer, & Mai, 1998).Однако при нанесении на хорошо обработанные бетонные поверхности значительного эффекта не наблюдалось. Использование силановой грунтовки зависит от двух механизмов повышения прочности границы раздела FRP-бетон. Во-первых, он создает химическую связь между бетоном и эпоксидной смолой. Эта связь сильнее, чем водородная связь, возникающая при использовании только эпоксидной грунтовки. Во-вторых, на поверхности бетона образуется гидрофобный органосиликатный слой, который снижает проникновение воды и последующий гидролиз.

В некоторых исследованиях (Amidi & Wang, 2016a; Benzarti, Chataigner, Quiertant, Marty, & Aubagnac, 2011) оценивалась прочность границы раздела FRP-бетон до и после воздействия различных условий окружающей среды с использованием инновационного метода испытаний. В этих исследованиях снижение предела прочности и режим разрушения под действием влаги оценивались с помощью испытания на забивание клина. Образцы кондиционировали либо при полном погружении в воду, либо при половинном погружении, как показано на Рисунке 7.После увлажнения образцов в течение указанного периода их оставляли сушиться или непосредственно тестировали. Уменьшение прочности на разрыв поверхности раздела определяли путем сравнения результатов кондиционированных образцов с эталонным образцом. Стоит упомянуть, что цель использования наполовину погруженного образца — обеспечить равномерное распределение влаги по поверхности раздела и предотвратить быстрое распространение влаги через поверхность раздела между эпоксидной смолой и бетоном (Karbhari & Engineer, 1996).

Критический обзор прочности и долговечности бетонных балок, скрепленных снаружи с помощью FRP https://doi.org/10.1080/23311916.2018.1525015

Опубликовано в Интернете:
8 октября 2018 г.

Рис. 7. Образец, использованный для определения прочности при половинном погружении (Amidi & Wang, 2016a).

Другое исследование (Zhang, Wang, & Fridley, 2012) пришло к выводу, что нарушение сцепления является конечной точкой медленного процесса роста трещины под синергическим действием влаги, температуры, нагрузки и других факторов.Таким образом, недавние исследования были сосредоточены на синергическом эффекте влажности, температуры и статической нагрузки, помимо нагрузок, возникающих при катастрофическом отказе. В другом исследовании (Amidi & Wang, 2016b) заданная деформация была приложена к границе раздела FRP-бетон с помощью стального клина. Нагрузка была ограничена величиной, при которой отслоение из-за нагрузки происходило медленнее, чем отслоение из-за воздействия факторов окружающей среды. Другими словами, обвалка поверхности раздела в основном инициируется факторами окружающей среды.Этот метод называется субкритическим отслоением с помощью окружающей среды (EASD). Как показано на рисунке 8, образцы подвергаются воздействию этих факторов, помещая их в камеру с заданной влажностью и температурой. Затем распространение трещины контролировали с помощью камеры цифрового микроскопа и тензодатчика. Тензодатчик использовался для преодоления трудностей, связанных с перекрывающим эффектом клея, который иногда делает измерения с помощью только камеры ненадежными. Затем была рассчитана эффективная длина трещины на основе измеренной деформации с использованием теории пучка.(8) a = 3Δabε3 (8)

Рис. 8. Испытательный образец (Amidi & Wang, 2016b).

В отличие от традиционного метода испытаний на подкритическую обвалку, который сообщает о снижении прочности сцепления композитного материала FRP с бетоном, тестирование EASD сообщает о влиянии изученных факторов на прочность сцепления. Например, сообщалось (Amidi & Wang, 2016b), что влажность и температура ускоряют докритическую обвалку. Кроме того, режим разрушения был изменен с клея в водной среде на когезионный в окружающей среде.

Чтобы оценить эффект обработки силаном, тонкий слой поверхности раздела углепластика и бетона выдерживают в водопроводной воде в течение 7 дней. Затем его исследуют с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM). СЭМ сообщает о картировании изображений исследуемой области, которая состоит из органического полимерного клея и неорганических бетонных материалов. Важно отметить, что органические материалы в основном состоят из углерода. Таким образом, углерод можно использовать, чтобы отличить полимер от бетона. Тем не менее, кислород используется для определения распределения воды на границе раздела.На рисунках 9 и 10 показано сравнение двух поверхностей раздела углепластика и бетона, исследованных Amidi & Wang (2016b). Образец, показанный на рисунке 9, не подвергался обработке силаном. Видно, что в клее распространяется трещина. Однако на границе раздела углепластика и бетона, обработанного силаном, такой трещины нет, как показано на рисунке 10.

Критический анализ прочности и долговечности бетонных балок, соединенных снаружи с помощью FRPhttps: //doi.org/10.1080/23311916.2018. 1525015

Опубликовано на сайте:
8 октября 2018 г.

Рис. 9. Трещина, возникшая на необработанной поверхности раздела (а) СЭМ-изображение поверхности раздела, пропитанного водой в течение 7 дней; (b) изображение углеродного картирования; и (c) изображение кислородной карты (Amidi & Wang, 2016b).

Критический обзор прочности и долговечности бетонных балок, скрепленных снаружи с помощью FRPhttps: // doi.org / 10.1080 / 23311916.2018.1525015

Опубликовано в Интернете:
8 октября 2018 г.

Рис. 10. Интерфейс, обработанный силаном (а) СЭМ-изображение не показывает трещин; (b) изображение углеродного картирования; и (c) изображение кислородной карты (Amidi & Wang, 2016b).

4.3. Построение кривых напряжение-проскальзывание

Свойство локального сцепления «напряжение-проскальзывание» можно определить либо испытанием на одиночный сдвиг, либо испытанием на двойной сдвиг (Serbescu et al., 2013). Затем локальную кривую «напряжение-проскальзывание» можно построить двумя способами. Первый зависит от осевой деформации FRP, измеренной с помощью близко расположенных тензодатчиков. Затем скольжение можно определить путем численного интегрирования, а напряжение сдвига в конкретном месте на границе FRP-бетон можно оценить с помощью различных формул. Тем не менее, из-за дискретного характера трещин в бетоне и неоднородности бетона, измеренная деформация может значительно варьироваться от одного места к другому, что приводит к неточным локальным кривым сцепления-проскальзывания.Другими словами, датчик деформации, размещенный над трещиной, пересекающей FRP, будет измерять более высокую деформацию, чем датчик, пересекающий большую частицу заполнителя.

Эти трудности в построении кривой сцепления-проскальзывания непосредственно из тестов на разрыв не остановили исследователей (Nakaba, Kanakubo, Furuta, & Yoshizawa, 2001; Teng, Yao, & Engineering, 2005) от разработки ряда расчетов напряжения-проскальзывания связи. модели. Модели использовались для определения прочности на разрыв в случае разрыва связи, распределения деформации FRP и распределения напряжений связи.Это модели: (а) отсечного типа; б) упруго-пластического типа; и (c) тип размягчения при растяжении, такой как билинейный (Ko & Sato, 2007; Lorenzis, Miller, & Antonio, 2001; Maeda, Asano, Sato, Ueda, & Kakuta, 1999). Важно отметить, что необходимо проявлять особую осторожность при использовании обрезного и эластично-пластического типов, потому что они не представляют собой реалистичный случай (Ko et al., 2014). Последний тип состоит из восходящей упругой части и нисходящей пластической части. На Рисунке 11 показаны типичные модели сцепления-скольжения для каждого из этих типов.Лу и др. (2005) предложили три модели, использующие результаты мезомасштабных конечных элементов с соответствующим численным сглаживанием в сочетании с результатами испытаний 253 образцов на растяжение. Хотя точная модель, предложенная Лу и соавт. может дать точную оценку локального напряжения-проскальзывания связи, это очень сложно. Таким образом, они предложили упрощенный без существенной потери точности. Тем не менее, Ко и др. (2014) исследовали все факторы, влияющие на билинейную локальную модель напряжения-проскальзывания связи.Они пришли к выводу, что прочность бетона на сжатие является доминирующим фактором. Основываясь на этом открытии, они предложили более простую билинейную локальную модель «напряжение-скольжение». На рисунке 12 сравниваются модели Ко и др. И Лу и др. С другими моделями, предложенными Накабой и др. (2001) и Monti, Renzelli, & Luciani (2003), используя следующие свойства: f′c = 30 МПа; футов = 4,2 МПа; b f = 100 мм; b c = 150 мм; E a = 12.8 ГПа; G f = 0,45; α 1 = 1,5; α 2 = 0,0195; α 3 = 0,308; K a = 5 ГПа; K c = 2,7 ГПа. На рисунке 13 сравнивается нормализованная локальная кривая напряжения сцепления-проскальзывания, рассчитанная для одного из испытанных образцов с использованием близко расположенных тензодатчиков с предложенными моделями (Ko et al., 2014). Можно заметить, что модели переоценивают напряжение связи. Такое завышение может быть связано с дискретным характером трещин в бетоне и неоднородностью бетона.Кроме того, напряжение связи было рассчитано в средней точке между первым и вторым тензодатчиками, которые находятся вдали от точки нагружения.

Критический анализ прочности и долговечности бетонных балок, скрепленных снаружи с помощью FRP https://doi.org/10.1080/23311916.2018.1525015

Опубликовано в Интернете:
8 октября 2018 г.

Рис. 11. Связь между напряжением и проскальзыванием (а) тип отсечки; б) эластопластического типа; и (c) тип разупрочнения при растяжении: билинейный тип (слева) и тип Поповица (справа) (Ko et al., 2014).

Критический обзор прочности и долговечности бетонных балок, скрепленных снаружи с помощью FRP https://doi.org/10.1080/23311916.2018.1525015

Опубликовано в Интернете:
8 октября 2018 г.

Рисунок 12.Сравнение предложенных локальных моделей «напряжение-проскальзывание».

Критический обзор прочности и долговечности бетонных балок, скрепленных снаружи с помощью FRP https://doi.org/10.1080/23311916.2018.1525015

Опубликовано в Интернете:
8 октября 2018 г.

Рис. 13. Сравнение нормированных локальных моделей напряжения сцепления и проскальзывания с экспериментальными результатами.

Второй метод — это косвенный метод, который использует кривую «нагрузка-смещение» для нахождения кривой сцепления-проскальзывания.В этом методе численная модель частичного взаимодействия была принята для извлечения свойств сцепления-проскальзывания из нагрузки-смещения (P-Δ) (Haskett, Oehlers, & Mohamed Ali, 2008). Исследование Gravina et al. (2017) использовали этот метод для исследования свойств сцепления разрушенного соединения FRP-бетон при трех условиях погружения. Подобно первому методу, он имеет свой недостаток, потому что одно смещение нагрузки может быть построено из разных кривых сцепления-скольжения (Лу и др., 2005). Кроме того, его нельзя использовать для определения проскальзывания сцепления для длины заделки при испытании на растяжение короче критической длины (Haskett et al., 2008).

4.4. Модели оценки сцепления FRP

Как правило, существует два метода моделирования клеевых соединений (Haghani & Al-Emrani, 2012): метод на основе напряжения / деформации и метод, основанный на механике разрушения.

4.4.1. Метод «напряжение / деформация»

В одном из ранних исследований (Adams, Comyn, & Wake, 1997) предлагалось использовать среднее распределение напряжений вдоль соединения при разрушении. Этот метод предполагает, что элементы балки жесткие. Таким образом, клей будет испытывать равномерное напряжение сдвига.Тем не менее, он игнорирует изгибающий эффект на элемент и клей. Кроме того, не учитывались точки концентрации напряжений на концах и углах соединения, которые обычно определяют разрушение. В другом более раннем исследовании (Harris & Adams, 1984) предлагалось использовать максимальное главное напряжение или деформацию в соединении, когда максимальное главное напряжение превышает прочность материала. Поскольку аналитическое решение не могло быть реализовано в точках концентрации напряжений, было использовано численное решение с использованием метода конечных элементов (Feldfogel & Rabinovitch, 2016; Haghani, Al-Emrani, & Kliger, 2009; Liu & Qiao, 2017).Однако эти точки зависят от сетки. Поэтому было предложено получить напряжение или деформацию в точках, удаленных от этих точек. Основываясь на некоторых исследованиях (Crocombe, Richardson, & Smith, 1995; Feldfogel & Rabinovitch, 2016; John, 1994; John, Kinloch, & Matthews, 1991; Liu & Qiao, 2017), эти точки представляют собой конечные области, на которых достигается сдвиг. стресс.

Важно отметить, что когда дело доходит до нелинейного поведения материалов, геометрия соединения играет важную роль, что не учитывалось в методе максимального главного напряжения / деформации (Haghani & Al-Emrani, 2012). .Другими словами, соединение следует рассматривать как единое целое, а не только в зависимости от прочности материала, полученной в результате простого испытания на растяжение, как в предыдущем случае. Поэтому в исследовании (Achintha & Burgoyne, 2008) было предложено использовать вышеупомянутые репрезентативные методы испытаний, такие как испытание на одиночный сдвиг в сочетании с максимальным главным напряжением. Эти испытания могут определить характеристики разрушения клеевого соединения.

Serbescu et al. (2013) предложили модель для оценки максимальной силы, которую можно развить до отсоединения.Предлагаемая модель учитывала большинство факторов, которые могут повлиять на прочность сцепления, такие как среднее напряжение сцепления, эффективная длина, ширина стеклопластика, прочность бетона и подготовка поверхности. Предложенная модель показала приемлемую степень точности, когда она была проверена по имеющейся базе данных. Он также сохранил приемлемый уровень консервативности. Предлагаемая модель представлена ​​в виде: (9) Pu = 23. β. kbf.0.8f c ‘. Eftf2.8 fctmbf (9)

4.4.2. Метод на основе механики разрушения

Этот метод зависит от энергии, которую адгезивный шов поглощает до разрушения.Есть две процедуры, чтобы рассмотреть этот метод. Первая процедура рассматривает энергию как индикатор отказа. Тем не менее, вторая процедура рассматривает интенсивность стресса как индикатор отказа. Ачинта и Бургойн (Achintha and Burgoyne, 2011; Achintha & Burgoyne, 2008, 2009, 2012) использовали метод глобального баланса энергии для прогнозирования разрыва связи. Было показано, что нарушение сцепления FRP можно рассматривать как трещину, которая распространяется локально, открываясь в направлении, перпендикулярном максимальному главному растягивающему напряжению (Achintha & Burgoyne, 2012, 2013).

5. Системы крепления из стеклопластика

Многие исследователи (Chahrour & Soudki, 2005; Xiong et al., 2007) пытались предотвратить преждевременные отказы, такие как разрыв межфазного соединения концов пластины, разделение покрытия и промежуточные трещины (IC). Поэтому были предложены различные формы анкерных систем (Fu, Teng, Chen, Chen, & Guo, 2016; Godat, Ceroni, Chaallal, & Pecce, 2017; Zhang et al., 2017). Одна из форм анкеров, исследованная Chahrour и Soudki (2005), состояла из верхней и нижней стальных пластин толщиной 10 мм, как показано на Рисунке 14.Верхняя и нижняя пластины соединялись болтами. Эти концевые анкерные крепления были размещены на концах балки, чтобы предотвратить выход из строя концевой пластины. Был сделан вывод, что использование концевых анкеров значительно улучшило характеристики изгиба балок. Другая система крепления была предложена в другом исследовании (Лу и др., 2005) для устранения отслоения концов и отказа ИС с использованием U-образной планки для перекрытия балок вдоль трех сторон. Эти U-образные полосы размещаются непрерывно бок о бок поверх продольных листов углепластика или ламинатов, ранее прикрепленных вдоль нижней поверхности балок.Листы из углеродного волокна могут использоваться в качестве оберточного материала. Тем не менее, в том же исследовании рекомендовалось использовать стекловолокно вместо углеродного волокна, чтобы снизить общую стоимость.

Рис. 14. Боковая секция для концевой системы анкерного крепления (Chahrour & Soudki, 2005).

В другом исследовании был предложен другой метод крепления, используемый для задержки отслоения FRP и повышения пластичности (Zhang & Smith, 2012; Zhang et al., 2017). Этот тип якоря из стеклопластика, известный как шипованное волокно, состоит из двух частей: дюбеля и вентилятора.Пока дюбель вставляется в бетонный элемент, вентилятор соединяет анкеры с пластиной, как показано на Рисунке 15. Общая длина анкеров обычно составляет 100 мм, из которых 40 мм закладываются в бетонные отверстия, которые представляют собой дюбели, тогда как оставшаяся часть прикреплена к бетону и стеклопластику, который является вентилятором. Было обнаружено, что положение анкеров может сильно повлиять на несущую способность и пластичность бетонных элементов, усиленных FRP. Кроме того, увеличение угла наклона дюбеля может увеличить грузоподъемность, как показано на Рисунке 15 (а).Однако пластичность соединения будет снижаться по мере увеличения угла анкерного дюбеля. Наконец, этот тип анкера может быть успешно использован в плитах, где невозможно применить систему анкеровки (Smith, Hu, Kim, & Seracino, 2011).

Критический обзор прочности и долговечности бетонных балок, скрепленных снаружи с помощью FRP https://doi.org/10.1080/23311916.2018.1525015

Опубликовано в Интернете:
8 октября 2018 г.

Рис. 15. Бетон с шипами из фибры (а), укрепленный анкерами из стеклопластика и (б) анкерами из стеклопластика (Zhang & Smith, 2012; Zhang et al., 2017).

6. Исправность бетонных балок, усиленных FRP

Исправность конструктивных элементов обычно определяется шириной трещины и прогибом. Исследователи (Shahawy & Beitelman, 1999; Smith et al., 2011) пришли к выводу, что использование FRP для усиления бетонных элементов увеличит жесткость этих элементов.Таким образом, отклонение этих элементов также будет уменьшено. Другое исследование (Maghsoudi & Bengar, 2011) обнаружило положительную корреляцию между жесткостью балок и количеством слоев FRP. Другими словами, происходит уменьшение получаемого прогиба, когда количество слоев FRP увеличивается при той же приложенной нагрузке, как показано на рисунке 16. Однако усиление этих элементов смещает поведение в сторону хрупкости.

Критический обзор прочности и долговечности бетонных балок, скрепленных снаружи с помощью FRPhttps: // doi.org / 10.1080 / 23311916.2018.1525015

Опубликовано на сайте:
8 октября 2018 г.

Рис. 16. Зависимость общей приложенной нагрузки от прогиба в середине пролета (Maghsoudi & Bengar, 2011).

Поскольку использование методов усиления FRP увеличивает изгибную способность бетонных балок, это приведет к появлению большего количества трещин, что означает лучшее перераспределение напряжений. Магсуди и Бенгар (Maghsoudi & Bengar, 2011) отметили, что увеличение прочности на изгиб за счет углепластика приведет к распространению первоначально созданных трещин в область обратного изгиба.Они также исследовали влияние углепластика на ширину трещин усиленных балок. Они пришли к выводу, что конкретные значения ширины трещин были смещены от стадии предварительной деформации стали к стадии последующей деформации. Другими словами, меньшая ширина трещины была получена с таким же или более высоким моментом, как показано на рисунке 17.

Рисунок 17. Изгибающий момент в зависимости от ширины трещины (Maghsoudi & Bengar, 2011).

7. Усталостное поведение бетонных балок, усиленных FRP

Основная проблема, связанная с усталостью, заключается в том, что она может привести к катастрофическому разрушению с гораздо меньшей нагрузкой, чем указывается статической нагрузкой.Хотя поведение усиленных элементов при монотонной нагрузке было целью большинства исследований, было ограниченное количество исследований, которые изучали поведение этих элементов при циклических нагрузках для определения их усталостной прочности. Наиболее распространенный вид усталостного разрушения, наблюдаемый в литературе (Brena, Benouaich, Kreger, & Wood, 2005; Charalambidi, Rousakis, & Karabinis, 2016a; Maghsoudi & Bengar, 2011; Ntk, Mohammed, & Al-Mahaidi, 2017; Peng, Zhang, Shang, Liu, & Cai, 2016) — разрыв стальной арматуры при растяжении с последующим разрушением FRP.Таким образом, усталостное разрушение усиленных FRP балок в основном определяется усталостной долговечностью стальной арматуры (Charalambidi et al., 2016a; Meneghetti, Garcez, Teixeira, & da Silva Filho, 2017; Kim & Heffernan, 2008). Это явление можно легко объяснить тем фактом, что сталь разрушается при напряжении ниже, чем напряжение разрушения FRP. Однако усталостная долговечность усиленных балок из стеклопластика может быть увеличена за счет снижения напряжений в стальной арматуре. Следует отметить, что усталостную долговечность можно определить как количество циклов, вызывающих отказ структурной системы.

Вторичный отказ может произойти сразу после основного отказа, разрыва стали, что приведет к отказу системы. Наиболее частым вторичным разрушением является отслоение стеклопластика от бетонной основы (Kim & Heffernan, 2008). Другой возможный вторичный отказ — это разрушение при сдвиге, вызванное диагональными сдвиговыми трещинами. Разрушение при сдвиге обычно происходит в тех случаях, когда усиленная балка подвергается нагрузке, равной статической текучести усиленной балки. На рисунке 18 показана последовательность усталостного разрушения бетонной балки, усиленной FRP (Kim & Heffernan, 2008).

Критический обзор прочности и долговечности бетонных балок, скрепленных снаружи с помощью FRP https://doi.org/10.1080/23311916.2018.1525015

Опубликовано онлайн:
08 октября 2018 г.

Рис. 18. Последовательность усталостного разрушения бетонной балки, усиленной FRP (Kim & Heffernan, 2008).

Диапазон нагрузок является решающим фактором, влияющим на усталостную долговечность железобетонных балок.Таким образом, диапазон или амплитуда напряжения используется в качестве показателя усталостного воздействия вместо уровня приложенной нагрузки. Согласно некоторым исследованиям (Charalambidi et al., 2016a; Meneghetti et al., 2017; Shahawy & Beitelman, 1999), увеличение диапазона напряжений, S a , уменьшило бы усталостную долговечность бетонных балок, усиленных FRP. (10) Sa = 12 Smax − Smin (10)

Для увеличения усталостной долговечности железобетонных балок комитет 215 ACI (Комитет 215 Американского института бетона, 1997 г.) и спецификации AASHTO (Американская ассоциация автомобильных дорог и транспорта штата) O, 2004) рекомендуемые диапазоны максимального напряжения.Эти рекомендации могут быть также расширены для балок, усиленных FRP, если усталостное разрушение этих балок является разрывом стальной арматуры (Brena et al., 2005).

Дауд, Каннингем и Ван (2015) исследовали влияние как жесткости углепластика, так и диапазона нагрузок на усталостное поведение балок, армированных стеклопластиком. В их исследовании было проведено одно испытание на сдвиг при выдергивании. Для получения различных диапазонов жесткости использовались углепластики различных типов и толщины. Кроме того, были исследованы усталостные нагрузки с частотой 1 Гц с нагрузками от 15% до 70% и от 15% до 80% предельной нагрузки.Связь-проскальзывание использовалось для описания связи между углепластиком и бетоном. Было замечено, что предельное скольжение углепластика было уменьшено из-за циклической нагрузки по сравнению с монотонной нагрузкой. Кроме того, было зафиксировано неуклонное снижение жесткости секущей связи (верхняя нагрузка по сравнению со скольжением) в течение каждого цикла. Стоит отметить, что уменьшение было более очевидным в случае большей толщины углепластика. Другими словами, углепластик с меньшей толщиной может иметь меньшую усталостную долговечность. Диапазон амплитуд нагрузки также существенно влияет на усталостную долговечность.Был также сделан вывод, что более высокий диапазон амплитуды снизит усталостную долговечность.

Испытание на усталость с использованием монотонной нагрузки показало очевидное отсутствие предельной допустимой нагрузки. Это отсутствие варьировалось от 13,3% для толщины 0,2 мм до 27,5% для 1,0 мм. Этот результат не согласуется с выводом других исследований (Ekenel, Rizzo, Myers, & Nanni, 2005; Toutanji, Zhao, Deng, Zhang, & Balaguru, 2006), в которых использовалась монотонная нагрузка после 2 × 10 6 циклов. В этих исследованиях наблюдалось снижение предельной допустимой нагрузки менее чем на 10%.Это меньшее снижение было получено, потому что приложенная нагрузка находилась в пределах эксплуатационного лимита и накопилось небольшое усталостное повреждение, влияющее на предельную нагрузку. Деформация разрыва также снизилась с 5,6% для толщины 0,2 мм до 35% для 1,0 мм. В этом исследовании также был сделан вывод о том, что прочность бетона на сжатие имеет небольшое влияние на предельную прочность сцепления и снижение энергии разрушения. Однако разрушение связи контролировалось жесткостью углепластика.

На основании литературы (Diab & Wu, 2008; Ekenel et al., 2005; Папаконстантину, Петру и Харрис, 2001; Shahrooz, 2011), любая модель, которая направлена ​​на прогнозирование усталостных характеристик бетонных балок, усиленных FRP, должна учитывать диапазон напряжений приложенной нагрузки. На рисунке 19 показано соотношение между количеством циклов и диапазоном напряжений в стали, предложенным этими исследованиями. Диаб и Ву (2008) предложили кривую регрессии, основанную на результатах разрушения армированных FRP балок из-за усталости. (11) logN = 12.806-2.9869.logσr (11)

Критический анализ прочности и долговечности бетонных балок, склеенных снаружи FRPhttps. : // doi.org / 10.1080 / 23311916.2018.1525015

Опубликовано в Интернете:
8 октября 2018 г.

Рис. 19. Связь между количеством циклов нагружения и диапазоном напряжений стали.

(12) То есть N = 1012.806-2.9869.logσr (12)

Поскольку предел текучести арматурного стержня напрямую влияет на усталостное разрушение армированных FRP балок, исследование Хараламбиди, Русакиса и Карабиниса (2016b) ) заменил диапазон напряжений, σ r , с отношением максимального напряжения стали к пределу текучести стали, σ max / f y .Кроме того, он включил эффект жесткости FRP с использованием отношения осевой жесткости на растяжение стальной арматуры на растяжение к жесткости на растяжение FRP, k s / k f . В их исследовании были предложены три модели для трех диапазонов σ max / f y на основе регрессионного анализа имеющихся современных данных. (13) N = σmaxfy0.00336.fy + 2.3831−0.00019.fy − 0.049670.1192kskf + 0.4798 для 0.60≤ σmaxfy <0,68 (13) (14) N = σmaxfy0,00336.fy + 2,3831−0,00019.fy − 0,04967−0,0349kskf + 1,1814 для 0,68≤ σmaxfy≤0,78 (14) (15) N = σmaxfy0,00336.fy + 2.3831−0.00019.fy − 0.049670.0125kskf + 1.2983 для σmaxfy> 0,78 (15)

8. Прочность на изгиб

Ламинат FRP или листы мокрой укладки прикрепляются к натяжной поверхности балок для увеличения их прочности на изгиб, задержка трещин и уменьшить ширину трещин (Kim & Heffernan, 2008).

8.1. Тип разрушения

Разрушение бетонных балок из стеклопластика при изгибе можно разделить на два типа в зависимости от состояния композитного воздействия между материалами (Sayed-Ahmed, Bakay, & Shrive, 2009).Первый тип разрушения может иметь один из трех режимов: (а) разрушение бетона до или после деформации стальной арматуры; (б) разрыв FRP на растянутой поверхности; и (c) разрушение бетона при сдвиге. Эти режимы разрушения случаются редко, потому что они требуют поддерживать сложное действие до предельной нагрузки, имея в виду, что преобладание одного режима над другими зависит от соотношения армирования и прочности на сдвиг.

Второй тип отказа — это нарушение сцепления, вызванное в интерфейсе FRP (Sayed-Ahmed et al., 2009). Этот тип является наиболее частым отказом, потому что он чаще всего развивается раньше, чем первый. Несмотря на то, что нарушение сцепления может происходить в различных режимах, существует два основных режима, из которых происходят все остальные режимы нарушения сцепления (Teng et al., 2005). Первый режим — это отслоение или расслоение конца пластины, которое характеризуется пересечением наклонной трещины сдвига с концом из стеклопластика, что приводит к его расслоению, как показано на рисунке 20 (а). В некоторых случаях этот режим сочетается с разделением бетонной крышки на конце плиты.Чтобы предотвратить возникновение этого режима отказа, плиты FRP должны быть расширены близко к опорам или могут быть использованы анкеры (Maeda et al., 1999).

Критический обзор прочности и долговечности бетонных балок, скрепленных снаружи с помощью FRP https://doi.org/10.1080/23311916.2018.1525015

Опубликовано в Интернете:
8 октября 2018 г.

Рисунок 20.Типы разрушения при отсоединении (а) отслоение концов пластины и (б) промежуточная трещина (IC) (Yao et al., 2005).

Использование анкеров или других методов, позволяющих избежать отслоения концов пластины или кромок, может стимулировать другой отказ склеивания, известный как расслоение IC, которое является наиболее частым нарушением отсоединения. Он создается в середине балки в месте изгиба или трещины сдвига / изгиба, как показано на рисунке 20 (b). Затем он распространяется к опорам. Это нарушение обвалки зависит от сдвига на границе раздела между стеклопластиком и прилегающим бетоном.

8.2. Эффективные параметры прочности на изгиб

Исследования выявили множество параметров, которые отдают предпочтение одному виду отказа по сравнению с другим. Эти параметры также могут существенно повлиять на прочность на изгиб балок из стеклопластика и бетона. Первый параметр — это толщина плиты или листа. Рахими и Хатчинсон (2001) пришли к выводу, что увеличение толщины пластины и ламината сместит режим разрушения с разрыва FRP на разрыв конца пластины. Увеличение толщины листа также увеличит прочность на изгиб.Внешнее крепление — это еще один параметр, который можно использовать для предотвращения и отсрочки нарушения связи. Себастьян (2001) исследовал эффект жесткости пластины. Он пришел к выводу, что использование жестких пластин будет преобладать над отказом от отсоединения концов над отказом интегральной схемы. Коэффициент продольного армирования — еще один фактор, влияющий на прочность на изгиб бетонных балок из стеклопластика. Более железобетонная балка вызовет меньший прогиб, что приведет к меньшей активации композитного действия FRP. Ожидается, что такая балка выйдет из строя при сжатии бетона в сочетании с видимыми трещинами сдвига.Он также показал бы более высокую прочность на изгиб. И наоборот, нижняя армированная балка может не удастся отделить ламинат от костей (Sayed-Ahmed et al., 2009). Из другого исследования (Rahimi & Hutchinson, 2001), в котором изучалась длина пластины, был сделан вывод, что удлинение пластины или ламината до опоры задержит или предотвратит нарушение сцепления концов, а также немного увеличит несущую способность. Аналогичный результат может быть получен с помощью пескоструйной подготовки поверхности (Arduini & Nanni, 1997).Другие параметры, которые также могут повлиять на режим разрушения, включают предварительное напряжение, жесткость на сдвиг, ориентацию ламината и предварительную нагрузку на балку перед применением FRP. Эти параметры исследовали Эль-Хача, Уайт и Грин (2001), Триантафиллу и Плеврис (1992) и Сайед-Ахмед и др. (2009).

8.3. Расчет на изгиб

Уже установлено, что расслоение IC является ключевым фактором, который контролирует прочность на изгиб бетонных балок, усиленных снаружи FRP.Таким образом, международные руководящие принципы проектирования, такие как ACI 440 2R (комитет ACI 440, 2008 г.), CNR DT-200 (CNR, 2013 г.) и бюллетень fib Bulletin № 14 (External Bonded, 2001 г.), рекомендуют ограничение расчетной деформации.

ACI 440 2R (комитет ACI 440, 2008) требует ограничения деформации, ε f , чтобы армирование FRP было меньше, чем деформация, которая вызывает нарушение сцепления IC. Предельная деформация зависит от жесткости композита и может быть рассчитана путем умножения модуля Юнга, E frp , на толщину арматуры FRP, t f rp .CNR DT-200 (CNR, 2013) предлагает упрощенную процедуру для определения прочности на изгиб усиленных FRP балок путем вычисления максимальных деформаций в композите и сравнения их с предельными значениями деформации, предложенными в кодексе.

Три метода проектирования предложены Бюллетенем FIB № 14 (External Bonded, 2001). Подобно двум другим вышеупомянутым руководящим принципам проектирования, первый метод предлагал ограничить деформацию растяжения ламината, ε frp, в диапазоне от 0.0065 до 0,0085, чтобы предотвратить отслаивание ламината. Второй метод зависит от модели, разработанной Нидермейером (2000). Эта модель вычисляет максимально допустимое увеличение растягивающего напряжения между двумя соседними трещинами. Затем это значение сравнивается с фактическим увеличением, полученным для данного уровня нагрузки. Затем повторения выполняются на уровне нагрузки, чтобы значения совпадали. Третий метод вводит ограничения на напряжение сдвига, τ bc , на границе раздела бетон-FRP в результате изменения растягивающего усилия вдоль FRP.

Последние подходы к проектированию были предложены такими исследователями, как Chen et al. (2015) и Олерс, Визинтин и Лукас (2015). Chen et al. (2015) предложили динамический подход, чтобы справиться с трудностями сходимости при моделировании разрушения сцепления армированных FRP балок. В их исследовании HHT-α был принят в качестве численного решения для определения структурной реакции усиленной FRP бетонной балки при статической / квазистатической нагрузке. На рисунке 21 сравнивается численное прогнозирование динамического подхода с результатами испытаний и показаны численные прогнозы с помощью метода контроля смещения (метод Ньютона – Рафсона) и метода длины дуги.Можно видеть, что динамический подход может точно предсказать реакцию балки на прогиб при нагрузке. Однако два других метода могли прогнозировать прогиб только до 4,7 мм.

Критический обзор прочности и долговечности бетонных балок, скрепленных снаружи с помощью FRP https://doi.org/10.1080/23311916.2018.1525015

Опубликовано в Интернете:
8 октября 2018 г.

Рис. 21. Численное предсказание в сравнении с результатами испытаний (ζ = 0,005, t 0 / T 1 = 10 для демпинговых решений) (Chen, Teng, Chen, & Xiao, 2015).

Oehlers et al. (2015) предложили комплексный подход, основанный на перемещении, для проектирования армированных FRP бетонных балок, в которых несвязанный FRP считается предварительно напряженным арматурой, имеющей силу, равную силе разрыва сцепления IC. Основываясь на этом подходе к проектированию, можно предположить, что существуют три основных режима.Проектирование для первого режима гарантирует, что никакой ИС не будет разрабатываться. Следовательно, сопротивление IC FRP ( P IC ) должно быть выше ожидаемого момента. Кроме того, штамм, развивающийся в FRP, будет ниже, чем штамм, необходимый для развития IC (ε IC ). Во втором режиме рассматривается нарушение сцепления части связанного FRP, потому что приложенный момент превысит сопротивление IC FRP. Ожидается, что ослабление сцепления будет развиваться в области максимального момента, когда ожидается запуск IC.Тем не менее, другие части FRP, которые лежат вдали от области максимального момента, будут оставаться связанными с бетонной поверхностью. Сопротивление ИС и деформация в FRP для этого режима превышают ( P IC ) и ( ε IC ) соответственно. Режим три предполагает разрушение всего FRP в режиме два, за исключением закрепленных концов. Стоит отметить, что этот подход к проектированию не был подтвержден результатами испытаний, что могло бы стать возможной областью исследований.

9.Прочность на сдвиг

В отличие от поведения при изгибе, существует ограниченное количество исследований, посвященных изучению поведения при сдвиге. Эти исследования показали желаемое увеличение сдвиговой способности за счет увеличения осевой жесткости балок (Foster, Morley, & Lees, 2016; Hanoon, Jaafar, Al Zaidee, Hejazi, & Aziz, 2017; Hanoon, Jaafar, Hejazi, & Азиз, 2017; Мостофинежад и Табатабаей Кашани, 2013). Мостофинежад и Кашани (2013) также пришли к выводу, что дальнейшее улучшение прочности на сдвиг до 23% может быть достигнуто за счет проточки бетонной поверхности под прикрепленным углепластиком.Это дополнительное улучшение прочности на сдвиг можно объяснить более прочным сцеплением, создаваемым канавками. Подобно бетонным балкам, армированным скобами для сопротивления сдвиговым напряжениям, прочность на сдвиг балки, усиленной FRP, зависит от прочности бетона на сжатие и расстояния между соседними полосами.

Международные руководящие принципы проектирования и несколько исследований предложили модели для оценки вклада FRP в сопротивление сдвигу внешних связанных FRP. Эти модели предполагают, что номинальная прочность на сдвиг соединенного снаружи FRP имеет равный вклад от бетона, V c , стальных хомутов V s и FRP V f .(16) Vn = Vc + Vs + Vf (16)

Это предположение вызвало споры среди исследователей по ряду причин. Первая причина заключается в том, что максимальное сопротивление сдвигу, обеспечиваемое стальными хомутами и FRP, не может быть достигнуто одновременно (Chen, Teng, Chen, & Rosenboom, 2010). Таким образом, сумма их пиковых вкладов может быть меньше их фактических вкладов. Вторая причина заключается в том, что на вклад FRP значительно влияет количество сдвига армирования.Другими словами, эффективность техники усиления FRP, кажется, снижается по мере увеличения отношения осевой жесткости между внутренней арматурой сдвига и внешней арматурой FRP (Pellegrino & Modena, 2002, 2006, 2008). Наконец, в некоторых из этих рекомендаций используется стандартная модель фермы под углом 45 ° для калибровки эффективной модели деформации FRP. Таким образом, по этим причинам, некоторые из этих моделей не смогли дать точную оценку прочности на сдвиг внешнего связанного FRP.

Уже было сказано, что руководящие принципы проектирования просто добавляют вклад FRP к вкладу стали и бетона.Таким образом, в этих рекомендациях не учитывалось взаимодействие между внутренними стальными хомутами и внешним стеклопластиком. Это взаимодействие может сильно повлиять на метод усиления сдвига и, следовательно, может повлиять на общий прогноз прочности на сдвиг. Пеллегрино и Модена (2008) исследовали это взаимодействие. Они предложили модель, основанную на экспериментальных наблюдениях сдвига разрушения U-образных и боковых скрепленных балок из стеклопластика. Эти балки были разрушены путем отслаивания треугольной части FRP, лежащей над диагональной трещиной в случае U-образной обмотки, в то время как в случае бокового соединения, разрушение произошло из-за отслаивания треугольной части FRP, лежащей ниже диагональная трещина.Предполагалось, что деформации FRP равны деформациям во внутренних стременах. Затем вклад FRP был получен за счет вращательного равновесия сил F f и F c в FRP и бетонной поверхности, соответственно, как показано на рисунке 22. (17) Vf = 2.nf. tf.Wf.Lf.εfe.Ef.hf Sf (17) (18) εfe = 2.fct.Ac.cos2∅.bc, vnf.tf.Lf.Ef.hf− lehf.bf (18)

Критический обзор прочности и долговечности бетонных балок, склеенных снаружи FRPhttps: //doi.org/10.1080 / 23311916.2018.1525015

Опубликовано на сайте:
08 октября 2018 г.

Рис. 22. Сила, действующая на FRP и бетонную поверхность (a) U-образный FRP и (b) склеенный по бокам (Pellegrino & Modena, 2008).

, где b c, v и b f объяснены на рисунке 22.

Исследование ограничило максимальное напряжение во внутренних хомутах до значения текучести, если эффективная деформация FRP выше, чем у стали. предел текучести.Таким образом, вклад стремени в сопротивление сдвигу армированной на сдвиг балки из стеклопластика составляет: (19) Vs = α.ρv 1− cd.cotθ.minεfe.Es fy.bw.d (19)

Pellegrino and Vasic (2013) рассмотрены некоторые общие модели (Bukhari, Vollum, Ahmad, & Sagaseta, 2010; Carolin & Täljsten, 2005; Chen & Teng, 2003; Mofidi & Chaallal, 2010), предложенные для прогнозирования прочности на сдвиг железобетонных балок, усиленных FRP. В этом обзоре также были рассмотрены положения некоторых кодексов проектирования, таких как fib-TG 9.3 (с внешней связью, 2001 г.), CNR-DT200 (CNR-DT 200, 2004 г.) и ACI 440.2R (комитет ACI 440, 2008 г.). Влияние угла трещины сдвига θ также было исследовано, поскольку он оказывает значительное влияние на прогноз модели. Был сделан вывод, что модели CNR-DT200 (CNR, 2013) и Pellegrino и Modena (Pellegrino & Modena, 2008) дают хороший прогноз для наиболее изученных случаев.

10. Выводы

В этой статье представлен критический обзор литературы по связям, изгибу и сдвигу бетонных балок, усиленных FRP.Кроме того, были рассмотрены различные коды и расчетные формулы. Также были тщательно изучены характеристики усталости и влажности. Были рассмотрены несколько критических параметров, влияющих на вышеупомянутое поведение. Кроме того, были представлены и обсуждены методы тестирования, используемые для изучения влияния этих параметров. Следующие выводы были сделаны на основе обзора этого исследования,

  1. Эффективная длина связи является решающим параметром для практического проектирования. Серачино и др.(2007) предложили общую модель для оценки эффективной длины связи как FRP с внешней связью, так и NSM FRP с использованием монотонной нагрузки. Однако требуются дополнительные тесты для изучения этого свойства при циклической нагрузке.

  2. Многие исследования в литературе показали, что многочисленные факторы окружающей среды влияют на прочность соединения армированных стеклопластиком балок. Тем не менее, влажность считается наиболее влиятельным фактором окружающей среды.

  3. Силановый связующий агент может сместить режим разрушения с адгезива на когезионный внутри бетонной основы.В дополнение к изменению типа разрушения нанесение основного силана на плохо обработанную бетонную поверхность может повысить прочность сцепления на границе раздела FRP-бетон.

  4. Несколько моделей сцепления-проскальзывания, предложенные исследователями, сравнивались в этом исследовании с экспериментальными записями. В пределах включенных параметров Lu et al. (2005) было обнаружено, что модели моделируют поведение сцепления-проскальзывания более точно, чем другие, но с разной степенью сложности для каждой модели.

  5. Модель связи, предложенная Serbescuet et al. (2013) дает хороший прогноз максимальной силы растяжения, развиваемой в FRP вплоть до разрушения сцепления, поскольку он учитывает большинство факторов, влияющих на прочность сцепления.

  6. Требуются дополнительные экспериментальные исследования, чтобы расширить существующие представления о параметрах, влияющих на усталостное поведение железобетонных балок, усиленных FRP. В частности, , , , , как решающий фактор для расчета усталости, должны быть более уточнены, чтобы лучше учесть разницу в последующем деформировании стали, основанную на характеристиках ее плато текучести и модуля упрочнения.

  7. Подход на основе смещения, предложенный Oehlers et al (2015), можно использовать для проектирования RC-балок, усиленных FRP для достижения большей прочности, чем балки, разработанные на основе кривизны момента на основе деформации. Следовательно, такой подход к проектированию может быть более эффективным.

  8. Модель Пеллегрино и Модена (2008) обеспечивает хорошее прогнозирование прочности на сдвиг железобетонных балок, усиленных FRP, поскольку она учитывает взаимодействие между внутренними стальными хомутами и внешним FRP.

Рис. 1. Метод усиления (a) EBR (b) NSM и (c) снаружи склеены с помощью гвоздей (Kim & Heffernan, 2008).

Рисунок 5. Распределение деформации при различных нагрузках (a) GFRP (b) CFEP и (c) GFRP по сравнению с CFRP.

Рис. 6. Плоскость разрушения (a) FRP, прикрепленный снаружи, и (b) NSM, прикрепленный к поверхности (Seracino et al., 2007).

Рис. 7. Образец, использованный для определения прочности при половинном погружении ( Амиди и Ван, 2016а).

Рисунок 9.Трещина, индуцированная на необработанной поверхности раздела (а) СЭМ-изображение поверхности раздела, пропитанного водой в течение 7 дней; (b) изображение углеродного картирования; и (c) изображение кислородной карты (Amidi & Wang, 2016b).

Рис. 10. Интерфейс, обработанный силаном (а) СЭМ-изображение не показывает трещин; (b) изображение углеродного картирования; и (c) изображение кислородной карты (Amidi & Wang, 2016b).

Рис. 11. Взаимосвязь между напряжением сцепления и скольжением (a) разрез тип выключения; б) эластопластического типа; и (c) тип разупрочнения при растяжении: билинейный тип (слева) и тип Поповица (справа) (Ko et al., 2014).

Рис. 12. Сравнение предлагаемых моделей напряжения сцепления и скольжения .

Рис. 13. Сравнение нормализованных локальных моделей напряжения сцепления и скольжения и экспериментальные результаты.

Рис. 15. Бетон с шипованной фиброй (a), усиленный с помощью FRP якоря и (б) якоря FRP (Zhang & Smith, 2012; Zhang et al., 2017).

Рис. 16. Общая приложенная нагрузка в зависимости от прогиба в середине пролета (Maghsoudi & Bengar, 2011).

Рисунок 18. Последовательность усталостного разрушения бетонной балки, усиленной FRP (Ким и Хеффернан, 2008 г.).

Рис. 19. Зависимость между количеством циклов нагружения и диапазоном напряжений стали.

Рис. 20. Типы разрушения при отсоединении (а) конец пластины расслоение и (б) промежуточная трещина (IC) (Yao et al., 2005).

Рисунок 21. Численное прогнозирование в сравнении с результатами испытаний (ζ = 0,005 , t 0 / T 1 = 10 для демпинговых растворов) (Chen, Teng, Chen, & Xiao, 2015).

Рис. 22. Сила, действующая на стеклопластик и бетонную поверхность (a) U-образный стеклопластик и (b) склеенный по бокам (Pellegrino & Modena, 2008).

Критические факторы при оценке пластичности при смещении высокопрочных бетонных колонн

Давление пассивного удержания напрямую связано с объемным соотношением стального ограждения, которое может применяться с помощью стержней и стяжек. Увеличение объемного отношения конкретной марки стали напрямую приводит к пропорциональному увеличению давления удержания. Таким образом, увеличивается как прочность, так и пластичность замкнутого бетона. Согласно Таблице 3, очевидно, что пластичность смещения увеличивается с увеличением объемного соотношения ограничивающей стали.Однако в некоторых случаях это правило не соблюдается; эти исключения произошли из-за изменения других параметров. Таким образом, ограничительная сталь была изучена дополнительно, наряду с расстоянием между поперечными арматурами, прочностью бетона на сжатие и прочностью ограничительной арматуры, которая обсуждается в следующем разделе.

Прочность ограничивающих стержней

Ограничивающее давление создается за счет сил растяжения, возникающих в ограничивающей стали. Следовательно, можно ожидать, что предел текучести стали играет важную роль в удерживании бетона.Однако растягивающее напряжение в стали для ограждающих конструкций создается в результате бокового расширения бетона, которое, в свою очередь, зависит от механических свойств бетона. Если поперечная деформация в бетоне недостаточно высока, чтобы наложить более высокие напряжения на поперечную арматуру, высокая прочность стали не может быть использована.

Предыдущее исследование указывает на противоречивые взгляды на использование высокопрочной стали в качестве ограничительной арматуры. Однако, ссылаясь на Mugurumu (1991) и Azizinamini et al.(1994), кажется, что поперечная арматура с высоким пределом текучести (предел текучести более 750 МПа) оказалась полезной при высоком уровне осевых нагрузок (более 40% от допустимой осевой нагрузки колонны). Когда уровень осевой нагрузки относительно низок (меньше или равен 20% от допустимой осевой нагрузки), использование стали с более высоким пределом текучести для поперечной арматуры может не привести к какому-либо повышению прочности и пластичности колонн HSC.

Таблица 4 показывает результаты четырех испытательных колонн, которые могут сравнить влияние предела текучести поперечной арматуры на пластичность колонн HSC.Все четыре образца подвергались постоянным уровням осевой нагрузки, эквивалентным 17% от несущей способности колонны, и повторяющимся боковым нагрузкам, и все они имели примерно одинаковую прочность бетона. Однако предел текучести стали боковой арматуры подразделяется на два уровня: нормальная прочность (образцы № 44 и № 45) и высокая прочность (образцы № 46 и № 47). С другой стороны, коэффициент объемного армирования для образцов № 44 и 46 составляет 2,73 и 2,36% соответственно, а для образцов № 45 и 47 — 3.82%. Как видно, хотя предел текучести стали боковой арматуры увеличивается примерно на 50%, пластичность при смещении и коэффициент сноса этих образцов существенно не меняются, и даже для образца номер 47 пластичность при смещении меньше, чем у образца номер 45.

Таблица 4 Влияние предела текучести стяжек — адаптировано из Azizinamini et al. (1994)

Обоснование этого условия связано с низким пределом осевой нагрузки сжатия, а напряжение растяжения в поперечной арматуре не достигает предела текучести, и, таким образом, ограничивающее напряжение для обоих парных образцов одинаково, так что значения пластичности при смещении примерно близки к каждому. разное.Этот результат показывает, что увеличение предела текучести поперечной арматуры не влияет на пластичность колонн HSC при относительно низких уровнях осевой нагрузки. Однако, с другой стороны, когда осевая нагрузка растет, обнаруживаются некоторые различия в сравнении пластичности. Как показано в таблице 5, пластичность смещения колонн увеличилась за счет повышения предела текучести поперечной арматуры, когда коэффициент осевой нагрузки сжатия был выше 40% от осевой грузоподъемности колонны.

Таблица 5 Влияние предела текучести стяжек и осевой нагрузки — адаптировано из Muguruma et al. (1990)

Ограничительное давление — это пассивное давление, активируемое боковым расширением бетона при осевом сжатии. Это давление зависит от способности бетона расширяться в сторону до разрушения. Кроме того, прочность боковой стали ограничивает давление удержания. Если поперечная деформация HSC недостаточно высока, чтобы вытянуть ограничительную сталь на полную мощность, то полная мощность стали не используется.С другой стороны, HSC является хрупким материалом и может не иметь достаточно большого поперечного расширения, чтобы вытянуть сталь до уровня текучести. Однако это ожидается, когда ограничительная сталь наберет свою прочность до того, как упадет прочность бетона, поскольку в этом случае растягивающая сила в ограничительной стали напрямую связана с количеством, а также пределом текучести стали.

Когда количество ограничивающих сталей слишком велико, пластичность колонны может снизиться, как показано в Таблице 6.Как видно, пластичность образца № 85 существенно падает; однако у него самый высокий объемный коэффициент. Похоже, что когда количество стали слишком велико, когезия и связи между сталью и бетоном не подходят, и до того, как ограничивающая сталь достигнет своей максимальной прочности, бетонный сердечник колонны будет раздавлен.

Таблица 6 Влияние объемного отношения — адаптировано из Woods et al. (2007)

Шаг поперечной арматуры

Расстояние между поперечной арматурой — важный фактор, влияющий на распределение ограничивающего давления, а также на стабильность продольной арматуры.Более близкое расстояние между поперечными арматурами повышает равномерность бокового давления и повышает эффективность ограничивающего армирования, что оказывает оптимистичное влияние на пластичность колонн HSC. Кассон и Паултр (1994) заметили, что уменьшение расстояния между стяжками приводит к повышению прочности и жесткости. Аль-Хуссаини и др. (1993) заметили, что уменьшение расстояния между стяжками с 0,8 до 0,2 от размера колонны увеличивало прочность ( P / A г ж c ′) всего на 6%.Судо и др. (1993) пришли к выводу, что уменьшение шага спирали приводит к увеличению прочности и соответствующей деформации, и улучшают нисходящую ветвь корреляции напряжения-деформации замкнутого бетона.

Результаты указывают на улучшение пластичности с уменьшением бокового зазора. Однако одно только расстояние не может повлиять на механизм удержания, если не доступны другие положительные факторы удержания. Например, объемное соотношение и / или предел текучести стали должны быть достаточно высокими, чтобы расстояние между ними изменилось в ограничении.Таблица 7 показывает влияние шага поперечной арматуры на коэффициент пластичности смещения, адаптированный из исследований, проведенных Woods et al. (2007) и Hwang et al. (2005), которые указали, что при неизменных других параметрах, более высокая пластичность произошла за счет меньшего расстояния между поперечной арматурой.

Таблица 7 Влияние расстояния между поперечными арматурами — адаптировано из Hwang et al. (2005)

Улучшение, связанное с использованием высокопрочной ограничительной стали, более выражено в колоннах с более высоким объемным соотношением поперечной стали и более низкой прочностью бетона.Ожидается, что, поскольку растягивающая сила в замкнутой стали прямо пропорциональна количеству и пределу текучести стали, более прочный бетон потребует более высокого ограничивающего давления. {{\ prime}} \) и осевой деформируемости колонн HSC, подверженных концентрическим нагрузкам.{{\ prime}} \) соотношение сохраняется независимо от прочности бетона. Однако важно отметить, что для сравниваемых образцов использовались сопоставимые схемы армирования, расстояние между стяжками и уровни осевой нагрузки.

Разви и Саатчиоглу (1994) сообщили о взаимосвязи между прочностью бетона, прочностью ограничительной стали и объемным соотношением поперечной арматуры. Sugano et al. (1990) утверждали, что произведение ρ с с yt увеличивать пропорционально прочности бетона.Они рекомендовали ρ с с yt / f Отношение c ′ должно быть не менее 0,2 для обеспечения пластичности. Нагашима и др. (1992) сообщили, что бетонные колонны 120 МПа показали внезапное падение прочности при деформации примерно на 1%, когда ρ с с yt / f c ′ было менее 18 МПа ( ρ с с yt / f c ‘отношение меньше 0.15), и развивалась деформация более 2%, когда этот продукт был выше 18 МПа ( ρ с с yt / f c ′ соотношение больше 0,15). В той же исследовательской программе сообщается, что минимальное значение 9 МПа для ρ с с yt дает удовлетворительные характеристики для колонн с бетоном 60 МПа.Хатанака и Танигава (1992) показали, что ρ с с yt / f Отношение c ′ должно оставаться постоянным, чтобы поддерживать ту же пластичность для колонок нормальной прочности и HSC. Nishiyama et al. (1993) сообщили, что для получения пластичных колонн, когда прочность бетона составляла 110 МПа (т.е. ρ , требовалось 4% объемное соотношение ограничительной стали 800 МПа). с с yt / f c ′ = 29%).

Обзор дополнительных данных испытаний, в которых объемное соотношение стали для HSC было ниже или равно таковому для сопутствующей бетонной колонны более низкой прочности, не обязательно показывает ту же тенденцию. Это указывает на то, что снижение деформируемости бетона из-за увеличения прочности может быть компенсировано увеличением объемного отношения, ρ s и предел текучести стали f yt , так что произведение ρ с с yt увеличивается пропорционально увеличению прочности бетона.{{\основной }}\)

Расположение стяжек

Расположение арматуры — еще один параметр, влияющий на распределение ограничивающего давления. Если поперечная сила, прикладываемая поперечной арматурой к бетону, хорошо распределяется по периметру основного бетона, распределение бокового давления становится почти равномерным, повышая эффективность ограничивающего армирования. Некоторые исследования, такие как Mander et al.(1988), а также Саатчиоглу и Разви (1992) показали, что расположение поперечной арматуры имеет большое влияние на прочность и пластичность бетонных колонн нормальной прочности. Кроме того, другие исследователи, такие как Yong et al. (1988), Сакаи (1990), Саатчиоглу и Разви (1993) наблюдали тот же эффект. Результаты показывают, что колонны HSC, усиленные хорошо распределенной продольной арматурой с поперечной опорой, демонстрируют повышенную пластичность. Нагашима и др. (1992), однако, наблюдали, что колонны с шестью, восемью и 12 продольными стержнями (конфигурация стального удержания типа 2, 3 и 6 — см. Рис.3) не показали существенной разницы в прочности и пластичности. Кассон и Паултр (1994) пришли к выводу, что колонны с 12 продольными стержнями (тип 6 на рис. 3) не обязательно демонстрируют улучшенное поведение по сравнению с колоннами с 8-стержневым расположением (тип 3 на рис. 3).

Количество, расстояние и прочность продольных стержней

Влияние продольных стержней на размер стержня и марку стали было исследовано экспериментально. Сакаи (1990) сообщил, что колонны с более высоким процентом продольной стали показали улучшенную пластичность.Кассон и Паултр (1994) пришли к выводу, что положительные эффекты высокого коэффициента усиления продольной стали увеличиваются со степенью ограничения, обеспечиваемой другими параметрами. С другой стороны, Bjerkeli et al. (1990) показали, что не было значительного влияния продольного отношения стали на соотношение напряжения и деформации ограниченного бетона в колоннах с соотношением стали 1,4–3,6%. Нагашима и др. (1992) показали, что класс продольной арматуры не влияет на соотношение напряжения и деформации ограниченного бетона.

Важно отметить, что все эти исследования изучали осевую деформируемость колонн независимо от их боковой нагрузки. Согласно этому исследованию (таблицы 2, 3), пластичность смещения и коэффициент дрейфа увеличились за счет увеличения количества и прочности продольных стержней. Кроме того, шаг продольных стержней как параметр s 1 , является еще одним фактором, влияющим на распределение давления удержания.Если поперечная сила, прикладываемая продольной арматурой к бетону, хорошо распределяется по границе основного бетона, распределение поперечного давления становится почти равномерным, повышая эффективность ограничивающего армирования.

Геометрия и размер сечения

Было установлено, что круговые спирали более эффективны для удержания бетона, чем прямолинейные связи. Преимущество круговых спиралей заключается в их геометрической форме, которая создает неизменное и непрерывное давление на границе сердечника.Согласно Саатчиоглу и Разви (1992), прямолинейные стяжки не могут создавать равномерного давления, достигая максимума в положениях поперечных ветвей стальной стяжки. Хатанака и Танигава (1992) сообщили, что боковое давление, создаваемое стяжкой с квадратным периметром, было примерно в 0,3–0,5 раза больше давления, создаваемого круговой стяжкой. Ekasit (1993) сообщил, что деформация, измеренная в спирально усиленной круглой колонне, была на 12% выше, чем измеренная в связанной колонне при том же уровне напряжения.

Большинство описанных в литературе испытаний на колонке HSC — это мелкомасштабные образцы.Относительное исследование, проведенное Martinez et al. (1982), которые объяснили более низкую прочность в меньших образцах по сравнению с более крупными образцами, представляя эффект размера. Однако из-за ограниченного характера имеющихся экспериментальных данных сделать обобщение этого вывода затруднительно.

УСЛОВИЯ ПРОЧНОСТИ ДЛЯ БЕТОННОЙ КЛАДКИ

ВВЕДЕНИЕ

Бетонные элементы кладки могут быть спроектированы одним из нескольких методов в соответствии со Строительными нормами и правилами для каменных конструкций (см.1): эмпирический расчет, расчет прочности или расчет допустимого напряжения. В данном TEK представлен базовый обзор критериев проектирования и требований к бетонным каменным конструкциям, спроектированным с использованием положений по расчету прочности, содержащихся в главе 3 Строительных норм для каменных конструкций издания 2002 г. (также называемых Кодексом MSJC) (ссылка 1) как указано и изменено в Разделе 2108 Международного Строительного Кодекса (IBC) 2003 г. (ссылка 2). Кроме того, изменения в методе расчета прочности включены в Кодекс MSJC издания 2005 г. (см.3) через раздел 2108 Международного строительного кодекса 2006 г. (ссылка 4), а также изменения, включенные в Кодекс MSJC 2008 года (ссылка 5).

Для получения эмпирических требований и требований к расчету допустимых напряжений пользователю следует обратиться к TEK 14-8A, Эмпирический расчет бетонных стен из кладки (ссылка 6) и TEK 14-7A, Расчет с допустимым напряжением бетонной кладки (ссылка 7), соответственно. . Таблицы, диаграммы и дополнительные вспомогательные средства проектирования, относящиеся к проектированию различных бетонных элементов кладки, можно найти в других связанных TEK.

Расчет прочности

основан на следующих предположениях проектирования в сочетании с основными принципами инженерной механики (ссылки 1, 3, 5), как показано на рисунке 1 для усиленного элемента:

  • Плоские сечения до гибки остаются плоскими после гибки. Следовательно, деформация кладки и арматуры, если она присутствует, прямо пропорциональна расстоянию от нейтральной оси.
  • Для неармированной кладки предполагается, что изгибные напряжения в кладке прямо пропорциональны деформации.Для армированной кладки предел прочности кладки не учитывается при расчете изгибной прочности, но учитывается при расчете прогиба.
  • Элементы, раствор, цементный раствор и арматура для армированной кирпичной кладки действуют совместно, чтобы противостоять приложенным нагрузкам.
  • Номинальная прочность поперечных сечений кладки при комбинированной изгибной и осевой нагрузке определяется применимыми условиями равновесия.
  • Максимальное сжимающее напряжение кладки составляет 0,80 f ’ м как для армированной, так и для неармированной кладки.
  • Максимально допустимая деформация, ε mu , при крайнем сжатии волокна бетонной кладки составляет 0,0025.
  • Для армированной кирпичной кладки напряжения сжатия и растяжения в арматуре ниже заданного предела текучести, f y , принимаются равными модулю упругости арматуры Es , умноженному на деформацию стали ε s . Для деформаций, превышающих предел текучести, соответствующий f y , напряжение в арматуре принимается равным f y .
  • Для армированной кирпичной кладки напряжение сжатия имеет прямоугольную форму и равномерно распределяется по эквивалентной зоне сжатия, ограниченной стороной сжатия кладки с глубиной a = 0,80c.

На основе предписанной расчетной модели, описанной выше, внутреннее распределение напряжений и деформаций показано на рисунке 1 для армированного элемента кладки. Более полный обзор расчетной модели представлен в Masonry Structures, Behavior and Design (ref.8).

Рисунок 1 — Распределение напряжений и деформаций для расчета прочности армированной кладки

2003 ИЗМЕНЕНИЯ В КОНСТРУКЦИИ ПРОЧНОСТИ IBC

IBC 2003 принимает Кодекс MSJC 2002 года с двумя модификациями, специфичными для процедуры расчета прочности в Разделе 2108 IBC. Эти две модификации заключаются в следующем.

  • Раздел 2108.2 вводит максимальную эффективную ширину сжатия для изгиба вне плоскости, в шесть раз превышающую номинальную толщину стенки, чтобы не превышать расстояние между арматурой. Это аналогично ограничениям, которые исторически использовались положениями о допустимом напряжении в Кодексе MSJC, а также теми, которые были приняты в Кодексе MSJC 2005 года для расчета прочности, как рассмотрено ниже.
  • Сварные и механические соединения в элементах кладки, спроектированные методом расчета прочности, также должны соответствовать Разделу 2108.3 МБК 2003 г. Для сварных соединений свариваемая арматура должна соответствовать ASTM A 706 (ссылка 9). Соединение с помощью механических соединителей классифицируется как механическое соединение типа 1 или типа 2 в соответствии с ACI 318, Требования строительных норм для конструкционного бетона (ссылка 10). Механические соединения типа 1 требуются только для достижения 125 процентов номинального предела текучести соединяемой арматуры. Механические соединения типа 2, наоборот, должны обеспечивать полную заданную прочность на разрыв арматуры.Сварные и механические соединения Типа 1 не разрешается использовать в области пластмассовых шарниров промежуточных или специальных армированных стенок, подвергающихся сдвигу.

2002 КОД MSJC КРИТЕРИИ КОНСТРУКЦИИ ПРОЧНОСТИ

При расчете прочности расчетная прочность элемента кладки сравнивается с требуемой (или факторной) прочностью (обозначенной нижним индексом и ), которая включает коэффициенты нагрузки для учета неопределенности при прогнозировании расчетных нагрузок и вероятности большего. одновременно действует более одной расчетной нагрузки.Требуемая прочность основана на комбинациях расчетных нагрузок на прочность в соответствии с требованиями Раздела 1605 IBC. По выбору проектировщика или когда Кодекс MSJC используется вместе с другим строительным кодексом, не содержащим комбинаций нагрузок, конструкции каменной кладки рассчитаны на сопротивление комбинации нагрузок, указанной в ASCE 7, Минимальные расчетные нагрузки для зданий и других конструкций ( ссылка 11). Для расчета прочности эти комбинации нагрузок практически одинаковы.

Расчетная прочность кладки — это номинальная прочность (обозначенная индексом n), умноженная на соответствующий коэффициент уменьшения прочности Φ.Расчет приемлем, если расчетная прочность равна или превышает факторную прочность (т.е. когда Φ M n M u ) для всех предписанных комбинаций нагрузок. В следующих разделах описаны общие требования к расчету прочности, применимые как к неармированным, так и к армированным конструкциям каменной кладки, за исключением требований к конструкции для анкерных болтов и соединений внахлест. По этим темам пользователь может обратиться к TEK 12-3A, Проектирование анкерных болтов, закладываемых в бетонную кладку (см.12) и TEK 12-6, Соединения, развертки и стандартные крючки для бетонной кладки (ссылка 13), соответственно.

Коэффициенты снижения прочности

Для учета неопределенностей в конструкции, свойствах материала, рассчитанных по сравнению с фактическими значениями прочности и ожидаемыми видами разрушения номинальная прочность элемента кладки умножается на соответствующий коэффициент уменьшения прочности Φ. Коэффициенты снижения прочности используются вместе с коэффициентами нагрузки, применяемыми к расчетным нагрузкам. Значения коэффициентов снижения прочности для различных типов условий нагружения:

  • для армированных элементов кладки, подверженных изгибным или осевым нагрузкам; Ф = 0.90;
  • для неармированных элементов кладки, подверженных изгибным или осевым нагрузкам; Φ = 0,60;
  • для элементов кладки, подверженных сдвигающим нагрузкам; Φ = 0,80;
  • для опоры на элементы кладки; Φ = 0,60.

Дрейф и отклонение

При проектировании на случай землетрясений смещение этажа (относительное смещение соседних этажей) должно сравниваться с предписанными IBC допустимыми смещениями этажей. Когда Кодекс MSJC используется вместе со строительными нормами, не содержащими допустимых сносов этажей, используются положения ASCE 7.Для кирпичных зданий с консольными стенами, работающими на сдвиг, IBC ограничивает смещение этажа 0,01 h sx , где h sx — высота этажа ниже уровня, для которого рассчитывается снос. Для других типов зданий с каменной стеной, за исключением каменных каркасов, допустимый сдвиг этажа ограничен 0,007 h sx . В то время как IBC включает пределы сноса этажей для зданий с каменными каркасными стенами, такие структурные конфигурации используются редко.При расчете сноса этажа рассчитанный упругий прогиб умножается на коэффициент усиления прогиба, C d , как предписано в IBC для типа проектируемой структурной системы. Коэффициент усиления отклонения аппроксимирует дополнительное отклонение из-за неупругого отклика (если применимо) системы во время землетрясения. Из-за присущей конструкциям каменной кладки жесткости в плоскости отклонение в плоскости и дрейф этажа редко являются контрольным пределом, если не предусмотрено относительно большое количество отверстий, снижающих прочность и жесткость вдоль линии поперечного сопротивления.

В отличие от расчета допустимых напряжений, который позволяет рассчитывать отклонения с учетом секций без трещин как для армированной, так и для неармированной кладки, расчет прочности требует, чтобы отклонения армированных элементов кладки основывались на характеристиках сечения с трещинами, которые ограничиваются половиной свойств общего сечения. если не выполняется тщательный анализ сечения с трещинами. Отклонение неармированных элементов кладки, которые должны оставаться без трещин, используют свойства сечения без трещин.

Поскольку неармированные элементы кладки должны быть спроектированы таким образом, чтобы они не имели трещин, отклонение редко является контрольным пределом для этих систем. Однако армированные элементы каменной кладки, особенно высокие, тонкие стены, изгибающиеся вне плоскости, могут проявлять чрезмерный прогиб даже при относительно низких приложенных нагрузках. Таким образом, Кодекс MSJC ограничивает прогиб на средней высоте, δ s , усиленных элементов каменной кладки, изгибающихся вне плоскости из-за боковых и осевых нагрузок рабочего уровня до 0.007 ч . Эффекты второго порядка из-за вкладов P -delta также должны быть приняты во внимание, что обычно достигается путем итерации до тех пор, пока не будет достигнута сходимость.

Когда приложенный момент, M ser , меньше момента, необходимого для возникновения трещин, M cr , ( M ser < M cr ), затем средняя высота прогиб элемента кладки, подверженного равномерной нагрузке вне плоскости, можно определить с помощью уравнения 1.

И наоборот, когда приложенный момент, M ser , больше момента, необходимого для возникновения трещин, M cr , но меньше, чем номинальная моментная сила сборки ( M cr < M ser < M n ) прогиб на средней высоте элемента кладки, подверженного равномерной внеплоскостной нагрузке, можно определить с помощью уравнения 2.

MSJC не предписывает метод определения момента инерции трещины, I cr . Таким образом, разрешен любой рациональный метод определения свойств сечения с трещинами. TEK 14-1B «Свойства сечения бетонных стен из каменной кладки» (ссылка 14) предоставляет типичные характеристики сечения для различных участков стены без трещин. Для использования в уравнениях 1 и 2 момент растрескивания можно принять как

Где модуль разрыва, f r , получен из таблицы 1 для рассматриваемого типа раствора и конструкции.

Свойства материала

Из-за отсутствия доступных исследовательских данных, подтверждающих его использование, заданная прочность бетонной кладки на сжатие f ‘ м , рассчитанная методом расчета прочности, должна составлять не менее 1500 фунтов на квадратный дюйм (10,34 МПа), но не более 4000 фунтов на квадратный дюйм (27,58 МПа). Кроме того, при использовании в качестве конструкции требуется, чтобы указанная прочность цементного раствора на сжатие была, по крайней мере, равной указанной прочности бетонной кладки на сжатие, но не более 5000 фунтов на квадратный дюйм (34.47 МПа). Для каждого из этих верхних пределов прочности на сжатие кирпичной кладки или раствора фактическая испытанная прочность может превышать эти значения: ограничение применяется только к определенной прочности, на которой основан проект. Обратите внимание, что эти положения также включены в Кодекс MSJC 2005 года.

Расчет прочности армированной кладки основан на заданном пределе текучести арматуры, f y , который ограничен значением 60 000 фунтов на квадратный дюйм (413,7 МПа). Фактический предел текучести арматуры ограничен 1.В 3 раза выше указанного предела текучести. Комбинация этих требований эффективно исключает использование арматуры стыков слоев в качестве основной конструкционной стали в кладке, спроектированной методом расчета прочности, поскольку номинальный предел текучести арматуры стыков слоев превышает эти пределы. Сопротивление сжатию стальной арматуры не разрешается использовать, если боковая арматура не предусмотрена в соответствии с главой 2 Кодекса MSJC, за исключением случаев, разрешенных при проверке максимальных пределов армирования, как описано ниже.

Каменная кладка неармированная

Для неармированной кладки конструкция кладки (блоки, раствор и раствор, если они используются) рассчитана на то, чтобы выдерживать все приложенные напряжения. Дополнительная способность от включения арматурной стали, если она присутствует (например, арматура, добавленная для контроля растрескивания при усадке или предписываемая кодексом), не принимается во внимание при проектировании неармированных элементов кладки. Поскольку кладка выдерживает как растягивающие, так и сжимающие напряжения, возникающие в результате приложенных нагрузок, кладка должна быть спроектирована таким образом, чтобы не было трещин.

Номинальная прочность на изгиб без армирования

Номинальная прочность на растяжение неармированной бетонной кладки на растяжение дается модулем разрыва, как предписано в Кодексе MSJC, который варьируется в зависимости от направления пролета, типа раствора, рисунка склеивания и процента затирки, как показано в Таблице 1. Применяются эти значения. к кладке, подверженной внеплоскостному изгибу. Для стен, проходящих горизонтально между опорами, в кодексе консервативно предполагается, что кладка из штабеля не обладает прочностью на изгиб через заделанные швы головы, поэтому используется только область затирки (для участков, залитых горизонтальным раствором).В этом случае модуль разрыва раствора принимается равным 250 фунтов на квадратный дюйм (1720 кПа). Аналогичным образом, для кирпичной кладки, подвергнутой изгибу в плоскости, модуль разрыва при нормальном и параллельном стыкам основания принимается равным 250 фунтов на квадратный дюйм (1720 кПа).

Для элементов кладки, подверженных действию изгибающего момента M u и осевой силы сжатия P u , результирующее изгибающее напряжение изгиба определяется с помощью уравнения 4.

Если результирующее значение F u положительное, то сечение кладки контролируется напряжением и значениями модуля разрыва из таблицы 1, уменьшенными на соответствующий коэффициент уменьшения прочности (Φ = 0.60), должно быть выполнено. И наоборот, если F u , как указано в уравнении 4, является отрицательным, сечение кладки находится в состоянии сжатия и применяется расчетное сжимающее напряжение 0,80 f ’ м . При использовании осевой нагрузки для компенсации изгибных напряжений изгиба, как описано выше, в P u следует включать только собственные нагрузки или другие постоянные нагрузки.

Номинальная осевая прочность неармированного материала

Когда неармированные каменные стены подвергаются только осевым нагрузкам сжатия, номинальная осевая прочность на сжатие, P n , определяется с помощью уравнения 5 или 6, в зависимости от ситуации.Неармированная кладка не должна воспринимать чистые силы осевого растяжения.

Для элементов с h / r не более 99:

Для элементов с h / r больше 99:

Номинальное сопротивление сдвигу без армирования

Напряжения сдвига в неармированных элементах кладки рассчитываются с использованием чистых характеристик поперечного сечения кладки в направлении приложенной силы сдвига по формуле:

Уравнение 7 применимо для определения касательных напряжений как в плоскости, так и вне плоскости.Поскольку неармированная кладка рассчитана на то, чтобы оставаться без трещин, нет необходимости выполнять анализ сечения с трещинами для определения свойств сечения сетки. В свою очередь, приложенные напряжения сдвига (с учетом соответствующего фактора нагрузки) сравниваются с номинальной прочностью на сдвиг, V n , неармированной секции кладки, которая является наименьшей из:

Таблица 1 — Значения модуля разрыва, фунт / кв. Дюйм (кПа)

Армированная кладка

При проектировании армированной кладки в соответствии с Кодексом MSJC не учитывается сопротивление растяжению, обеспечиваемое каменными элементами, раствором и раствором при определении прочности кладки.(Однако прочность на разрыв элементов, раствора и раствора учитывается при определении жесткости и деформации армированного элемента кладки.) Таким образом, для целей проектирования предполагается, что часть кладки, подверженная действию результирующего растягивающего напряжения, имеет трещины. , передавая все растягивающие усилия на арматуру.

При расчете прочности арматурные стержни, используемые в кладке, не могут быть больше, чем № 9 (M # 29), и стержни не могут быть объединены в связку. Кроме того, номинальный диаметр стержня не должен превышать одну восьмую номинальной толщины элемента или четверть наименее четкого размера ячейки, полосы или муфты, в которой он размещен.Общая площадь арматурных стержней, размещаемых в отдельной ячейке или в процессе строительства полого элемента, не может превышать 4% площади ячейки. Обратите внимание, что этот предел не применяется к участкам, где происходят стыки внахлестку. При соединении внахлест максимальная площадь арматурного стержня увеличена до 8% как в редакции Кодекса MSJC 2002, так и 2005 года.

Максимальный коэффициент усиления при изгибе

Чтобы обеспечить заданный уровень пластичности армированной кладки в случае разрушения, максимальный коэффициент армирования ρ max ограничивается в соответствии с уравнением 8 или 9, в зависимости от ситуации.Уравнение 8 применяется к поперечным сечениям кладки, которые полностью залиты раствором или где нейтральная ось попадает в лицевую оболочку блоков кладки в частично залитой строительным материалом. Когда нейтральная ось попадает в сердечники частично залитой раствором конструкции, используется уравнение 9.

Коэффициент деформации растянутой арматуры α изменяется в зависимости от коэффициента модификации сейсмической реакции R , элемента кладки и типа нагрузки следующим образом:

  • α = 1.3 для стен, подверженных воздействию силы вне плоскости и спроектированных с использованием значения R более 1,5,
  • α = 5,0 для стен, действующих в плоскости, для колонн и балок, спроектированных с использованием R > 1,5,
  • α = 2,0 для каменных конструкций, рассчитанных с R ≤ 1,5.

В приведенном выше наборе требований α больше для внеплоскостных нагрузок, когда R меньше или равно 1,5, что противоречит основной цели обеспечения повышенной пластичности для систем и элементов, требования пластичности которых могут быть относительно высоким.Несколько обновлений и максимальных изменений были включены в последующие редакции Кодекса MSJC 2002 года, как описано ниже.

Усиленная номинальная осевая прочность

Номинальная осевая прочность P u каменных стен, опор и колонн, измененная с учетом эффектов гибкости, определяется с помощью уравнения 10 или 11, в зависимости от ситуации. Кодекс MSJC также ограничивает факторное осевое напряжение до 0,20 м / м.

Для элементов с h / r не более 99:

Для элементов с h / r больше 99:

Обратите внимание, что область арматурной стали, A s , включается в расчет номинальной осевой прочности только в том случае, если она ограничена по бокам в соответствии с главой 2 Кодекса MSJC.

Номинальная прочность на изгиб усиленного армированного материала

Номинальная прочность на изгиб, M n , армированного элемента кладки определяется, как указано ниже. Кроме того, номинальная прочность на изгиб в любом сечении элемента должна составлять не менее одной четвертой от максимальной номинальной прочности на изгиб в критическом сечении.

При отсутствии осевых нагрузок или при консервативном пренебрежении осевыми нагрузками, что может быть целесообразным в некоторых случаях, необходимо учитывать несколько обстоятельств при определении номинальной прочности на изгиб армированных стен из кирпича.Для полностью залитого раствором элемента плечо внутреннего момента между результирующими сжимающими и растягивающими силами разрешается для определения сопротивляемости секции. Частично залитые цементным раствором стены анализируются таким же образом, но с дополнительным учетом возможного влияния незацементированных стержней на прочность секции. При изгибе кирпичной кладки с частично залитым раствором изгиба следует учитывать два типа поведения.

  1. В первом случае, когда нейтральная ось (место нулевого напряжения) лежит внутри оболочки сжимаемой поверхности, стена анализируется и проектируется с использованием процедур для полностью залитой цементным раствором стены.
  2. Во втором случае, когда нейтральная ось лежит в пределах площади активной зоны, часть незаращенных ячеек должна быть вычтена из площади кладки, способной выдерживать напряжения сжатия.

Расположение нейтральной оси зависит от расстояния между арматурой, а также от коэффициента армирования ρ и расстояния между арматурой и волокном с крайним сжатием, d .

При анализе стен, частично залитых раствором, обычно изначально предполагается, что нейтральная ось лежит внутри оболочки поверхности сжатия, так как анализ является более простым.Затем на основе этого предположения рассчитывается значение c. Если определено, что нейтральная ось лежит вне оболочки грани сжатия, выполняется более тщательный анализ тройниковой балки. В противном случае выполняется анализ прямоугольной балки.

Анализ прямоугольного луча

Для полностью заполненных цементным раствором каменных элементов и для частично заполненных цементным раствором каменных стен с нейтральной осью в оболочке лицевой стороны сжатия номинальная прочность на изгиб, M n , рассчитывается с использованием уравнений 12 и 13 следующим образом:

Анализ тройника балки

Для стен с частичным цементным раствором, у которых нейтральная ось расположена внутри сердечников, номинальная прочность на изгиб, M n , рассчитывается по уравнениям 14, 15 и 16 следующим образом:

Чтобы учесть прогиб, возникающий из-за неплоскостных нагрузок и дополнительного изгибающего момента из-за эксцентрично приложенных осевых нагрузок, необходимо определить изгибающий момент на средней высоте свободно опертой стены при равномерной нагрузке по уравнению 17 .

Для определения сходящейся величины результирующего отклонения может потребоваться несколько итераций.

Усиленная номинальная прочность на сдвиг

Сдвигу, действующему на армированные элементы каменной кладки, противостоит кладка и арматура сдвигу, если таковая имеется, в соответствии со следующим:

Где V n не может превышать значений, заданных уравнениями 20 или 21, в зависимости от ситуации.

Где M / Vd v меньше или равно 0,25:

Где M / Vd v больше 1,00:

Для значений M / Vd v между 0.25 и 1,00 максимальное значение В, n может быть линейно интерполировано.

Номинальное сопротивление сдвигу, обеспечиваемое кладкой, определяется в соответствии со следующим.

Где значение M / Vd v не должно быть больше 1,0.

Когда в армированную каменную конструкцию вводится арматура на сдвиг, прочность на сдвиг, обеспечиваемая арматурой, рассчитывается в соответствии со следующим.

ТРЕБОВАНИЯ IBC на 2006 год

Ниже приводится краткое изложение изменений и модификаций, принятых в Кодексе MSJC 2005 г., как указано в IBC 2006 г. Большинство основных положений по проектированию остаются неизменными, за некоторыми заметными исключениями, которые рассматриваются ниже.

2006 Модификации прочности IBC

Те же модификации сварных и механических соединений, которые ранее обсуждались в разделе «Модификации прочности конструкции IBC в 2003 году», остаются и в IBC 2006 года.Кроме того, раздел 2108 IBC 2006 года включил ограничение в 72 d b на максимальную требуемую длину стыков внахлестку, используемых в кладке, спроектированной методом расчета прочности, как определено положениями MSJC 2005 года по стыковке внахлестку. Хотя этот предел обычно не срабатывает для относительно малых диаметров стержня, он может уменьшить требуемую длину нахлеста арматурных стержней большого диаметра или в случаях, когда используются небольшие защитные расстояния. Подробные требования к длине стыка см. В TEK 12-6 (№ 13).

Другие изменения в Разделе 2108 IBC 2006 года отражают обновления и модификации Кодекса MSJC 2005 года для удаления избыточных или противоречивых требований.

Кодекс MSJC 2005 г. Критерии проектирования Прочность подшипников

Из-за, прежде всего, надзора, Кодекс MSJC 2002 года не включал четких положений по определению несущей способности кладки, подверженной сосредоточенным нагрузкам. Требования к несущей способности, принятые в Кодексе MSJC 2005 г., аналогичны тем, которые используются для расчета допустимого напряжения, но изменены по мере необходимости для использования в расчетах на прочность.Номинальная несущая способность кладки принимается как большее из Уравнений 24 и 25:

.

Значение 0,6 в уравнениях 24 и 25 является расчетным коэффициентом, а не коэффициентом снижения прочности Φ, который также оказывается равным 0,6 для определения расчетной несущей способности. Для использования в уравнении 25 также должно выполняться следующее выражение:

Где A 1 — фактическая площадь подшипника непосредственно под опорной пластиной, а A 2 — эффективная площадь подшипника, определяемая как правая пирамида, имеющая A 1 в качестве верхней плоскости и наклонной в 45.Для стен, уложенных в штабель, площадь, определенная по формуле A 2 , заканчивается на стыках головок, если не используется связующая балка или другие средства распределения напряжений. Сосредоточенные напряжения распределяются по длине, равной ширине опорной поверхности плюс четыре толщины опорного элемента, но не должны превышать межцентровое расстояние между сосредоточенными нагрузками.

Модуль упругости при разрыве

Кодекс MSJC 2005 года включал несколько модификаций значений модуля разрыва, представленных в Таблице 1, для изгибных напряжений растяжения, нормальных к стыкам основания полых, полностью залитых раствором сборок, как показано в Таблице 2.Эти модификации признают, что тип строительного раствора имеет меньшее влияние на модуль разрыва, когда элемент полностью залит.

Кроме того, вместо предписания единственного значения 250 фунтов на квадратный дюйм (1,72 МПа) для кирпичной кладки, подвергаемой изгибу в плоскости, как в Кодексе MSJC 2002 года, Кодекс MSJC 2005 года требует использования Таблицы 1, измененной Таблицей 2, для все случаи изгиба в плоскости и вне плоскости.

Таблица 2 — Изменения значений модуля упругости при разрыве в таблице 1, включенные в Кодекс MSJC 2005 г., фунт / кв. Дюйм (кПа)

Максимальные пределы армирования при изгибе

В требованиях к максимальной наружной арматуре 2005 MSJC используется тот же подход градиента деформации, что и рассмотренный выше, с несколькими заметными изменениями.

  • Арматура может воспринимать напряжения сжатия, с боковой ограничивающей арматурой или без нее. Кроме того, был удален коэффициент 1,25 номинального предела текучести арматуры. Результирующие уравнения для максимальных пределов изгибного армирования даются уравнением 26 для полностью залитых раствором элементов или элементов, подвергающихся нагрузкам в плоскости, и уравнением 27 для частично залитых цементным раствором блоков каменной кладки, подвергающихся внеплоскостным нагрузкам, когда нейтральная ось попадает в горизонтальную плоскость. открытая ячейка.
  • Коэффициент текучести арматуры α при растяжении принимается равным следующим значениям, когда M u / V u d v ≥ 1,0 (что указывает на то, что в характеристиках преобладает exure):
    • для промежуточных армированных стен с сдвигом кладки, подверженных нагрузкам в плоскости: α = 3,0,
    • для специальных армированных стен из кирпичной кладки, подверженных нагрузкам в плоскости: α = 4.0,
    • для других элементов кладки и условий нагружения: α = 1,5.
  • Для случаев, когда M u / V u d v ≤ 1,0 (указывает на характеристики с преобладанием сдвига) и R > 1,5: α = 1,5.
  • Для элементов каменной кладки, у которых M u / V u d v ≤ 1,0 и R ≤ 1,5, нет ограничений на допустимую величину армирования.
  • Осевая нагрузка, P , для использования в уравнениях 26 и 27, представляет собой составляющую осевой нагрузки силы тяжести, определяемую из следующей комбинации нагрузок: D + 0.75 L + 0,525 Q E .

Эффективная ширина сжатия на арматурный стержень

Раздел 2108 IBC 2003 года включал ограничения на эффективную ширину сжатия на арматурный стержень, которые впоследствии были удалены из IBC 2006 года, поскольку аналогичные положения были включены в Кодекс MSJC 2005 года. Для кирпичной кладки с непрерывным соединением и для кирпичной кладки с укладкой стяжек с зазором между балками не более 48 дюймов (1219 мм) по центру максимальная ширина используемой области сжатия ограничивается минимум:

  • расстояние между центрами арматуры;
  • в шесть раз больше номинальной толщины элемента; или
  • 72 дюйма(1829 мм).

Граничные элементы

Новым в Кодексе MSJC 2005 г. являются проектные положения для граничных элементов, включенных в концевые зоны стен, перекрывающих сдвиг. Поскольку MSJC не включает минимальные предписывающие требования к детализации армирования для граничных элементов, он требует, чтобы при использовании их эффективность проверялась путем тестирования. Кроме того, при соблюдении требований к геометрической симметрии, осевой нагрузке и изгибным характеристикам Кодекс MSJC допускает отказ от максимальных пределов армирования, как указано выше.Это исключение может потребовать или не потребовать включения специальных граничных элементов, в зависимости от проектных обстоятельств.

2008 MSJC ТРЕБОВАНИЯ К ПРОЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ

На момент публикации редакция Кодекса MSJC 2008 г. была завершена, а редакция IBC 2009 г. — нет. В ожидании того, что IBC 2009 г. примет MSJC 2008 в качестве ссылки, ниже приводится краткий обзор изменений в положениях о конструкции прочности Кодекса MSJC 2008 г.Помимо некоторой реорганизации, существенные изменения в методе расчета на прочность включают:

  • Проверка прочности на сдвиг, чтобы помочь предотвратить хрупкое разрушение элемента кладки во время землетрясения, была пересмотрена и теперь применяется только к специальным стенам, усиленным сдвигом кладки. Ранее эта проверка применялась как к армированным, так и к неармированным элементам кладки независимо от сейсмических соображений.
  • Требование обеспечить не менее 80 процентов поперечной жесткости через стены, работающие на сдвиг, было пересмотрено, чтобы применяться только к категориям сейсмического расчета C и выше.
  • Вместо того, чтобы требовать, чтобы прогиб всех армированных элементов кладки рассчитывался на основе свойств сечения с трещинами, Кодекс MSJC 2008 года просто требует, чтобы при проектировании «учитывались эффекты растрескивания и усиления на жесткость элемента», что обеспечивает большую гибкость при проектировании.
  • При определении влияния эффектов P -delta при проектировании неармированной кладки был использован подход, увеличивающий момент. Увеличенный момент, M c , определяется либо с помощью анализа второго порядка, либо следующим образом:

Для стержней с h / r ≤ 45 допускается принимать δ = 1.0. Для стержней с 45 < h / r ≤ 60 допускается принимать δ = 1,0 при условии, что максимальное факторизованное осевое напряжение на элементе не превышает 0,72 f ’ м .

ОБОЗНАЧЕНИЯ

A n = полезная площадь поперечного сечения кладки, дюйм² (мм²)
A s = эффективная площадь поперечного сечения арматуры, дюйм² (мм²)
A v = площадь поперечного сечения поперечной арматуры, дюймы² (мм²)
A 1 = площадь подшипника под опорной пластиной, дюйм² (мм²)
A 2 = эффективная площадь подшипника, дюйм² (мм²)
a = глубина зона эквивалентного сжатия при номинальной прочности, дюймы (мм)
b = ширина профиля, дюймы (мм)
b w = для частично залитых раствором стен, ширина залитой раствора плюс каждая толщина стенки при сжатии зона, дюймы (мм)
C = результирующая сжимающая сила, фунт (Н)
c = расстояние от волокна с максимальной деформацией сжатия до нейтральной оси, дюймы(мм)
C d = коэффициент усиления сейсмического отклонения
C n = номинальная прочность подшипника, фунт (Н)
D = собственная нагрузка, фунт (Н)
d = расстояние от крайнее сжатое волокно до центра тяжести растянутой арматуры, дюймы (мм)
d b = номинальный диаметр арматуры, дюймы (мм)
d v = фактическая глубина кладки в направлении рассматриваемого сдвига , в.(мм)
d ‘ = расстояние от крайнего растянутого волокна до центра тяжести сжатой арматуры, дюймы (мм)
E м = модуль упругости кладки, фунт / кв. дюйм (МПа)
E s = модуль упругости арматуры, фунт / кв.дюйм (МПа)
e u = эксцентриситет P uf дюймов (мм)
F u = чистое fl изгибающее напряжение из-за факторизованных нагрузок, psi (МПа)
F vu = напряжение сдвига на неармированных элементах кладки, psi (МПа)
f ‘ m = указанная прочность кладки на сжатие, psi (МПа)
f r = модуль разрыва, psi (МПа)
f y = заданный предел текучести арматуры, psi (МПа)
h = эффективная высота элемента кладки, дюйм.(мм)
h sx = эффективная высота элемента кладки ниже уровня x, дюймы (мм)
I cr = момент инерции площади поперечного сечения элемента с трещинами, дюймы 4 (мм 4 )
I g = момент инерции общей площади поперечного сечения элемента, дюймы 4 (мм 4 )
I n = момент инерции чистой площади поперечного сечения стержня, дюйм. 4 (мм 4 )
L = временная нагрузка, фунт (Н)
M = максимальный расчетный изгибающий момент без учета поправки в рассматриваемом сечении, дюйм-фунт (Н-мм)
M c = момент, увеличенный с учетом кривизны элемента, дюйм-фунт (Н-мм)
M cr = изгибающий момент при растрескивании, дюйм-фунт (Н-мм)
M n = номинальный момент, дюйм-фунт (Н-мм)
M ser = приложенный изгибающий момент, дюймы-фунт (Н-мм)
M u = факторный момент, дюйм-фунт (Н-мм)
Н v = сжимающая сила, действующая перпендикулярно поверхности сдвига, фунт (Н)
P = осевая нагрузка без учета фактора, фунт (Н)
P n = номинальная осевая прочность, фунт (Н)
P u = факторная осевая нагрузка, фунт (Н)
P uf = факторная нагрузка от притока на пол или площадь крыши, фунт (Н)
P uw = факторный вес рассматриваемого участка стены от притока к секции стены, фунт (Н)
Q E = влияние горизонтального сейсмические силы, фунт (Н)
Q n = первый момент вокруг нейтральной оси участка той части чистого поперечного сечения, лежащей между нейтральной осью и крайним волокном, дюйм.³ (мм³)
R = коэффициент модификации сейсмической реакции
r = радиус вращения, дюймы (мм)
S n = модуль упругости поперечного сечения, дюймы³ (мм³)
s = шаг поперечной арматуры, дюймы (мм)
T = натяжение арматуры, фунты (Н)
t = заданная толщина элемента кладки, дюймы (мм)
t fs = толщина облицовки бетонной кладки, дюйм.(мм)
V = сила сдвига без учета фактора, фунт (Н)
V м = прочность на сдвиг, обеспечиваемая каменной кладкой, фунт (Н)
V n = номинальное сопротивление сдвигу, фунт (Н)
V s = прочность на сдвиг, обеспечиваемая сдвиговой арматурой, фунт (Н)
V u = факторный сдвиг, фунт (Н)
w u = факторный фактор, равномерно распределенный вне плоскости нагрузка, фунт / дюйм. (Н / мм)
X = для частично залитой цементным раствором кирпичной кладки, расстояние от волокна с крайним сжатием до центра тяжести результирующего сжатия, дюйм.(мм)
α = коэффициент деформации текучести арматуры
δ = коэффициент увеличения момента
δ с = прогиб из-за рабочих нагрузок, дюймы (мм)
δ u = прогиб из-за факторизованных нагрузок, дюймы (мм)
ε mu = максимально допустимая деформация сжатия кирпичной кладки
ε с = деформация стали
ε y = деформация текучести арматуры
ρ = степень армирования
ρ макс = максимальная степень усиления
Φ = коэффициент снижения прочности

Список литературы

  1. Строительные нормы и правила для каменных конструкций, ACI 530-02 / ASCE 5-02 / TMS 402-02.Сообщено Объединенным комитетом по стандартам кладки, 2002 г.
  2. Международный Строительный Кодекс 2003 г. Совет Международного кодекса, 2003.
  3. Строительные нормы и правила для каменных конструкций, ACI 530-05 / ASCE 5-05 / TMS 402-05. Сообщено Объединенным комитетом по стандартам кладки, 2005 г.
  4. 2006 Международный Строительный Кодекс. Совет Международного кодекса, 2006.
  5. Строительные нормы и правила для каменных конструкций, ACI 530-08 / ASCE 5-08 / TMS 402-08. Сообщено Объединенным комитетом по стандартам кладки, 2008 г.
  6. Эмпирический проект бетонных стен, ТЕК 14-8А. Национальная ассоциация бетонных каменщиков, 2001.
  7. Расчет на допустимые напряжения бетонной кладки, ТЭК 14-7А. Национальная ассоциация каменщиков из бетона, 2004 г.
  8. Дрисдейл Р. Г., Хамид А. А. и Бейкер Л. Р. Строительные конструкции, поведение и дизайн, второе издание. Общество масонства, 1999.
  9. Стандартные технические условия на деформированные и плоские стержни из низколегированной стали для армирования бетона, ASTM A 706 / A 706M-01.ASTM International, 2001.
  10. Строительные нормы и правила для конструкционного бетона, ACI 318-02. Американский институт бетона, 2002.
  11. Минимальные расчетные нагрузки для зданий и других конструкций, ASCE 7-02. Институт структурной инженерии Американского общества инженеров-строителей, 2002 г.
  12. Расчет анкерных болтов, закладываемых в бетонную кладку, TEK 12-3A. Национальная ассоциация каменщиков из бетона, 2004 г.
  13. Соединения, развертки и стандартные крючки для бетонной кладки, TEK 12-6.Национальная ассоциация бетонщиков, 2007.
  14. Раздел «Свойства бетонных стен», TEK 14-1B. Национальная ассоциация бетонщиков, 2007.

NCMA и компании, распространяющие эту техническую информацию, не несут никакой ответственности за точность и применение информации, содержащейся в этой публикации.

Глава 2 — Руководство пользователя для бетонного материала LS-DYNA, модель 159, май 2007 г.

PDF-файлы можно просматривать с помощью Acrobat® Reader®

Глава 2.Теоретическое руководство

Эта глава начинается с обзора поведения бетона, за которым следует подробное описание формулировки модели 159 бетонного материала в LS-DYNA. Уравнения представлены для каждой характеристики модели (упругость, пластичность, упрочнение, повреждение и эффекты скорости). Затем в главе описываются входные свойства модели и основы для их значений по умолчанию.

КРИТИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ БЕТОНА

Бетон — это композитный материал, состоящий в основном из заполнителя и строительного раствора.Его реакция сложна, от хрупкости в режимах растяжения и низкого удерживающего давления до пластичной при высоких давлениях удержания. Критическое поведение бетона обсуждается ниже, особенно в режимах растяжения и низкого ограничивающего давления, применимых к анализу безопасности на дорогах. Рисунки с 1 по 14, которые представляют это поведение, воспроизводятся из различных ссылок, цитируемых в конце каждого заголовка.

Жесткость . Эластичность бетона изотропна до появления трещин.Это связано с тем, что бетон должен хорошо перемешиваться, вибрировать и не расслаиваться.

Одноосная прочность. Стандартный бетон имеет низкую прочность на разрыв. Прочность на прямое растяжение или неограниченное растяжение ( f T ) обычно составляет от 8 до 15 процентов прочности на неограниченное сжатие ( f C ).

Многоосная прочность. Предел прочности бетона зависит как от давления, так и от касательного напряжения.Данные прочности бетона нанесены на рисунки 1 и 2 в меридиональной и девиаторной плоскостях. Типичные поверхности разрушения, которые могут соответствовать таким данным, представлены на рисунках 3 и 4. Просмотр справочного материала Chen & Han настоятельно рекомендуется для обсуждения трехмерного пространства напряжений, а также меридиональной и девиаторной плоскостей. (7) Общую форму трехмерной силовой поверхности можно описать плавными кривыми в меридиональных плоскостях и формой ее поперечного сечения в девиаторных плоскостях.

Данные прочности бетона обычно отображаются как разница главных напряжений в зависимости от давления. Основная разница напряжений составляет σ x σ r . Рисунок 1 представляет собой безразмерное изображение такого графика. Хорошо известно, что бетон разрушается при более низких значениях разности главных напряжений для испытаний на трехосное растяжение (TXE), чем при испытаниях на трехосное сжатие (TXC), проводимых при том же давлении. TXC и TXE — стандартные лабораторные тесты для измерения кривых отказов.Эти испытания обычно проводятся на цилиндрических образцах и начинаются с гидростатического сжатия до желаемого ограничивающего давления, т. Е. Осевое напряжение сжатия σ x равно радиальному напряжению сжатия σ r . Для испытаний TXC величина осевого напряжения сжатия квазистатически увеличивается (при сохранении постоянной σ r ) до тех пор, пока образец не разрушится. Для испытаний TXE величина осевого напряжения сжатия квазистатически уменьшается до тех пор, пока образец не разрушится.Данные испытаний TXC, подобные показанным на рисунке 1, соответствуют параметрам меридиана сжатия модели бетонного материала. (8,9) Данные испытаний TXE соответствуют параметрам меридиана растяжения. Это поведение схематично показано на рисунке 3. Меридиан сдвига получен в результате испытаний на кручение (TOR).

Прочность бетона также может быть нанесена в девиаторной плоскости, как показано на рисунке 2. Здесь нанесены безразмерные формы главных напряжений ( σ 1 , σ 2 , σ 3 ). при различных безразмерных давлениях, представленных сплошными линиями.В режиме растяжения данные о прочности обычно образуют треугольник. В режиме сжатия данные по прочности обычно переходят от треугольника при низком ограничивающем давлении к кругу при очень высоком ограничивающем давлении. Это поведение схематично показано на рисунке 4.

Рисунок 1. График. Пример конкретных данных Миллса и Циммерманна, нанесенных на меридиональную плоскость. (8)

Рисунок 2. Рисунок. Примерные кривые, подогнанные Лонэ и Гачоном к их конкретным данным, построены на девиаторной плоскости. (10)

фунт / кв. Дюйм = 145,05 МПа

Рисунок 3. График. Примеры графиков поверхностей разрушения LS-DYNA Model 159 в меридиональной плоскости.

фунт / кв. Дюйм = 145,05 МПа

Рисунок 4. Рисунок. Примеры графиков поверхностей разрушения LS-DYNA Model 159 в девиаторной плоскости.

Снижение прочности. Бетон размягчается почти до нулевой прочности в режимах растяжения и низкого ограничивающего давления.Это поведение показано на Рисунке 5 для различных значений прочности на одноосное сопротивление. (9) Бетон также размягчается при умеренном давлении, но бетон будет демонстрировать остаточную прочность. Это поведение показано на рисунке 6 для бетона, испытанного в TXC при различных ограничивающих давлениях.

фунт / кв. Дюйм = 145,05 МПа

Рисунок 5. График. Размягчение бетона при одноосном сжатии (перепечатано из Comité Euro-Internacional du Béton (CEB) — Типовой кодекс Федерации предварительного напряжения (FIP) 1990 г., любезно предоставлено Международной федерацией конструкционного бетона ( fib )). (11)

14 МПа

фунт / кв. Дюйм = 145,05 МПа

Рисунок 6. График. Вариация реакции размягчения бетона с замкнутым пространством.

Источник: Джой и Моксли. (12)

Снижение жесткости . По мере размягчения бетона снижается и его жесткость. Рассмотрим данные циклической нагрузки, показанные на рисунках 7–9, для одноосного напряжения как при растяжении, так и при сжатии.Разгрузка происходит по наклону, отличному от наклона начального нагружения (модуля упругости).

фунт / кв. Дюйм = 145,05 МПа

Рисунок 7. График. Наклон при начальном нагружении круче, чем при последующем нагружении для этих данных одноосного растягивающего напряжения.

Источник: Печатается с разрешения Elsevier. (13)

Рисунок 8. График. Наклон при начальном нагружении круче, чем при последующем нагружении для этих данных одноосного сжимающего напряжения.

Источник: Печатается с разрешения Aedificatio Verlag. (14)

Рисунок 9. График. Эти данные по загрузке / разгрузке демонстрируют, что жесткость бетона снижается одновременно с прочностью.

Источник: Печатается с разрешения Aedificatio Verlag. (14)

Расширение. Стандартный бетон демонстрирует объемное расширение под сжимающей нагрузкой при низких ограничивающих давлениях, близких к чистому сдвигу и одноосному сжатию.Это расширение называется расширением и показано на рисунках 10 и 11 для данных одноосного и двухосного сжатия. Объемная деформация сначала уменьшается, поскольку коэффициент Пуассона меньше 0,5; поэтому образцы уплотняются в упругом режиме. Расширение начинается непосредственно перед пиком прочности (при начальной текучести) и продолжается на протяжении всего режима размягчения. Бетон не расширяется при высоких ограничивающих давлениях, превышающих примерно 100 МПа (14 504 фунта на квадратный дюйм) (не показано).

Рисунок 10.График. Бетон расширяется под действием одноосного сжимающего напряжения.

Источник: перепечатано Центром технической информации Министерства обороны США. (15)

Рисунок 11. График. Бетон расширяется при двухосном сжатии.
Источник: кривые данных, полученные Купфер и др., Американский институт бетона (ACI). (16)

Уплотнение с усилением сдвига. Бетон твердеет из-за уплотнения пор. Рассмотрим кривые давление-объемная деформация, схематически показанные на рисунке 12.Этот рисунок демонстрирует, что кривая давление-объемная деформация, измеренная при испытаниях на изотропное сжатие, отличается от кривой, измеренной при испытаниях на одноосную деформацию. Это различие означает, что степень уплотнения зависит от величины имеющегося напряжения сдвига. Это явление известно как уплотнение с усилением сдвига. В условиях придорожной безопасности ожидается небольшое уплотнение с усилением сдвига при низком ограничивающем давлении.

фунт / кв. Дюйм = 145,05 МПа

Рисунок 12.График. Различные зависимости давления от объемной деформации, измеренные при изотропном сжатии по сравнению с одноосной деформацией, указывают на уплотнение с усилением сдвига.

Источник: кривые, полученные от Джой и Моксли. (12)

Влияние скорости деформации. Прочность бетона увеличивается с увеличением скорости деформации, как показано на Рисунках 13 и 14. Для придорожных систем безопасности, скорости деформации в диапазоне от 1 до 10 в секунду (/ с) приведут к увеличению максимальной прочности примерно на 20-50. процентов при сжатии и более 100 процентов при растяжении.Начальный модуль упругости существенно не меняется со скоростью деформации. (17)

Рисунок 13. График. Различные источники данных указывают на то, что прочность бетона на сжатие увеличивается с увеличением скорости деформации.

Источник: Печатается с разрешения Американского общества инженеров-строителей. (17)

Рисунок 14. График. Эффекты скорости более выражены при растяжении, чем при сжатии.

Источник: перепечатано Россом и Тедеско. (18)

Обзор теории моделей

Эта модель бетонного материала была разработана для имитации бетона, используемого для испытаний оборудования безопасности на дорогах в рамках Национальной совместной программы исследований автомобильных дорог (NCHRP) 350. (19) Выполнение анализа безопасности на дорогах с кодом конечных элементов требует комплексной модели материала для бетона, особенно для моделирования деформационного разупрочнения в режимах растяжения и низкого ограничивающего давления.Модель бетонного материала 159 — это усовершенствованная версия бетонной модели, которую разработчик успешно использовал и постепенно развивал с 1990 года в рамках оборонных контрактов для анализа динамического нагружения железобетонных конструкций. Для простоты обсуждения конкретная модель сгруппирована в шесть формулировок: упругое обновление, пластическое обновление, определение поверхности текучести, повреждение, скоростные эффекты и кинематическое упрочнение. Входные параметры модели, используемые в этих формулировках, которые обеспечивают соответствие модели данным, следующие:

К модуль объемной упругости
G модуль сдвига
α Постоянный член поверхности TXC
θ Поверхностный линейный член TXE
λ Поверхностный нелинейный член TXE
β Показатель степени поверхности TXE
α 1 Член постоянной поверхности TOR
θ 1 Поверхностный линейный член TOR
λ 1 Поверхностный нелинейный член TOR
β 1 Показатель поверхности TOR
α 2 Постоянный член поверхности TXE
θ 2 Поверхностный линейный член TXE
λ 2 Поверхностный нелинейный член TXE
β 2 Показатель степени поверхности TXE
N H Начало закалки
C H Скорость твердения
Х 0 Колпачок начальное расположение
R Соотношение сторон крышки
Вт Максимальное уплотнение пластикового объема
D 1 Параметр линейной формы
D 2 Параметр квадратичной формы
B Параметр смягчения пластичной формы
G FC Энергия разрушения при одноосном напряжении
D Параметр смягчения хрупкой формы
G футов Энергия разрушения при одноосном растяжении
G fs Энергия разрушения в чистом напряжении сдвига
pwrc Параметр перехода от сдвига к сжатию
пол Параметр перехода от сдвига к растяжению
pmod Изменить параметр смягчения при умеренном давлении
η 0 c Параметр скоростных эффектов для одноосного сжимающего напряжения
N c Мощность скоростного воздействия при одноосном сжимающем напряжении
η 0 t Параметр скоростных эффектов для одноосного растягивающего напряжения
N т Мощность скоростных эффектов для одноосного растягивающего напряжения
сверх Максимально допустимое перенапряжение при сжатии
открыто Максимально допустимое перенапряжение при растяжении
Скорость Отношение эффективного напряжения сдвига к параметрам текучести при растяжении
репов Сила, увеличивающая энергию разрушения со скоростными эффектами

Параметры управления моделью:

NPLOT Выбор параметров графика
INCRE Максимальное приращение деформации для субинкремента
IRATE Возможность включения или выключения эффектов скорости
ЭРОД Возможность эрозии с деформацией, при которой начинается эрозия
ВОССТАНОВЛЕНИЕ Возможность восстановления жесткости при сжатии в результате повреждения при растяжении
IRETRC Возможность убирать (IRETRC = 1) или не убирать (IRETRC = 0) колпачок
PreD Уровень повреждений по бетону с повреждениями

Предыдущая | Содержание | Следующий

КРИТИЧЕСКОЕ РАЗРУШЕНИЕ НА СДВИГ И ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА НА СДВИГ

Ли Хун, Лю Сила.КРИТИЧЕСКОЕ РАЗРУШЕНИЕ НА СДВИГ И ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА НА СДВИГ [J]. Инженерная механика, 1992, 9 (4): 1-9.

Образец цитирования: Ли Хун, Лю Сила. КРИТИЧЕСКОЕ РАЗРУШЕНИЕ НА СДВИГ И ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА НА СДВИГ [J]. Engineering Mechanics , 1992, 9 (4): 1-9.

Ли Хун, Лю Сила. КРИТИЧЕСКОЕ РАЗРУШЕНИЕ НА СДВИГ И ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА НА СДВИГ [J].Инженерная механика, 1992, 9 (4): 1-9.

Образец цитирования: Ли Хун, Лю Сила. КРИТИЧЕСКОЕ РАЗРУШЕНИЕ НА СДВИГ И ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА НА СДВИГ [J]. Engineering Mechanics , 1992, 9 (4): 1-9.
  • Дата получения: 1900-01-01
  • Дата изменения: 1900-01-01
  • Дата публикации: 1992-10-15
  • Аннотация

    В данной статье предлагается критическое состояние разрушения при сдвиге и растяжении простого бетона, а также предлагаются критерии разрушения как для разрушения при сдвиге, так и при растяжении.