// //
Дом arrow Статьи и публикации arrow Каримов И. - Механика трещинообразования при разрушении бетона (литературный обзор)
Каримов И. - Механика трещинообразования при разрушении бетона (литературный обзор)

МЕХАНИКА ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЯ ПРИ РАЗРУШЕНИИ БЕТОНА (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)

ENGLISH VERSION

 http://dh.ufacom.ru/Articlecrack.html

 

К.т.н. Ильдар Каримов

Адрес для контакта: 450071, Россия, г.Уфа, а/я 21, Башкирский государственный аграрный университет, Кафедра теоретической и прикладной механики, Телефон/факс: (3472) 30-81-38, E-mail: dh@ufacom.ru

 

Данный литературный обзор освещает современные представления о механизме образования трещин в бетонных конструкциях.

 

В подавляющем большинстве случаев процесс разрушения бетона происходит в результате прорастания одной из трещин или семейства разветвленных трещин через его сечение. Такие трещины часто называют магистральными. После нагружения бетонного образца магистральная трещина в течение долгого времени не наблюдается, а затем, появившись и с большой скоростью “пробегая” через образец быстро его разрушает.

Как показывает анализ сложившихся к настоящему времени представлений о закономерностях хрупкого разрушения, в материалах типа бетона протекают следующие физические процессы:

1) образование зародышевых микротрещин;

2) страгивание микротрещин (нестабильный рост);

3) распространение или блокировка (торможение) трещин в достаточно характерном для данного материала объеме, содержащем такие структурные элементы (границы заполнителей, поры и полости различного происхождения), которые могут быть препятствиями для микротрещин, а также при попадании трещины в зону действия сжимающих напряжений.

Изучение процессов, происходящих во всем объеме бетонного элемента (внутриструктурные напряжения, образование субмикроскопических трещин, появление и развитие микроскопических трещин) является предварительным условием в построении теории механики разрушения бетона, так как все данные по этим процессам, позволяя шаг за шагом описывать ход разрушения, не могут пока дать возможность предсказать с достаточной точностью сам процесс разделения бетонного тела на части.

Переход к изучению магистральной трещины в этом плане и есть необходимый шаг в развитии представлений о кинетике разрушения бетона. В самом деле, рост магистральной трещины определяется состоянием и процессами в очень малой области - у вершины этой трещины. Во всей остальной части образца может практически ничего не происходить, а образец разрушится - распадется на две части из-за тех явлений, которые происходили на кончике трещины.

Зайцев Ю.В. [1] попытался сформулировать основные особенности поведения трещин в неоднородном материале типа бетона.

1. Распределение напряжений в неоднородном материале даже при отсутствии трещин существенно отличается от распределения напряжений в однородном теле. Это явление связано с различием упругих свойств компонентов.

2. В бетоне, в зависимости от соотношения свойств его компонентов и характеристик контакта этих компонентов, трещины могут развиваться в различных зонах: в цементной матрице, в заполнителе и в контактной зоне.

3. В неоднородном материале трещины имеют тенденцию легко проникать из более жесткого в менее жесткий материал. Обратное явление затруднено, то есть возможна остановка трещин на границе раздела компонентов.

4. Необходимым и достаточным условием разрушения образца материала является образование одной или нескольких магистральных, то есть сквозных, трещин, вызывающих деление образца пополам или на большее число частей. При таком условии наличие в образце даже значительного числа несквозных трещин еще не говорит о его разрушении; с другой стороны, образование, например, сквозной продольной трещины в сжатом образце считается эквивалентным его разрушению, даже если образовавшиеся части еще могли бы выдержать сжимающую нагрузку.

Старт макротрещины, обусловленный хрупким зарождением разрушения в ее вершине в общем случае не является “гарантом” глобального разрушения элемента конструкции. При хрупком разрушении нестабильное развитие трещины начинается сразу после ее старта, но тем не менее трещина может остановиться, не разрушив конструкции, что может быть связано с малой энергоемкостью конструкции (не хватает энергии на обеспечение динамического роста трещины) или определенной системой остаточных напряжений (попадание трещины в область сжатия).

Таким образом, надежность конструкции в общем случае определяется не только условиями старта трещины, но и кинетикой ее роста.

Как было сказано выше, старт трещины при хрупком разрушении реализуется по механизму встречного процесса, который включает зарождение и развитие микротрещины в зоне предразрушения и ее объединение с макротрещиной. Дальнейшее развитие макротрещины, согласно Г.П.Карзову, возможно по двум альтернативным механизмам.

Первый механизм базируется на представлении, что рост макротрещины происходит за счет непрерывного зарождения у ее вершины микротрещин, которые, развиваясь, объединяются с макротрещиной. Иными словами, рост макротрещины есть не что иное, как непрерывный акт зарождения хрупкого разрушения. Очевидно, что при хрупком развитии трещины по первому механизму необходима достаточно большая энергия, так как непрерывно (по мере роста трещины) должны обеспечиваться необходимые и достаточные условия зарождения макроразрушения, что связано с меньшим или большим, но обязательно с наличием пластического деформирования у вершины движущейся макротрещины.

Второй возможный механизм развития трещины базируется на следующих представлениях. После объединения микротрещины с макротрещиной идет непрерывное динамическое развитие макротрещины при отсутствии заметного пластического деформирования у вершины быстро развивающейся трещины (недостаточно времени на реализацию релаксационных процессов в вершине). При этом энергия Gc, по заключению Г.П.Карзова, необходимая для старта трещины, выше, чем энергия gf, требующаяся на ее развитие. Следовательно, динамическое развитие трещины при хрупком разрушении наиболее вероятно происходит по второму механизму.

Таким образом, развитие хрупкого разрушения не происходит по встречному механизму (в отличие от старта хрупкой трещины), а связано с непосредственным ростом магистральной трещины (макротрещины). Такой факт дает возможность напрямую использовать концепцию механики разрушения, сводящуюся к решению уравнения, в левой части которого стоят параметры K, G, зависящие от режима нагружения конструкции, а в правой - их критические значения, характеризующие свойства материала.

Рассмотрим взгляды современных авторов на процесс трещинообразования и разрушения бетона.

Так авторами [24] рассматриваются особенности структуры и процесс разрушения бетона под действием одноосной сжимающей нагрузки, протекающий в четыре стадии. На 1-й стадии в бетоне возникают внутренние напряжения без образования трещин, то есть бетон ведет себя как упругое тело. Эта стадия продолжается до нагрузки, составляющей ~ 30% от разрушающей нагрузки. На 2-й стадии (~30%-50% от разрушающей нагрузки) образуются трещины в соединительном слое между цементным камнем и зернами грубого заполнителя. На 3-й стадии (до 75% от разрушающей нагрузки) возникшие на предыдущей стадии трещины расширяются и происходит образование трещин непосредственно в цементном камне. На последней 4-й стадии (>75% от разрушающей нагрузки) отдельные трещины смыкаются, образуя систему трещин и начинается разрушение бетона.

Для исследования влияния механических характеристик и состояния поверхности заполнителя на прочность бетона авторы [23] испытывали три типа образцов: изгибаемые балочки, состоящие наполовину из заполнителя и раствора и призмы с цилиндрическими включениями заполнителя. Поверхность заполнителя в различных сериях опытов шлифовали, делали шероховатой, покрывали полиэтиленовой пленкой или приклеивали к раствору эпоксидным клеем. Модельный заполнитель был также изготовлен из раствора. Исследования показали, что прочность сцепления заполнителя с раствором при изгибе не зависит от прочности заполнителя, а прочность сцепления при сдвиге со сжатием (по наклонному сечению) является функцией прочности заполнителя и состояния его поверхности. Независимо от прочности и состояния его поверхности первые трещины в бетоне при осевом сжатии появлялись по поверхности сцепления заполнителя с раствором. При прочности заполнителя ниже прочности раствора в дальнейшем одновременно развивались трещины в заполнителе в заполнителе и в растворе и, наконец, разрушение от сжатия заполнителя приводило к разрушению бетона. Поэтому прочность бетона сильно зависела от прочности заполнителя. При прочности заполнителя выше прочности раствора на последующих стадиях нагружения растворные трещины сливаются с трещинами сцепления, образуя непрерывную систему трещин, параллельных действию нагрузки. На последнем этапе локальное разрушение раствора вблизи заполнителя приводит к разрушению бетона в целом. Поэтому прочность при сжатии таких бетонов в основном зависит от прочности раствора. При прочности заполнителя, меньшей прочности раствора соотношение прочностей раствора и бетона растет при увеличении соотношения прочностей заполнителя и раствора, а при прочности заполнителя больше прочности раствора соотношения прочностей бетона и раствора несколько уменьшаются при росте соотношения прочностей заполнителя и раствора. Поэтому использование высокопрочных заполнителей не является обязательным для получения высокопрочного бетона. Шероховатость поверхности заполнителя влияет на развитие трещин сцепления, но слабо сказывается на прочности бетона при сжатии.

По данным [9] бетон при сжатии может разрушаться по одному из трех механизмов: вследствие раскалывания заполнителей, от нарушения сцепления цементного камня или раствора с крупным заполнителем или от разрушения самого цементного камня. Все три механизма разрушения могут работать в бетоне одновременно. На основе теоретических и экспериментальных исследований получена зависимость прочности при сжатии бетона (Rco) от прочности заполнителя при раскалывании (Rsp), средней прочности сцепления цементного камня с заполнителем (Rbo) и прочностью цементного камня или раствора на растяжение (Rp). Эта зависимость для образцов бетона размером 10х10х10 см имеет вид: Rco=-0,4Rsp+14,32Rbo+2,02Rp-32. Количество плоскостей разрушения при деформации бетона в предельном состоянии уменьшается при увеличении крупности заполнителя, что приводит к снижению прочности бетона. С другой стороны при увеличении крупности заполнителя возрастает концентрация напряжений, что также снижает прочность бетона. Теоретически прочность бетона должна возрастать при уменьшении толщины растворной прослойки между зернами крупного заполнителя или снижении расхода цемента, что подтверждается экспериментально.

Согласно данным [27] зависимость между напряжениями и деформациями в бетоне имеет вид нескольких отрезков прямых. Точки перелома характеризуют резкий рост деформаций. Сделана попытка связать точки перелома с развитием микротрещин. Эксперименты показали, что первая и вторая точки перелома в бетоне, растворе и цементном камне происходят при одинаковых относительных деформациях (8,8×10-4) и, следовательно, связаны с микротрещинами в цементном камне. С ростом нагрузки волосяные трещины в цементном камне растут до одной величины и останавливаются, начинают расти другие трещины. При дальнейшем росте деформаций увеличиваются трещины типа пор, что и вызывает появление первой точки перелома. Вторая точка перелома связана с ростом продольных протяженных трещин, образующихся при раскалывании цементного камня. Диаметр трещин не превышает 0,09 мм до достижения второй точки перелома, после которой они начинают внезапно расти и раскалывать цементный камень. Вблизи устья трещин раскалывания имеются трещины типа пор размером 0,16-0,19 мм, а на расстоянии уже 1 мм от устья трещины имеют размер <0,09 мм, что подтверждает предлагаемый механизм разрушения.

Авторы [16] проводили исследования процесса разрушения бетона при сжатии на цилиндрах 10х20 см из бетона состава 1:2,03:3,1 по весу с В/Ц=0,63. Образцы испытывали на прессе ступенчатым нагружением со снятием нагрузки после каждой ступени. Разрушение оценивали по энергетическим характеристикам полной кривой деформаций, измерявшейся тремя дифференциально-трансформаторными датчиками. Исследования показали, что обратимые деформации достигают максимума при предельной нагрузке. При увеличении скорости нагружения и уменьшении водосодержания бетона прочность его при сжатии возрастает. При уменьшении водосодержания бетона бетона энергия образования трещин возрастает, а энергия вязкого трения снижается. Хрупкость бетона можно оценить по соотношению энергии обратимых деформаций и общей сообщаемой образцу энергии при максимальной нагрузке или же по соотношению энергии, сообщаемой образцу в какой-либо точке нисходящей ветви кривой деформаций, и общей энергии, сообщаемой образцу при максимальной нагрузке.

Авторами [7] изучено образование и распространение трещин в бетоне при нагрузке 15, 45 и 75% от разрушающей. В работе было использованы бетонные образцы-восьмерки на гравии и щебне с наибольшей крупностью 12,7 мм. Прочность бетона обоих составов составляла 21,1 Мпа. В образцах на обоих типах заполнителей до нагружения наблюдались усадочные трещины сцепления по поверхности раздела цементного камня с заполнителями. При увеличении сжимающих напряжений эти трещины распространялись в цементном камне и раскрывались. При нагрузке 15% от максимальной макротрещины в цементном камне начинали развиваться, соединяя трещины сцепления. При нагрузке 45% соединение трещин сцепления практически заканчивалось. При нагрузке 75% начиналось соединение трещин в цементном камне.

Авторами [8] также исследовалось образование и развитие микротрещин в бетоне до и после приложения нагрузки. Уровень сжимающих напряжений был равен 15, 45 и 75% от предельной нагрузки. Исследовали две модели бетона на округлом и угловатом мелком и крупном заполнителе. Бетон имел прочность при сжатии 21,1 Мпа, наибольшую крупность заполнителя 12,7 мм, твердел 28 суток при температуре 210С и влажности 29± 2% (для состава на гравии) и 98± 2% (для состава на щебне). Образцы высушивали сначала на воздухе, затем в эксикаторе с силикагелем, затем в вакуумном эксикаторе и, наконец, в сушильном шкафу. Мягкий режим сушки предотвращал появление дополнительных микротрещин. В обоих видах бетона наблюдали начальные усадочные микротрещины шириной 2-3 мкм, идущие не только вдоль поверхности заполнителя, но и в растворе. При нагрузке, равной 15% от разрушающей, ширина раскрытия трещин составляла до 6 мкм в бетоне на гравии и до 10 мкм в бетоне на щебне. Одновременно удлинялись трещины в растворе. При нагрузке, равной 45% от разрушающей, ширина трещин достигала в бетоне на гравии 21 мкм. В бетоне на щебне продолжался рост длины трещины в растворе, которые начинали соединять трещины по поверхности сцепления заполнителя с раствором. При нагрузке, равной 75% от разрушающей, наблюдался сдвиг зерен заполнителя и раскрытие микротрещин. Этот процесс заканчивался разрушением бетона.

Авторы [19] считают, что трещины, появляющиеся в бетоне до набора им прочности, обычно связаны с дифференциальной усадкой в массиве бетона или усадкой поверхностного слоя бетона из-за быстрого испарения воды. Реже встречаются трещины, развивающиеся даже во влажных условиях из-за специфического схватывания цемента в присутствии химических добавок. Одной из причин появления трещин в свежем бетоне является стесняющее влияние арматуры и частиц крупного заполнителя при осадке смеси, а также влияние деформаций основания. Трещины от пластической усадки появляются на горизонтальных поверхностях в момент испарения поверхностной пленки воды. Неправильная технология заглаживания и выдерживания часто приводит к образованию поверхностных гексагональных волосяных трещин. Перепад температур в дневное и ночное время может составлять 220С, что вызывает укорочение бетона и может привести к появлению трещин. Трещины в бетоне могут появляться и в результате взаимодействия реакционноспособных заполнителей с щелочами цемента, карбонизации, а также попеременного замораживания-оттаивания или увлажнения-высушивания.

По данным [5] трещинообразование может вызываться следующими физическими факторами: дифференциальной пластической усадкой, самообезвоживанием, высушиванием, и температурным перепадом между центром и поверхностью бетона. Критическая влажность, соответствующая трещинообразованию при высушивании неизвестна, но цементный камень при влажности 79% растрескивается вследствие высушивания. Гидратация цемента, особенно при низком В/Ц, приводит к самообезвоживанию бетона и также вызывает образование трещин. Температурный перепад равный 200С, является критическим с точки зрения образования температурных трещин.

Авторами [17] исследовано влияние содержания воды в бетоне и способа приложения нагрузки на величину его энергии разрушения и деформативность. Показано, что в процессе разрушения бетона при сжатии энергия упругой деформации достигает максимума в точке наибольшего напряжения. При увеличении скорости приложения нагрузки энергия упругой деформации в точке наибольшего напряжения (Erc) увеличивается, а величина рассеиваемой энергии (Eic) уменьшается, при этом энергия приложенной внешней нагрузки (Etc=Erc+Eic) почти не изменяется. Уменьшение содержания воды в бетоне сопровождается повышением Erc и Eic и следовательно, повышением Etc, при этом особенно заметно увеличение Eic. Сушка бетона приводит к повышению величины наибольшего напряжения, обусловленному повышением внутреннего трения и энергии внутренней связи бетона.

По данным авторов [25] прочность бетона, содержащего трещины, определяется во многом силой трения между отдельными частями бетонного тела, разделенными трещинами. С помощью трибометрической установки определяли коэффициент трения сцепления mн между бетонными поверхностями образцов в виде квадратных плит с длиной стороны 10 см и толщиной 2 см, к которым прилагалась нагрузка в направлении, перпендикулярном движению плит по отношению друг к другу. При трении бетона о бетон величина mн составляет 0,52, при трении чистого цементного камня (В/Ц=0,52) о цементный камень mн=0,23, при трении цементного раствора (1:3, В/Ц=0,5) о такой же раствор 0,47. Отмечается, что для бетона величина mн определяется в основном коэффициентом трения сцепления заполнителей. После обработки поверхности бетона соляной кислотой, вызывающей травление цементного камня и обнажение зерен заполнителей, величина mн составила 0,41, что близко к значению mн для кварца (использованные для изготовления образцов заполнители содержали ~ 80 SiO2). Коэффициент трения сцепления образцов в насыщенном водой состоянии (хранение образцов в воде в течение 24 ч) возрастает до 0,63. Увеличение mн объясняется тем, что между трущимися поверхностями образцов образуется при этом водная пластинка, причем поверхностное натяжение воды препятствует сдвигу образцов по отношению друг к другу. После высушивания образцов величина mн сначала остается высокой, что объясняется ростом при высушивании на поверхности образцов кристаллов Ca(OH)2, мешающих скольжению. Однако после многократного определения величины mн на трибометре коэффициент трения сцепления резко падает до 0,15-0,2. Это связано с тем, что разрушающиеся при длительном трении кристаллы начинают играть роль “смазочного слоя”, уменьшающих трение.

С целью получения данных, характеризующих распространение трещин в материале, авторами работы [20] были использованы образцы в виде балочек с надрезом, в устье которого в процессе испытаний инициировалась трещина. анализ результатов исследований показал, что впереди визуально наблюдаемой распространяющейся трещины имеет место зона длиной ~ 0,2 м, характеризующаяся наличием в ней микротрещин и других дефектов. Высказано предположение, что для образования микротрещин в этой зоне достаточно энергии, расходуемой на развитие магистральной трещины.

В работе [14] исследовалось разрушение при сжатии растворов с искусственными трещинами. Раствор на глиноземистом цементе имел состав 1:2 и В/Ц=0,5. При длине трещины в растворе 2 см прочность не снижалась. При трещинах длиной 4 см прочность снижалась на 10-20%. Наименьшая прочность соответствовала наклону трещины 400. Экспериментально с помощью электротензодатчиков установлено, что при нагрузке близкой к разрушающей местные деформации в устье трещины были очень велики. При малом угле наклона трещины начальный рост трещин происходил в направлении, определяемом критерием максимальных растягивающих напряжений. При больших углах наклона трещины начинали развиваться в направлении действия нагрузки. Таким образом, главные сжимающие напряжения были независимы от угла наклона трещины. Дальнейший рост трещин во всех случаях происходил в направлении действия главных максимальных сжимающих напряжений. Следовательно, разрушение раствора при сжатии происходит от растяжения в устье трещин и отличается от механизма разрушения гомогенных материалов типа стекол. В растворах имеются крупные дефекты естественного происхождения и разрушение может происходить по ним, а не по искусственной трещине. Учитывая, что перед окончательным разрушением в растворах имеется зона устойчивого роста трещин, можно считать, что для количественной оценки прочности раствора при сжатии, нельзя использовать механизм хрупкого разрушения.

Авторы [26] считают, что при нагружении бетон воспринимает энергию, величина которой зависит от величины действующей силы и деформации бетона в направлении приложения силы. Идеально упругие тела аккумулируют подобную энергию до возможного предела и затем внезапно разрушаются. В других твердых телах аккумулируемая энергия, начиная с определенного момента, начинает расходоваться на пластическую деформацию, текучесть, образование внутренних трещин, вызывающих снижение несущей способности. Такие тела разрушаются постепенно. Отмечается, что способность цементного камня, подвергаемого одноосной нагрузке, к аккумулированию энергии, весьма незначительна. В противоположность этому, в нормальном бетоне аккумулируемая энергия расходуется на образование внутренних микротрещин, возникающих на границе между цементным камнем и зернами заполнителя уже при нагрузке, составляющей 50% от прочности бетона на сжатие при кратковременной нагрузке, и распространяющихся затем на цементную матрицу. С возрастанием прочности нормального бетона его способность к эластичному аккумулированию энергии без образования трещин возрастает, однако при дальнейшем возрастании нагрузки образование внутренних трещин происходит более быстро, чем у бетона с более низкой прочностью.

По данным [15] поведение бетона при разрушении хорошо характеризуется параметром Wcq/Wcp, где Wcp - величина энергии разрушения при максимальной нагрузке, а Wcq - энергия разрушения в точке, соответствующей 1/3 максимальной нагрузки на нисходящем участке кривой деформации. Параметр Wcq/Wcp коррелирован с индексом хрупкости, представляющим собой отношение прочности при сжатии к прочности при изгибе.

Авторами [18] установлено, что прочность бетона при сжатии, а также растяжение при раскалывании в значительной степени зависит от его влажности, причем при повышении влажности прочность материала снижается. Это явление объяснено уменьшением поверхностной энергии цементного геля вследствие адсорбции им воды.

Авторы [3] считают, что основными влияющими факторами на рост трещин при различных внешних условиях являются: влажность, температура, разрушение менисков в капиллярах, изменение поверхностной энергии, концентрация гидроксильных ионов в находящейся в порах воде и химический потенциал поровой жидкости. Возможный механизм роста трещин включает разрушение связей Si-O в устье трещины.

Авторами [2] исследованы деформации бетона в зоне микротрещинообразования на стадии, предшествующей нестабильному развитию трещин. Сравнение бетона и раствора показало, что зерна крупного заполнителя вызывают концентрацию напряжений выше, чем в устье трещин. Это связано с наличием трещин на поверхности сцепления крупного заполнителя с раствором. Медленный рост трещины в бетоне связан со скачком деформаций в зоне микротрещинообразования.

Микроразрушения в заполнителе и бетоне исследовались авторами [13]. Наибольшее количество трещин наблюдалось по контакту заполнителя с цементным камнем, хотя в цементном камне также наблюдались трещины. За исключением бетонов на мраморном заполнителе трещины по границе сцепления были открытыми и непрерывными. Во всех составах наблюдалось прохождение трещин сцепления в цементном камне вдоль границ песчинок и через поры. Трещины сцепления в большинстве проходили по нижней грани зерен крупного заполнителя. Удлиненные и плоские зерна крупного заполнителя почти все имели продольные трещины по поверхности сцепления, чаще всего по обеим сторонам зерна. Небольшие неровности текстуры зерен не влияли на непрерывность трещин сцепления. Тонкие трещины в цементном камне обычно соединяли два соседних зерна крупного заполнителя, из которых достаточно было одному иметь трещину сцепления. Чаще трещины в цементном камне шли в направлении бетонирования. Трещины сцепления появлялись в результате водоотделения и дифференциальных обьемных деформаций. Минералогия заполнителей (кроме мрамора) не влияла на образование трещин.

Исследование микроструктуры бетона авторами [4] показало, что при небольших значениях В/Ц=0,55-0,70 микротрещины имели межкристаллический характер и проходили по зернам С2S в цементном геле. По мере увеличения В/Ц (от 0,75 до 0,90) увеличивалась пористость и количество послойно расположенных в цементном геле кристаллов Са(ОН)2. Микротрещины имели транскристаллический характер и проходили через зерна Са(ОН)2, а также через капиллярные и структурные поры или вдоль более крупных микротрещин в бетоне на границах заполнителя и цементного камня. Отмеченное на микрофотографиях увеличение по мере возрастания В/Ц количества прочных кристаллических новообразований не компенсировало снижения трещиностойкости бетона, вызванного увеличением пористости, то есть с увеличением В/Ц трещиностойкось бетона снижалась.

Авторами [10] установлено, что способность раствора противостоять распространению трещин в значительной степени зависит от дисперсности и зернового состава заполнителя. Более высокие значения параметров прочности и трещиностойкости получены у раствора на основе заполнителя, содержащего сравнительно крупные зерна с соответствующей меньшей дисперсностью.

Авторами [11] было исследовано трещинообразование в бетоне. Начальные трещины в бетоне имели раскрытие около 30 мкм и сужались к устью до 1 мкм. Траектория роста трещин в бетоне была более извилистой, чем в цементном камне. Трещины в бетоне во многих случаях ветвились по трем и более направлениям. Устье трещины часто располагалось около крупных зерен песка или зерна крупного заполнителя. Вблизи конца трещины наблюдалось множество микротрещин.

Авторы [22] также подтверждают, что в зоне устья главной трещины имеются диффузионные микротрещины, которые можно рассматривать, как зону предразрушения. Размер этой зоны 1-4 мм для цементного камня и раствора. В цементном камне с увеличением возраста наблюдался переход от межзернового к трансзерновому разрушению.

Авторами [21] исследована микроструктура цементного камня, подвергнутого разрушению. Трещины располагаются преимущественно вокруг негидратированных зерен цемента, вдоль кристаллов портландита, которые имеют склонность к раскалыванию, а также проходят через поры. Трещины часто имеют разветвления, зигзагообразные включения длиной ~ 10 мкм, а также пересечения. Наблюдаются неразрушенные участки цементного камня, являющиеся мостиками прочности.

Авторами [6] показано, что при постоянной толщине образца значение коэффициента интенсивности напряжений (KIc) не зависит от длины трещины, при условии, что она меньше толщины образца в 10 раз, однако KIс растет с увеличением размера образца.

Авторами [10] исследовалась вязкость разрушения растворов на образцах-балочках с надрезами, нагружаемых по трехточечной схеме. Повышение крупности зерен песка повышало вязкость разрушения (Gf) и коэффициент интенсивности напряжений (Кс), а увеличение удельной поверхности снижало Gf. Исключение сцепления заполнителей с цементным камнем путем обработки зерен вазелином снижало Gf.

Авторами [12] показано, что разрушение бетона происходит когда микротрещины, ориентированные перпендикулярно направлению растягивающего усилия, преодолевают энергетический барьер и начинают нестабильно расти.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.   Зайцев Ю.В. Моделирование деформаций и прочности бетона методами механики разрушения. -М.: Стройиздат, 1982. -196 с., ил.

2.   Ansari F. Analysis of Micro-Cracked Zone in Concrete. Анализ зоны микротрещинообразования в бетоне. //Fract. Toughness and Fract. Energy Concr. Proc. Int. Conf., Lausanne, Oct.1-3, 1985. -Amsterdam e.a. -1986. -pp.229-240.

3.   Beaudoin J.J. Mechanisms of Subcritical Crack Growth in Portland Cement Paste. Механизм роста субкритических трещин в портландцементном камне. //Fract. Toughness and Fract. Energy Concr. Proc. Int. Conf., Lausanne, Oct.1-3, 1985. -Amsterdam e.a. -1986. -pp.11-19.

4.   Bochenek A., Prokopski G. Badania Wplywu Stosunku Wodno-Cementowego na Mikromechanism Pecania Betonu Zwyklego. Исследование влияния водоцементного отношения на образование микротрещин в обычном бетоне. //Arch. Inz. Lad. -1988. -№2. -pp.261-270.

5.   Chatterji S. Probable Mechanisms of Crack Formation at Early Ages of Concretes: A Literature survey. Возможные механизмы образования трещин в бетоне в раннем возрасте. //Cem. and Concr. Res. -1982. -№3. -pp.371-376.

6.   Cotterell Brian, Mai Yiu-Wing. Crack Growth Resistance Curve and Size Effect in the Fracture of Cement Paste. Кривая сопротивления росту трещин и масштабный эффект при разрушении цементного камня. //J. Mater. Sci., -1987. -№8. -pp.2734-2738.

7.   Derucher K.N. Failure Mechanism of Concrete. Механизм разрушения бетона. //Compos. Mater.: Test. and Des. 5th Conf., New Orleans, La, 1978. -Philadelphia. -1979. -pp.664-679.

8.   Derucher K.N. Microcracking of Concrete. Образование и развитие микротрещин в бетоне. //J. Wash. Acad. Sci. -1977. -№4. -pp.135-143.

9.   Desov A.E. Basic principles of high-strength concrete. Основные принципы получения высокопрочного бетона. //Transpr. Res. Rec. -1974, -№504. -pp.37-42.

10.               Detriche Ch.H., Ramoda S.A. Effect of the Composition of Mortars and Testing Procedures on Fracture Toughness. Влияние состава раствора и методики испытания на вязкость разрушения. //Fract. Toughness and Fract. Energy Concr.Proc. Int. Conf., Lausanne, Oct.1-3, 1985. -Amsterdam e.a. -1986. -pp.291-298.

11.               Diamond Sidney, Bentur Arnon. On the Cracking in Concrete and Fiber-Reinforced Cements. Трещинообразование в бетоне и фибробетоне. /Appl. Fract. Mech. Cementitious Composites. Proc. NATO Adv. Res. Workshop, Evanston, Sept.4-7, 1984. -Dordrecht. -1985. -pp.87-140.

12.               Fanella David, Krajcinovic Dusan. Size Effect in Concrete. Масштабный эффект в бетоне. //J. Eng. Mech. -1988. -№4. -pp.704-715.

13.               Hubbard F.H., Dhir R.K. Aggregate and Concrete Microfracture. Микроразрушение заполнителя и бетона. //Bull. Int. Assoc. Eng. Geol. -1984. -№30. -pp.245-248.

14.               Kishitani Koichi, Moeda Koichi. Compressive fracture of cracked Mortar. Разрушение раствора с трещинами при сжатии. //Cem. Assoc. Jap. Rev. 13th Gen. Meet. Techn. Sess., Tokyo, 1976. Sem. Gijutsu Nempo, 1976. Synop. -Tokyo. -1976. -pp.216-217.

15.               Koyanagi Wataru, Rokugo Keitetsu, Uchida Yyichi. Strength and fracture toughness of concretes of various types. Прочность и вязкость разрушения бетона различных типов. //Дзайрё = J. Soc. Mater. Sci., Jap. -1983. -№253. -pp.188-194.

16.               Okada Kiyoshi, Koyanagi Wataru, Rokugo Keitetsu. Fracture Process of Concrete in Compression. Процесс разрушения бетона при сжатии. //Proc. 2nd Int. Conf. Mech. Behav. Mater., Boston, Mass., 1976. -S.1. -1976. -pp.1358-1362.

17.               Okada Kiyoshi, Koyanagi Wataru, Rokugo Keitetsu. The energy approach to process of compression failure of concrete containing various quantity of water. Энергетический подход к процессу разрушения при сжатии бетона, содержащего различное количество воды. //Добоку гаккай ромбун хококусю = Proc. Jap. Soc. Civ. Eng. -1976. -№248. -pp.129-136.

18.               Okajima Tatsuo, Ishikawa Tokyo. The Effect of Moisture Content on the Strength of Hydrated Cement and its Relation to the Surface Energy. Влияние влажности на прочность и поверхностную энергию цементного камня и материалов на его основе. //Rev. 35th Gen. Meet. Cem. Assoc. Jap. Techn. Sess., Tokyo, 13-15 May, 1981. Synops., -Tokyo. -1981. -pp.75-77.

19.               Price Walter H. Control of Cracking of Concrete during Construction. Регулирование трещинообразования бетона при строительстве. //Concr. Int. Des. and Constr. -1982. -№1. -pp.40-43.

20.               Sok Chhyu, Baron J. Mecanique de la Rupture Appliquee au Beton Hydraulique. Применение основных положений механики разрушения при исследовании гидротехнического бетона. //Cem. and Concr. Res. -1979. -№5. -pp.641-648.

21.               Struble L.J., Stutzman P.E., Fuller E.R. Microstructural Aspects of The Fracture of Hardened Cement Paste: [Pap.] 1st Symp. Rel. Multilayer Ceram. Capacitors, University Park, Pa, May 11-12, 1989. Структурные аспекты разрушения цементного камня. //J. Amer. Ceram. Soc. -1989. -№12. -pp.2295-2299.

22.               Tait R.B., Garrett G.G. In Situ Double Torsion Fracture Studies of Cement Mortar and Cement Paste Inside a Scanning Electron Microscope. Исследование разрушения цементного раствора и цементного камня при двойном кручении при испытании образцов в камере сканирующего электронного микроскопа. //Cem. and Concr. Res. -1986. -№2. -pp.143-155.

23.               Tanigawa Y. Model analysis of Fracture and Failure of Concrete as a Composite Material. Модельный анализ трещин и разрушения бетона как композиционного материала. //Cem. and Concr. Res. -1976. -№5. -pp.679-690.

24.               Walz Kurt, Wischers Gerd. Uber Aufgaben und Stand der Betontechnologie. Teil 2. Gefuge und Festigkeit des erharteten Betons. О задачах и состоянии технологии бетона. Часть 2. Структура и прочность затвердевшего бетона. //Beton, -1976. -№11. -pp.442-444, 426.

25.               Waubke N.V., Weib R. Versuche zur Ermittlung der Haftreibung Zwischen Betonoberflachen. Определение величины трения сцепления между бетонными поверхностями. //Cem. and Concr. Res. -1979. -№5. -pp.553-562.

26.               Wischers Gerd. Aufnahme und Auswirkungen von Druckblanspruchungen auf beton. Воздействие на бетон и восприятие бетоном напряжений сжатия. //Beton. -1978. -№3. -pp.82,98-103.

27.               Yoshimoto Akira, Kawasaki Kenji, Kawakami Masashi. Microscopic Cracks in Cement Matrix and Deformation behavior of Concrete. Микротрещины в цементном камне и деформативные характеристики бетона. //Proc. 19th Jap. Congr. Mater. Res. -Kyoto. -1976. -pp.126-131.

Публикация обзора без ссылки на автора запрещена.

 

Уважаемые коллеги

· Предлагаю Вам подборки статей по основным проблемам бетоноведения. Пожалуйста укажите публикации по указанным проблемам, которые не вошли в данный обзор по e-mail dh@ufacom.ru.

· Напишу рецензию на Вашу статью, доклад, диссертацию по исследованию бетона.

· Дам рекомендации по основным направлениям исследований в механике бетона.

· Переведу на английский язык и окажу содействие в публикации Ваших работ в ведущих зарубежных изданиях.

Искренне желаю Вам успехов в дальнейшем развитии и совершенствовании новых бетонных составов и технологий и надеюсь на плодотворное сотрудничество.

 

С уважением,

Ильдар Каримов

Copyright © 2005 Stroyimport Ltd. All rights reserved.

 

Контакты

115419, г. Москва, ул. Шаболовка, д. 34, стр. 3.



Просьба заранее предупредить о приезде, т.к. специалисты распределены по объектам




info@masterbetonov.ru




ООО «Стройсервис» работает на рынке строительного производства c 1992 года.
Основной ценностью для нашей компании являются клиенты, поскольку единственный реальный актив компании — это люди, удовлетворенные нашей работой, которые еще раз захотят воспользоваться нашими услугами. Мы стремимся сделать своих клиентов своими партнерами.