// //
Дом arrow Статьи и публикации arrow Каримов И. - Ползучесть бетона (литературный обзор)
Каримов И. - Ползучесть бетона (литературный обзор)

ПОЛЗУЧЕСТЬ БЕТОНА (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)

ENGLISH VERSION

http://dh.ufacom.ru/Articlecreep.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 ползучести цементных бетонов.

 

Известно, что зависимость между напряжением и деформациями бетона является функцией времени: постепенное увеличение деформаций во времени обусловлено ползучестью. Ползучесть бетона, следовательно, может быть определена как увеличение деформаций при постоянной нагрузке. Деформации ползучести могут в несколько раз превышать деформации от нагрузки.

Наиболее распространенный на практике случай развития ползучести бетона - медленно затухающая с течением времени ползучесть с начальной достаточно высокой скоростью развития в первые часы после нагружения. Она характерна для напряжений, не превосходящих длительное сопротивление бетона Rg.

Вторая стадия ползучести, характеризующаяся ускорением деформаций к концу разрушения образца, находящегося под длительной нагрузкой, проявляется лишь при напряжениях, превышающих длительное сопротивление бетона.

Наблюдения Девиса за ползучестью бетона, продолжавшиеся в течение 30 лет, показали, что деформация ползучести через 1 год, принятая за единицу, возрастает через два года до 1,14, через 5 лет -до 1,2, через 10 лет - до 1,26, через 20 лет - до 1,33 и через 30 лет - до 1,36.

Явление ползучести до настоящего времени не получило общепризнанного истолкования. А.Е.Шейкиным с соавторами в [3] был дан краткий обзор гипотез о физической природе ползучести. Согласно [3], А.А.Гвоздев, С.В. Александровский полагают, что ползучесть связана преимущественно с перераспределением капиллярной и адсорбционно-связанной воды (содержащейся в новообразованиях цементного камня) в зависимости от напряжений, возникающих в его теле под влиянием внешней нагрузки. Уменьшение же содержания воды в той или иной зоне камня обусловливает усадку, а увеличение в другой части тела - набухание, что и выражается, в конечном счете, в деформациях ползучести.

Линейная ползучесть по гипотезе Е.Фрейсине, К.С.Карапетяна, А.В.Саталкина, И.И.Улицкого, А.Е.Шейкина, - следствие как реологических свойств (вязкости) гелевой структурной составляющей цементного камня, так и капиллярных явлений протекающих в бетоне. Затухание деформаций ползучести объясняют при этом увеличением во времени вязкости гелевой составляющей цементного камня, уменьшением относительного ее объема, испарением воды из бетона и перераспределением напряжений с гелевой составляющей на кристаллический сросток. Кроме того, в бетонах затухание деформаций ползучести возможно и вследствие перераспределения во времени напряжений с вяжущего на заполнители.

По В.Гансену цементный гель под действием нагрузки из-за волокнистой структуры оказывается менее ползучим, поэтому он считает, что деформации ползучести вызываются поперечными и угловыми смещениями кристаллов в точках контакта в геле.

З.Н. Цилосани полагает, что ползучесть обусловливается возникновением и развитием под нагрузкой микротрещин в кристаллических сростках структуры. Наличие влаги в цементном камне облегчает развитие разрывов и дефектов, что способствует ползучести при пониженных нагрузках. Это явление усиливается также межкристаллическим вязким течением в затвердевшем цементе.

По мнению А.В.Волженского, линейная ползучесть, являясь следствием упруго-вязкого течения цементного камня под действием возникающих в нем длительно действующих напряжений, зависит в первую очередь от степени дисперсности частичек новообразований. Чем меньше размеры частичек цементирующих новообразований и чем больше их удельная поверхность, тем сильнее выражена ползучесть (при прочих равных условиях). Пониженная дисперсность гелевых частичек способствует уменьшению деформаций ползучести вследствие не только увеличения жесткости системы, но и уменьшения содержания в ней адсорбционно- и капиллярно-связанной воды. Вода в псевдотвердом состоянии, распределенная в виде пленок толщиной в несколько слоев молекул на поверхностях гелевых частичек, должна увеличивать ползучесть. Капиллярная и свободная вода, способствующая набуханию гелей, также должна облегчать вязкое течение системы под действием нагрузок. Как показывают опыты, высушивание цементного камня резко уменьшает его ползучесть [3].

Авторами [5] установлено, что под воздействием внешней нагрузки в теле бетона возникают микротрещины, приводящие к нарушению термодинамического равновесия системы. Молекулы воды начинают мигрировать из микропор и структурных элементов цементного камня в микротрещины, что приводит к его быстрому обезвоживанию. Линейная деформация бетона, вследствие усадки при обезвоживании цементного камня, воспринимается на макроскопическом уровне как его ползучесть. Внутренние напряжения, возникающие в бетоне при его усадке, компенсируют напряжения от внешней нагрузки и приводят к их релаксации.

По мнению А.М.Невилля [2], что ползучесть в цементном камне может быть связана с внутренним движением адсорбционной или межкристаллической воды. Последними экспериментами Глюклиха показано, что бетон, из которого была удалена вся испаряемая влага, практически не проявляет ползучести. Кроме того, возможно, что силы поверхностного натяжения накладывают отпечаток на общую картину явления. Известно, что жидкости коагулируют вследствие стремления их свободной поверхностной энергии к минимуму. Величина поверхностных сил зависит от площади, на которой они действуют. Под действием приложенного сжимающего усилия поверхностные силы могут удерживаться на больших площадях и, когда действие внешнего усилия будет внезапно прекращено, первоначальный объем тела не будет восстановлен. Возможно, что с увеличением возраста бетона поверхностные силы будут превалировать над упругими силами. Этому процессу в дальнейшем будут способствовать молекулярные релаксационные явления внутри твердого тела: упругая энергия будет поглощаться, и будет иметь место постоянно регулируемое равновесие вблизи поверхности контакта. По этим причинам ползучесть не является полностью обратимой [2].

Точный механизм ползучести все еще неизвестен, однако очевидно, что ползучесть, как и другие механические свойства цементного камня, зависит в основном от макроструктуры на уровне коллоидных размеров и только косвенно от химического состава.

Зависимость деформаций от напряжения при длительном сжатии бетона с самого начала загружения, строго говоря, нелинейна, однако для бетона не очень раннего возраста при небольших напряжениях сжатия эта нелинейность бывает слабее выражена, поэтому в практических расчетах иногда нелинейность деформаций не учитывается. Но это справедливо лишь для небольших уровней напряжения. Для многих практических задач полезно различать условную границу перехода области линейной ползучести, обнаруживаемой обычно по прошествии короткого времени после длительного нагружения (с сильно выраженной нелинейностью в процессе нагружения) от области существенно нелинейной ползучести бетона, четко обнаруживаемой в последующее время длительного нагружения.

Эта условная граница перехода от одной области ползучести к другой находится примерно вблизи границы образования необратимых микротрещин, которая, по данным О.Я.Берга [1], изменяется в достаточно широких пределах и повышается с ростом прочности бетона.

Согласно О.Я.Бергу с соавторами [1] суммарную величину меры ползучести бетона в нелинейной области С*(t,t) можно в первом приближении представить как сумму

С*(t,t )=C(t,t )+D C*(t,t ),

где С(t,t ) - значение меры ползучести бетона в линейной области; D С*(t,t ) - дополнительные деформации, связанные с развитием во времени микроразрушений бетона.

Поскольку на длительные деформации бетона влияет большое число факторов, то из-за отсутствия физико-химической теории, устанавливающей соответствующие связи, методики расчетного определения ползучести неизбежно должны базироваться на вероятностно-статистическом подходе.

Рассмотрим факторы, влияющие на ползучесть бетона.

По мнению авторов [4] колебания содержания SO3 в пределах, имеющих место на практике для различных цементов, приводят к изменению ползучести бетона в два раза, причем с ростом содержания SO3 ползучесть падает. Снижение температуры твердения бетона с 23 до 50С приводит к росту ползучести до 40%. Введение в бетон высококачественной золы-уноса снижает ползучесть на 50%. При одновременном варьировании 1 и 3 факторов ползучесть бетона может изменяться в 4 раза. Этот эффект достигается при неизменной прочности бетона и подвижности бетонной смеси. В то же время, за счет изменения содержания цементного теста, приводящего к падению подвижности с 16 см до нуля, ползучесть бетона может измениться всего в 1,6 раза.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.   Берг О.Я., Щербаков Е.Н. К учету нелинейной связи напряжений и деформаций ползучести бетона в инженерных расчетах. Account of nonlinear dependence of stress - creep deformations of concrete in engineering tasks. //Изв.Вузов. Строительство и архитектура. -1973. №12. - С.14-21.

2.   Невилль А.М. Свойства бетона. -М.: Стройиздат, 1972. -344 с., ил.

3.   Шейкин А.Е., Чеховский Ю.В., Бруссер М.И. Структура и свойства цементных бетонов. -М.: Стройиздат, 1979. -344 с., ил.

4.   Alexander K.M., Wardlaw J., Ivanusec I. A 4:1 range in concrete creep when cement SO3 content, curing temperature and fly ash content are varied. Четырехкратное изменение ползучести бетона при изменении содержания в цементе SO3, температуры твердения и содержания золы-уноса. //Cem. and Concr. Res. -1986. №2. - С.173-180.

5.   Rossi P. Une nowvelle approche concernant le fluage et la relaxation propres du beton. Новый подход к рассмотрению явлений ползучести и релаксации бетона. //Bull. Liais. Lab. ponts et chaussees. -1988. №153. - pp.73-76.

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.