«ЗАЛІЗОБЕТОННИХ ЕЛЕМЕНТІВ З ВИСОКОМІЦНОГО БЕТОНУ З УРАХУВАННЯМ ТРИВАЛОСТІ НАВАНТАЖЕННЯ І НЕРІВНОМІРНОГО НАГРІВАННЯ ДО +200ОС ...»

ДОНБАСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ

БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

ВОЛКОВ АНДРІЙ СЕРГІЙОВИЧ

УДК 624.012.45.044

МІЦНІСТЬ ТА ДЕФОРМАЦІЇ ЗАЛІЗОБЕТОННИХ ЕЛЕМЕНТІВ

З ВИСОКОМІЦНОГО БЕТОНУ З УРАХУВАННЯМ ТРИВАЛОСТІ

НАВАНТАЖЕННЯ І НЕРІВНОМІРНОГО НАГРІВАННЯ ДО +200ОС

05.23.01 - будівельні конструкції, будівлі та споруди

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук Макіївка - 2010 Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі залізобетонних конструкцій Донбаської національної академії будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України (м. Макіївка).

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Корсун Володимир Іванович, Донбаська національна академія будівництва і архітектури, завідувач кафедри залізобетонних конструкцій.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Клименко Євген Володимирович, Одеська державна академія будівництва та архітектури, завідувач кафедри будівельних конструкцій;

кандидат технічних наук, доцент Журавський Олександр Дмитрович, Київський національний університет будівництва і архітектури, доцент кафедри залізобетонних і кам'яних конструкцій.

Захист відбудеться "22" жовтня 2010 р. о 1300 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 12.085.01 Донбаської національної академії будівництва і архітектури за адресою: 86123, Донецька обл., м. Макіївка, вул. Державіна, 2, навчальний корпус №1, зал засідань.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Донбаської національної академії будівництва і архітектури за адресою: 86123, Донецька обл., м. Макіївка, вул. Державіна, 2.

Автореферат розісланий " 21 " вересня 2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Я. В. Назім

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Для даного часу характерною тенденцією в будівельній галузі є інтенсивний розвиток висотного будівництва з монолітного залізобетону із застосуванням сучасних високоякісних бетонів, які мають високі характеристики міцності, морозостійкості і водонепроникності, що забезпечує високу довговічність конструкцій, особливо в складних умовах експлуатації. При виготовленні таких бетонів для зниження витрат потрібно використання звичайних заповнювачів і цементів. Створення таких бетонів досягається підвищенням характеристик цементного каменю шляхом застосування комплексних модифікаторів, які на ринку України представлені переважно імпортною продукцією з високою вартістю.

Аналогічний ефект може бути досягнутий шляхом застосування органо-мінеральних добавок (ОМД) на основі мікрокремнезему і золи-вінесення, що містяться у складі частини техногенних відходів промисловості України і, зокрема, Донбасу.

Міцність бетонів, модифікованих ОМД, може досягати 80150 МПа, а норми проектування в Україні для конструкцій з таких бетонів знаходяться у стадії розробки. Процеси усадки і повзучості, закономірності деформування при короткочасному і тривалому навантаженні високоміцних бетонів, у тому числі в умовах дії підвищених температур, до цього часу вивчені недостатньо, що ускладнює розрахунки залізобетонних конструкцій з таких бетонів, особливо при високих рівнях навантаження, і є стримуючим чинником для більш широкого їх застосування в сучасному будівництві.

Вивчення характеристик фізико-механічних і реологічних властивостей високоміцних модифікованих бетонів, закономірностей їхньої зміни в умовах дії підвищених температур з урахуванням масштабного чинника дозволить більш точно оцінювати напружено-деформований стан елементів залізобетонних конструкцій з таких бетонів, підвищити надійність проектування і одержати істотний економічний ефект при зведенні висотних будівель і споруд, що є актуальною задачею.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основні дослідження теоретичного і прикладного характеру за темою дисертації виконані у межах держбюджетних тем на замовлення Міністерства освіти і науки України: " Розробка наукових, технічних та технологічних засад для створення бетонних та залізобетонних конструкцій, будівельних виробів з високими фізико-механічними та експлуатаційними властивостями" (№ 0106U002949, 20062008рр.); "Комплексне теоретико-експериментальне обґрунтування властивостей високоякісних будівельних матеріалів та розробка ефективних технологій виробництва" (№ 0109U003040, 20092010рр.). Дослідження процесів деформування і руйнування високоміцних модифікованих бетонів виконані також у межах договору про науково-технічну співпрацю між ДонНАБА і Відділенням будівельних наук Російської Академії архітектури і будівельних наук (РААБН, м. Москва, Росія).

Мета дослідження – дослідження характеристик реологічних та фізикомеханічних властивостей модифікованих високоміцних бетонів і уточнення методів розрахунку міцності, трищіностійкості і деформацій залізобетонних елементів конструкцій з урахуванням нерівномірного нагрівання до +2000С і тривалості навантаження.

Задачі досліджень:

- аналіз і узагальнення даних експериментальних досліджень характеристик реологічних та фізико-механічних властивостей високоміцних модифікованих бетонів, у тому числі в умовах дії підвищених температур;

- розробка методики і виконання експериментальних досліджень фізикомеханічних і реологічних властивостей високоміцного бетону при тривалому осьовому стискуванні в умовах дії підвищених до +200 С0 температур з урахуванням масштабного чинника;

- розробка рекомендацій щодо врахування впливу масштабного чинника, рівня тривалого навантаження, температури і тривалості нагрівання на міцність, характеристики реологічних і деформативних властивостей високоміцних бетонів, у тому числі в умовах дії підвищених до +2000С температур;

- розробка методики і виконання експериментальних досліджень тріщиностійкості, деформацій і міцності залізобетонних згинних елементів з високоміцного модифікованого бетону в умовах тривалого одностороннього нагрівання до +2000С і наступного довантаження;

- виконання теоретичних дослідженнь НДС конструкцій висотних будівель і споруд, визначення показників ефективності застосування високоміцних бетонів для їх зведення;

- впровадження результатів досліджень в практику проектування і зведення конструкцій будівель і споруд з високоміцних бетонів.

Об'єкт дослідження - елементи залізобетонних конструкцій з високоміцного модифікованого бетону, що піддаються тривалому навантаженню і нерівномірному нагріванню до +2000С.

Предмет дослідження - характеристики реологічних та фізико-механічних властивостей високоміцних модифікованих бетонів, показники напружено-деформованого стану залізобетонних елементів, у тому числі в умовах тривалого навантаження і дії підвищених температур.

Методи дослідження :

- метод фізичного моделювання із застосуванням теорії подібності і механічних методів випробування матеріалів навантаженням і вимірювання переміщень;

- методи математичного моделювання.

Наукову новизну одержаних результатів складають:

- дані експериментальних досліджень характеристик деформативних і міцнісних властивостей високоміцного бетону класу В80 при осьовому стиску;

- дані експериментальних досліджень впливу короткочасного і тривалого нагрівання до +2000С на характеристики фізико-механічних і реологічних властивостей високоміцного модифікованого бетону в умовах осьового стиску;

- дані експериментальних досліджень деформацій усадки і повзучості високоміцного бетону при осьовому стиску, у тому числі в умовах дії підвищених до +2000С температур;

- дані експериментальних досліджень впливу масштабного чинника на характеристики властивостей фізико-механічних і реологічних властивостей високоміцного бетону;

- дані експериментальних і теоретичних досліджень тріщиностійкості, деформацій і міцності залізобетонних згинних елементів конструкцій з високоміцного бетону в умовах одностороннього нагрівання до +2000С і тривалого навантаження з урахуванням впливу масштабного чинника;

- дані теоретичних досліджень показників ефективності застосування високоміцних бетонів для зведення висотних будівель і споруд.

Практичне значення одержаних результатів полягає в розробці рекомендацій щодо визначення характеристик міцнісних та деформативних властивостей, деформацій усадки і повзучості високоміцних модифікованих бетонів класу В80 для діапазону температур +202000С; у розвитку методик "СНиП 2.03.01–84*", "СНиП 2.03.04–84" в частині розрахунку міцності згинних залізобетонних елементів з високоміцних модифікованих бетонів, в розробці пропозицій щодо розрахунку їх деформацій, а також рекомендацій щодо врахування масштабного чинника і дії підвищених температур при визначенні деформацій конструкцій досліджуваних бетонах.

Результати досліджень використані:

- при виготовленні на підприємстві ТОВ "ДИСК БЕТОН" елементів конструкцій з високоякісних бетонів з підвищеними міцнісними характеристиками для зведення елементів будівель і споруд;

- при розробці технічних завдань на проектування нових висотних будівель і споруд з монолітного залізобетону, у тому числі при роботі в умовах дії підвищених температур на підприємствах груп компаній "Герц ІНКО" та ДП "Донецький ПромБудНДІпроект" державної корпорації "Укрбуд";

- при розробці національного стандарту України ДСТУ- I Б В. 2.6-ХХ:20ХХ "Конструкції будинків і споруд. Проектування залізобетонних конструкцій. Основні положення. Вогнестійкість (EN 1992-1-2:2004, MOD)" в частині дослідних даних про вплив підвищених температур, масштабного чинника і тривалого навантаження на міцність і характеристики деформативних властивостей бетону.

Особистий внесок здобувача. Наведені в дисертаційній роботі результати досліджень отримані автором самостійно.

Особистий внесок автора полягає в наступному:

- розробка методик випробувань, виготовлення дослідних зразків, проведення експериментальних досліджень;

- визначення характеристик фізико-механічних властивостей високоміцного модифікованого бетону в умовах осьового стиску, короткочасної і тривалої дії підвищених температур, рівня і тривалості навантаження;

- визначення впливу масштабного чинника на температурні деформації, усадку, повзучість і фізико-механічні властивості характеристик бетону при короткочасному і тривалому навантаженні осьовим стискуванням;

- розробка рекомендацій щодо врахування впливу підвищених температур, рівня тривалого осьового стискування і масштабного чинника на характеристики міцнісних та деформативних властивостей високоміцних бетонів;

Купить саженцы и черенки винограда Более 140 сортов столового винограда.

- теоретичні дослідження НДС залізобетонних елементів при згині, у тому числі в умовах одностороннього нагрівання з урахуванням неоднорідності механічних і реологічних властивостей бетону за об'ємом конструкції;

- пропозиції щодо уточнення методик "СНиП 2.03.01-84*" і "СНиП 2.03.04-84" в частині розрахунку тріщиностійкості, деформацій і міцності згинних залізобетонних елементів стосовно конструкцій з високоміцних бетонів.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації доповідались і обговорювалися на двох міжнародних науково-практичних конференціях "Баштові споруди: матеріали, конструкції, технології" (м. Макіївка, 2007 р. і 2009 р.) та на Третьому міжнародному науково-практичному семінарі "Методи підвищення ресурсу міських інженерних інфраструктур" (м. Харків, 2009 р.).

Публікації. Основний зміст дисертації і результати досліджень представлені в чотирьох наукових статтях, опублікованих в спеціалізованих виданнях, включених до переліку ВАК України, і в трьох друкованих роботах за матеріалами конференцій.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел (134 найменування) і додатків. Робота викладена на 194 машинописних сторінках, у тому числі 174 сторінок основного тексту, 58 рисунків, 15 таблиць, 15 сторінок списку використаних джерел, п'ять сторінок додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі представлена загальна характеристика дисертаційної роботи, обгрунтовано актуальнісь теми, сформульовано мету і задачі досліджень, наукову новизну і практичне значення результатів, наведено відомості про особистий внесок здобувача, апробацію результатів і публікації.

У першому розділі наведені основні результати в сфері дослідження фізикомеханічних властивостей високоміцних бетонів на основі ОМД, представлений огляд експериментальних досліджень закономірностей формування мікроструктури бетонів, характеристик міцнісних та деформативних властивостей, а також впливу масштабного чинника на ці характеристики. Виконано аналіз результатів досліджень характеристик НДС згинних та позацентрово стинутих залізобетонних конструкцій в умовах нормальних і підвищених температур, у тому числі для конструкцій з високоміцного бетону.

У роботах В. Г. Батракова, М. Г. Булгакової, М.М. Зайченка, С. С. Каприєлова, Ф.М. Іванова, Ф.А. Іссерса, А.В. Шейнфельда, О.О. Шишкіна та інших авторів отримані досить повні дані про вплив ОМД на формування мікростуктури цементного каменю, які є невід'ємним компонентом сучасних високоякісних бетонів.

Досліджено вплив дозування ОМД на характеристики бетонних сумішей, ступінь гідратації в’яжучого і формування мікроструктури цементного каменя модифікованих бетонів.

У роботах В. Г. Батракова, В.М. Вирового, Ф.А. Іссерса, М.М. Зайченка, С. С. Каприєлова, Є.М. Кузнєцова, М.І. Карпенка, Ю.О. Климова, А.В. Корсуна, А.В. Шейнфельда, О.О. Шишкина, C. Galle, J. Sercombe, W.H. Dilger та ін.

представлені результати досліджень характеристик фізико-механічних властивостей високоміцних модифікованих бетонів на основі ОМД, а також деформацій усадки і повзучості при рівнях вантаження до l=0,3, у тому числі вплив масштабного чинника на деформації усадки, міцність і деформативність. Відмічено, що повзучість високоміцних модифікованих бетонів недостатньо вивчена для умов тривалого навантаження високих рівнів, що стримує їх більш широке застосування в будівництві.

У роботах В. І. Веретенникова, О.Д. Журавського, В.І. Корсуна, В.А. Косторниченка, О.П. Кричевського, А.Ф. Милованова, К.Д. Некрасова, М.О. Невгеня, В.Д. Передерея, В.М. Самойленка, М.І. Тупова, С.Л. Фоміна та інших дослідників отримані досить повні експериментальні дані щодо впливу підвищених до +200°С температур на основні характеристики міцнісних та деформативних властивостей традиційних важких бетонів середньої міцності, а також на особливості формування НДС залізобетонних конструкцій в умовах нерівномірного нагрівання з урахуванням неоднорідності властивостей матеріалів. Дослідження впливу підвищених до +200°С температур і масштабного чинника на температурно-усадкові деформації і характеристики фізико-механічних властивостей високоміцних модифікованих бетонів виконані в роботах А.В. Корсуна. Результати досліджень реалізовані у вигляді практичних рекомендацій і аналітичних виразів для врахування впливу вивчених чинників на характеристики міцнісних та деформативних властивостей бетону.