Ширина раскрытия трещин в бетоне: Страница не найдена — Маяки для наблюдения за трещинами ЗИ

Содержание

Расчет железобетонной плиты фундамента по раскрытию нормальных трещин


Рис. 1. Расчетное сечение элемента

Цель: Проверка расчета ширины раскрытия трещин.   

Задача: Проверить правильность анализа раскрытия нормальных трещин.

Ссылки:

1. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры (к СП 52-101-2003), 2005, с. 155-157.

2. М.А. Перельмутер, К.В. Попок, Л.Н. Скорук, Расчет ширины раскрытия нормальных трещин по СП 63.13330.2012, Бетон и железобетон , 2014, №1, с.21,22

Файл с исходными данными:

Example 43.SAV
отчет – Arbat 43.doc.

Соответствие нормативным документам: СП 52-101-2003, СП 63.13330.2012. 

Исходные данные:

b×h = 1150×300 мм Размеры сечения плиты
а = 42 мм Расстояние от центра тяжести арматуры до сжатого края сечения
As = 923 мм2 (6Ø14) Площадь сечения арматуры
Ml = 50 кН∙м Момент в расчетном сечении от постоянных и длительных нагрузок
Msh = 10 кН∙м Момент от кратковременных нагрузок

Класс бетона В15
Класс арматуры А400

 

 

Исходные данные АРБАТ:
Коэффициент надежности по ответственности γn = 1
Коэффициент надежности по ответственности (2-е предельное состояние)  = 1

Длина элемента 1 м
Коэффициент расчетной длины в плоскости XoY 1
Коэффициент расчетной длины в плоскости XoZ 1
Случайный эксцентриситет по Z принят по СНиП 52-01-2003 (Россия)
Случайный эксцентриситет по Y принят по СНиП 52-01-2003 (Россия)
Конструкция статически неопределимая
Предельная гибкость - 200

Сечение

b = 1150 мм
h = 300 мм
a

1 = 35 мм
a2 = 35 мм

 

    

S1 - 6Ø14

 

 

Арматура

Класс

Коэффициент условий работы

Продольная

A400

1

Поперечная

A240

1

 

Бетон
Вид бетона: Тяжелый
Класс бетона: B15

Коэффициенты условий работы бетона

γb1

учет нагрузок длительного действия

1

γb2

учет характера разрушения

1

γb3

учет вертикального положения при бетонировании

1

γb4

учет замораживания/оттаивания и отрицательных температур

1

Влажность воздуха окружающей среды - 40-75%

Трещиностойкость
Ограниченная ширина раскрытия трещин
Требования к ширине раскрытия трещин выбираются из условия сохранности арматуры
Допустимая ширина раскрытия трещин:
  Непродолжительное раскрытие  0,4 мм
  Продолжительное раскрытие  0,3 мм

Усилия

N = 0 кН
My = 60 кН*м
Qz = 0 кН
Mz = 0 кН*м
Qy = 0 кН
T = 0 кН*м
Коэффициент длительной части 0,83333

Теоретическое решение:

При теоретическом расчете [2] по нелинейной деформационной модели при определении напряжения σs получено эпюры распределения деформаций ε и напряжений σ в бетоне, показанные на рис. 2. Этим эпюрам соответствуют следующие значения внутренней продольной силы N и изгибающего момента M

N = 0,00439 кН ≈ 0;
M = 50,096 ≈ 50 кНм.

Имеет место равновесие между внутренними и внешними усилиями. При этом решении напряжение в растянутой арматуре σs=236,692 МПа.

Рис. 2. Эпюры деформаций ε и напряжений σ (для определения σs)

Аналогично, решая задачу об определении момента трещинообразования, мы получим следующие эпюры (рис. 3), которые удовлетворяют требованиям п. 8.2.14 СП 63.13330.2012.

Рис. 3. Эпюры деформаций ε и напряжений σ (для определения σs,crc)

В соответствии с этими эпюрами Mcrc= 36,244 кН∙м, σs,скс =  22,651 МПа.

На основании формулы (1) (формулы (8.128) СП 63.13330.2012) мы получаем acrc=0,306 мм.

\[ a_{crc} =\varphi_{1} \cdot \varphi_{2} \cdot \varphi_{3} \cdot \psi_{s} \cdot \frac{\sigma_{s} }{E_{s} }\cdot l_{s} . \]

Сравнение решений

Проверка

ширина раскрытия трещин (длительная)

Теория

0,306/0,3 = 1,02

АРБАТ

0,974

Отклонение, %

4,51%

Комментарии

  1. В АРБАТ необходимо ввести длину элемента и класс поперечной арматуры. Т.к. в задаче они не определены, использованы данные соответственно 1 м и А240.
  2. Значение защитного слоя равно ad/2 = 42 – 14/2 = 35 мм.
  3. Значение полного момента, действующего в сечении, М = Ml + Msh = 50 + 10 = 60 кН∙м, коэффициент длительной части равен Ml /М = 50/60 = 0,833.
  4. В Пособии [1] получена ширина раскрытия трещин, равная 0.227 мм. Столь значительное расхождение с приведенным теоретическим решением объясняется использованием подхода, основанного на предельных усилиях, вместо нелинейной деформационной модели (см. [2]).
  5. Отклонение результатов АРБАТ от теоретического решения связано с тем, что в АРБАТ для обеспечения вычислительной устойчивости рассматриваются не идеальные диаграммы работы материалов, а диаграммы, в которых горизонтальная часть графика σ(ε) имеет небольшой наклон.

ОПАСНАЯ ШИРИНА РАСКРЫТИЯ ТРЕЩИН И ПРОГИБ БАЛОК И ПЛИТ

В нормах проектирования максимально допустимая ширина продолжительного раскрытия трещин для конструкций, эксплуатируемых в обычных условиях, принята равной 0,3 мм. В некоторых справочниках эта величина рассматривается и как граница, за которой наступает аварийное состояние конструктивных элементов.

Такой подход в корне неверен в силу следующих причин:

  1. Во-первых, указанная ширина раскрытия трещин допустима только для арматуры не выше класса А-IV, для арматуры более высоких классов она уменьшается до 0,2 и даже до 0,1 мм.
  2. Во-вторых, изгибаемые конструкции могут быть «слабо», «нормально» или «сильно» армированными. В «сильно» армированных («переармированных») сечениях разрушение сжатой зоны бетона происходит при сравнительно небольших напряжениях в продольной растянутой арматуре, когда и трещины раскрываются незначительно. Поэтому даже небольшая, всего 0,1 мм, ширина раскрытия трещин может быть симптомом опасного состояния таких конструкций.
  3. В-третьих, ширина раскрытия трещин по расчету часто оказывается намного меньше допустимой. Бывает даже, что по расчету трещины вообще не образуются (чаще всего, у преднапряженных конструкций). И в этом случае небольшая ширина раскрытия трещин у эксплуатируемой конструкции может оказаться опасной.

Отсюда следует, что ширина опасного раскрытия трещин требует индивидуальной оценки. Однако в любом случае само наличие заметных трещин уже является серьезным поводом для тщательного обследования конструкций.

Небольшие прогибы вполне могут характеризовать перегрузку таких конструкций, у которых сечение «сильно» армировано, а также многих преднапряженных конструкций, которые при изготовлении получили обратный выгиб.

В то же время, существует и некоторое общее правило:

чем больше погонная жесткость конструкции (а проще говоря, чем больше отношение высоты сечения к пролету), тем меньше у нее прогиб, следовательно, и небольшая величина прогиба может оказаться для конструкции опасной.

С другой стороны, иногда даже большие прогибы никакой опасности не представляют. Такие случаи встречаются при некачественном изготовлении монолитных конструкций, когда опалубка из-за недостаточной собственной жесткости провисла под тяжестью свежеуложенного бетона.

 

Навигация по записям

Основы расчета железобетона. 200 вопросов и ответов, стр. №28

146. Как рассчитывают на отрыв?

Отрыв возникает, когда нагрузка приложена к нижней грани элемента или в пределах высоты его сечения. Например, отрыв части бетона балки может вызвать нагрузка от оборудования, подвешенного к ней через отверстия в стенке; отрыв бетона в главной балке монолитного ребристого перекрытия могут вызвать опорные реакции второстепенных балок. Механизм отрыва очень похож на механизм продавливания – разрушение бетона тоже происходит от среза и тоже под углом 450.

Однако в расчете на отрыв сопротивление бетона срезу по поверхности отрыва учитывают косвенно, корректируя величину отрывающей силы F. Ее сравнивают с несущей способностью дополнительной поперечной арматуры, устанавливаемой в обязательном порядке по длине зоны отрыва a (рис. 74). Тогда условие прочности имеет вид: F(1–

hs/h0) ≤ SRswAsw, где SRswAsw –  сумма поперечных усилий, воспринимаемых хомутами (поперечными стержнями) по длине зоны a. Разумеется, хомуты должны быть надежно заанкерены по обе стороны от поверхности отрыва.

5. Трещиностойкость и перемещения

147. С какой целью выполняют расчет трещиностойкости?

Цель здесь одна из двух. Первая - обеспечить непроницаемость тех конструкций, которые с трещинами попросту невозможно эксплуатировать (например, емкости для хранения жидкостей или газов). Вторая - не допустить или ограничить возможность проникновения к поверхности арматуры всего того, что может вызвать коррозию стали (паро-воздушная смесь, химически агрессивные жидкости или газы). Поэтому у одних конструкций образование трещин не допускается, у других допускается непродолжительное раскрытие трещин с последующим их закрытием, у третьих допускается как непродолжительное, так и продолжительное раскрытие трещин с ограничением по ширине.

В соответствии с этим различают три категории трещиностойкости, а вопрос о принадлежности к той или иной категории решают с учетом назначения конструкции, коррозийной стойкости арматуры и степени химической агрессивности окружающей среды (Нормы предусматривают четыре степени: неагрессивная, слабо-, средне- и сильноагрессивная).

148. Что такое продолжительное и непродолжительное раскрытие трещин?

После того, как трещина образовалась, ширина ее раскрытия не остается неизменной: при увеличении нагрузки трещина расширяется, при уменьшении сужается. В реальных условиях нагрузка тоже меняется: продолжительное время действуют постоянная и длительная нагрузки, которые вызывают раскрытие трещин на ширину аcrc2; непродолжительное время действуют кратковременная нагрузка, которая совместно с постоянной и длительной увеличивает раскрытие трещин до ширины аcrc1, а как только кратковременная нагрузка снимается, ширина вновь уменьшается до величены аcrc2. Очевидно, что аcrc1> аcrc2. Следовательно, аcrc1 - это ширина непродолжительного раскрытия трещин от суммарного действия постоянных, длительных и кратковременных нагрузок, аcrc2 - ширина продолжительного раскрытия от действия только постоянных и длительных нагрузок. Значения аcrc1 и аcrc2 ограничиваются Нормами проектирования в зависимости от категории трещиностойкости, класса (иногда и диаметра) арматуры и степени агрессивности среды.

149. Что такое закрытие трещин?

Выше (вопрос 148) отмечено, что постоянные и длительные нагрузки действуют продолжительно, а полные нагрузки (включая кратковременные) – непродолжительно. Можно запроектировать конструкцию так, чтобы от действия полной нагрузки непродолжительное раскрытие трещин аcrc1 было ограничено, а после снятия кратковременной нагрузки (остаются только постоянная и длительная) трещины закрылись полностью, т.е. аcrc2 = 0, - и не только закрылись, но и зажались бы под действием сжимающих напряжений величиной не менее 0,5 МПа, как предписывают Нормы. Создать сжимающие напряжения на растянутой грани можно только при наличии предварительного напряжения.

150. Чем отличаются категории трещиностойкости?

1-я категория: не допускается образование трещин при действии полных расчетных нагрузок, т.е. с коэффициентом надежностиgf > 1. Здесь выполняют расчет по образованию трещин, а сечения рассматривают на 1-й стадии работы (см. вопрос 64).

2-я категория: допускается ограниченное по ширине непродолжительное раскрытие трещин аcrc1 при действии полных нормативных нагрузок, т.е. с коэффициентом надежности gf = 1, при условии последующего надежного закрытия трещин, когда остаются только постоянная и длительная нагрузки. Здесь выполняют расчет по раскрытию и закрытию трещин, а сечения рассматривают на 2-й стадии работы.

3-я категория: допускается ограниченное по ширине непродолжительное раскрытие трещин аcrc1 при действии полных нормативных нагрузок с gf = 1 и продолжительное раскрытие аcrc2 при действии постоянной и длительной нормативных нагрузок (тоже с gf = 1). Расчет выполняют по раскрытию трещин, сечения рассматривают на 2-й стадии работы.

151. Конструкции какой категории самые долговечные?

Конечно, первой: у них коррозия арматуры практически полностью исключается. Но для этих конструкций, при прочих равных условиях, требуется больше арматуры, особенно напрягаемой, и, как правило, более высокие классы бетона. Поэтому чаще всего применяют самые дешевые конструкции 3-й категории, если не позволяют условия - то 2-й, и, в исключительных случаях, - 1-й.

152. В чем суть расчета по образованию нормальных трещин при изгибе?

Суть - в выполнении условия М ≤ Мcrc, где М - изгибающий момент в нормальном сечении от внешней расчетной нагрузки, а Мcrc - момент внутренних сил, который сопротивляется образованию трещин.

Чтобы вызвать образование трещин в сечении преднапряженного изгибаемого элемента, нужно загрузить его внешним моментом, численно равным Мcrc и состоящим из двух слагаемых: Мр - момента, который погашает предварительное обжатие крайнего волокна бетона (на рис. 75 - нижнего), т.е. уменьшает в нем сжимающие напряжения от sbp до 0, и   Мbt - момента, который повышает в этом же волокне растягивающие напряжения от 0 до сопротивления бетона растяжению Rbt,ser. Очевидно, что при отсутствии преднапряжения первое слагаемое отсутствует.

Рис. 75

Поскольку Мр = Wredsbp, а sbp = P / Ared + Peop / Wred (см. вопрос 49), то подставив второе выражение в первое, получим (рис. 76,а):

Mp = Wred (P/Ared + Peop /Wred) = P(r + eop),

где r = Wred /Ared - расстояние от центра тяжести приведенного сечения до верхней ядровой точки (радиус ядра сечения). Для учета неупругих свойств бетона вводят поправочный коэффициент j, составляющий в зависимости от напряжений в сжатом бетоне от0,7 до 1. Тогда r = =jWred /Ared. Другими словами, Мр - это момент силы обжатия Р относительно ядровой точки, наиболее удаленной от растянутого волокна, обозначается он Мrp.

Страницы:

Определение ширины и глубины раскрытия трещин

Превышение допустимых размеров трещин влияют на следующие показатели:

  • Несущую способность конструкции
  • Водонепроницаемость
  • Арматура в теле бетона подвергается коррозии

Основные причины возникновения трещин

  • Усадочные (нарушения процессов твердения бетонной смеси, армирования, и ухода за конструкции в период монтажа)
  • Технологические (расслаивание бетонной смеси при вибрации,уплотнении и укладке)
  • Деформационные (при транспортировке, складировании)

Нормативная документация регламентирующая глубину и ширину раскрытия трещин ДБН В.2.6-98:2009 «Бетонные и железобетонные конструкции»

Конструкции в которых Не допускается образование трещин

  • Ж/Б конструкции, которые находятся под давлением газов и жидкостей
  • Ж/Б конструкции с повышенными сроками долговечности;
  • Ж/Б конструкции, подвергающиеся сильным агрессивным воздействиям внешней среды.

Методика обследования трещин

Прежде всего, необходимо определить форму, направление, положение, ширину, глубину и длину раскрытия трещин. Ширину раскрытия трещин определяют с помощью приборов у которых точность измерения не ниже 0,1 мм Лупа Бринелля.

Глубина трещин определяется с помощью проволочных щупов, игл или приборов ультразвукового контроля, например УКС.

Далее необходимо определить динамику развития трещинообразования.  Для этого, используют цементно-песчаные или гипсовые маяки, которые монтируют в местах максимального раскрытия трещин. Если трещина развивается дальше, то  на маяке образовываются продольные дефекты. Концы трещины маркируются поперечными штрихами и отметкой даты измерения. Расположение трещин наносят на чертежи общего вида, где обязательно отмечают номер и дату установки маяков. Периодически трещины и поставленные маяки осматриваются, и результаты осмотра заносятся в акт обследования конструкции. По результатам осмотра судят об опасности, точной причине возникновении трещины.

 

Регистратор АВТОГРАФ-1.2 для мониторинга развития трещин в железобетонных сооружениях от НПП «Интерприбор»

Безопасность эксплуатации здания или сооружения зависит от их технического состояния. Под воздействием динамических и статических нагрузок в несущих элементах могут появляться трещины, которые могут привести к аварийному состоянию конструкции в целом. Наиболее опасный вид трещин – это сквозные, которые вызывают разрушение сечений и развиваются интенсивно. Но и поверхностные трещины при их прорастании и развитии со временем приводят к ухудшению состояния объекта, постепенно влияя не только на внешний облик, но и на общую прочность конструкций.

Специфика мониторинга трещин строительных конструкций

Мониторинг развития трещин связан с комплексными исследованиями объекта, которые будут учитывать разнообразные факторы воздействия, например, геодезические: состояние грунтовых вод, близлежащие строительства и т.д.

Мониторинг развития трещин позволяет своевременно установить степень опасности и скорость её развития под влиянием факторов окружающей среды и нагрузок. Самый простой контроль трещин – это установка гипсового маяка или индикатора часового типа, но такой вид мониторинга не позволяет провести глубокий анализ, учитывающий внешние факторы, в частности температуру и влажность окружающего воздуха, и требует дополнительных измерений.

Компания «Интерприбор» представляет регистратор АВТОГРАФ-1.2 - портативный прибор для мониторинга развития трещин в железобетонных конструкциях зданий и сооружений.

Преимущества работы с прибором

Преимущества прибора для мониторинга трещин АВТОГРАФ-1.2:

  • портативность и автономность прибора обеспечивают его применение в труднодоступных местах исследуемого объекта;
  • легкость установки на месте измерения при помощи двухточечного крепления;
  • мощный литиевый аккумулятор с долгим сроком службы;
  • одновременный контроль ширины раскрытия трещин в совокупности с показателями температуры и влажности;
  • универсальная базовая комплектация и моноблочное исполнение;
  • простая передача данных для анализа на ПК;
  • автоматические режимы регистрации измерений.

По желанию клиента на регистратор АВТОГРАФ-1.2 может быть дополнительно установлен датчик температуры поверхности.

Классификация трещин в железобетонных конструкциях по ширине раскрытия

Монолитная плита перекрытия. Определение причин появления трещин, метод их устранения. Классификация повреждения плиты перекрытия

Проведено обследование монолитной плиты перекрытия, на предмет определения причин появления трещин в здании инженерно-административного корпуса.

Для исследовательнных работ заказчиком был предоставлен комплект рабочей документации, в составе:

  • План монолитной плиты на отм. +10.743
  • Монтажная схема несущих элементов каркаса на отм. +10.743
  • Конструкция кровли
  • Журнал бетонных работ

В процессе инженерно-технического обследования, использовалось контрольно-измерительное оборудование, для определения физико-механических свойств материалов и деформаций конструкций.

Перечень оборудования строительной лаборатороии, использованной при обследовании:

  • УКС-МГ4 – ультразвуковой дефектоскоп, для определения прочности бетона и измерения глубины трещин в конструкциях
  • Оникс 2.5 – ударно-импульсный прибор, для определения прочности бетона
  • Нивелир оптический
  • Трещиномер щуп
  • Рулетки механические
  • Рулетки лазерные
  • Металодетектор «BOSH»
  • Штангенциркуль

На все приборы, использованные при обследовании, имеется свидетельства о Госповерке (См. в приложении к техническому отчёту).

При проведении обследования, использовалось дополнительной оборудование:

При проведении обследования эксперт руководствовался нормативной и справочной документацией

  • СНиП 3.03.01-87 «Несущие и ограждающие конструкции»
  • СНиП 3.04.01-87 «Изоляционные и отделочные покрытия»
  • СНиП 2.03.II-85 «Защита строительных конструкций от коррозии»
  • ГОСТ 22690-88 «Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля»
  • СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции»
  • ГОСТ 17624-87 «Ультразвуковой метод определения прочности»

В результате обследования, составлена картограмма дефектов, выполнены обмеры созданы чертежи узлов, планов и разрезов монолитной плиты, определена констривная схема покрытия, выполнена фотофиксация дефектов и этапов обследования.

1.Конструктивная схема покрытия

1.1 Монолитная плита предназначена для устройства по ней кровли.

1.2 Плита проектной прочности В25.

1.3 Плита, толщиной 80мм, армирована дорожной сеткой, с ячейками — 10х10см, Ø4мм.

1.4 Монолитная плита смонтирована по каркасу здания, с сеткой колон 900х900см. По металлическим двутавровым балкам — I 55Б1, которые опираются на квадратные колонны сечением — 200х25, 250х25см., уложены дополнительные двутавровые балки- I 35Б2, с шагом — 450см, по ним, в продольном и поперечном направлении, с шагом — 150см уложены двутавровые балки — I23Б1 и швеллера — №14.

1.5 Конструкция кровли – пирог, состоящий из

  • 1 слоя — пароизоляции, керамзитового гравия, толщиной слоя 30-150мм,
  • цементно-песчаной стяжки — М100, толщиной 30мм, армированной сеткой с ячейками — 150х150мм,
  • теплоизоляции из 2х слоёв минплиты, толщиной 110см,
  • цементно-песчаной стяжки, толщиной 20мм,
  • 3 слоя — изопласта и
  • слоя гравия, толщиной 50мм.

Конструктивная схема плиты покрытия

2. Результаты проверки прочности плиты

2.1 Прочность монолитной плиты, в возрасте 14 суток, составляет 27.7МПа, что составляет 75% от проектной прочности бетона.

3. Классификация повреждений, выявленных при обследовании

При осмотре монолитной плиты установлено:

3.1 Трещины обнаружены по осям Г/1-Е/3-7.

3.2 Трещины распространены по плите, в продольном, поперечном и диагональном направлениях.

3.3 Трещины сетчатого характера, с различной величиной разветвления, длинной — до 6м и с шириной раскрытия — до 1.2мм.

3.4 Трещины в основной своей массе — поверхностные, и сконцентрированы на верхней поверхности плиты, глубиной до 0.1-3мм.

3.5 Дата появления трещин — в период набора прочности бетона.

3.6 По результатам исследования контрольно-измерительной аппаратурой, произведена классификация трещин, как — поверхностные усадочные.

4.Проверка выявленных повреждений на соответствие СНиП 2.03.01-84* БЕТОННЫЕ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ из условия допустимой ширины раскрытия трещин в железобетонных конструкциях.

Проверка монолитной плиты по раскрытию трещин, нормальных к продольной оси элемента произведено в соответствии с п. 4.13.4.14. СНиП 2.03.01-84*БЕТОННЫЕ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Допустимая ширина раскрытия трещин, нормальных к продольной оси элемента acrc, мм*, определена по формуле

где d — коэффициент, принимаемый равным для элементов:

изгибаемых и внецентренно сжатых 1,0

jl — коэффициент, принимаемый равным при учете:

кратковременных нагрузок и непродолжительного действияпостоянных и длительных нагрузок 1,00,

многократно повторяющейся нагрузки, а также продолжительного действия постоянных и длительных нагрузок, для конструкций из бетона тяжелого:

естественной влажности jl = 1,60 — 15m

в водонасыщенном состоянии — 1,20

при попеременном водонасыщении и высушивании — 1,75

мелкозернистого групп:

легкого и поризованного не менее 1,50

значение jl для мелкозернистого, легкого, поризованного и ячеистого бетонов в водонасыщенном состоянии умножают на коэффициент 0,8, а при попеременном водонасыщении и высушивании — на коэффициент 1,2,

h — коэффициент, принимаемый равным:

при стержневой арматуре периодического профиля — 1,0

при стержневой арматуре гладкой — 1,3

при проволочной арматуре периодического профиля и канатах — 1,2

при гладкой арматуре — 1,4

ss — напряжение в стержнях крайнего ряда арматуры S или (при наличии предварительного напряжения) приращение напряжений от действия внешней нагрузки, определяемое согласно указаниям п. 4.15,

m — коэффициент армирования сечения, принимаемый равным отношению площади сечения арматуры S к площади сечения бетона (при рабочей высоте h0 и без учета сжатых свесов полок), но не более 0,02,

d — диаметр арматуры, мм.

Для элементов, к трещиностойкости которых предъявляются требования 2-й категории, ширина раскрытия трещин определяется от суммарного действия постоянных, длительных и кратковременных нагрузок, при коэффициенте jl = 1,0.

Перекрытия относятся к 3-й категории трещиностойкости, при которой допускается ограниченное по ширине непродолжительное acrc1=0.3

и продолжительное acrc2 раскрытие трещин=0.2,

Фактическая величина раскрытия сквозной трещины равна 1.2 мм, что значительно превосходит нормы СНиП 2.03.01-84*БЕТОННЫЕ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ.

5. Заключение по результатам обследования монолитного покрытия

5.1 Трещины, обнаруженные в монолитной плите – усадочные, образование трещин связано с температурным воздействием на бетон.

5.2 Появление трещин в плите, обусловлено недостаточным уходом за бетоном, в период набора прочности.

6. Рекомендации:

Учитывая работу перекрытия на изгиб, рекомендуется:

6.1. Заделать трещины полимерцементными составами.

6.2. Осуществить наращивание плиты перекрытия сверху, без изменения расчетной схемы. Толщина наращивания — 20 мм. Бетон наращивания не ниже В20. Армирование наращивания выполнить стекой — 100х100, стали, класса АI∅5

Ширина раскрытия трещин

Конструкции зданий и сооружений

Какая максимально допустимая ширина раскрытия трещин при распалубке изделия на заводе (сборная колонна).

Какие нормы это регламентируют? Если регламентируют! Или все таки 0,4 — непродолжительное раскрытие и все?

Цитата из действующего СНиП
6.4.5 Предельно допустимую ширину раскрытия трещин следует устанавливать исходя из эстетических соображений, наличия требований к проницаемости конструкций, а также в зависимости от длительности действия нагрузки, вида арматурной стали и ее склонности к развитию коррозии в трещине.
При этом предельно допустимое значение ширины раскрытия трещин acrc,ult следует принимать не более:
а) из условия сохранности арматуры:
0,3 мм — при продолжительном раскрытии трещин,
0,4 мм — при непродолжительном раскрытии трещин,
б) из условия ограничения проницаемости конструкций:
0,2 мм — при продолжительном раскрытии трещин,
0,3 мм — при непродолжительном раскрытии трещин.
Для массивных гидротехнических сооружений предельно допустимые значения ширины раскрытия трещин устанавливают по соответствующим нормативным документам в зависимости от условий работы конструкций и других факторов, но не более 0,5 мм.

И еще — есть также конструкции, где раскрытие трещин не допускается, но в нормах они не перечислены — отсылают к специальным документам на этот счет.

 

Расчет ширины раскрытия трещин, нормальных к продольной оси элемента. Предельно допустимые значения ширины раскрытия трещин.

При определении ширины раскрытия трещин расчетные методы, включенные в нормы по проектированию жбк базируются на предпосылках и допущениях :

А) в общем случае ширина раскрытия трещин принимается равной средним деформациям продольной растянутой арматуры на участке между трещинами, умноженным на среднее расстояние между трещинами.

Б) среднее расстояние между трещинами следует определять из условия, по которому разность усилий в растянутой арматуре в сечении с трещиной и в сечении по середине участка между трещинами уравновешиваются силами сцепления арматуры с бетоном. При этом разность усилий в арматуре на этом участке принимается равной усилию, воспринимаемому растянутым бетоном перед образованием трещин. В районе образовавшейся трещины наблюдается релаксация напряжений в бетоне.

В) деформации растянутой арматуры в сечении с трещиной определяются в общем случае из системы расчетных уравнений деформационной модели жбк по заданным значениям изгибающих моментов и продольных сил от соотв комбинации нагрузок.

Г) деформ растянутой арматуры допускается определять из упругого расчета сечения с трещиной, принимая условно упругую работу бетона с приведенным модулем упругости и упругую работу арматуры со своим модулем упругости

Д) для изгибаемых элементов прямоуг, таврового и двутаврового сечений с арматурой сосредоточенной у растянутой и сжатой граней элемента, определение деформаций растянутой арматуры в сечении с трещиной допускается производить по упрощенной схеме, рассматривая жбэ в виде сжатого пояса арматуры с равномерным распределением напряжений по высоте сжатого и растянутого поясов.

Расчетная ширина раскрытия трещин: , где - расчетная ширина раскрытия трещин, - среднее расстояние между трещинами, - средние относит деформ арматуры, определяемые при соотв комбинации нагрузок, - коэфф, учитыв отношение расчетной ширины раскрытия трещин к средней

Усилия трещинообразования допускается определять по упрощенным зависимостям как для бетонного сечения по формулам: Mcr=fctm*Wc, Ncr=fctm*Act, где fctm – средняя прочность бетона на осевое растяжение, Wc и Ас – соотв момент сопротивления и площадь бетонного сечения.

 



Узнать еще:

% PDF-1.4 % 1 0 объект > эндобдж 8 0 объект /Заголовок /Тема / Автор /Режиссер / CreationDate (D: 20210811195909-00'00 ') / ModDate (D: 20120312154654 + 05'00 ') >> эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > эндобдж 4 0 obj > эндобдж 5 0 obj > эндобдж 6 0 obj > эндобдж 7 0 объект > транслировать 2012-03-12T15: 46: 54 + 05: 002010-05-13T14: 30: 42 + 09: 002012-03-12T15: 46: 54 + 05: 00uuid: 1b6b5673-b0bd-4631-96c2-be2df647fd0auuid: a90f6964- ae48-4dc9-a429-78a1e19f9d94application / pdf конечный поток эндобдж 9 0 объект > эндобдж 10 0 obj > эндобдж 11 0 объект > эндобдж 12 0 объект > эндобдж 13 0 объект > эндобдж 14 0 объект > эндобдж 15 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC / ImageB / ImageI] >> эндобдж 16 0 объект > транслировать x ڝ XɎ6 + 0 | ҷ ˎs S ~? HJ-w% qznɰTM / ˧! d) dbY ^  ZVkC | & 8k] - 'wÖ6W6 {vi`RhWKpT 劸 L \ = J [= `ѣGt (ݧ F + hG> I3, Κjc3": x # Nfa'͋p'Z> W} Wbn4 # M l9 \ Nwa @> (y @ 'a { = # O} # 9ьАrr \ Y: D̉61E ֟ g {ObT.߷% /

6;

Растрескивание в бетоне: оценка ширины, глубины и смещения

Я стоял возле значительной трещины в недавно залитой бетонной плите на металлической платформе и, должно быть, глубоко задумался. "Что делаешь'?" Это был отделочник с подрядчиком по бетону. «Пытаюсь понять, почему это так быстро треснуло», - сказал я. «Он был размещен только вчера». Он взглянул на меня, пожал плечами и сказал: «Рыба должна плавать, птицы должны летать, а бетон должен трескаться», а затем ушел.Я подумал о том, как я мог бы включить это в свой отчет, но вместо этого решил, среди прочего, указать на жаркий сухой ветер и задержки в распиловке компенсаторов. Однако в том, что он мне сказал, было много правды.

Трещины в бетоне настолько распространены, что практически неизбежны. Хорошая новость в том, что не все из них плохие. Плохая новость в том, что иногда трудно заметить разницу. В научных статьях, отчетах, блогах и статьях о причинах возникновения трещин в бетоне и их предотвращении написано так много, что я могу честно сказать, что у меня нет ничего полезного, чтобы добавить к этой стороне обсуждения.Что я могу сделать, так это передать некоторую информацию о том, как лучше всего измерить и контролировать трещины, и выбрать лучшее оборудование для работы.

Когда трещины бросаются в глаза, все участники проекта сразу же обеспокоены потенциальными серьезными структурными проблемами и косметическим воздействием на структуру. Таким образом, часто возникает необходимость найти ответы и начать корректирующие действия. В этом сообщении в блоге будут предложены некоторые решения для подходящих методов и оборудования для исследования трещин в бетоне.

Первые шаги расследования всегда должны быть сосредоточены на основах, документировании местоположения и размеров. Определить длину очень просто, используя простые измерительные ленты или другие крупномасштабные инструменты для измерения расстояния.


Измерение ширины трещины

Определение ширины трещины в начале исследования важно для определения скорости движения. Для измерения начальной ширины можно использовать различные устройства.

  • Карты сравнения трещин - это простые карманные справочные карты для документирования ширины трещин на ранних этапах оценки.Датчики из прозрачного пластика недороги и просты в использовании.
  • Измерители ширины трещин - это шаг вперед по сравнению с компараторами трещин. Эти прочные и точные поликарбонатные линейки имеют широкий диапазон измерений.
  • Цифровые штангенциркули обеспечивают наиболее точные измерения и предлагают дополнительную адаптируемость при использовании стержня глубины для измерения глубины больших трещин.
  • Оптические компараторы предлагают уровень точности по сравнению с другими методами, обычно используемыми для первоначального исследования трещин в бетоне, если это необходимо.
  • Микроскоп для измерения ширины трещин
  • предлагает уровень точности, превосходящий другие методы, обычно используемые для измерения и мониторинга трещин в бетоне.


Обнаружение глубины трещин

По мере того, как трещины в бетоне углубляются, они становятся все более узкими, и их трудно обнаружить. Для точных измерений глубины требуются инструменты, которые ищут разрывы в бетоне, чтобы определить степень трещины. Скорость ультразвукового импульса является одним из таких методов и работает путем определения времени прохождения волн напряжения ультразвуковой энергии, передаваемой через бетонные секции.Более продолжительное время прохождения через одни и те же площади поперечного сечения указывает на неоднородности и потенциальное растрескивание. Изменение расстояния между датчиками между показаниями и учет разницы во времени пробега позволяет более точно оценивать глубину. ASTM C597 описывает методы и оборудование, необходимые для определения скорости волн напряжения в бетоне.

  • Ультразвуковой измеритель скорости импульса Proceq Pundit 200 прочен и предназначен для использования в полевых условиях. Наряду с глубиной трещин прибор выполняет оценку качества бетона и может делать оценки прочности на основании только показаний UPV или с использованием метода SONREB (SONic-REBound) в сочетании с молотками для испытаний бетона.


Отслеживание движения трещины

Обнаружение и идентификация трещины - это только начало процесса. Это необходимо отслеживать с течением времени, чтобы задокументировать любые изменения. Продолжающееся движение или расширение трещины являются признаками того, что конструкция еще не устойчива, и есть вероятность ее повреждения.

Простое обнаружение движения не требует сложных технологий. Два гвоздя, забитые по обе стороны от трещины, могут показать, было ли движение, по крайней мере, в одном измерении.Чего не хватает этому методу, так это сбора точных данных о величине и скорости изменения, а также о направлении движения и дифференциальном смещении. Все эти факторы могут помочь определить разницу между простой усадочной трещиной, началом разрушения фундамента или (что более вероятно) какой-то промежуточной проблемой.


Мониторинг трещин: соответствие оборудования задаче

  • Базовые мониторы трещин состоят из двух перекрывающихся пластиковых выступов, установленных на противоположных сторонах исследуемой трещины.Нижний язычок белого цвета с черной сеткой в ​​миллиметрах. Верхняя часть прозрачная с красным перекрестием. Поскольку каждая сторона трещины движется относительно другой, запланированный мониторинг положения перекрестия показывает точное количество, направление и скорость движения. Гилсон предоставляет формы записи, которые можно скачать бесплатно.
    • Стандартные мониторы трещин имеют сетку для измерения ± 10 мм x ± 20 мм от нулевой точки.
    • Устройства Crack monitor plus имеют измерительную сетку ± 10 мм x ± 25 мм, а также приспособления для более точных измерений с помощью цифровых штангенциркулей.
    • Угловые адаптеры - это аксессуары, которые позволяют устанавливать мониторы стандартной или плюсовой модели для измерения движения в углах под углами от 70 ° до 180 °.
    • Комплекты для контроля трещин в бетоне включают в себя набор устройств для контроля трещин, а также принадлежности для монтажа и измерения.



  • Мониторы движения «царапина» фиксируют постоянную запись непрерывного движения между двумя сторонами трещины. Подпружиненный металлический стилус, установленный на одной стороне трещины, определяет направление движения на пластиковой карте с покрытием на противоположной стороне.


  • Диски для монитора трещин представляют собой точки измерения из нержавеющей стали, закрепленные с помощью клея по обе стороны от трещины. Для отслеживания движения требуется цифровой штангенциркуль, а простые измерения в одном направлении могут затруднить обнаружение бокового или дифференциального движения.


  • Набор тензодатчиков для прецизионных измерений рекомендуется там, где относительное перемещение невелико, например, при растрескивании при усадке. Жесткая рама инструмента обнаруживает движения до 0.0001 дюйм (0,002 мм) между врезанными точками контакта, установленными в бетон на заранее определенном расстоянии.


  • Измерения ширины трещин с помощью микроскопа обеспечивают очень точные начальные показания или постоянное отслеживание движений трещин. Портативный полевой микроскоп быстр и прост в использовании и не требует встраивания контактных точек или измерительного оборудования.

Я надеюсь, что это сообщение в блоге дало вам некоторые рекомендации по выбору и использованию методов и оборудования для оценки трещин в бетоне.Чтобы ознакомиться с полным списком нашего оборудования для мониторинга трещин, посетите нашу страницу «Мониторы трещин в бетоне». Пожалуйста, свяжитесь со специалистами по тестированию в Gilson, чтобы обсудить ваши приложения.

Влияние трещин на коррозию стали в бетоне | Международный журнал бетонных конструкций и материалов

  • Ахмед С. Ф. У. и Михаши Х. (2010). Коррозионная стойкость деформационно-твердеющих вяжущих композитов, армированных волокном. Австралийский журнал гражданского строительства, 8 (1), 27–39.

    Артикул Google ученый

  • Аль-Ахмад, С., Туми, А., Вердье, Дж., И Франсуа, Р. (2009). Влияние раскрытия трещин на проникновение диоксида углерода в образцы раствора с трещинами. Материалы и конструкции, 42, 559–566.

    Артикул Google ученый

  • Алдеа, К. М., Шах, С. П., и Кайи, А. (1999). Влияние растрескивания на водопроницаемость и хлоропроницаемость бетона. Журнал материалов в гражданском строительстве, 11 (3), 181–187.

    Артикул Google ученый

  • Арья К. и Дарко Ф. К. О. (1996). Влияние частоты трещин на усиление коррозии в бетоне. Исследование цемента и бетона, 26 (3), 345–353.

    Артикул Google ученый

  • Audenaert, K., Марсавина, Л., и Шуттер, Г. Д. (2009). Влияние трещин на срок службы бетонных конструкций в морской среде. Ключевые инженерные материалы, 399, 153–160.

    Артикул Google ученый

  • Берке, Н. С., Даллэр, М. П., Хикс, М. К., и Хупес, Р. Дж. (1993). Коррозия стали в бетоне с трещинами. Коррозия, 49 (11), 934–943.

    Артикул Google ученый

  • Благоевич, А., Феннис, С., и Вальравен, Дж. К. (2012). Влияние трещин на коррозию, вызванную хлоридом, и долговечность железобетонных конструкций - обзор литературы. В Международный семинар для аспирантов «Долговечность железобетона » (стр. 80–91).

  • Данг, В. Х., Франсуа, Р., и Хостис, В. Л. (2013). Влияние предварительных трещин на возникновение и распространение коррозии арматуры в чистом диоксиде углерода. EPJ Web of Conferences, 56 (06006), 1–11.

    Google ученый

  • Дарвин Д., Мэннинг Д. Г. и Хогнестад Э. (1985). Дискуссия: Ширина трещины, покрытие и коррозия. Concrete International, 7, 20–35.

    Google ученый

  • Джерби А., Боннет С., Хелиджи А. и Барогель-боуни В. (2008). Влияние пересекающей трещины на диффузию хлоридов в бетон. Исследование цемента и бетона, 38, 877–883.

    Артикул Google ученый

  • Эдвардсен, К. (1999). Водопроницаемость и автогенное заживление трещин в бетоне. Журнал материалов ACI, 96 (4), 448–454.

    Google ученый

  • Исмаил, М., Туми, А., Франсуа, Р., и Ганье, Р. (2008). Влияние раскрытия трещин на локальную диффузию хлорида в образцах раствора с трещинами. Исследование цемента и бетона, 38, 1106–1111.

    Артикул Google ученый

  • Янг, С. Ю., Ким, Б. С., и О, Б. Х. (2011). Влияние ширины трещины на коэффициент диффузии хлоридов в бетоне при испытаниях на стационарную миграцию. Исследование цемента и бетона, 41 (1), 9–19.

    Артикул Google ученый

  • Мехта, П.К. и Гервик Б.С. (1982). Взаимодействие трещинообразования и коррозии в бетоне, подверженном воздействию морской среды. Concrete International, 4, 45–51.

    Google ученый

  • Миядзато, С., & Оцуки, Н. (2010). Коррозия стали, вызванная хлоридом или карбонизацией раствора с трещинами или стыками изгиба. Journal of Advanced Concrete Technology, 8 (2), 135–144.

    Артикул Google ученый

  • Мохаммед Т.У., Оцуки Н. и Хамада Х. (2001a). Кислородопроницаемость бетона с трещинами, армированного гладкими и деформированными стержнями. Journal of Cement and Concrete Research, 31 (5), 829–834.

    Артикул Google ученый

  • Мохаммед Т. У., Оцуки Н. и Хамада Х. (2003). Коррозия стальных стержней в бетоне с трещинами в морской среде. Журнал ASCE «Материалы в гражданском строительстве», 15 (5), 460–469.

    Артикул Google ученый

  • Мохаммед Т. У., Оцуки Н., Хисада М. и Шибата Т. (2001b). Влияние ширины трещины и типа стержней на коррозию стали в бетоне. Журнал материалов в гражданском строительстве, 13 (3), 194–201.

    Артикул Google ученый

  • Мохаммед Т. У., Ямаджи Т., Аояма Т. и Хамада Х. (2002).Морская долговечность 15-летнего бетона без трещин и предварительно потрескавшегося бетона, изготовленного с использованием различных цементов. Журнал материалов, бетонных конструкций и покрытий, ЗАО, 54, 201–214.

    Google ученый

  • Монтес П., Бремнер Т. В. и Листер Д. Х. (2004). Влияние ингибитора нитрита кальция и ширины трещины на коррозию стали в высокоэффективном бетоне в смоделированной морской среде. Цемент и бетонные композиты, 26, 243–253.

    Артикул Google ученый

  • Нишиваки, Т., Квон, С., Хомма, Д., Ямаде, М., и Михаши, Х. (2014). Самовосстанавливающаяся способность цементных композитов, армированных волокном, для восстановления водонепроницаемости и механических свойств. Материалы, 7, 2141–2154.

    Артикул Google ученый

  • Отиено, М.Б., Александр, М. Г., & Беушаузен, Г. Д. (2010). Коррозия в бетоне с трещинами и без трещин - влияние ширины трещины, качества бетона и раскрытия трещин. Журнал исследований бетона, 62 (6), 393–404.

    Артикул Google ученый

  • Оцуки Н., Миядзато С., Дойла Н. Б. и Сузуки Х. (2000). Влияние изгибной трещины и водоцементного отношения на хлорид-индуцированную коррозию основных арматурных стержней и хомутов. Журнал материалов ACI, 97 (4), 454–464.

    Google ученый

  • Poursaee, A., & Hansson, C. M. (2008). Влияние продольных трещин на защиту от коррозии дало арматурную сталь в бетоне с высокими эксплуатационными характеристиками. Исследование цемента и бетона, 38, 1098–1105.

    Артикул Google ученый

  • Куэро, В.Дж., Гарсия, П. М., и Бремнер, Т. В. (2010). Влияние растрескивания бетона на коррозию стальной арматуры. В P. Castro-Borges et al. (Ред.) Бетон в тяжелых условиях: окружающая среда и нагрузка (стр. 383–389). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press.

  • Раупах, М. (1996). Коррозия стали в области трещин в бетоне лабораторные испытания и расчет методом ЛЭП. В C. L. Page, et al. (Ред.) 4-й Международный симпозиум по коррозии арматуры в бетонных конструкциях , 1–4 июля 1996 г., Великобритания.

  • Рейнхардт, Х. В., и Джосс, М. (2003). Проницаемость и самовосстановление бетона с трещинами в зависимости от температуры и ширины трещины. Исследование цемента и бетона, 33 (7), 981–985.

    Артикул Google ученый

  • Родригес, О. Г., & Хутон, Р. Д. (2003). Влияние трещин на попадание хлоридов в бетон. Журнал материалов ACI, 100 (2), 120–126.

    Google ученый

  • Сахмаран М. и Яман И. О. (2008). Влияние ширины поперечной трещины на возникновение и распространение коррозии арматуры в балках раствора. Канадский журнал гражданского строительства, 35, 236–245.

    Артикул Google ученый

  • Шибль П. и Раупах М. (1997). Лабораторные исследования и расчеты влияния ширины трещины на хлорид-индуцированную коррозию стали в бетоне. Журнал материалов ACI, 94 (1), 56–61.

    Google ученый

  • Скотт А. и Александер М. Г. (2007). Влияние типа вяжущего, растрескивания и покрытия на скорость коррозии стали в бетоне, загрязненном хлоридами. Журнал исследований бетона, 59 (7), 495–505.

    Артикул Google ученый

  • Систонен, Э., Кари, О. П., Тукиайнен, П., и Хуовинен, С. (2007). Влияние ширины трещины на долговечность различных материалов арматурных стержней. В F. Toutlemonde et al. (Ред.) Бетон в тяжелых условиях: окружающая среда и нагрузка - CONSEC07 , Тур, Франция (стр. 419–428).

  • Stitmannaithum, B., Vu, H.Q., & Tran, M. V. (2013). Проникновение хлоридов в железобетонные конструкции. В Труды 3-й международной конференции по устойчивым строительным материалам и технологиям , Киото, Япония.

  • Вин П. П., Ватанабэ М. и Мачида А. (2004). Профиль проникновения хлорид-иона в железобетон с трещинами. Исследование цемента и бетона, 34, 1073–1079.

    Артикул Google ученый

  • % PDF-1.4 % 1 0 объект > / Контуры 5 0 R / OutputIntents [6 0 R] / PageLabels 7 0 руб. / PageLayout / SinglePage / PageMode / UseOutlines / Страницы 8 0 R / Тип / Каталог >> эндобдж 9 0 объект > эндобдж 2 0 obj > транслировать Акробат Дистиллятор 11.0.9 (Windows) Arbortext Advanced Print Publisher 9.0.114 / W2013-12-03T07: 24: 24 + 05: 302015-12-12T15: 51: 33 + 05: 302015-12-12T15: 51: 33 + 05: 30application / pdf

  • uuid: 5be6bcc2-58ea-48bd-8e06-767e99771f27uuid: 6dd83170-12d9-4613-9e7c-29b328cbab91default1
  • преобразовано 30
  • преобразовано в PDF / A-1bpdfToolbox2015-12-12T15: 51: 32 + 05: 30
  • 1B
  • http: // ns.adobe.com/pdf/1.3/pdf Adobe PDF Schema
  • internal Объект имени, указывающий, был ли документ изменен для включения информации о треппинге TrappedText
  • http://ns.adobe.com/xap/1.0/mm/xmpMMXMP Схема управления носителями
  • Внутренний идентификатор на основе UUID для конкретного воплощения документа InstanceIDURI
  • внутренний - Общий идентификатор для всех версий и представлений документа.
  • http: // www.aiim.org/pdfa/ns/id/pdfaidPDF/A ID Schema
  • internalPart of PDF / A standardpartInteger
  • внутренняя Поправка к стандарту PDF / A amdText
  • внутренний Уровень соответствия стандарту PDF / A Текст
  • конечный поток эндобдж 3 0 obj > эндобдж 4 0 obj > / ExtGState> / Шрифт> / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject> >> / Повернуть 0 / Большой палец 38 0 R / Тип / Страница >> эндобдж 5 0 obj > эндобдж 6 0 obj > эндобдж 7 0 объект > эндобдж 8 0 объект > эндобдж 10 0 obj > эндобдж 11 0 объект > эндобдж 12 0 объект > / Граница [0 0 0] / Dest (lCR1) / F 4 / Rect [356.NoW) 5zt0Ԫ8YgL ~ \ wWco & (5n4c? 6v Y0A) AǩX> ᗋB

    Корреляция глубины и ширины для трещин, вызванных усадкой, и ее влияние на диффузию хлоридов в бетон

    Материалы (Базель). 2020 июн; 13 (12): 2751.

    Поступила в редакцию 29 мая 2020 г .; Принято 15 июня 2020 г.

    Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья представляет собой статью в открытом доступе, распространяемую в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0 /).

    Abstract

    В этом исследовании изучалась корреляция глубины и ширины реальных трещин, вызванных усадкой, и ее влияние на диффузионные свойства бетона. Экспериментальная установка удерживаемых плит была использована, чтобы вызвать усадочные трещины, а геометрические характеристики были количественно определены с помощью технологии анализа изображений. Результаты показали, что масштаб λ усадочных трещин по глубине и ширине увеличивается с увеличением ширины трещины и был почти постоянным, когда ширина трещины составляла приблизительно 0.3 мм и более, а угол вершины усадочной трещины составляет примерно 1-2 градуса. Коэффициенты диффузии бетонов были измерены методом испытаний на электропроводность. Последовательно-параллельная составная модель с λ была разработана для оценки коэффициента диффузии усадочного бетона с трещинами. Было показано, что эквивалентный коэффициент диффузии сильно зависит от глубины трещины, а не от ширины трещины, и было обнаружено, что это нелинейная зависимость от ширины в сочетании с λ. Коэффициент диффузии трещины D cr коррелировал как с шириной трещины, так и с λ, и увеличивался с шириной трещины.Когда ширина трещины превышает 0,2 мм, D cr становится постоянным, при этом полученное значение составляет 87% от коэффициента диффузии в свободном растворе.

    Ключевые слова: трещины, вызванные усадкой, масштабирование глубины и ширины, диффузия, хлорид

    1. Введение

    Коррозия стали, вызванная хлоридом, является одной из основных проблем износа железобетонных конструкций во всем мире. Более того, диффузия хлоридов в покрывающий бетон, ключевой момент разрушения, связана с повышенным значением для проектирования бетонных конструкций и изучается очень многими исследователями.Большинство исследований проводится на прочном (без трещин) бетоне [1,2,3,4,5,6,7]. Однако бетонные конструкции всегда обслуживаются с трещинами из-за слабости при растяжении. Когда бетон подвергается воздействию сухих условий окружающей среды, он сжимается, что вызывает внутренние растягивающие напряжения и потенциальное растрескивание, учитывая, что железобетон обычно деформируется. Эти трещины являются путями переноса агрессивных ионов, проникающих в бетон. Таким образом, важно понимать реалистичное влияние трещин, вызванных усадкой, на диффузию хлоридов для прогнозирования срока службы бетонных конструкций.

    В лабораторных исследованиях для образования трещин в бетоне использовались разные методы. В целом, трещины можно разделить на две группы: проходящие трещины и непересекающиеся трещины. Для более реалистичного образования трещин обычно используется метод бразильского или клинового расщепления для создания пересекающих трещин, при которых образующиеся трещины имеют одинаковую длину и глубину [8]. Кроме того, ширина трещины является единственным ключевым параметром, влияющим на проникновение хлоридов. Подход к образованию непересекающих трещин - это испытание на трех- или четырехточечный изгиб [9] или усадку бетона [10].Для этой группы ширина и глубина существенно влияют на проницаемость бетона [11], которая изменяется по длине трещины.

    Поскольку форму можно относительно хорошо контролировать с помощью механического расширения, было выполнено несколько работ по изучению проницаемости бетона с проходящими трещинами. В этих исследованиях пересекающиеся трещины обычно упрощаются как параллельные в гипотетических моделях [8,12], а связь между шириной трещины и проницаемостью бетона определяется как пропорциональная или квазипропорциональная корреляция [8,13,14].Однако в инженерном бетоне типичные трещины, особенно трещины усадки, непересекающиеся. Хирн сообщил, что ориентация и распределение усадочных трещин в бетоне были эффективно изотропными и существенно влияли на коэффициент водопроницаемости образцов, в то время как трещины, вызванные нагрузкой, были сильно ориентированы и локализованы, но не оказали заметного влияния на проницаемость [ 15]. Это указывает на то, что предыдущий вывод исследования трещин под нагрузкой может не подходить для трещин усадки.Кроме того, некоторые исследования показывают, что трещины усадки развиваются случайным образом [10] и подчиняются определенной функции распределения [16]. Однако трудно гарантировать достоверность экспериментальных данных, потому что случайность приводит к неконтролируемым и неповторимым формам трещин, и никаких значимых регулярных выводов сделано не было. Что касается искусственных непересекающих трещин, Marsavina et al. показывают некоторые свидетельства того, что более высокая средняя глубина проникновения хлоридов связана с большей глубиной трещины, а влияние ширины трещины на проникновение хлоридов менее выражено [11].Однако, как анализировать и охарактеризовать характерные особенности трещин усадки, остается неясным и требует дальнейшего изучения, особенно в отношении глубины трещин.

    Между тем, во многих исследованиях вводится «пороговая ширина трещины» [17,18], ниже которой проницаемость бетона незначительно влияет [19]. Имеющиеся данные показывают, что пороговая ширина трещины значительно варьируется от 0,055 мм до 0,1 мм, и этот диапазон существенно меньше предела ширины трещины, допустимого для бетонных элементов в китайских национальных стандартах GB 50010 [20] или CEB-FIP Model Code 90, которые обозначается как 0.2 мм для предотвращения коррозии стальной арматуры. Следовательно, необходимо обсудить, следует ли дополнительно ограничивать допустимое значение ширины трещины.

    В этой статье предлагается сделать следующий шаг в понимании характеристик реальных усадочных трещин, особенно глубины трещин и их влияния на диффузию хлорид-ионов в бетон. Чтобы смоделировать усадку в сухом состоянии и вызвать различные усадочные трещины, для плит был разработан метод испытания внешнего удерживания. С помощью технологии обработки и анализа изображений ширина, глубина трещины и их корреляция являются количественной статистикой, а их влияние на диффузию хлоридов изучается путем объединения теоретической модели, анализа и экспериментальных методов.Наличие этого исследования необходимо для точной оценки влияния усадочных трещин на проницаемость бетона.

    2. Диффузия в бетоне с трещинами - гипотетическая серия - параллельная модель для непересекающих трещин

    Когда диффузия хлоридов измеряется с помощью теста миграции в установившемся режиме при ускорении электрического поля, насыщенный бетон можно рассматривать как проводник электричества, и Метод последовательно-параллельного включения резисторов в электричество может быть использован для исследования диффузионных процессов в бетоне с трещинами.Итак, полный ток, проходящий через бетон, можно выразить следующим образом:

    где D - коэффициент диффузии хлорида [м 2 / с], Δ E - приложенный потенциал [В], I - ток [A], H - образец бетона (диск) толщина [м], A - это площадь поперечного сечения образца бетона [m 2 ], а k - постоянная величина, определяемая методом испытаний.

    Поскольку угол вершины трещины чрезвычайно мал, трещина идеализирована как прямой канал.Если размер трещины длина × ширина × глубина = l × w × h (m 3 ), диаметр образца цилиндрического поперечного сечения составляет b (м). Затем полное падение потенциала образца бетона с трещинами можно разделить на две части, которые устанавливаются последовательно, как показано в уравнении (2) и:

    Гипотеза разделения сопротивления для образца с трещинами.

    Заменяя уравнение (1) в уравнение (2), получаем уравнение (3):

    kHDeqIA = khDuIuA + k (H − h) D0IdA.

    (3)

    Для каждой части уравнение сохранения заряда приводит к I u = I d = I , и уравнение (3) можно переписать как:

    DeqD0 = Hh × D0Du + H − h = 11 + (D0Du − 1) hH

    (4)

    где D экв , Δ E t , I относятся к эквивалентному коэффициенту диффузии, полному падению потенциала и токам в бетоне с трещинами (м 2 / с). D u , Δ E u , I u относятся к коэффициенту диффузии, падению потенциала и токам в бетоне верхней части, соответственно (м 2 / с). D 0 , Δ E d и I d - коэффициент диффузии, полное падение потенциала и токи нижней части бетона без трещин (м 2 / с) соответственно .

    Устойчивость верхней части бетона к трещинам можно разделить на две части, которые устанавливаются параллельно, как показано.

    Гипотеза сопротивления перегородки для верхней части трещиной.

    Тогда общий ток через две параллельные части можно представить следующим образом:

    где I cr и I s - токи через трещину и прочный бетон верхней части [A], соответственно. Заменив уравнение (1) в уравнение (5), получаем уравнение (6):

    DuAkhΔEu = D0AuncrkhΔEu + DcrAcrkhΔEu

    (6)

    ⇒DuD0 = AuncrA + AcrADcrD0

    (

    )

    где D cr - коэффициент диффузии через трещину (м 2 / с), а A cr и A uncr - это поверхностные области трещины и верхняя часть бетона без трещин (м 2 ) соответственно.Поскольку A uncr / A ≈ 1, комбинируя уравнение (7) с уравнением (4) и решая для D уравнение , получаем

    DeqD0 = AcrADcrD0 + 1AcrADcrD0 (1 − hH) +1

    (8)

    Для дисковых образцов A = πb 2 /4. Уравнение (8) можно переписать как

    DeqD0 = 4πwblbDcrD0 + 14πwblbDcrD0 (1 − hH) +1

    (9)

    Проверка граничных условий: состояние без трещин h = 0 или w = 0 или l DcrD0, = 0, 904q = D 0 , и пересечение трещины h = H , D экв. = D u .Уравнение (9) этому удовлетворяет.

    Обычно длина трещин в технике намного больше ее ширины. Чтобы упростить анализ, для обсуждения можно взять разрез по длине трещины. Уравнение (8) можно переписать как

    DeqD0 = wbDcrD0 + 1wbDcrD0 (1 − hH) +1

    (10)

    Согласно результатам предыдущих исследований, D cr / D 0 намного больше 1 для бетона (700–5000, Джерби и др. [8]). Здесь, взяв D cr / D 0 = 1000, например, изменение эквивалентного коэффициента диффузии ( D экв / D 0 ) как функция относительной глубины трещины (h / H) , а ширина ( w ) показана на.

    Вариация D eq / D 0 как функция h / H и w , полученная из уравнения (10).

    Как видно на этом рисунке, когда h / H <1, например, непересекающиеся трещины, эквивалентный коэффициент проницаемости имеет нелинейную зависимость от ширины трещины, и D экв. / D 0 увеличивается с w , но скорость роста снижается.Когда h / H = 1, например, пересекающие трещины, соотношение становится линейным, что соответствует результатам, недавно опубликованным Djerbi et al. [8].

    Кривые также указывают на то, что влияние трещины имеет тенденцию быть более значительным по мере увеличения отношения h / H . По сути, это означает, что влияние глубины трещины будет относительно более важным, чем ширина трещины, на эквивалентный коэффициент диффузии для бетона с трещинами. Поэтому важно понимать характеристики глубины усадочной трещины.Существующая литература показала, что для трещин открытого типа глубина и ширина взаимосвязаны [21,22], например, усадочные трещины в бетоне. Кроме того, трудно измерить глубину трещины, а ширину - легко. Установление взаимосвязи между шириной и глубиной для замены измерения глубины измерением ширины может облегчить инженерные приложения, поэтому вводится масштабирование глубины по ширине. И мы разработали серию экспериментов для получения усадочных трещин, измерения глубины, ширины трещин и их масштабирования, а также их влияния на диффузию хлоридов в бетоне.

    3. Экспериментальная программа

    3.1. Материалы

    Пропорции смеси, использованные в настоящем исследовании, указаны в. Для этой смеси использовался обыкновенный портландцемент 42,5, произведенный в компании Yanxin (Хербей, Китай), и местный речной песок в виде мелкого заполнителя с модулем крупности 2,70. Кубическая прочность бетона на сжатие была проверена после 28 дней выдержки, и средние измеренные значения составили 44,3 МПа.

    Таблица 1

    Пропорции бетона.

    Образец Количество (кг / м 3 ) w / c Прочность на сжатие / МПа
    Цемент Песок Вода
    C40 402 185 599 1198 0,46 44,3

    3,2. Подготовка образцов с трещинами

    Бетонная форма внешней удерживаемой плиты была разработана для образования усадочных трещин.Размер плит 500 × 500 × 50 мм. Чтобы смоделировать растрескивание бетонной плиты при усадке с точки зрения практического проектирования, используя максимальный размер заполнителя, мы ссылаемся на предложения из справочника [23] и китайских национальных стандартов GB / T 50204 [24]: максимальный размер грубых заполнитель может составлять 20–40 мм для монолитной бетонной плиты толщиной 50–150 мм в бетонной конструкции. И выбираем максимальный размер 20 мм. Допускалось высыхание на верхних поверхностях. Уголок ребристый толщиной 12 мм.По 5 мм было использовано на каждом краю плиты для обеспечения жесткости рамы установки. Чтобы гарантировать горизонтальное ограничение, четыре стальные пластины были соответственно прикреплены к этим уголкам с помощью стержней с крупной резьбой перед заливкой, что позволило свежему бетону внутри затвердеть. показывает установку и бетонную плиту с внешним ограничителем.

    ( a ) Устройство для установки и ( b ) Литая бетонная плита с внешним ограничителем.

    Было отлито четыре плиты.После отливки слябы сушили в течение 3 дней для образования трещин, подвергались постоянной относительной влажности 25% ± 5% и постоянной комнатной температуре 35 ° C внутри камеры с регулируемой влажностью. Затем плиты были отверждены с помощью внешнего фиксатора в течение 28 дней в воде, что могло позволить бетону дополнительно гидратироваться и снять неравномерное остаточное напряжение, вызванное усадкой при высыхании, чтобы предотвратить заживление трещин. Резка алмазным канатом использовалась для уменьшения дополнительного повреждения бетона, и образцы цилиндрической формы ϕ 100 мм были получены из частей этих плит с трещинами и отверждены в течение 3 месяцев.

    3.3. Испытания диффузии хлоридов

    Метод испытания удельной электропроводности [1,25,26], показанный в, был принят для оценки коэффициента диффузии хлоридов в образцах бетона, который может быть завершен в течение нескольких минут. Перед испытанием на миграцию образцы бетона были очищены, а затем пропитаны в вакууме 4 моль / л раствором NaCl. После этого к образцу прикладывали внешний электрический потенциал 1–10 В и измеряли ток, прежде чем можно было рассчитать коэффициент диффузии хлоридов по уравнению Нернста-Эйнштейна [27].

    Принципиальная схема испытательного прибора методом удельной электропроводности бетона.

    3.4. Наблюдения за геометрией трещины

    Измеряемыми параметрами были длина, ширина и глубина трещины. Информация о длине и ширине трещины была собрана путем анализа изображений. Сначала мы сфотографировали треснувшие образцы с помощью цифровой камеры с разрешением 20 МП (мегапикселей). Затем мы конвертируем цветное изображение RGB в изображение с 256 уровнями серого и определяем пиксели трещины как 1, а пиксели фона как 0, чтобы получить двоичное изображение.После этого мы перестраивали изображение с помощью плавного фильтра для подавления шума и удаления мелких предметов, при этом выделялась геометрическая форма трещин в бетоне (). На основе пиксельного анализа измерения параметров трещин проводились с максимальным разрешением по ширине 20 мкм.

    Распознавание трещин по цифровым изображениям. ( a ) Серое изображение образцов с трещинами; ( b ) Распространение трещин на бетоне.

    Глубина трещины была измерена после испытания на диффузию.Раствор AgNO 3 с концентрацией 0,1 моль / л вводили в трещины, чтобы сохранить их очертания, а затем образцы разделяли на два среза в трещине. В конце концов, глубина трещины была измерена в точках от видимого белого осадка хлорида серебра, как показано на рис.

    Измерение глубины трещин.

    4. Корреляция между глубиной трещины

    h и шириной w

    Масштабирование глубины к ширине определяется следующим образом:

    Во-первых, нам необходимо убедиться в достоверности измеренных данных перед анализом, и это может быть проверено тестом на консистенцию из-за случайности усадочных трещин.Для проверки мы используем метод хи-квадрат. В ходе экспериментального испытания было получено 64 набора эффективных данных о трещинах, которые удовлетворяют общим статистическим требованиям (> 30). Эти данные были статистически проанализированы с помощью программного обеспечения SPSS, и его статистические параметры перечислены в.

    Таблица 2

    Параметры для статистического анализа λ.

    907 98 907 98 907

    Статистический результат хи-квадрат показан в. Когда требование достоверности установлено на 95%, теоретическое пороговое значение χ2 (10,0,95) = 18,31, а статистическое значение хи-квадрат равно 11.54, что ниже теоретического порога. Таким образом, мы принимаем гипотезу о том, что нет существенной разницы для частотного распределения в разных категориях λ, и это также указывает на то, что метод испытаний, предложенный в этой статье, может правильно моделировать образование трещин усадки в бетоне.

    Статистическая гистограмма масштабирования трещин по ширине и глубине.

    Затем был проведен статистический анализ собранных данных λ. Среднее значение λ составляет 44,90. Если сечение усадочной трещины имеет треугольную форму, средний угол вершины трещины может быть около 2.6 градусов. В целом частота семи баров 30,8–66,8 составляет 57, что составляет почти 90%. То есть преобразованный угол усадочной трещины в основном находится в диапазоне 1-2 градусов.

    Далее, мы вычисляем λ один раз через каждые 0,02 мм интервала и подсчитываем взаимосвязь между λ и шириной трещины, как показано на. Интересно, что λ линейно уменьшалась с увеличением ширины трещины от 0,06 до 0,3 мм и была почти постоянной, когда ширина трещины составляла примерно 0,3 мм или более, как показано в уравнении (12).

    {λ = −39w + 560,06≤w <0,3λ = 43w≥0,3

    (12)

    Статистическая зависимость между λ и шириной трещины.

    Поскольку λ является функцией h , уравнение (12) по существу показывает, что h и w связаны. Проанализировав причины этого, мы полагаем, что это может быть связано с ограничением нижней части бетонной плиты. В процессе развития трещины основание бетонной плиты всегда ограничено, и это ограничение будет ограничивать развитие трещины.Чем больше глубина трещины, тем сильнее применяется ограничение и тем труднее развивается трещина.

    5. Результаты и обсуждение

    5.1. Теоретический расчет эквивалентной проницаемости бетона с усадочными трещинами

    Для образца цилиндра из бетона с усадочными трещинами учитывается корреляция между глубиной и шириной, установленная в разделе 4, которую можно подставить в уравнение (10), в результате чего получится:

    DeqD0 = 4πwbDcrD0 + 14πwbDcrD0 (1 − λwH) +1 (a) ИЛИ {DeqD0 = 4πwbDcrD0 + 14πwbDcrD0 (1−56w − 39w2H) +10.06≤w <0,3 (b) DeqD0 = 4πwbDcrD0 + 14πwbDcrD0 (1−43wH) + 1w≥0,3 (c)

    (13)

    Изменение эквивалентного коэффициента диффузии усадочного бетона с трещинами ( D eq / D 0 ) показан сплошной линией в. Как можно видеть, это показывает совершенно иное правило, чем. Когда w увеличивается, D eq / D 0 увеличивается быстрее. Пунктирная линия в показывает взаимосвязь, представленную уравнением (13), когда w ≥ 0.3. Видно, что изменение λ усадочной трещины существенно влияет на выработку эквивалентного коэффициента проницаемости бетона.

    Изменение D eq / D 0 в зависимости от ширины трещины w , полученной из уравнения (13).

    5.2. Влияние усадочных трещин на коэффициент диффузии.49 × 10

    −12 м 2 / с). Результаты показывают, что коэффициент D экв / D 0 образцов с трещинами растет с увеличением ширины трещины. Кроме того, их взаимосвязь нелинейна, что соответствует закону Уравнения (13) или.

    Изменение отношения D экв / D 0 в зависимости от ширины трещины, полученной в результате испытаний.

    Таблица 3

    Измеренные коэффициенты диффузии для различных тестовых переменных.

    Параметр Значение
    Количество наборов данных 64
    Максимальное значение 89.80
    Минимальное значение 18,84
    Среднее значение 44,90
    Стандартное отклонение 14,08
    Полосы гистограммы 8
    907 907 907 907 907 907 907 907 907 907 907 907 907 907 907 907 907 907 907 907 907 907 907 907 907 3 907 998 907 998 907 998 907 Уравнение (13) заменяется данными в, можно получить коэффициент диффузии через трещину D cr . показывает взаимосвязь между w , λ и D cr / D 0 . D cr / D 0 увеличивается примерно в квадрате с увеличением ширины трещины с 0,06 до 0,2 мм (в то время как λ уменьшалась с 58,61 до 47,55, уравнение (12)) и была почти постоянной, когда ширина трещины составляла примерно 0,2 мм или более.

    Влияние w, и λ на коэффициент диффузии через трещину.

    Следует отметить, что λ также существенно влияет на проницаемость трещины. В качестве особого исключения из статистического закона, когда ширина трещины практически постоянна (0.42–0,43 мм) и λ увеличивается с 42,55 до 54,53, коэффициент проницаемости трещин значительно снижается на 13%. Кроме того, легко узнать, что коэффициент диффузии в трещине примерно в 0,36–0,87 раза выше, чем в свободном растворе (2,032 × 10 −9 м 2 / с при 25 ° C), что больше, чем сообщалось. Джерби и др. [8]. Это различие, вероятно, может быть связано с извилистыми характеристиками усадочных трещин. В отличие от поперечных трещин, усадочные трещины менее извилистые из-за относительно небольшой глубины.

    5.3. «Пороговая ширина трещины» и допустимая ширина трещины

    «Пороговая ширина трещины» для диффузии составляет 0,08 мм, найденная Jang et al. [12] и Djerbi et al. [8] и 0,055 мм по Gagné et al. [17] и 0,4 мм по Чжану [28]. В настоящем исследовании он составляет 0,2 мм. Выводы разных исследований сильно различаются. У этой проблемы две причины. Во-первых, эти трещины возникают по-разному. По сравнению с трещинами усадки, трещины раскола [8,12,17] зажили после разгрузки, и измеренная ширина будет относительно небольшой.Во-вторых, трещины расщепления являются проходящими, а трещины одноосного сжатия и трещины усадки - нет. Согласно результатам испытаний в этой статье, увеличение глубины трещины значительно увеличит проницаемость бетона с трещинами, поэтому пороговая ширина трещины раскола будет меньше, чем трещины одноосного сжатия и трещины усадки.

    Учитывая, что в реальном проектировании трещины в бетоне могут возникать в результате усадки или нагрузки, а трещины, как правило, не проходят через защитный слой, ограничение ширины трещины следует обсуждать отдельно.Допустим, что толщина защитного слоя бетонной конструкции составляет 40 мм. Для усадочной трещины, исходя из выводов настоящего исследования, когда ширина трещины составляет 0,2 мм, λ = 48, D cr / D 0 = 1020, а эквивалентный коэффициент проницаемости может рассчитывается по уравнению (9), скорость изменения которого не превышает 20%. Что касается трещины под нагрузкой, обратитесь к Zhang et al [29], глубина трещины зависит от высоты бетонной балки и коэффициента усиления.Когда ширина трещины составляет 0,2 мм, глубина трещины составляет одну треть высоты балки (эквивалент λ = 67), и D кр / D 0 = 700, найденные Djerbi et al. [8], скорость изменения эквивалентного коэффициента проницаемости, рассчитанная по уравнению (9), не превышает 25%. Основываясь на приведенном выше обсуждении, мы считаем, что допустимая ширина трещины, установленная в 0,2 мм для бетонных элементов в китайских национальных стандартах GB 50010 или CEB-FIP Model Code 90, является разумной.

    5.4. Применимость λ

    Из-за сложности контроля формы трещин мы не можем получить серию усадочных трещин с различной шириной, которая нам нужна. Чтобы получить как можно больше усадочных трещин по ширине, в этой статье на четыре бетонных плиты рассчитана только одна пропорция смеси. Чтобы оценить, применим ли полученный нами вывод о λ к другим бетонным смесям, мы используем экспериментальные данные из ссылки [10] для соответствующего обсуждения. В ссылке [10] раствор и цементный клей были разработаны с пропорцией смеси 0.5, который отличается от этой статьи. По измеренной глубине и ширине усадочных трещин, мы можем вычислить диапазон λ, равный 33,9–89,8, а среднее значение - 47,13, что аналогично заключению этой статьи. Поэтому мы считаем, что влияние материала на λ усадочной трещины несущественно. Изменение материала влияет на абсолютное значение ширины и глубины одновременно, в то время как их относительные изменения могут быть постоянными. Кроме того, λ безразмерна, что могло бы исключить влияние изменений материала.Это убеждение может нуждаться в дальнейшей проверке с дополнительными экспериментальными исследованиями.

    6. Выводы

    Основные выводы настоящего исследования:

    1. Последовательно-параллельная составная модель была получена для оценки коэффициента диффузии бетона с непересекающимися трещинами, и она показывает, что эквивалентный коэффициент диффузии бетона с трещинами является функцией глубины и ширины трещины для трещины, и на нее в большей степени влияла глубина трещины, чем ширина трещины.

    2. Предлагается метод сушки-усадки на внешней закрепленной плите для образования усадочных трещин, и статистический анализ показывает, что этот метод может хорошо моделировать образование усадочных трещин в бетонном строительстве.

    3. Получена корреляция между глубиной и шириной, которую можно легко использовать для получения информации о глубине (которую трудно измерить) путем простого измерения ширины трещины, и она важна для прогнозирования диффузии хлоридов в усадочно-трещинах. конкретный.Масштабирование усадочной трещины от глубины к ширине увеличивается с увеличением ширины трещины и было почти постоянным, когда ширина трещины составляла приблизительно 0,3 мм или более. Его среднее значение составляет 44,90, а угол вершины трещины составляет примерно 1-2 градуса.

    4. Настоящее исследование показывает, что изменение эквивалентного коэффициента диффузии усадочного бетона с трещинами представляет собой нелинейный восходящий тренд роста с шириной трещины, правильность которого подтверждается текущими данными испытаний.

    5. Отношение λ существенно влияет на коэффициент диффузии через трещины бетона.По мере уменьшения отношения с шириной трещины коэффициент диффузии увеличивается. По мере того, как соотношение увеличивается, а ширина трещины остается практически постоянной, коэффициент проницаемости уменьшается. Следовательно, при анализе проницаемости бетона с трещинами необходимо обращать внимание на ширину и характеристики трещин λ .

    6. Расчет коэффициента диффузии хлоридов в бетоне выполняется для усадочной трещины и трещины от нагрузки, соответственно, что показывает, что ширина трещины равна 0.2 мм мало влияет на проницаемость бетона, и нет необходимости вводить более жесткие ограничения на ширину трещины в бетоне.

    Вклад авторов

    Обработка данных: S.P. and H.Z .; формальный анализ: H.Z. и J.F .; Финансирование: H.Z. и C.Y .; Расследование: H.Z и Q.H .; Методология: Х.З .; Ресурсы: H.C. и Q.H .; Авторский надзор: C.Y .; валидация: С.П .; письменность - первоначальный черновик: Х.З .; написание - просмотр и редактирование: J.F. и S.P. Все авторы прочитали опубликованную версию рукописи и согласились с ней.

    Финансирование

    Это исследование финансировалось Национальным фондом естественных наук Китая (51578539), Пекинским фондом естественных наук (8164061) и Фондами фундаментальных исследований для центральных университетов (2015QL06).

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

    Ссылки

    1. Андраде С. Расчет коэффициентов диффузии хлоридов в бетоне на основе измерений миграции ионов, Cem. Concr. Res. 1993; 23: 724–742.DOI: 10.1016 / 0008-8846 (93)
      -3. [CrossRef] [Google Scholar] 2. Саэтта А.В., Скотта Р.В., Виталиани Р.В. Анализ диффузии хлоридов в частично насыщенный бетон. Матер. J. 1993; 90: 441–451. [Google Scholar] 3. Zhang T., Gjørv O.E. Электрохимический метод ускоренного определения коэффициента диффузии хлоридов в бетоне, Cem. Concr. Res. 1994; 24: 1534–1548. DOI: 10.1016 / 0008-8846 (94)

      -6. [CrossRef] [Google Scholar] 4. Yi C., Xie H.P., Sun H.F., Gao W. Текущая ситуация и тенденции развития исследования проницаемости бетона.Конкретный. 2003; 160: 7–11. (Китайский язык с аннотацией на английском языке) [Google Scholar] 5. О Б.Х., Чан С.Й. Прогнозирование коэффициента диффузии бетона на основе простых аналитических уравнений. Джем. Concr. Res. 2004; 34: 463–480. DOI: 10.1016 / j.cemconres.2003.08.026. [CrossRef] [Google Scholar] 6. Йи К., Го Т.Т., Ченг Т., Ван Дж.К. Экспериментальное исследование по сравнению методов испытаний NEL и ASTM C1202 на проницаемость для ионов хлора в бетоне. Конкретный. 2007. 209: 4–6. (Китайский язык с аннотацией на английском языке) [Google Scholar] 7.Чжу Х.Г., Йи К., Сунь Ф.Й., Сюн Ю., Ву К.Б., Ван К. Влияние концентрации хлоридов на проникновение хлоридов в бетон. J. Build. Матер. 2016; 19: 726–729. (Китайский язык с аннотацией на английском языке) [Google Scholar] 8. Джерби А., Бонне С., Хелидж А., Барогель-боуни В. Влияние пересекающей трещины на диффузию хлоридов в бетон. Джем. Concr. Res. 2008; 6: 877–883. DOI: 10.1016 / j.cemconres.2007.10.007. [CrossRef] [Google Scholar] 9. Гоурипалан Н., Сирививатнанон В., Лим К.С. Коэффициент диффузии хлоридов в бетоне, растрескавшемся при изгибе.Джем. Concr. Res. 2000. 30: 725–730. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (00) 00216-7. [CrossRef] [Google Scholar] 10. Абабнех А.Н., Аль-Русан Р.З., Альхассан М.А., Шебан М.А. Оценка трещин, вызванных усадкой, в удерживаемых и несвязанных плитах на цементной основе. Констр. Строить. Матер. 2017; 131: 371–380. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2016.11.036. [CrossRef] [Google Scholar] 11. Марсавина Л., Оденаерт К., Де Шуттер Г., Фаур Н., Марсавина Д. Экспериментальное и численное определение проникновения хлоридов в бетон с трещинами.Констр. Строить. Матер. 2009. 23: 264–274. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2007.12.015. [CrossRef] [Google Scholar] 12. Jang S.Y., Kim B.S., Oh B.H. Влияние ширины трещины на коэффициент диффузии хлоридов в бетоне при испытаниях на стационарную миграцию. Джем. Concr. Res. 2011; 41: 9–19. DOI: 10.1016 / j.cemconres.2010.08.018. [CrossRef] [Google Scholar] 13. Ван Х., Дай Дж., Сунь X., Чжан X. Характеристики трещин в бетоне и их влияние на проникновение хлоридов. Констр. Строить. Матер. 2016; 107: 216–225. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2016.01.002. [CrossRef] [Google Scholar] 14. Алдеа К.М., Шах С.П., Карр А. Влияние растрескивания на водопроницаемость и проницаемость бетона для хлоридов. J. Mater. Civ. Англ. 1999; 11: 181–187. DOI: 10.1061 / (ASCE) 0899-1561 (1999) 11: 3 (181). [CrossRef] [Google Scholar] 15. Хирн Н. Влияние усадки и растрескивания под нагрузкой на водопроницаемость бетона. Матер. J. 1999; 96: 234–241. [Google Scholar] 16. Ци К., Вайс Дж., Олек Дж. Определение характеристик растрескивания при пластической усадке в фибробетоне с использованием анализа изображений и модифицированной функции Вейбулла.Матер. Struct. 2003. 36: 386–395. DOI: 10.1007 / BF02481064. [CrossRef] [Google Scholar] 17. Ганье Р., Франсуа Р., Массе П. Испытания на проникновение хлоридов в образцы раствора с трещинами. В: Бантия Н., редактор. Труды 3-й Международной конференции по бетону в тяжелых условиях; Ванкувер, Британская Колумбия, Канада. 18–20 июня 2001 г .; Ванкувер, Британская Колумбия, Канада: Университет Британской Колумбии; 2001. С. 198–205. [Google Scholar] 18. Ван К., Янсен Д.К., Шах С.П. Исследование проницаемости бетона с трещинами. Джем.Concr. Res. 1997. 27: 181–393. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (97) 00031-8. [CrossRef] [Google Scholar] 19. Якобсен С., Маршан Дж., Бойсберт Л. Влияние растрескивания и заживления на перенос хлоридов в OPC-бетоне. Джем. Concr. Res. 1996; 26: 869–881. DOI: 10.1016 / 0008-8846 (96) 00072-5. [CrossRef] [Google Scholar] 20. Китайская Архитектура и Строительная Пресса. Китайский национальный стандарт GB 50010-2010, Нормы проектирования бетонных конструкций. Китайская Архитектурно-Строительная Пресса; Пекин, Китай: 2011 г. [Google Scholar] 21.Олсон Дж. Э. Сублинейное масштабирование апертуры трещины в зависимости от длины: исключение или правило? J. Geophys. Res. 2003; 108: 2413. DOI: 10.1029 / 2001JB000419. [CrossRef] [Google Scholar] 22. Климчак К., Шульц Р.А., Парашар Р., Ривз Д.М. Кубический закон с корреляцией апертуры и длины: последствия для потока жидкости в масштабе сети. Hydrogeol. J. 2010; 18: 851–862. DOI: 10.1007 / s10040-009-0572-6. [CrossRef] [Google Scholar] 23. Коллепарди М., Коллепарди С., Троли Р. Дизайн бетонной смеси. Графиче Тинторетто; Виколо Г.Верди, Италия: 2007. [Google Scholar] 24. Китайская Архитектура и Строительная Пресса. Китайский национальный стандарт GB 50204-2002, Кодекс приемлемости конструктивного качества бетонных конструкций. Китайская Архитектурно-Строительная Пресса; Пекин, Китай: 2011 г. [Google Scholar] 25. Штрайхер П.Е., Александр М.Г. Тест на проводимость хлорида для бетона. Джем. Concr. Res. 1995; 25: 1284–1294. DOI: 10.1016 / 0008-8846 (95) 00121-R. [CrossRef] [Google Scholar] 26. Лу X. Быстрое определение коэффициента диффузии хлоридов в бетоне; Материалы 2-й Международной конференции по бетону в тяжелых условиях, CONSEC’98; Тромсё, Норвегия.21-24 июня 1998 г .; С. 1963–1969. [Google Scholar] 27. Лу X. Применение уравнения Нернста-Эйнштейна к бетону. Джем. Concr. Res. 1997. 27: 293–302. DOI: 10.1016 / S0008-8846 (96) 00200-1. [CrossRef] [Google Scholar] 28. Чжан С.Х., Лю Дж.П., Донг Л.Ф. Влияние усадочного растрескивания на перенос хлорид-ионов в бетоне. J. Wuhan Univ. Technol. 2011; 33: 90–92. (Китайский язык с аннотацией на английском языке) [Google Scholar] 29. Чжан Дж. Х., Ли Ю., Ван В. Экспериментальное исследование корреляции между шириной трещины и глубиной железобетонной балки.J. Disaster Prev. Mitig. Англ. 2018; 38: 465–471. (Китайский язык с аннотацией на английском языке) [Google Scholar]

      материалов | Бесплатный полнотекстовый | Оценка структуры растрескивания в цементных композитах - от основ до достижений: обзор

      1. Введение

      Цементный композит - это конгломерат зерен заполнителя, объединенных в искусственный камень в результате затвердевания цементного теста. Эта группа состоит из бетонов, содержащих мелкий и крупный заполнитель, растворов, содержащих мелкий заполнитель, и цементных паст, которые в некотором смысле можно рассматривать как микробетоны.В этом определении внутренняя структура зрелого цементного теста состоит из: реликтов цементных зерен - в виде заполнителя, гелево-кристаллической формы гидратированных цементных зерен - в качестве связующего, свободной воды, остающейся после реакции гидратации, а также из сжимающегося геля и капиллярные воздушные поры различной влажности [1]. Основными характеристиками свежей цементной композитной смеси являются ее удобоукладываемость и потенциальная прочность. Последняя особенность проявляется только после застывания, но ее величина заранее определяется составом смеси и технологией ее приготовления.Механическая прочность в первую очередь зависит от качества цементного теста, то есть свойств цемента и водоцементного отношения (в / ц). Свежая цементная композитная смесь должна содержать достаточно цемента и воды для достижения желаемой консистенции, с одной стороны, а затвердевший бетон, с другой стороны, должен иметь расчетную прочность с заполненными полостями из заполнителя. В конце 1920-х годов Брандтзаег [2], исследовавший продольные и поперечные деформации образца бетона, подвергнутого одноосному сжатию, обнаружил увеличение объема при напряжении, близком к разрушающему, что он объяснил интенсивным увеличением количества и размера микротрещин.Спустя несколько лет то же самое явление наблюдал Йошида [3]. В течение следующих двух десятилетий явление, наблюдаемое двумя вышеупомянутыми исследователями, не представляло особого интереса. Только нарастающие проблемы, связанные с безопасностью и долговечностью железобетонных конструкций, вновь привлекли внимание исследователей к изменениям, происходящим в структуре бетона при кратковременных и длительных нагрузках. Все более совершенное измерительное оборудование позволило разработать новые методы исследования, как прямые, так и косвенные, позволяющие делать выводы о разрыве структурных связей на различных этапах нагружения.Первым наблюдаемым свойством является тот факт, что в случае твердых зерен заполнителя трещины проходят через контактную поверхность цементного пастообразного заполнителя, так называемую межфазную переходную зону (ITZ). С другой стороны, в случае зерен более слабой, чем затвердевшая цементная матрица, эти зерна могут быть разрушены. Сегодня эта особенность цементного композита считается решающей с точки зрения его долговечности и прочности. Недостатком цементных композитов является их способность к хрупкому растрескиванию.Тем не менее они характеризуются низкой пластичностью, поскольку разрушение под действием статической нагрузки происходит при умеренно малой общей деформации. Предполагается, что предел хрупкости представляет собой деформацию порядка 0,001–0,005 (относительное значение) на стадии разрушения, при этом высокопрочный бетон более хрупкий, чем бетон нормальной прочности [1,4]. Внезапное высвобождение упругой энергии вызывает превышение местного предела прочности цементной матрицы на растяжение, что приводит к образованию трещин [5,6,7].Характерной особенностью цементной матрицы и цементных композитов является распространение и развитие трещин при увеличении нагрузки или продолжительности удара. Трещины, соединяясь и пересекаясь, образуют сеть трещин в материале, которую также называют рисунком растрескивания [8,9,10,11,12,13,14,15,16]. Пример структуры растрескивания на поверхности цементной матрицы представлен на рисунке 1. В технологии цементных композитов одним из ключевых направлений исследований является анализ процесса образования и развития трещин, поскольку формирование структуры растрескивания сопровождается снижением прочности материала.Это проявляется в ухудшении практически всех свойств цементных композитов, начиная от снижения механической прочности и заканчивая снижением морозостойкости, водостойкости или устойчивости к агрессивным химическим веществам. На завершающей стадии развития рисунка растрескивания происходит полная потеря сцепления материала, что приводит к его разрушению. Цель статьи - представить современное состояние в области анализа трещин. структуры растрескивания в цементных композитах.Эта исследовательская задача имеет очень высокий научный потенциал и большое практическое значение, но из-за многодисциплинарного характера ее иногда трудно реализовать. Анализ структуры растрескивания объединяет многие области науки, включая механику разрушения, анализ изображений и технические аспекты материаловедения, в данном случае технологии цементных композитов. В объем работ в основном входит рассмотрение поверхностных трещин. Этот обзор литературы разделен на 6 основных частей.Первый раздел представляет собой введение в тему трещин в цементных композитах. Во втором разделе обсуждаются основы, связанные с процессом образования и распространения трещин в хрупких цементных материалах. Обсуждается процесс развития единичных трещин в целостную разветвленную систему трещин, присутствующих в структуре материала. Анализ структуры растрескивания требует их извлечения из структуры материала. Поскольку компьютерный анализ изображений, безусловно, является доминирующим методом автоматического обнаружения трещин, в разделе 3 обсуждаются наиболее важные методы, используемые для выделения трещин для дальнейшего количественного анализа.В разделе 4 обсуждаются наиболее важные и наиболее часто используемые количественные параметры, которые используются для описания морфологии и сложности структур растрескивания. Затем, в разделе 5, синтетическим путем обсуждаются результаты наиболее важных исследований влияния структуры трещин на функциональные свойства широкого диапазона цементных композитов. Последний раздел представляет собой краткое изложение обзора литературы, в котором указаны наиболее важные проблемы и трудности количественного анализа структур растрескивания, а также указаны возможные дальнейшие направления исследований и разработок в этой области.

      Этот обзор отличает этот обзор от других аналогичных обзоров тем, что в статье комплексно представлена ​​проблема анализа характера растрескивания в структуре цементных композитов. Есть обзоры по самому анализу изображений, в которых обсуждаются только методы извлечения цифровых трещин. В таких работах отсутствует информация о влиянии трещин на функциональные свойства цементных композитов. До сих пор не было записано ни одной работы, в которой эта тема обсуждалась бы коллективно, т.е.е., начиная с представления механизма, вызывающего трещины, и их преобразования в структуру трещин, через методы, используемые для анализа, а также количественные параметры, которые могут характеризовать структуру трещин, до самого важного с точки зрения технологии цементных композитов, т. е. как структура растрескивания влияет на функциональные свойства этой группы материалов.

      2. Причины появления трещин и структуры растрескивания в цементных композитах

      Разрушение цементного композита является следствием его растрескивания, поэтому важно рассмотреть эту проблему подробно.Фактическая прочность цементного композита или другого хрупкого материала намного ниже теоретической прочности, определенной на основе молекулярной когезии (прочности ионных или атомных связей) и рассчитанной на основе поверхностной энергии идеально однородного твердого тела ( без внутренних повреждений). Теоретически сила должна быть примерно равна десятой части модуля Юнга, но практически она намного меньше. Это состояние привело к применению теории Гриффитса [17] для описания физических и механических свойств цементных композитов.Гриффит был пионером механики разрушения и предположил, что кристаллы всегда имеют дефекты, которые вызывают концентрацию напряжений на небольшой площади, что достаточно для локального превышения теоретической прочности материала на излом. Исходя из энергетического баланса процесса, Гриффит определил так называемый критерий распространения трещин. Он дает значение напряжения, которое вызывает дальнейшее растрескивание хрупкого материала: где:
      • E - модуль упругости Юнга [Н / м 2 ],

      • F - поверхностная энергия [Н / м],

      • c - половина длины трещины [м ].

      Таким образом, для хрупких материалов, обладающих определенной эластичностью, прочность зависит от модуля Юнга, поверхностной энергии и длины трещины. Однако энергия, необходимая для создания новой поверхности из-за растрескивания, на самом деле превышает σ k . Чтобы учесть это обстоятельство, формула Гриффитса ввела работу разрушения W [Дж / м 2 ] = [Н / м], которая, помимо поверхностной энергии, включает пластическую деформацию материала, которая сопровождает распространение трещины: в литературе есть многочисленные исследования применимости теории Гриффитса к затвердевшей цементной матрице [18].Согласно Mindess [19], W для цементной матрицы находится в довольно широком диапазоне 7–14 Дж / м 2 . Само определение W проблематично, однако нет необходимости определять σ k . Для этого достаточно экспериментально определить критический коэффициент интенсивности напряжения (K IC ), который является произведением W и модуля Юнга материала. Во время определения K IC определяется напряжение, при котором материал разрушается, что эквивалентно моменту, когда трещина начинает быстро расти.Практическое значение K IC заключается в том, что, зная его значение, можно определить значение разрушающего напряжения в зависимости от формы и размера трещины и наоборот, т. Е. Зная значение эксплуатационного напряжения в элементе, можно рассчитать размер критической трещины, при которой он сломается. В свете проведенных испытаний оказалось, что значение K IC для паст из портландцемента находится в диапазоне от 0.4–0,5 МН / м 3/2 [20,21,22,23,24]. Текущие рекомендации по испытаниям цементных композитов K IC содержатся в проекте рекомендаций RILEM [25]. Известно, что физико-механические свойства цементных композитов в основном определяются такими факторами, как: общая пористость, распределение пор по размерам. , наличие дефектов материала и степень изменчивости структуры. В литературе имеется множество исследований [26,27,28,29], которые указывают на сильную корреляцию между пористостью цементного композита и его прочностью.В этом аспекте, однако, структура пор также имеет большее значение, где было показано, что прочность увеличивается с уменьшением размеров пор [30,31]. Таким образом, применение классической механики разрушения к цементной матрице означает, что фактором, определяющим прочность, будет не общая пористость, а размер наибольшего зазора - в данном случае воздушная пора [32,33]. Эксперимент, проведенный Birchall et al. [34] доказали, что прочность на изгиб классических цементных паст лежит на кривой, определенной из уравнения Гриффитса (рис. 2а).Ширина зазора (поры) была заменена размером самого большого дефекта, естественного или искусственно созданного в материале. С другой стороны, соответствие прочности цементного теста общей пористости объясняется тем, что факторы, уменьшающие общую пористость, также уменьшают размер критического зазора (поры) [35]. Зависимость W и K IC по пористости цементной матрицы усложняется. Beaudoin [24] разработал качественный ход этой зависимости, как показано на рисунке 2b.Оба вышеуказанных параметра в значительной степени зависят от способа сушки материала, то есть, в конечном итоге, от влажности окружающей среды, в которой созревает цементная матрица, поскольку влияние воды на прочность цементного теста общеизвестно. Результаты [20,24] показывают, что уменьшение относительной влажности окружающей среды со 100% до 0% приводит к увеличению W с 7 до 14 Дж / м 2 и K IC с 0,20 до 0,46 МН. / м 3/2 . Образцы цементного теста, пропитанные водой, имеют гораздо меньшую прочность на разрыв, чем сухие.В случае прочности на сжатие эта характеристика несколько увеличивается после высыхания материала [36,37]. Вода, впитываясь в стенки трещины, оказывает давление толчка, что значительно облегчает процесс растрескивания. С другой стороны, процесс высыхания снимает давление воды, оказывающее давление на плоскости трещин вблизи границы трещины. Косвенно это подтвердил эксперимент Робертсона и Миллса [37]. Они пропитали цементное тесто органическими растворителями, что предотвратило значительное снижение прочности на разрыв при увлажнении.Крупные молекулы органических растворителей не могли проникнуть в микротрещины, что препятствовало давлению толчка. Анализ влияния морфологии гидратированной цементной матрицы на процесс растрескивания основывался на гипотезе о том, что кристаллы портландита ослабляют ее структуру [38]. Было обнаружено, что трещины в значительной степени окружают области, где встречаются кристаллы Ca (OH) 2 . Однако в свете других исследований [39] было обнаружено, что прочность портландита аналогична прочности фазы CSH.С другой стороны, причиной того, что трещины относительно легко образуются и проходят по этим кристаллам, является морфология самих кристаллов CH в переходной зоне и высокая пористость обычных бетонов. В конечном итоге это приводит к снижению прочности бетона. Кардинальное изменение в этой ситуации происходит при уменьшении водного / цементного отношения или применении микрокремнезема. В своих соображениях Миндесс [18] считает, что эмпирические формулы, сочетающие пористость с прочностью, могут быть использованы, но только для классической цементной матрицы.В случае значительного изменения структуры в результате, например, присутствия добавки или реакционной добавки, или в результате гидротермальной обработки, классические эмпирические формулы не могут быть использованы. Свойства бетона в основном определяются свойствами цементной матрицы. Известно, что гидратированная цементная матрица содержит многочисленные неоднородности в виде пор, микротрещин и пустот, которые не обязательно сами по себе являются дефектами. Дефект может быть, например.g., трещина в зерне, связанная с наличием такой пустоты, или это может быть вызвано усадкой или недостаточной адгезией. Это естественная ситуация для цементного композита с учетом неоднородной структуры материала и сочетания различных фаз. Подтверждено [40], что поры в цементном тесте - не единственные возможные критические дефекты структуры. Применение гипотезы Гриффита предполагает, что, прежде всего, пустоты в несегрегированном цементном композите должны быть распределены случайным образом, что соответствует реальному положению дел [41].Во-вторых, предполагается, что в том месте, где существует дефект, происходит микроскопическое разрушение, и единица объема материала, содержащая наиболее слабое место, определяет прочность всего образца. Таким образом, каждая трещина распространяется по всему сечению образца, подвергающегося заданному напряжению, или, другими словами, явление, происходящее в элементе, идентифицируется с таким же явлением, происходящим во всем объеме. Это происходит в предположении равномерного распределения напряжений и при условии, что второе подряд самое слабое место в материале не способно выдерживать напряжение в n / (n-1) раз больше, чем напряжение, при котором самое слабое место разрушается. , где n - количество элементов в загруженной секции, каждый из которых содержит по одному дефекту.Таким образом, в просторечии цементный композит настолько же силен, насколько и его самое слабое звено. Исследования [42,43,44] показывают, что в ITZ и в самой цементной матрице есть очень маленькие трещины еще до того, как на цементный композит будет приложена нагрузка. . Скорее всего, они являются результатом неизбежных различий в свойствах заполнителя и гидратированной цементной матрицы в сочетании с усадкой и термическим напряжением. Микротрещины наблюдаются не только для цементных композитов нормальной прочности, но и для ненагруженных бетонов ж / к45].Согласно некоторым исследованиям [46], считается, что микротрещины, существующие до нагрузки, в основном ответственны за низкую прочность на разрыв цементного композита. Микротрещины определяются как трещины с максимальной шириной до 0,1 мм [1,46], что обычно означает наименьший размер, который можно увидеть невооруженным глазом. Процесс развития микротрещин под действием сжимающего напряжения уже известен. . При приложении растущей нагрузки трещины остаются устойчивыми до нагрузки около 30% от предельной нагрузки.Затем микротрещины начинают распространяться как по длине, так и по ширине, и их количество также увеличивается. Напряжение, при котором развиваются трещины, зависит от отношения воды к цементу в цементной матрице. Это состояние называется устойчивым распространением трещины. В результате дальнейшего увеличения нагрузки до значения между 70–90% максимальной нагрузки в растворе образуются трещины. Затем трещины соединяются с трещинами, вызванными нарушением адгезии, и таким образом создается определенная система непрерывных трещин, так называемая структура растрескивания.Это состояние называется состоянием быстрого распространения трещин [42]. Уровень напряжений в начале этого состояния выше у высокопрочных бетонов, чем у обычных бетонов. Увеличение кумулятивной длины трещины очень велико, тогда как в высокопрочных бетонах она меньше [47]. Начало состояния быстрого распространения трещины соответствует точке разрыва объемных деформаций. Если нагрузка зафиксирована, материал может разрушиться со временем. Однако до тех пор, пока трещины устойчивы, их наличие не опасно.Такое состояние характерно для всего семейства цементных композитов, иногда благотворно сказывается структурная неоднородность бетона. Например, когда контакт между крупным заполнителем и цементным тестом является местом локальных микротрещин, это означает, что наличие крупных зерен заполнителя препятствует раскрытию одной широкой трещины. Эти зерна действуют как фактор блокировки микротрещин. Поверхности склеивания в ITZ сформированы под любым углом к ​​направлению внешней силы. В результате местные напряжения значительно отличаются, вверх и вниз, от номинальной приложенной нагрузки.В цементном композите трещины возникают на каждом уровне структурной неоднородности материала [48,49,50,51]. С помощью электронного сканирующего микроскопа в цементном геле было обнаружено наличие субмикротрещин. Однако нет четких доказательств того, что эти субмикротрещины оказывают существенное влияние на прочность бетона. Как было показано выше, процесс растрескивания и распространения трещин не является простым и однозначным процессом. Очень часто образование трещины может быть инициировано одной конкретной причиной, а ее развитие может быть связано с другой причиной [52].При определенных физических условиях общая ширина трещин на единицу длины цементного композита обычно постоянна. Выгодно, чтобы ширина трещин была как можно меньше, в результате чего лучше, если бы было больше трещин, но с меньшей шириной, чем если бы их было меньше, но с большей шириной [12 , 13,15]. Например, введение арматуры контролирует усадочные трещины за счет уменьшения ширины отдельных трещин, но не меняет общую ширину всех трещин.Важность процесса растрескивания и минимальная ширина трещины, которая считается значительной, зависят от функции конструктивного элемента и условий воздействия цементного композита. В таблице 1 обобщена классификация трещин, возникающих в цементных композитах, а также указаны причины образования и приблизительное время появления трещин данного типа.

      6. Резюме

      В статье представлен обзор литературы о процессе разработки, анализе и влиянии трещин на свойства цементных композитов.Обзор посвящен четырем основным аспектам, связанным с анализом трещин:

      • процесс образования трещин в хрупких цементных композитах и ​​их эволюция в разветвленную и сложную систему трещин,

      • методы и методы цифровой обработки. извлечение структур растрескивания для их дальнейшей оценки,

      • количественные параметры, используемые для описания сложности структур растрескивания,

      • оценка влияния морфологии структур растрескивания на выбранные свойства цементных композитов.

      Каждый из этих четырех аспектов требует отдельного научного подхода, что делает всесторонний анализ структур растрескивания сложной и междисциплинарной задачей. Три основных научных направления, лежащих в основе этой области исследований, - это механика разрушения, анализ изображений и технология цементных композитов.

      Обсуждаются факторы, определяющие процесс растрескивания, то есть количество и тип дефектов структуры, а также состав материала. Было обнаружено, что критический коэффициент интенсивности напряжений (K IC ), являющийся продуктом работы трещины, и модуля Юнга является наиболее часто изучаемым параметром, который определяет способность материала распространяться и образовывать трещины в системе разветвленных трещин.Методология анализа трещин требует использования передовых инструментов для обнаружения и извлечения трещин. Исследования, проведенные на данный момент в этой области, показывают, что на сегодняшний день наиболее эффективной и популярной группой инструментов является компьютерный анализ изображений. Самыми простыми из них являются пороговые операции, например, глобальное пороговое определение, локально адаптивное пороговое значение или пороговое значение Otsu. Однако такие операции, несмотря на то, что они просты в реализации, иногда характеризуются очень большой ошибкой обнаружения.Более продвинутые методы, такие как генетические алгоритмы, искусственные нейронные сети или алгоритмы машинного обучения, характеризуются очень хорошей точностью обнаружения. Их недостаток - необходимость в гораздо больших вычислительных ресурсах, что замедляет весь процесс и иногда делает невозможным анализ большого набора данных. Обзор литературы показывает, что наиболее точные методы обнаружения трещин на цементных композитных поверхностях характеризуются точностью более 95%.

      Предыдущие исследования показывают, что простейшим параметром для измерения с точки зрения сложности и морфологии трещин является ширина раскрытия трещины.Однако этот показатель не дает информации о расположении и организации структуры трещин в материале. Параметр, который предоставляет эту информацию, - это плотность трещин и, как следствие, расстояние между трещинами. Недавние исследования постулируют использование фрактальной геометрии для количественной оценки структуры растрескивания. В этих исследованиях используется понятие фрактальной размерности, которое по определению определяет степень сложности анализируемой структуры. Анализы, проведенные с использованием этого параметра, указывают на тесную связь с механическими характеристиками разрушенного цементного композита.В опубликованных к настоящему времени результатах исследований наибольшее внимание уделяется определению влияния структуры растрескивания на характеристики цементных композитов при повышенных температурах. Также анализируется система трещин, образовавшихся в результате усадки и высыхания материала, а также трещин, образовавшихся в результате химической коррозии. Также оценивается влияние структуры растрескивания на водопроницаемость и механическую прочность цементных композитов. Представленные результаты показывают, что с прогрессирующим развитием структуры растрескивания практически все свойства затвердевшего цементного композита ухудшаются.

      Авторы многих исследований указывают на ключевое значение степени развития структуры растрескивания для функциональных свойств и долговечности цементных композитов. Однако пока мало работ, в которых зависимость рисунка трещин от физико-механических свойств материала определяется напрямую численным путем. Знания в этой области, по-видимому, имеют решающее значение в аспекте проектирования прочных цементных композитов, которые будут устойчивы к растрескиванию и развитию трещин в определенных средах.С методической точки зрения указывается дальнейшее развитие работ, направленных на создание все более точных, автоматических систем обнаружения трещин. Такие системы могут очень успешно использоваться управляющими зданиями для эффективного выявления участков, нуждающихся в корректирующих действиях. Поиск новых методов и установление взаимосвязи между характером растрескивания и свойствами материала имеет решающее значение для разработки методов неразрушающего контроля в технологии цементных композитов.

      Расчет ширины трещин в железобетонных конструкциях в тяжелых условиях окружающей среды при предельном состоянии эксплуатационной пригодности.

      ВВЕДЕНИЕ

      Каждая опасная для конструкции ситуация называется «предельным состоянием». Как только конструкция достигает этого состояния, она больше не может выполнять функции, для которых она была спроектирована. Превышение предельных состояний по эксплуатационной пригодности вызывает повреждение, которое делает конструкцию непригодной для требований проекта. В некоторых случаях ущерб необратим, даже если действия устранены. Например, предельное состояние ширины трещины определяет максимально допустимую ширину трещины, превышение которой может вызвать необратимые повреждения конструкций. E.грамм. коррозия стальной арматуры. Однако с практической точки зрения подрядчики часто оказывались в трудном положении, требующем обоснования ширины трещины, которая появляется на месте в молодом возрасте или позже, причем некоторые из трещин значительно превышают расчетные / заданные значения. Поэтому с точки зрения соблюдения интегрированного жизненного цикла и расчетного срока службы становится очень сложно обеспечить требования к производительности, включающие учет структурной безопасности, удобства обслуживания, долговечности и устойчивости, а также новых вопросов, таких как затраты на жизненный цикл, экологические затраты и социальные воздействия. / преимущества бетонных конструкций.

      Еврокод 1992-1-1 предусматривает обеспечение расчетного срока службы на основе различных требований, таких как минимальное покрытие, максимальная расчетная ширина трещины, минимальный класс прочности, максимальное соотношение воды и связующего, тип связующего, водопоглощение и содержание воздуха. С другой стороны, код модели fib 2010 предлагает математические законы для оценки проникновения агрессивных агентов во времени и предлагает предельные состояния для инициирования коррозии. Кроме того, подход к производительности, разрешенный EN 206-1, состоит в том, чтобы разрешить предлагаемую конструкцию смеси, когда вы можете продемонстрировать с помощью показателей эффективности, что предлагаемая смесь, по крайней мере, равна смеси, удовлетворяющей требованиям.Цель этого предписывающего подхода, расчетного подхода и подхода к производительности состоит в том, чтобы (явно или неявно) обеспечить достаточное количество качественного и количественного покрытия бетона, чтобы предотвратить попадание агрессивных агентов на поверхность арматуры в течение срока службы в прочном бетоне. Проблема с этими подходами заключается в том, что до тех пор, пока расчетная ширина трещины (w calc ) ниже порогового значения (w lim ), считается, что бетон ведет себя так, как будто он будет прочным. Однако факт в том, что на дне любой трещины внутри бетона происходит деградация (например,грамм. коррозия) процесс начинается практически сразу

      Защита арматуры от коррозии в Еврокоде 1992-1-1 в основном определяется толщиной и качеством бетонного покрытия. Более высокое минимальное значение бетонного покрытия c мин, dur в отношении прочности предлагается для высококоррозионных сред (класс XD и XS). Однако более высокое бетонное покрытие увеличило бы собственный вес и увеличило бы напряжения в продольной стали. С другой стороны, для обеспечения предельного состояния эксплуатационной пригодности рекомендуется более низкое значение допустимой ширины трещины w max для высококоррозионных сред (класс XD и XS), которые не зависят от бетонного покрытия.Несколько исследований показали, что указанный выше предел ширины трещины w max не является надежным параметром для обеспечения защиты арматуры от коррозии, вызванной проникновением хлоридов. Причиной может быть неизвестный профиль внутренней трещины в этих условиях окружающей среды и неспособность профиля раскрытия поверхностной трещины дать полную картину. Поэтому неудивительно, что пределы ширины трещин, указанные в применимых нормах (например, EN 1992-1-1) для тяжелых условий окружающей среды (таких как коррозия, вызванная хлоридом), не являются консервативными, и в случае жестких условий требуются специальные меры защиты. поощряется (модель Фибоначчи 2010).Во-вторых, если ширина трещины используется в качестве критерия для расчета срока службы, ее следует определять для максимальной рабочей нагрузки, а не для квазипостоянной нагрузки, так как это вызывает наибольшие повреждения вдоль арматуры, такие как более легкое проникновение хлоридов. . Во-вторых, расчет ширины трещины в соответствии с нормами проектирования (например, EN 1992-1-1) не принимает во внимание дополнительные аспекты, такие как начало коррозии, состояние повреждения бетонного покрытия, распределение напряжений между сталебетоном и самовосстановлением и самовосстановлением. -уплотнение..

      ЗАДАЧИ

      Целью данной докторской диссертации является изучение предельного состояния эксплуатационной пригодности железобетонных конструкций и, в частности, ширины трещин в агрессивных средах. Цель состоит в том, чтобы лучше понять связи между открытием трещин (и другими параметрами разрушения) и толщиной бетонного покрытия в умеренных и тяжелых условиях окружающей среды. Проблема раскрытия трещин уже рассматривалась в рамках национального проекта CEOS, а химический состав и перенос жидкостей в бетоне без трещин - в рамках национального проекта Perfdub.Однако настоящее исследование направлено на обеспечение комплексного подхода, способного привести к новым инструментам проектирования, учитывающим как раскрытие трещины, так и характер бетона, а также мультифизические механизмы на пересечении локализованной трещины и арматурных стержней.

      Другой вопрос, который мы хотели бы рассмотреть в этом исследовании, заключается в том, является ли максимальное напряжение стали в арматуре в течение срока службы более надежным параметром, чем максимальная ширина трещины. Максимальное напряжение стали (в сочетании с диаметром стержня) определяет степень внутреннего растрескивания

      Исследовательская работа проводится до начала коррозии. Она состоит из теоретического анализа и экспериментального исследования с целью определения ширины и профиля внутренних трещин в бетонном покрытии железобетонных конструкций при сложных механических нагрузках и нагрузках от окружающей среды.Будет разработана оригинальная экспериментальная программа для исследования трещин из-за взаимосвязанных механических и химических механизмов для железобетонных балок. Экспериментальные методы, основанные на разрушающих и неразрушающих методах, будут применяться для определения трехмерной формы трещины. Некоторые внутренние параметры, связанные с полем напряжений, механизмами повреждения, самовосстановлением трещин и глубиной проникновения хлоридов, будут проанализированы с использованием передовых методов мониторинга. Результаты экспериментов будут использованы для исследования надежности расчетных кодов.Теоретический анализ будет проведен для улучшения текущих моделей, адаптированных проектными нормами, и для предложения новых прогнозных моделей, которые смогут оценить параметры раскрытия трещин в агрессивной среде и ее влияние на долговечность и срок службы железобетонных конструкций. Многомасштабный численный подход, основанный на последних разработках команды MEO, будет улучшен, чтобы получить термохимио-гидромеханическую модель, позволяющую прогнозировать профиль трещины, только зная бетонную смесь без какой-либо калибровки параметров.

      БИБЛИОГРАФИЯ:

      1- Алам С.Ю., Салиба Дж., Лукили А. Исследование трещин в бетоне с помощью комбинированных методов корреляции цифровых изображений и акустической эмиссии. Строительство и строительные материалы 2014; 69: 232-242.

      2- Алам С.Ю., Лукили А., Грондин Ф., Розьер Э. Использование метода корреляции цифровых изображений и акустической эмиссии для изучения влияния размеров конструкции на растрескивание железобетона.Инженерная механика разрушения 2015; 143: 17-31.

      3- Рардейн, А. (2018). Разработка подходов к микромеханическому моделированию жидких материалов и циклов гель-дезинфекции. Кандидатская диссертация. Ecole Centrale de Nantes.

      4- ANR Mefisto и PN CEOS.fr (2008-2011) Maîtrise et préicing de la fissuration dans les ouvrages en béton.

      5- PN Perfdub (2015-2019) Approche performanceantielle de la durabilité des ouvrages en béton.

      6- EN 1992-1-1.(2004). Еврокод 2: Проектирование бетонных конструкций. Часть 1-1 Общие правила и правила для построек.

      7- Типовой код 2010, окончательный проект - Том 1.

      Категория финансирования: Contrat Doctor

      PHD Страна: Франция

      .

      Добавить комментарий

      Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

      [an error occurred while processing the directive]
    Число Ширина трещины λ D экв / D 0 D cr / D 0
    1 0,06 58,61 1,02 448,75
    2 0,08 54,253 54,25 907 907 907 907 907 907 907 907 .01 1.0002 -
    4 0,09 51,82 1,04 585,37
    5 0,10 49,90 0,95 -
    7 0,14 52,44 1,10 699,72
    8 0,17 49.80 1,13 802.90
    9 0,20 47,55 1,06 993,36
    10 0,27 43,95 1,29 1052,19
    12 0,37 51,56 1,48 1038,44
    13 0.42 43,03 1,32 1003,89
    14 0,43 42,55 1,48 1082,40
    15