Способ определения морозостойкости бетона по изменению коэффициента интенсивности напряжений Российский патент 2025 года по МПК G01N3/60 

Изобретение относится к способам исследования свойств строительных материалов и предназначено для оперативного определения марки бетона по морозостойкости.

Известен способ определения морозостойкости бетона, основанный на многократном замораживании-оттаивании контрольных образцов бетона [ГОСТ 10060-2012 «БЕТОНЫ. Методы определения морозостойкости»]. Марка бетона по морозостойкости определяется по количеству циклов замораживания-оттаивания, после которых происходит снижение прочности бетона до определенного нормативного значения.

Недостатком данного метода является длительный срок проведения испытаний, особенно для бетонов с высоким показателем морозостойкости.

Наиболее близким является метод определения морозостойкости бетона, предложенный в работе [Прочность, трещиностойкость и долговечность конструкционного бетона при температурных и влажностных воздействиях: монография / С.Н. Леонович, Ю.В. Зайцев, В.В. Доркин, Д.А. Литвиновский. - М.: ИНФРА-М, 2019.-285 с.] и основанный на взаимосвязи морозостойкости бетона и коэффициента интенсивности напряжений при нормальном отрыве K_IC. Суть метода заключается в определении марки бетона по морозостойкости на основании значения коэффициента интенсивности напряжений при нормальном отрыве K_IC по зависимости:

.

Недостатком данного метода является отсутствие возможности установить марку бетона по морозостойкости, превышающую F300.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является разработка способа, позволяющего оперативно определить марку бетона по морозостойкости для контрольных образцов, находящихся в марочном возрасте.

Технический результат достигается тем, что предложен способ определения марки бетона по морозостойкости, включающий в себя следующие последовательные этапы:

- изготовление четного количества контрольных образцов бетона, не менее шести штук, с надрезом на всю ширину образца в нижней зоне;

- выдержка контрольных образцов до марочного возраста при нормальных условиях: температура 20±2°С, относительная влажность 100%;

- водонасыщение контрольных образцов в три последовательных этапа, когда на первом и втором этапах образцы погружаются в воду на величину 1/3 и 2/3 высоты соответственно, а на третьем этапе образцы полностью погружаются в воду на глубину не менее 20 мм от верхней поверхности контрольного образца, при этом время выдержки контрольных образцов в воде на первом и втором этапе составляет по 24 ч, на третьем - 48 ч;

- испытание первой половины образцов для определения коэффициента интенсивности напряжений К_с до замораживания;

- замораживание второй половины образцов до температуры -50°С с последующим оттаиванием, для чего вторую половину контрольных образцов помещают в емкость, заполненную водой, герметично ее закрывают крышкой и перемещают в климатическую камеру, в которой температуру понижают до -50±2°С в течение 2,5 ч и выдерживают при такой температуре на протяжении 2,5 ч, при этом процесс размораживания образцов начинают с повышения температуры в камере до -10°С в течение 1,5 ч, после чего образцы перемещаются в емкость с водой температурой 20±2°С на 2,5 ч;

- испытание второй половины контрольных образцов для определения коэффициента интенсивности напряжений К_с(з) после одного цикла замораживания;

- расчет изменения коэффициента интенсивности напряжений по формуле:

- расчет марки бетона по морозостойкости по формуле:

Для проведения испытаний изготавливаются контрольные образцы-балочки размерами 100×100×400 мм в соответствии с ГОСТ 29167-2021.

Испытание контрольных образцов-балочек для определения коэффициента интенсивности напряжений проводится по ГОСТ 29167-2021 «Бетоны. Методы определения характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении».

В предложенном способе в качестве критерия морозостойкости бетона используется оценка изменения величины коэффициента интенсивности напряжений после однократного замораживания до температуры -50°С.

Разработке способа предшествовало проведение экспериментальных исследований. Испытаниям подвергались 12 различных составов тяжелого бетона классов по прочности на сжатие от В15 до В45 с расходом цемента 230-500 кг/м³. В качестве вяжущих использовались: портландцемент (составы 1, 2, 3, 7, 8, 9, 10 в табл. 1), портландцемент с добавкой золы-унос (составы 4, 6), портландцемент с воздухововлекающей добавкой (состав 3), портландцемент с расширяющей добавкой (состав 11), портландцемент с добавкой полимерных микросфер Expancel (состав 10), а также шлакопортландцемент (составы 5, 12). Водоцементное отношение колебалось от 0,72 до 0,38. Основные свойства бетона приведены в таблице 1.

По результатам, приведенным в таблице 1, установлена зависимость морозостойкости бетона от изменения коэффициента интенсивности напряжений после одного цикла замораживания до температуры -50±2°С, которая представлена рисунке 1.

На основании этих результатов была выведена формула зависимости морозостойкости бетона от изменения коэффициента интенсивности напряжений после однократного замораживания до температуры -50±2°С с коэффициентом корреляции R_s=0,93:

Что легло в основу предложенного способа определения марки бетона по морозостойкости.

Предложенный способ был аппробирован на лабораторной базе Национального исследовательского Московского государственного строительного университета (НИУ МГСУ), для чего было изготовлено четное количество контрольных образцов-балочек размерами 100×100×400 мм в количестве шести штук. В середине нижней зоны балочек был выполнен надрез толщиной не более 2,5 мм и глубиной 35 мм на всю ширину образца.

Твердение контрольных образцов до достижения марочного возраста происходило при нормальных условиях: температура 20±2°С, относительная влажность воздуха 100%.

Для определения величины коэффициента интенсивности напряжений проводились испытания на трещиностойкость по ГОСТ 29167-2021.

При испытаниях на трещиностойкость как до, так и после замораживания использовались водонасыщенные образцы, чтобы исключить влияние известного в физико-химической механике эффекта Ребиндера на результаты испытаний.

Водонасыщение контрольных образцов, достигших марочного возраста, выполнялось в три последовательных этапа. На первом и втором этапах образцы погружались в воду на величину 1/3 и 2/3 высоты соответственно. На третьем этапе образцы полностью погружались в воду на глубину не менее 20 мм от верхней поверхности контрольного образца. Время выдержки контрольных образцов в воде на первом и втором этапе составляло по 24 ч, на третьем - 48 ч.

Далее первая половина контрольных образцов испытывалась на трещиностойкость по ГОСТ 29167-2021 для определения величины коэффициента интенсивности напряжений К_с.

В это время вторую половину контрольных образцов помещали в емкость, заполненную водой, герметично ее закрывали крышкой и перемещали в климатическую камеру. Затем температуру в камере понижали до -50±2°С в течение 2,5 ч и выдерживали при такой температуре на протяжении 2,5 ч. Процесс размораживания образцов начинали с повышения температуры в камере до -10°С в течение 1,5 ч, после чего образцы перемещали в емкость с водой температурой 20±2°С на 2,5 ч.

Испытания второй половины образцов для определения величины коэффициента интенсивности напряжений после замораживания К_с(з) выполнялись по ГОСТ 29167-2021 после оттаивания.

Изменение коэффициента интенсивности напряжений определялось по формуле:

.

Марка бетона по морозостойкости рассчитывалась по зависимости:

Результаты проведенных испытаний на лабораторно-испытательной базе НИУ МГСУ показали точность определения марки бетона по морозостойкости предложенным способом при временных затратах на его реализацию не более пяти суток.

Изобретение относится к способам исследования свойств строительных материалов. Раскрыт способ определения марки бетона по морозостойкости, включающий изготовление четного количества контрольных образцов бетона с надрезом на всю ширину образца в нижней зоне; выдержку контрольных образцов до марочного возраста при нормальных условиях; водонасыщение контрольных образцов в три последовательных этапа; испытание первой половины образцов для определения коэффициента интенсивности напряжений К_с до замораживания; замораживание второй половины образцов до температуры -50°С с последующим оттаиванием; испытание второй половины контрольных образцов для определения коэффициента интенсивности напряжений К_с(з) после одного цикла замораживания; расчет изменения коэффициента интенсивности напряжений; расчет марки бетона по морозостойкости. Изобретение обеспечивает оперативное определение марки бетона по морозостойкости для контрольных образцов, находящихся в марочном возрасте. 1 ил., 1 табл.

Способ определения марки бетона по морозостойкости, характеризующийся тем, что включает в себя следующие последовательные этапы:

- изготовление четного количества контрольных образцов бетона, не менее шести штук, с надрезом на всю ширину образца в нижней зоне;

- выдержка контрольных образцов до марочного возраста при нормальных условиях: температура 20±2°С, относительная влажность воздуха 100%;

- водонасыщение контрольных образцов в три последовательных этапа, когда на первом и втором этапах образцы погружаются в воду на величину 1/3 и 2/3 высоты соответственно, а на третьем этапе образцы полностью погружаются в воду на глубину не менее 20 мм от верхней поверхности контрольного образца, при этом время выдержки контрольных образцов в воде на первом и втором этапе составляет по 24 ч, на третьем - 48 ч;

- испытание первой половины образцов для определения коэффициента интенсивности напряжений К_с до замораживания;

- замораживание второй половины образцов до температуры -50°С с последующим оттаиванием, для чего вторую половину контрольных образцов помещают в емкость, заполненную водой, герметично ее закрывают крышкой и перемещают в климатическую камеру, в которой температуру понижают до -50±2°С в течение 2,5 ч и выдерживают при такой температуре на протяжении 2,5 ч, при этом процесс размораживания образцов начинают с повышения температуры в камере до -10°С в течение 1,5 ч, после чего образцы перемещаются в емкость с водой температурой 20±2°С на 2,5 ч;

- испытание второй половины контрольных образцов для определения коэффициента интенсивности напряжений К_с(3) после одного цикла замораживания;

- расчет изменения коэффициента интенсивности напряжений по формуле:

- расчет марки бетона по морозостойкости по формуле:

F=642,0×ΔK_c^-0,61.