Бетон из пгс пропорции: Как сделать бетон из ПГС – пропорции, калькулятор бетона

Как приготовить бетон из ПГС

Бетонный раствор из песчано-гравийной смеси (ПГС) можно приготовить прямо на строительной площадке, что позволит значительно сэкономить. Кроме того, раствор в таком случае получается высокого качества из-за самостоятельного подбора пропорций необходимых компонентов.

Виды бетонных смесей

Смесь готовят классическую либо обогащенную, отличие между ними в преобладании гравия над песком:

• классическая — гравий три четвертых части, песка одна четверть,
• обогащенная — 20% гравия и 80% песка.

Приготовление бетона

Для приготовления бетонной смеси необходим также цемент и вода. Пропорции ГПС, цемента и воды будут зависеть от того, где будет использоваться раствор: например, для максимальных эксплуатационных свойств рекомендуется взять половину части воды, 4 части обогащенной смеси песка и гравия, 1 часть цемента. Строгое соблюдение таких норм обеспечит качество раствора: если пересыпать цемент, смесь получится тяжелая, что затруднит заливку и кладку, при избытке воды снизится плотность состава, что негативным образом отразится на прочности возводимой конструкции.

Кроме того, при приготовлении бетона своими руками необходимо иметь металлическую сетку для просеивания ПГС. Для заливки фундамента ПГС не просеивается, а пропорции установлены следующие: 1 часть цемента, 8 частей ПГС и 1 часть воды, дополнительно нужно всыпать 6 частей щебня.

Материалы и приспособления

Перед проведением замешивания бетона немаловажно запастись такими приспособлениями, как:

• лопата (шуфлевая),
• бетономешалка либо емкость для замеса,
• цемент,
• ПГС,
• ведро (желательно строительное, с усиленной ручкой).

Есть еще некоторые нюансы: нужно смотреть на сухость ПСГ и в зависимости от этого добавлять воду, да и цемент тоже бывает нескольких марок, лучший из которых М500 и М600.

Также вы можете купить готовый ПГС с доставкой в Перми.

Приготовление бетона из пгс — О цементе инфо

Выбор цемента

Приготовление смеси для фундамента производится из цемента, гравия, песка и воды. Вяжущим веществом выступает цемент.

Самыми распространенными марками цемента для фундамента являются 300, 400, 500 и 600. Из-за высокой скорости схватывания его используют в течение 1-2 ч.

Используя бетономешалку для приготовления ПГС, прочность возрастает на 50% и процесс происходит намного быстрее, чем вручную.

Для того чтобы произвести строительство небольших домов, используют портландцемент марки 300 и 400. Он применяется для постройки фундамента и для изготовления кладочных растворов, блоков и конструкций из железобетона. У цемента марки 600 большая первоначальная прочность. Для строительства небольших домов она не требуется, а работать с этим цементом неудобно, поскольку он быстро схватывается.

У цемента серый цвет, а у изготовленной смеси из него – темно-серый. Его делают трех марок: 200, 300 и 400.

Для приготовления марок М100-450, используется цемент марки М500, песок и щебень в необходимых пропорциях.

У шлакопортландцемента лучше сопротивление вредному воздействию грунтовых вод, потому он используется для постройки фундамента, кладки стен, а также изготовления камней из шлакобетона. У шлакопортландцемента скорость схватывания медленней, чем у портландцемента. Это зачастую нежелательно, особенно в процессе бетонирования зимой.

Цемент выпускается в бумажных мешках весом 50 кг. Мешки необходимо хранить в закрытом сухом помещении. Между стеной мешками оставляется пространство для вентиляции. Долго хранить цемент не рекомендуется, поскольку им впитывается влага из воздуха и он твердеет.

Цементом после того, как его хранили месяц, теряется 10% прочности, если 3 месяца – 20%, 6 месяцев – 30%, 1 год – 40%, после 2 лет – больше 50%. В случае, если комочки отвердевшего цемента мягкие и рассыпаются, то его еще можно применять.

Заполнителем выступает песчано – гравийная смесь (ПГС). Ее качество очень сильно влияет на прочность материала. Для обычного бетона применяется гравий с крупностью зерен 80 мм, для железобетона – до 30 мм. В материал для фундамента кладут большие камни и это значительно экономит бетонную смесь. В песке не должно содержаться загрязнений, которые снижают качество бетона. Наличие их в песке определяется таким способом: немного песка засыпают в бутыль с водой, потом тщательно перемешивают. Если в течение 24 ч жидкость осталась чистой либо немного помутнела, то песок нормальный. А если вода слишком темная, а на поверхность песка оседает слой грязи, значит песок использовать нельзя.

Чтобы смесь получилась густой и прочной, зерна песка и гравия должны быть как крупными, так и мелкими.

В ПГС должны быть зерна различного размера, тогда бетон будет густым и прочным, к тому же, экономится цемент. Пространства между большими зернами нужно наполнять маленькими зернами. А если они в смеси отсутствуют, то щели наполняются цементом и это приводит к увеличению его расхода. Идеальные пропорции для бетона составляют 30-45% песка с зернами до 5 мм и 55-70% гравия с зернами 5-80 мм. Пропорции песка и гравия составляют 1:1,2, а пропорции гальки – 1:2. Поскольку в природном гравии компоненты содержатся в обратной пропорции (2:1), то в него добавляют щебень или гальку.

Список инструментов

• бутыль;
• бетономешалка с наклонной осью.

Приготовление ПГС

Смесь помещают в опалубку и хорошо утрамбовывают для максимальной прочности. В течении 5-и дней бетон необходимо поливать водой, чтобы во время затвердевания не образовывались трещины.

Чтобы приготовить ПГС, воду следует использовать чистую, без запаха, без хлора и агрессивных веществ и т. д. Если смесь приготовить в теплое время, лучше брать холодную воду, чтобы бетон не схватывался очень быстро. Зимой применяют теплую воду до 40°С, чтобы смесь успевала схватиться до замерзания.

Воду в смесь из бетона необходимо вводить в определенном количестве, поскольку при ее избытке прочность материала снижается. На 1 м3 бетона нужно 125 л воды. Приготавливаемым смесям нужна защита от осадков и прямых солнечных лучей.

Смесь делают в бетономешалках. Это и быстрее, чем вручную, и материал на 50% прочнее. В бетономешалку с наклонной осью необходимо сперва засыпать крупный щебень или гравий с водой для того, чтобы промыть и почистить барабан. Затем засыпают щебень, песок, цемент, а после перемешивания вливают воду. Долго смешивать бетон не нужно. В бетономешалках перемешивание должно быть не больше 2 минут.

После того, как ПГС превратилась в однородную массу серо-зеленого цвета, ее нужно побрызгать, чтоб не вымыть цемент водой из смеси. Сухую смесь нужно перемешать 3 раза. После того, как добавили воду, перемешивают 2-3 раза до размеренного увлажнения.

Готовую ПГС закладывают в траншею или опалубку, затем уплотняют трамбовкой. Если бетон хорошо уплотнить, то у него будет повышенная прочностью, большая плотностью и долговечность. Не рекомендуется уплотнять бетон лопатой. На следующий день необходимо поливать водой и делать это каждый день в течение 5 суток. Во время заморозков бетонирование не делают, поскольку на это потребуются дополнительные материалы и затраты.

Если соблюдать все пропорции и придерживаться правил, то можно получить качественную смесь.

Бетон из ПГС своими руками » Мой Дом

Бетон из ПГС своими руками.

Возвести стойкий и прочный базис без применения бетона практически нереально, так как этот материал служит основой для любого строения. От качества бетона зависит долговечность и надежность готового здания, поэтому следует ответственно подходить к изготовлению раствора. Очень часто для строительства на частных загородных участках застройщики готовят бетон из пгс (песчано-гравийной смеси) своими руками. Перед тем, как остановить выбор на данном варианте, стоит узнать обо всех тонкостях его изготовления.

Выбор материалов.

Решившись на застройку участка, следует приобрести все стройматериалы, которые могут понадобиться в работе. Закупать песчано-щебневую смесь нужно исключительно у производителей, проверенных временем.

Стоит знать, что выполняя бетон из пгс, пропорции гравия и песка в смеси могут отличаться. К примеру, в состав классической пгс (необогащенная) входит всего 20 процентов гравия, в то время как в обогащенной присутствует 75 процентов материала.

Обычно специалисты советуют применять обогащенный состав, в котором преобладает щебень. Компоненты для изготовления пгс, которые добываются со дна реки или моря, обладают высокими качественными характеристиками, поэтому именно их рекомендовано добавлять для приготовления смеси. Речные и морские компоненты (гравий и песок) практически не содержат примесей, благодаря чему приумножается сцепление смеси с остальными элементами бетона. В результате мастер гарантированно получит высококлассный бетон из пгс для фундамента, пропорции которого будут полностью соответствовать стандартам.

Тонкости приготовления раствора.

Собственноручно изготовить бетонный раствор для базиса с применением гравия и песка достаточно просто. Для этого предварительно подготавливаются определенные инструменты и необходимое сырье.

Сухой цемент.

Чистая вода.

Песчано-гравийная смесь.

Ведро стандартного размера.

Бетономешалка или корыто, в котором будут смешиваться компоненты.

Чтобы раствор вышел качественным, при его приготовлении стоит придерживаться определенного соотношения. Если для работы применяется обогащенный состав, то идеальные пропорции пгс и цемента для бетона – 8 к 1 соответственно.

Далее, естественно, добавляется вода, объем которой определяется практическим путем исходя из состояния пгс. Нередко состав бывает увлажненным, а потому при применении смеси понадобиться в несколько раз меньше жидкости, чем при использовании сухого состава из гравия и песка. Как бы то ни было, вода вливается не сразу, а постепенно, иначе есть риск получить слишком жидкий раствор. Идеальная густота бетона аналогична густоте сметаны. Добившись такой консистенции, доливание жидкости стоит прекратить.

Если планируется использование классической смеси, то к ее подбору нужно подойти особо тщательно. Максимальный размер зерен гравия должен быть 8 см, если же фракция материала превышает данный показатель, то такая пгс для бетона не годится. Относительно пропорции для необогащенной смеси.

Песок и гравий – 6 частей.

Цемент – 1 часть.

Что касается цемента, то профессионалы советуют обратить внимание на портландцемент, обладающий прекрасными вяжущими характеристиками. Лучше всего приобрести материал М300, М500 или М600. Цемент марки 400 имеет определенный недостаток – моментальное схватывание, поэтому его использовать не стоит. Не всем известно, что быстрое застывание цемента при заливке основания чревато образованием холодных шов, ухудшающих качество уже готового базиса.

Что еще стоит помнить, изготавливая бетон из пгс? Пропорции в ведрах немного другие. Один сосуд вмещает.

Цемент – 15,6 кг.

Смесь песка и щебенки – 18 кг.

В данном случае пропорция элементов для классической смеси – 2 к 14 соответственно. Для обогащенного состава используется 1 часть цемента к 9 частям пгс. Не нужно забывать о воде. Точно следуя данным соотношениям можно получить бетон высшего качества.

Особые рекомендации.

Многие мастера задаются вопросом, сколько нужно пгс на куб бетона. Чтобы рассчитать объем смеси, следует ориентироваться на массу всех элементов. Кроме того, важную роль играет и марка применяемого цемента. К примеру, для изготовления бетона М300 используется.

Цемент марки 400 – 0,382 т.

Гравий – 1,08 т.

Песок – 0,705 т.

Для бетона М100 применяется.

Цемент марки 400 – 0,214 т.

Гравий – 1,08 т.

Почти всегда производители песчано-гравийных составов указывают на мешках расход пгс на 1 м3 бетона.

Иногда используется и иная система расчетов. К примеру, для возведения базисной конструкции нужна бетонная смесь М300. Для изготовления 1 кубометра раствора понадобится.

Если данные методы калькуляции кажутся слишком сложными, можно пойти по самому простому пути, которым пользуются профессионалы – обратиться к специальной таблице. Достаточно найти название самого материала («бетон из пгс»), пропорции. Таблица подскажет подходящее количество всех компонентов для создания качественного раствора.

Расчет и пропорции ПГС в видео.

Еще немного о бетоне.

Также по теме.

Какой бетон использовать для ленточного фундамента Бетономешалка своими руками из бочки Марка бетона по водонепроницаемости и морозостойкости Пластификатор для бетона своими руками Приготовление бетонной смеси из отсева и цемента.

зависимость от марки и предназначения

Бетонный раствор — строительный материал, без которого невозможно обустроить качественный фундамент, пол, стены и другие элементы здания. Эта смесь — гарант долговечности будущего строения, но чтобы оно было надежным, нельзя ни на йоту отступать от строго выверенного количества всех его ингредиентов. В частном строительстве этот раствор готовят непосредственно на строительной площадке — используют бетономешалку или замешивают вручную. Чтобы обеспечить прочность будущего монолита, точно вымеряют пропорции бетона в ведрах. Эта мерная единица очень выручает, когда отсутствуют точные весы.

Знакомство с бетонными смесями

Оптимальные пропорции компонентов зависят от марки бетона и цемента, характеристик остальных составляющих. Важнейшие ингредиенты — цемент и вода, образующие монолитную плиту. Однако без других добавок неизбежна ее деформация и усадка — на 2 мм/м². Избежать неприятных, даже опасных, последствий помогают песок, щебень, заменой последнему может стать гравий, керамзит.

Цемент

Это неизменный компонент бетонной смеси, он обеспечивает как прочность, так и затвердевание. Несмотря на большой ассортимент строительного материала отдавать предпочтение рекомендуют портландцементу, который обеспечит оптимальное сцепление всех составляющих.

Главный ориентир для выбора материала — марка, обозначаемая буквой «М». Она измеряется в кг/м³: чем больше данная цифра, тем прочнее сухая смесь. Поэтому перед началом строительства определяют оптимальную марку цемента, она зависит от вида планируемых работ. От типа зависят пропорции бетона.

1. Кладка. Чтобы получить надежную несущую стену, лучше выбрать материал М350. Другие перегородки, не испытывающие сильные нагрузки, позволяют использовать М300. Если речь идет о небольших сооружениях (например, сарай либо беседка), то достаточно выбрать цемент М200.
2. Отмостка. Для ее обустройства будет оптимальным М50-150. Для ремонта небольшого участка подойдет любая марка. При обустройстве монолитного пола надо предварительно рассмотреть эксплуатационные характеристики, но в большинстве случаев советуют сделать выбор в пользу М300 или М350.
3. Фундамент. Жилое строение большой этажности также подразумевает использование М300 либо М350. Если основание делают для летней кухни или гаража, разрешается остановить выбор на М200.
4. Штукатурные работы. В этом случае выбирают М300, М350.

М400-М550 в строительстве используют редко, исключения — возведение гидросооружений (дамб, плотин), а также объекты метрополитена. Цементом хорошего качества является материал с помолом 350-380 кг/м³, однако для удешевления работ нередко смешивают несколько марок. В этом случае пропорции должны быть изменены. Более высоких марок в составе должно быть меньше, иначе существенной экономии не предвидится.

Про запас цемент не покупают, так как прочность материала спустя месяц начинает уменьшаться. Через 60 дней состав теряет 10%, спустя полгода — до 50%. Цемент, приобретенный год назад, уже непригоден. Несоответствие своей марке приведет к невозможности корректно рассчитать пропорции бетона.

Песчано-гравийная смесь, иные заполнители

Песок, гравий, гранитную крошку либо щебень используют для придания бетону большей прочности, а также в целях удешевления производства. Песок — ингредиент обязательный, он заполняет пустоты между более крупными компонентами. Оптимальны его речной и кварцевый виды, гранулы которых имеют размеры 1,2-3,5 мм. Просушка этого стройматериала — важный этап его подготовки. Иногда в роли замены песка целесообразно использовать хорошо измельченный гравий.

Той или иной крупный материал выбирают в зависимости от необходимой прочности смеси. Для М500 оптимальна гранитная крошка, к М100-350, маркам, выбранным для обустройства фундамента, добавляют щебень и гравий. Эти компоненты гарантируют прочность основания при сжатии. Для получения качественного состава необходимы частицы с размерами 10-20 мм. Посторонние включения в заполнителях не приветствуются, поэтому песок просеивают через сито, крупные материалы контролируют визуально.

Вода

Частное строительство небольших сооружений позволяет использовать обычную воду, лишенную химических примесей и масляных включений. Это может быть дождевая либо отстоянная жидкость, но не речная и озерная. В промышленном производстве требования выше: там используют очищенную воду.

Под запретом вода из минеральных источников, так как любое количество соли негативно сказывается на качестве бетона. Колодцы, имеющие глиняное основание, — нежелательный источник, так как нет гарантии, что в жидкости нет частиц глины. Более высокая марка цемента подразумевает меньшее количество воды для смешивания. Это всегда учитывают при составлении пропорций бетона.

Пластификаторы, добавки

Эти компоненты, введенные в состав, способны усилить некоторые свойства бетона — его прочность, водонепроницаемость, морозостойкость, огнеупорность. Ускорение затвердевания — другое требование к добавкам. Пластификаторы добавляют материалу подвижность, в результате бетон приобретает большую стойкость к разрушению.

Например, такую добавку можно сделать самостоятельно: на ведро цемента берут 150 мл жидкого мыла, прибавляют то же количество гашеной извести. Результат действий — более равномерное схватывание раствора, его ровная поверхность после застывания.

Приготовление бетонного раствора

Иногда оправдано приготовление смеси с использованием ведер в качестве единицы измерения. Оно актуально, если:

• планируется небольшой объем работ;
• при заливке фундамента выбраны поэтапные действия;
• спецтехнике (бетономешалке) нет возможности подъехать к месту строительства;
• готовый состав сложно заказать из-за отдаленности завода.

Использование ведер для высчитывания пропорций — единственное решение, позволяющее быстро получить раствор хорошего качества, не прибегая к сложным расчетам. Главное — принять во внимание разный вес материалов. Ведро, полное цемента, весит около 16 кг, такой же объем песка на 3 кг тяжелее (19 кг), вес щебня в этой таре составляет около 17,5 кг.

М100

Составы, которые изготавливаются в заводских условиях, смешивают в пропорции 1:2:4:0,5 (цемент, песок, щебень, вода), однако в частном строительстве все зависит от необходимой крепости, нужных характеристик определенного объекта. Для получения раствора бетона М100 ориентируются на следующие пропорции — 1:4:6:0,5. Для производства одного кубометра бетона необходимо заготовить:

• 206 кг цемента;
• 780 кг песка;
• 1200 кг щебня;
• 185 л воды.

В домашних условиях только ведра обеспечат быстрый расчет всех материалов, основой является 10-литровая емкость. Соотношение таково:

• 1 ведро цемента — 10 л;
• 4 ведра песка — 41 л;
• 6-7 ведер щебня — 61 л;
• ½ ведра воды.

М200-М450

Чтобы получить 1 куб готового бетона, используя ведра, то надо ориентироваться на следующие пропорции:2:5:9, где первый стройматериал цемент, остальные — песок и щебень соответственно. Соотношение это предназначено для изготовления раствора из марки М200, которая является популярной для обустройства фундамента, возведения крылец, бетонной стяжки полов. Воду в смесь добавляют вдвое меньше, чем цемента. Готовят состав маленькими порциями, чтобы успеть израсходовать его за пару часов.

Для получения бетона из марки М250, идущей на сооружение ленточного основания для хозяйственных построек, гаража, основательного забора, пропорции выглядят так — 1:2:3,5:0,5. Если планируется фундамент для малоэтажного дома, основание предпочитают делать более надежным, в этом случае выбирают соотношение 1:1:2,5:0,5.

Самые популярные марки цемента — М300 и М350. Их чаще других применяют при строительстве жилых зданий. В этом случае пропорции в ведрах выглядят так: 1:1,8:3,6:0,5.

Некоторые застройщики и вовсе решают подстраховаться, выбирая дорогую марку М450, для которой подходят другие пропорции — 1:1:2:0,5. Однако такое основание, ценное в буквальном смысле, все же должно быть экономически оправдано.

Как смешивают бетонный раствор

Возможны 2 варианта — ручной либо с помощью техники — бетономешалки. В первом, наиболее трудоемком, случае цемент, песок, пластификаторы и остальные добавки тщательно смешивают в абсолютно сухой таре. После получения однородного состава начинают небольшими порциями добавлять воду, перманентно перемешивая раствор. На этом же этапе добавляют наполнители — щебень либо гравий (гранитную крошку), каждая частица которого после перемешивания должна быть покрыта смесью.

Когда используют способ с бетономешалкой, сначала цемент смешивают с водой, берут ½ ее отмерянного объема. Затем высыпают большую часть наполнителя (щебня), тщательно перемешивают компоненты. Досыпают весь цемент, размешивают до однородности. Потом отправляют в емкость песок, не выключая аппарат.

В предпоследнюю очередь вводят оставшийся щебень, после перемешивания доливают оставшуюся жидкость, добиваясь оптимальной консистенции бетона. Если предусмотрено добавление пластификатора, то это делают в самом конце операции, включая бетономешалку еще на несколько минут. Вылив готовый раствор в приготовленную емкость, бетономешалку моют, используя воду и мастерок. Иначе в новой порции неминуемо появятся комки.

Пропорции бетона в ведрах — лучший способ избежать трудностей в расчетах. Мерять сыпучие материалы можно посудой любого объема, однако более удобной является универсальная тара на 10 литров.

В этом видео автор рассказывает об особенностях получения бетона марки М350:

Видео загружается…

практических рекомендаций по изготовлению Как сложить перегородки из пгс

Бетон — основной материал, применяемый при строительстве жилых и производственных зданий, прокладке автомобильных дорог, строительстве мостов, платины, укреплении дамб и тоннелей. Безопасность и безопасность зависят от прочности бетона. долгосрочные услуги, возведенные конструкции.

Конструкционный бетон состоит из цемента, воды и твердых заполнителей.Повышенные требования к прочности и надежности фундаментов, монолитных конструкций, дамб, дамб, тоннелей с успехом выполняет бетон на основе песчано-гравийной смеси (ПГС).

Основные типы ПГС

Песчано-гравийная смесь – неорганический сыпучий строительный материал.

По процентному содержанию зерен гравия в смеси различают:

• Природный (природный) Песчано-гравийная смесь (ПГС) с содержанием гравия 10–20%;
• Обогащенная (отсортированная) песчано-гравийная смесь (ОПГС) с содержанием гравия 15–75%.

По происхождению и расположению природная форма смеси делится на три вида:

• Горно-овражная , в которой присутствуют включения горных пород, а зерна гравия характеризуются остроугольной формой.
• Озеро-река с более гладким гравием и низким содержанием глины и ракушечника.
• Морской тип Имеет однородный состав, округлые твердые включения и минимальное содержание примесей.

Горно-овражный ПГС не применяется для производства бетона из-за его неоднородного состава. Этой смесью заливают котлованы, фундаменты транспортных магистралей, траншеи при прокладке трубопроводов, используют в качестве дренажного слоя в канализационных системах.

Бетоны для строительных конструкций, требующих особой прочности, готовят из речной или морской обогащенной смеси песка и гравия.

Допустимые размеры зерен твердых фракций в ПГС по ГОСТ 23735–2014 «Смеси песчано-гравийные для строительных работ» (Вступил в силу с 1.07. 15) находятся:

Какая песчано-гравийная смесь подходит для бетона?

В строительной отрасли применяют бетон, который изготавливают из натуральной смеси, путем обогащения ее определенным количеством щебня. Обогащение АШМ происходит на грохотах, в барабанах или на вибростолах, где фракции сортируются по крупности и удаляются излишки песка.

Допустимые нормы содержания гравия в ОПГС определены ГОСТ 23735–2014 «Смеси песчано-гравийные для строительных работ».

Различают пять групп обогащенных песчано-гравийных смесей, различающихся процентным содержанием гравийных зерен в своем составе. Они показаны в таблице.

Согласно ГОСТ 23735–2014 размер зерен гравия в ОПГС не должен превышать: 10 мм; 20 мм; 40 мм или 70 мм.В особых случаях допускается максимальный размер щебня до 150 мм.

Характеристики щебня, входящего в ОПГС, такие как прочность, морозостойкость, содержание примесей, проверяют по ГОСТ 8267-93 «Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ».

Качество песка (состав, крупность, содержание пыли и глинистых примесей) в обогащенной песчано-гравийной смеси, используемой для приготовления бетона, должно соответствовать ГОСТ 8736-93 «Песок для строительных работ».

Как приготовить бетон из ПГС?

В зависимости от прочности на сжатие бетон подразделяют на классы согласно СНиП 2.03.01–84 «Бетонные и железобетонные конструкции». Класс бетона обозначается буквой «В» и цифрой, соответствующей нагрузке в МПа, которую может выдержать бетонный куб 15*15*15 см.

Марки бетона, более привычные для строительного рынка, обозначаются буквой «М» и значениями предела прочности в кг/см 2 .Маркируется и цемент, входящий в состав бетона.

В строительстве применяют бетоны марок от М100 до М450. Марка и, соответственно, прочность бетона зависят от количества цемента, входящего в его состав.

Для производства популярных марок бетона применяют цемент М400 и М500 в определенных пропорциях с обогащенной песчано-гравийной смесью и водой.

ОПГС для бетонной смеси должен содержать зерна гравия разных размеров. Мелкий гравий заполнит пустоты между крупными зернами и обеспечит расчетную прочность бетона.

Закупка обогащенной смеси должна осуществляться у крупных производителей, которые гарантируют соответствие характеристик ОПГС нормам и стандартам.

Замешивание бетонной смеси осуществляется ручным или механическим способом.

Механизмы и инструменты для перемешивания бетона непосредственно на строительной площадке:

• бетономешалка;
• лопата;

ковш

• ;
• Контейнер для ручного замеса.

Бетон лучшего качества получают механическим способом производства из готовых обогащенных песчано-гравийных смесей.

Бетон из ПГС для фундамента

Бетоны изготавливаются из обогащенной смеси гравия и песка:

• М150 — для фундаментов малых одноэтажных зданий;
• М200 — для ленточных, плитных фундаментов;
• М250 — для монолитных и плитных фундаментов;
• М300 — для монолитных фундаментов;
• М400 — с ускоренным схватыванием для особо прочных фундаментов.

Для улучшения сцепления компонентов смеси для приготовления бетона используют портландцемент с содержанием силиката кальция до 80%. Это позволяет замешивать бетон при низких температурах, но не ниже +16 0 С.

Пропорции ПГС и цемента для бетона

Пропорции для приготовления бетона из цемента марок М400, М500 и ОПГС 4-й группы с содержанием щебня 60–65% (цемент/ОПГС):

Марка бетона	Пропорции (кг)		Пропорции, (л)		Количество бетона на 10 л (л)
	цемент М400	цемент М500	цемент М400	цемент М500	цемент М400	цемент М500
100	1/11,6	1/13,9	10/102	10/124	78	90
150	1/9,2	1/11,1	10/82	10/98	64	73
200	1/7,6	1/9,1	10/67	10/81	54	62
250	1/6	1/7,1	10/53	10/63	43	50
300	1/5,6	1/6,7	10/49	10/59	41	47
400	1/3,9	1/4,8	35/10	10/42	31	36
500	1/3,6	1/4,3	32. 10.	37.10.	29	32

В зависимости от влажности исходного материала количество воды на долю сухой массы раствора может варьироваться, поэтому воду добавляют порциями.В начале замеса берут 2/3 воды, постепенно добавляя воду в процессе приготовления бетона до получения однородной пластичной массы.

Опытные строители советуют готовить бетон для фундамента из обогащенной песчано-гравийной смеси в объемном соотношении 1/8 или 1/6.

При этом получают марки бетона соответственно:

• М150 и М200 из цемента М400 и М500;
• М200 и М300 из цемента М400 и М500.

Инструкция по замешиванию бетона М300 от ОПГС механическим способом в бетономешалке 125л:

• Включая бетоносмеситель без заполнения ингредиентами.
• Наклоните бетономешалку в первое положение и залейте 5 литров воды.
• 6 ведер засыпают ОПГС 4-й группы крупностью 5–20 мм.
• Наклонить бетономешалку во второе положение и залить 1 ведро цемента М500.
• Добавить 3 л воды , в зависимости от влажности ОПГС.
• Через 2-3 минуты цвет и консистенция определяют готовность бетона.

С ручным перемешиванием Бетон :

• сухие компоненты засыпают в тару (корыто, поддон) смеси и тщательно перемешивают лопатой;
• сформировать горку из цементной смеси и сделать в ней углубление;
• воду постепенно вливают в углубление , постоянно перемешивая раствор лопатой;
• добавлять воду , пока не будет достигнута желаемая консистенция бетона.

Вы можете определить пропорции для замеса бетона без взвешивания и сложных расчетов. Метод основан на соблюдении условия, при котором получается прочный бетон. Цементное вяжущее должно заполнить все свободное пространство между твердыми фракциями смеси.

Для этого возьмите мерную емкость и ведро объемом 10 литров. Обогащенную песчано-гравийную смесь высыпают в ведро и заливают водой, отмеряя объем мерным стаканом.Когда вода поднимется на поверхность смеси, записывают измеренный объем воды. Это и будет тот объем цемента, который необходимо добавить в ОПГС.

Если в ведро с наполнителем удалось налить 2 литра воды, то для получения бетона смешивают ведро ОПГС и 2-х литровые мерки цемента. Соотношение цементной смеси будет 1/5. В сухую смесь порциями добавляют воду до образования пластичной массы.

Бетон набирает прочность через 28 дней после заливки фундамента.

Но вам не нужно ждать так долго, чтобы продолжить строительство. При теплой погоде через трое суток бетон набирает 70% прочности, чего достаточно для возведения стен.

В холодное время года следует подождать неделю, после чего можно продолжить строительство.

Механическим или ручным способом готовят небольшие объемы бетона для ленточных фундаментов гаражей, хозяйственных построек, дач, одноэтажных домов. .. Средний объем замеса бетономешалки 125-300 литров, а для фундамента дома с подвал, может понадобиться до 20 м 3 бетона.

Заливка бетона слоями в течение нескольких дней недопустима по технологии, поэтому лучше заказывать готовый бетон, который будет подаваться в миксере прямо на строительную площадку.

Весной собираюсь строить. Зима впереди для раздумий, земля куплена.

Итак имеем : 1 000 000 рублей (ну примерно), немного времени и огромное желание решить вопрос с жильем. После долгих раздумий и расчетов остановил свой выбор на газосиликатном.Я сам работаю в ArchiCAD (если кому что говорю), но со строительством не связан. У меня есть, как и у многих, друзья, знакомые а-ля строители, но я уже перерос их познания, поэтому ищу тему, надеясь на комментарии и помощь более грамотных людей.

Выложу материал, который успел подготовить, сильно не бейте за огрехи — времени мало, поэтому занимался только «конструктивом» и «извлечением информации», не обращайте внимания на «красивости и безобразие» .
Материальная готовность:
1) План дома — определено
2) Материал — Учтено 95% (прилагается)

3) Стоимость — 95% (прилагается)
3) Вес дома — 95% расчетный (прилагается)

4) Грунты — Уверен на 50% (заглядывал в колодцы, разговаривал, но надо копать) глинистый грунт УГВ сезонно закрыть

Есть вопросы:
1) Оперные несущие стены вторым этажом выше пролеты по монолитным железобетонным балкам.Балки ставили с зазором над плитами перекрытия, чтобы не передавать на них нагрузку. Нагрузка на балки около 1,98т/м.п., но наверное надо брать только вес стен, а после армопояса 2-го этажа уже не будет учитываться, тогда будет около 0,6т . Или считать все?
Загнал данные в Балку Мономаха и посчитал, как разберусь. Если у кого есть Мономах, проверьте.

2) По расчетам ширина фундамента около 400мм, центральной стены 500мм.Как сделать ширину ленты одинаковой или разной? Насколько можно сузить ширину фундамента при сохранении ширины подошвы? Везде пишут, что необходимо не менее = толщины стен или больше, но при этом делается свес, а во-вторых, прочность на сжатие ПГС не менее 28кг/см2 = 280т/м2.
Допустим стена 400мм имеет свесы с обеих сторон по 50мм, то есть опирается на основание толщиной 300мм. Так что можно?

3) Посмотрите на весь материал вообще «свежим взглядом», а то когда два месяца смотришь, всякая хрень начинает появляться.

По конструкции:
Фундамент: ленточный
Пол: пол по грунту + 100мм ЭПС (либо теплый, но как-то запутано)
Наружные стены: ПГС D500 400мм (на будущее буду обшивать сайдингом и минватой)
Внутренняя несущая стена: ПГС D500 300мм
Перегородки: ПГС D400 150мм
Перекрытие 1-2 этаж: плиты
Перекрытие 2-мансарда: дерево+минеральная вата 200мм
Крыша: металлочерепица
Дымоходная вентиляция: асб. трубы в минвате в кожухе (тоже не знаю: кожух можно оцинковать, можно ПГС 150)

В приложенных материалах есть файл «exe» — это виртуальное представление, т.е. бродить по дому и смотреть его.По нажатию клавиши «Esc» можно отключить слои в меню (извините за сумбур — совсем нет времени). Попробуйте отключить «Фасад стен». Можно оставить только несущие конструкции. Можно включить перемычки, армопояса и пластины, тогда будут видны те балки, о которых я спрашивал. Кнопка «F» включает режим полета.
​

Для начала небольшой ликбез. ПГС представляет собой песчано-гравийную смесь. Не нужно быть семи пядей во лбу, чтобы догадаться, что его основные составляющие — песок и гравий.Эта смесь добывается из морского и речного дна. От места, где была взята смесь, во многом зависят ее качество и связующие свойства.

ПГС — основа конструкций

ПГС является основным компонентом многих бетонных и железобетонных конструкций (фундаменты домов, дорожные покрытия и т.д.).

ПГС

подразделяется на несколько видов в зависимости от соотношения песок/гравий, крупности гравия и других показателей: прочности, морозостойкости, наличия илистых и глинистых частиц и др.

ОПГС представляет собой обогащенную песчано-гравийную смесь. Отличается от ПГС искусственно увеличенным количеством гравия. В ОПГ доля гравия составляет примерно 25-75%, а в ПГС она равна 10-20%.

Основными составляющими бетона из этих смесей являются цемент, ПГС или ОПГС и вода. Но для получения качественного бетона необходимо соблюдать определенные пропорции.

Бетонная подготовка

от ОПГС

То же касается и бетона из ПГС: пропорции составляющих материалов будут зависеть от того, какую марку бетона вам необходимо получить на выходе, какую марку цемента вы берете и какое соотношение песка и щебня в вашем ПГС.

Обычно его указывают при покупке, но если у вас нет этой информации, то есть много способов примерно определить это соотношение самостоятельно, в домашних условиях. Например, просеять часть смеси через металлическую сетку.

Песок и пропорции

Песок в такой бетон добавлять, как правило, не нужно, его и так достаточно в самом ПГС. При использовании некоторых видов ПГС, наоборот, добавляется щебень.

Если вам нужно приготовить бетон для фундамента, то лучше всего брать пропорцию 1:8, то есть на 1 часть цемента 8 частей ПГС.Это соотношение выверено и является наиболее оптимальным, хотя также рекомендуется знать и . А видео в этой статье покажет на практике, как можно использовать АСГ.

Построим дом из газобетона в Москве и Московской области под ключ от 14000 рублей за метр квадратный. В эту стоимость входит газосиликатный блок, фундамент, стены, крыша, стяжка. Строительство дома из газобетона под ключ – идеальный вариант для людей, мечтающих о собственном доме, которые после строительства не хотят найти дыру в кошельке.Технология строительства из этого материала позволяет возвести надежное сооружение за относительно короткий промежуток времени. Строительная компания «СВС» уже более десяти лет занимается строительством домов из газобетона под ключ в Москве и области. Мы успешно реализовали в жизнь сотни проектов, о чем свидетельствуют положительные отзывы клиентов.

• 
  Преимущества строительства дома из газосиликата

  • Долговечность и прочность конструкции
  • Легкий вес, меньшая нагрузка на фундамент
  • Высокая степень пожарной безопасности
  • Экологическая безопасность материала
  • Широкие архитектурные возможности
  • Иммунитет к гниению и микроорганизмам
  • Хорошие теплоизоляционные свойства

• 
  Недостатки строительства газосиликатного дома

  • Большое количество некачественного материала, риск приобретения брака
  • Необходимость внешней отделки фасада
  • Склонность к насыщению влагой (гигроскопичность), необходимость постоянного обогрева дома

Решив построить дом из газобетона у нас, вы можете быть уверены в стопроцентном качестве.Специалисты «СВС» уделяют особое внимание соблюдению технологии, снипов и гостей. Мы:

• досконально изучаем грунты, чтобы правильно рассчитать фундамент под дом из газобетона;
• точно рассчитываем нагрузку на основание дома, что позволяет выбрать оптимальную технологию заливки фундамента и строительства;
• используем собственную профессиональную опалубку для фундамента;
• обязательно залить армопояс в газобетонном доме;
• сажаем блоки на специальный клей, что позволяет увеличить теплоемкость и делает его более эстетичным вид, относительно использования обычного раствора;
• мы используем газобетон автоклавного твердения. По звукоизоляционным свойствам материал, изготовленный по этой технологии, в десятки раз превосходит кирпич.

Следует отметить, что в процессе строительства жилья стоимость работ не меняется. Связанные риски.

Стоимость строительства домов из газобетона — от 15 000 руб м2

Стоимость дома из газобетона — цена в Москве и области

Стоимость строительства дома из газобетона в Москве и области в различных строительных компаниях сильно различается.Это зависит не только от качества выполненных работ, но и от имиджа строительной бригады, наличия соответствующих лицензий, допусков, собственной техники и оборудования. Компания «СВС» предлагает построить дом из газобетона «под ключ» недорого. Мы добились снижения себестоимости относительно конкурентов благодаря полному отказу от субподряда и лизинга.

Цена индивидуального проектирования- 250 руб за 1 кв.м.
При строительстве дома с нашей компанией — проектирование выполняется бесплатно

В компании «СВС» цена строительства дома из газобетона «под ключ» варьируется. Она начинается от 14 тысяч рублей, и доходит до 23. На этот показатель влияет сложность работы и используемые материалы. Решив доверить строительство газобетонного дома под ключ в Москве и области строительной компании СВС, вы получите непревзойденное качество, официально подписанный договор, тотальный контроль над строительной площадкой вплоть до онлайн-мониторинга.

Построить устойчивое и прочное основание без использования бетона практически невозможно, так как этот материал служит основой для любой конструкции.От качества бетона зависит долговечность и надежность. готовое сооружение, поэтому следует ответственно подойти к приготовлению раствора. Очень часто для строительства на частных загородных участках застройщики готовят бетон из ПГС (песчано-гравийной смеси) своими руками. Прежде чем выбрать этот вариант, стоит узнать обо всех тонкостях его изготовления.

Выбор материалов

Решив построить участок, вам следует приобрести все строительные материалы, которые могут вам понадобиться в работе. Приобретать песчано-щебеночную смесь необходимо исключительно у проверенных временем производителей.

Стоит знать, что при приготовлении бетона из ПГ пропорции гравия и песка в смеси могут отличаться. Например, классический СГС (нерафинированный) содержит только 20 процентов гравия, а обогащенный – 75 процентов материала.

Обычно специалисты советуют использовать обогащенный состав, в котором преобладает щебень. Компоненты для изготовления ПГС, которые добывают со дна реки или моря, обладают высокими качественными характеристиками, поэтому их рекомендуется добавлять при приготовлении смеси.Речные и морские компоненты (гравий и песок) практически не содержат примесей, за счет чего повышается сцепление смеси с остальными элементами бетона. В результате мастер гарантированно получает качественный бетон из ПГС для фундамента, пропорции которого будут полностью соответствовать нормам.

Тонкости приготовления раствора

Сделать своими руками бетонный раствор для основания с гравием и песком, это достаточно просто. Для этого заранее подготавливаются определенные инструменты и необходимое сырье:

• Лопата;
• Сухой цемент;
• Чистая вода;
• Песок и гравий;
• Ведро стандартного размера;
• Бетономешалка или корыто, в котором будут смешиваться компоненты.

Чтобы раствор вышел качественным, при его приготовлении стоит придерживаться определенного соотношения. Если для работы используется обогащенный состав, то идеальные пропорции пгс и цемента для бетона 8 к 1 соответственно.

Далее, естественно, добавляется вода, объем которой определяется практическим путем исходя из состояния газовой смеси. Зачастую состав увлажняется, и поэтому при использовании смеси жидкости нужно в несколько раз меньше, чем при использовании сухого состава из гравия и песка. Как бы то ни было, воду вливают не сразу, а постепенно, иначе есть риск получить слишком жидкий раствор. Идеальная плотность бетона аналогична плотности сметаны.Добившись такой консистенции, следует прекратить добавление жидкости.

Если вы планируете использовать классическую смесь, то к ее подбору нужно подходить очень внимательно. Максимальный размер зерен гравия должен быть 8 см, но если фракция материала превышает этот показатель, то такой ГМП для бетона не подходит. По пропорции для необогащенной смеси:

• Песок и гравий — 6 шт.;
• Цемент — 1 часть.

Что касается цемента, то профессионалы советуют обратить внимание на портландцемент, обладающий отличными вяжущими характеристиками.Лучше всего приобрести материал М300, М500 или М600. Цемент 400 имеет определенный недостаток – мгновенное схватывание, поэтому его не следует использовать. Не все знают, что быстрое застывание цемента при заливке основания чревато образованием холодных швов, ухудшающих качество готового основания.

О чем еще стоит помнить при изготовлении бетона из ПГС? Пропорции в ведрах немного другие. Одно судно вмещает:

• Цемент — 15,6 кг;
• Смесь песка и гравия — 18 кг.

В данном случае пропорция элементов для классической смеси составляет 2 к 14 соответственно. Для обогащенного состава используется 1 часть цемента на 9 частей ПГС. Не забывайте о воде. Точно соблюдая эти соотношения, можно получить бетон высочайшего качества.

Многие мастера задаются вопросом, сколько пгс нужно на куб бетона. Для расчета объема смеси следует ориентироваться на массу всех элементов. Кроме того, важную роль играет тип используемого цемента.Например, для изготовления бетона М300 используется:

• Цемент марки 400 — 0,382 т;
• Гравий — 1,08 тонны;
• Песок — 0,705 тонны;
• Вода — 220 литров.

Для бетона М100 используется:

• Цемент марки 400 — 0,214 т;
• Гравий — 1,08 тонны;
• Песок — 0,87 тонны;
• Вода — 210 литров.

Практически всегда производители песчано-гравийных составов указывают на мешках расход ПГС на 1 м3 бетона.

Иногда используется другая система расчетов. Например, для возведения базовой конструкции вам понадобится бетонная смесь марки М300. Для изготовления 1 куб.м раствора потребуется:

• Цемент — 0,38 тн;
• Гравий — 0,8 м3;
• Песок — 0,5 м3.

Если эти методы расчета кажутся слишком сложными, можно пойти на самый простой способ, которым пользуются профессионалы — обратиться к специальной таблице. Достаточно найти название самого материала («бетон из пгс»), пропорции.Таблица подскажет нужное количество всех компонентов для создания качественного раствора.

стол

Расчет и пропорции ПГС в видео:

Еще немного о бетоне:

Консистенция (W/C)% различия между PG1 и PG2, для трех PG…

Контекст 1

… было обнаружено, что соотношение увеличивается с увеличением процента замены PG1 и PG2 в произведенном мортиры, рис. (3). PG2 имеет более высокий процент, чем PG1.Это может быть связано с тем фактом, что PG2 превращается в ангидрит, который требует больше воды, чем гипс, таким образом, соотношение смеси PG1 показывает более низкий процент воды/цемента (В/Ц), что является хорошим преимуществом цементного раствора. Увеличение В/Ц очень мало (21,1-22%) для смешанных растворов PG1 Рис. (3), это может быть связано с тем, что проценты замены PG малы. Тем не менее, PG1 показывает более высокое соотношение В/Ц (21-22,5%), а самое высокое соотношение смеси PG1 было (4%) из-за более высокой водопотребности ангидрита. Bhadauria & Thakare (2006) обнаружили, что при проценте замены PG 5% консистенция была очень близка к стандартному OPC.Более того, любое дополнительное добавление вызывает быстрое увеличение соотношения В/Ц. Соотношения смешивания PG1 и PG2 имеют постоянство, более низкое, чем стандартное значение OPC (таблицы 2 и 4). Очевидно, что PG1 показал более высокую прочность на сжатие, чем PG2, рис. (4). Кроме того, PG1 показал увеличение прочности на сжатие, начиная со 2-х дней до 28 дней, рис. (4а). Они показали очень близкие к OPC значения прочности на сжатие; единственная разница была во времени отверждения 2 дня, как показано в таблице (2). Напротив, PG2 показал тенденцию к снижению прочности на сжатие, самая низкая прочность на сжатие была при соотношении компонентов смеси 4%, рис. (4б). Они показали разные значения прочности на сжатие по сравнению с OPC; все соотношения смешивания имеют более низкие значения, чем у OPC при любом времени отверждения, таблица (4). Это может быть связано с повышенным спросом на воду для затворения и, следовательно, с более высоким водоцементным раствором …

Контекст 2

… было обнаружено, что соотношение увеличивается с увеличением процента замены PG1 и PG2 в производимых строительных растворах. , рис. (3). PG2 имеет более высокий процент, чем PG1. Это может быть связано с тем фактом, что PG2 превращается в ангидрит, который требует больше воды, чем гипс, таким образом, соотношение смеси PG1 показывает более низкий процент воды/цемента (В/Ц), что является хорошим преимуществом цементного раствора.Увеличение В/Ц очень мало (21,1-22%) для смешанных растворов PG1 Рис. (3), это может быть связано с тем, что проценты замены PG малы. Тем не менее, PG1 показывает более высокое соотношение В/Ц (21-22,5%), а самое высокое соотношение смеси PG1 было (4%) из-за более высокой водопотребности ангидрита. Bhadauria & Thakare (2006) обнаружили, что при проценте замены PG 5% консистенция была очень близка к стандартному OPC. Более того, любое дополнительное добавление вызывает быстрое увеличение соотношения В/Ц. Соотношения смешивания PG1 и PG2 имеют постоянство, более низкое, чем стандартное значение OPC (таблицы 2 и 4).Очевидно, что PG1 показал более высокую прочность на сжатие, чем PG2, рис. (4). Кроме того, PG1 показал увеличение прочности на сжатие, начиная со 2-х дней до 28 дней, рис. (4а). Они показали очень близкие к OPC значения прочности на сжатие; единственная разница была во времени отверждения 2 дня, как показано в таблице (2). Напротив, PG2 показал тенденцию к снижению прочности на сжатие, самая низкая прочность на сжатие была при соотношении компонентов смеси 4%, рис. (4b). Они показали разные значения прочности на сжатие по сравнению с OPC; все соотношения смешивания имеют более низкие значения, чем у OPC при любом времени отверждения, таблица (4).Это может быть связано с повышенным спросом на воду для затворения и, следовательно, с более высоким водоцементным раствором . ..

Контекст 3

… было обнаружено, что соотношение увеличивается с увеличением процента замены PG1 и PG2 в производимых строительных растворах. , рис. (3). PG2 имеет более высокий процент, чем PG1. Это может быть связано с тем фактом, что PG2 превращается в ангидрит, который требует больше воды, чем гипс, таким образом, соотношение смеси PG1 показывает более низкий процент воды/цемента (В/Ц), что является хорошим преимуществом цементного раствора.Увеличение В/Ц очень мало (21,1-22%) для смешанных растворов PG1 Рис. (3), это может быть связано с тем, что проценты замены PG малы. Тем не менее, PG1 показывает более высокое соотношение В/Ц (21-22,5%), а самое высокое соотношение смеси PG1 было (4%) из-за более высокой водопотребности ангидрита. Bhadauria & Thakare (2006) обнаружили, что при проценте замены PG 5% консистенция была очень близка к стандартному OPC. Более того, любое дополнительное добавление вызывает быстрое увеличение соотношения В/Ц. Соотношения смешивания PG1 и PG2 имеют постоянство, более низкое, чем стандартное значение OPC (таблицы 2 и 4). Очевидно, что PG1 показал более высокую прочность на сжатие, чем PG2, рис. (4). Кроме того, PG1 показал увеличение прочности на сжатие, начиная со 2-х дней до 28 дней, рис. (4а). Они показали очень близкие к OPC значения прочности на сжатие; единственная разница была во времени отверждения 2 дня, как показано в таблице (2). Напротив, PG2 показал тенденцию к снижению прочности на сжатие, самая низкая прочность на сжатие была при соотношении компонентов смеси 4%, рис. (4b). Они показали разные значения прочности на сжатие по сравнению с OPC; все соотношения смешивания имеют более низкие значения, чем у OPC при любом времени отверждения, таблица (4).Это может быть связано с повышенным потреблением воды для смешивания и, следовательно, с более высоким водо-цементным раствором …

Редактор библиотеки PGS: Модели структурного анализа

В этом разделе описываются аналитические модели, используемые для расчета результатов структурного анализа.

Геометрия модели

Модели линий плоской рамы используются для структурного анализа. Длина пролетов в расчетной модели равна длине от осевого направления до осевого направления до установления непрерывности и от осевого направления до осевой линии опоры после установления непрерывности.Осевые линии подшипника расположены с использованием присоединительных размеров.

Опорные элементы

Абатменты всегда поддерживаются идеализированными элементами, такими как штифты или ролики. Отображение между граничным условием абатмента и расчетной моделью:

Граничное условие	Расчетная модель
Шарнир	Смоделирован как идеализированная опора лезвия ножа. Поддерживается в глобальных направлениях X и Y без ограничения вращения
Ролик	Смоделирован как идеализированная роликовая опора.Поддерживается в глобальном направлении X без поперечных (Y) или вращательных ограничений.
Интеграл перед установкой настила	Смоделирован как полностью неподвижное соединение. Поддерживается в переходных направлениях X и Y и полностью удерживается от вращения.
Интеграл после установки настила	Смоделирован как полностью неподвижное соединение. Поддерживается в переходных направлениях X и Y и полностью удерживается от вращения.

Внутренние сваи могут быть смоделированы с помощью идеализированных опор или элементов основания, описываемых их физическими атрибутами.Отображение граничных условий на расчетную модель такое же, как и для устоев. Когда опора моделируется по ее физическим атрибутам, колонна моделируется в расчетной модели либо с фиксированным, либо с закрепленным граничным условием. Граничное условие соединения определяет возможность соединения между надстройкой и подконструкцией.

На рисунке выше в первой расчетной модели показана промежуточная опора, смоделированная с интегральным соединением. Промежуточная опора моделируется путем полного сдерживания вращения, тем самым передавая все моменты непосредственно на опору. Вторая расчетная модель показывает промежуточную опору, смоделированную как составную опору. Основание колонны закреплено, а верхняя часть колонны имеет моментную связь с надстройкой. В этой модели учитываются жесткость колонны и боковые эффекты.

Смоделированная высота колонны представляет собой среднюю высоту пролета всех колонн в опоре плюс половину высоты надстройки. Площадь поперечного сечения и момент инерции колонны представляют собой общую площадь и момент инерции пирса, деленные на среднее количество балок, входящих в пирс.

Профили

В моделях расчета конструкций используется одна и та же балка в каждом пролете (например, балка B из каждого пролета используется для создания модели первой внутренней линии балки). Когда количество балок на пролет не равно, используется правая внешняя балка, когда в пролете меньше балок, чем линия балки, для которой строится модель. Это показано ниже.

На приведенном выше рисунке пролеты 1 и 2 имеют 4 балки, а пролеты 3 — 5 балок. Балка D из пролетов 1 и 2 используется в линейной модели для анализа балки E.

Загрузка

Следующие разделы описывают нагрузки, разработанные для различных интервалов анализа.

Интервал 2: выпуск предварительного напряжения (литейный двор)

При снятии предварительного напряжения сборный элемент поддерживается в местах, определенных в описании балки. Для моделей PGSuper место опоры всегда находится на концах литой балки.

Нагрузка от собственного веса зависит от изменения площади поперечного сечения линейно.На изображении выше представлен сборный элемент с концевыми блоками.

w = A _г г _c
где
A _г = общая площадь поперечного сечения
г _c = удельный вес бетона, включая арматуру

Некоторые типы балок, такие как U-образные балки, могут быть определены с помощью диафрагм, отлитых вместе с балкой. Статическая нагрузка этих диафрагм моделируется как сосредоточенная нагрузка.

Интервалы 3–6

Интервалы 3–6 моделируют некомпозитные сборные элементы во время подъема, хранения и транспортировки.Условия нагрузки для этого интервала анализа такие же, как и для интервала 2. Однако расположение опоры такое же, как при подъеме, хранении и транспортировке соответственно.

Интервал 7: Вертикальные балки

Сборные элементы установлены на несущие элементы моста. Они поддерживаются в указанных местах подшипников. Условия загрузки аналогичны интервалу 2; однако, если длина консоли в расчетной модели менее чем в 1,1 раза превышает глубину сечения несоставной балки в опоре по осевой линии (H _g ), предполагается, что консоль представляет собой глубокую балку.В этом случае статическая нагрузка кантилевера прикладывается непосредственно над осевой линией подшипника как сосредоточенная нагрузка.

На рисунке ниже консоль слева имеет длину более 1,1H _g и рассматривается как изгибаемый элемент. Консоль справа меньше 1,1H _g и рассматривается как глубокая балка, в которой усилия передаются непосредственно на опору через внутреннюю распорку сжатия.

В течение этого интервала применяется собственный вес монолитных промежуточных диафрагм.

Постоянная нагрузка промежуточной мембраны

Мембранные нагрузки моделируются как сосредоточенные силы. Усилие для внешних балок составляет P = HWg _c (w _trib — t _стенка ), а для внутренних балок P = 0,5HWg _c (S — t _стенка )

, где
H = высота диафрагмы
W = ширина диафрагмы
г _c = удельный вес бетона перекрытия, включая арматуру
w _триб = ширина притока настила
t _стенка = общая ширина всех стенок в сечении
S = расстояние между балками — это расположение диафрагмы, измеренное по осевой линии диафрагмы

Интервал 9: литая колода (участок моста 1)

Анализируется собственный вес монолитного настила, сборных панелей настила и вута плиты.Модель анализа такая же, как описано для интервала 7.

Статическая нагрузка литого настила

Собственная нагрузка на палубу моделируется как ряд линейно изменяющихся сегментов нагрузки. Величина нагрузки принимается равной w = A _d g _c

где
w = нагрузка на палубу в определенном месте
A _d = площадь поперечного сечения настила g _c = удельный вес бетона палубы, включая арматуру

Для внутренних балок, A _d = t _плита w _триб

где
t _плита = глубина заливки плиты (общая глубина для монолитных настилов и монолитных настилов для настилов с несъемными панелями настила)
w _триб = ширина трибутов настила

Для наружных балок А _д зависит от формы поперечного сечения свеса настила

Для мостов с параллельными балками нагрузка на литой настил одинакова для внутренних балок.Нагрузка на наружные балки равномерна, если края настила параллельны балкам и балки также параллельны друг другу.

Сборная палубная панель

Статическая нагрузка сборной панели настила моделируется как сегменты линейной нагрузки, принятые равными w = t _панель w _панель g _c

где
т _панель = толщина панели настила
w _панель = ширина панели настила
г _c = удельный вес бетона настила, включая арматуру

Когда балки параллельны, нагрузка на панели настила равномерна.

Веток плиты

Нагрузка на веток плиты моделируется как последовательность сегментов линейной нагрузки. Базовая нагрузка принимается равной w = D w _тс g _c

где
D = глубина вута плиты
w _tf = общая ширина всех верхних полок балки
g _c = удельный вес бетона перекрытия, включая арматуру

Глубина вута плиты — это расстояние от низа плиты настила до верха балки.Есть два метода моделирования траектории верхней части балки; прямые и параболические. Вариант определяется в Критериях проекта. Методы следующие:

Вариант 1: Глубина вута, если предполагается, что верх балки представляет собой прямую линию

Предполагается, что верхняя часть балки прямая (нулевой изгиб) для целей расчета статической нагрузки. На приведенной ниже схеме показана глубина вута для распределения нагрузки в этом случае.

ПРИМЕЧАНИЕ. Современные балки имеют широкие верхние полки, поэтому нагрузка на веток плиты может быть значительной. Этот метод оценки нагрузки на вант плиты является консервативным (если балка не имеет отрицательного избыточного изгиба) и допускает, что фактический изгиб балки меньше прогнозируемого. При таком подходе балки не будут недоработанными, если прогиб меньше ожидаемого.

Вариант 2: Глубина вута, если предполагается, что верх балки представляет собой параболу

Предполагается, что верхняя часть балки следует параболической кривой, определяемой смещениями перекрытий на концах балки и размером скругления.На приведенной ниже схеме показана глубина бедра для этого случая.

ПРИМЕЧАНИЕ. В этом случае пользователь должен убедиться, что парабола статической нагрузки на вут, определяемая смещением плиты и размерами галтели, точно соответствует параболе, определяемой избыточным изгибом, рассчитанным программой. Если параболы не совпадают в пределах допуска, произойдет сбой проверки спецификации, указывающий на то, что статическая нагрузка на бедро была либо завышена, либо занижена расчетной. Для сложной геометрии моста может потребоваться определить уникальное скругление и/или смещение плиты для каждой балки моста, чтобы выполнить это требование.В главе «Сведения о загрузке» в отчете «Сведения» указана глубина вута вдоль балки.

ПРИМЕЧАНИЕ. Форма вута плиты частично определяется прогибом балки, который зависит от свойств бетона, предварительного напряжения и условий нагрузки. В начале проектирования прогиб балки неизвестен. Таким образом, статическая нагрузка на вант плиты должна рассчитываться и уточняться вручную. Другими словами, это программное обеспечение не выполняет итераций, чтобы свести к минимуму отклонения между формой вута плиты и статической нагрузкой на вут.

Постоянная нагрузка срезной шпонки

Сдвиговые ключевые нагрузки могут генерироваться автоматически только для расположенных рядом коробчатых балок TxDOT . Чтобы активировать нагрузку, укажите переменную ShearKeyDepth в записи библиотеки балок.

• Срезная шпонка заполнит зазор между балками от указанной глубины срезной шпонки до вершин балок и будет иметь такой же удельный вес, что и бетонная плита.
• Нагрузка приложена в расчете нагрузки под названием «Шпонка сдвига», применяемой в интервале 7: литой настил (участок моста 1) и добавлена ​​к комбинации постоянного тока.
• Свойства структурной жесткости срезной шпонки не учитываются ни в одном анализе.
• Ширина срезной шпонки будет переменной, если расстояние между стыками между балками является переменным.
• Сдвигающая шпоночная нагрузка прикладывается между подшипниками (без нагрузки на консольную часть балки).
• Результаты будут отображаться только при наличии срезной шпонки

Интервал 13: установка системы ограждений и накладки (участок моста 2)

На этом интервале расчета балки могут быть непрерывными над промежуточными опорами.Для непрерывных или составных соединений расположение несущих опор на осевой линии заменяется расположением одной опоры на осевой линии сваи.

Диафрагма непрерывности

Постоянная нагрузка диафрагм непрерывности применяется как сосредоточенная нагрузка на осевой линии опоры.

Нагрузки на систему ограждений

Статическая нагрузка системы ограждений рассчитывается как произведение площади поперечного сечения системы ограждений на единицу веса материала. В качестве альтернативы линейный вес на длину можно определить, включив его в определение перил.

Нагрузки на систему перил состоят из статических нагрузок от дорожного ограждения, тротуара и комбинированных (внутренних) перил. Эти нагрузки распределяются максимум на N «ближайших» балок, сопрягаемых поверхностей или стенок секции моста.

Сопрягаемая поверхность — это точка контакта между балкой и настилом моста. Примеры:

Exterior и внутренние защитные барьеры

Статическая нагрузка наружных и внутренних ограждений распределяется следующим образом:

Равномерно распределите вес барьера на N ближайших балок, сопряженных поверхностей или стенок (GMSW). Ближайшее расстояние измеряется от центра тяжести. ограждения в поперечном сечении моста в середине пролета. В случаях, когда вес барьера может быть распределен на одну из двух GMSW, которые находятся на равном расстоянии слева и справа от ЦТ барьера, и эти GMSW находятся дальше всего от барьера, нагрузка будет распределяться на самую внешнюю GMSW. Если пролет содержит 2N или меньше GMSW, нагрузка на перила будет распределяться равномерно на все GMSW.

Тротуары

Собственная нагрузка на тротуары распределяется с использованием аналогичного метода и с использованием того же значения N, что и барьеры.Однако, если тротуар шире N GMSW; нагрузка будет распределяться на все ГМСВ, лежащие непосредственно под тротуаром. Отсюда определение следующее:

Вес тротуара и динамическая нагрузка от пешеходов распределяются равномерно на большее из следующих значений: все балки, сопрягаемые поверхности или стенки (GMSW), лежащие непосредственно под тротуаром; или N ближайших GMSW, измеренных от центральной линии тротуара с использованием поперечного сечения моста, взятого в середине пролета. Для случаев, когда вес тротуара можно распределить на любую из двух GMSW, находящихся на равном расстоянии слева и справа от C.L. тротуар, и эти GMSW находятся дальше всего от C.L. тротуара, нагрузка будет распределяться на крайнюю ГМСВ. Если пролет содержит 2N или меньше GMSW, нагрузка будет распределяться равномерно на все GMSW.

Активная пешеходная нагрузка на тротуаре

Временная нагрузка от пешеходов на тротуар распределяется на те же балки и в тех же пропорциях, что и статическая нагрузка на тротуар.

Пример распределения нагрузки на барьер

Рассмотрим, например, секцию моста с тремя U-образными балками.Если нагрузки системы ограждения распределены по трем ближайшим балкам, статическая нагрузка внешнего ограждения на балку будет равна 0,33 (W _слева + W _справа ).

+ 0. 33W _вправо

Однако, если нагрузки распределены по трем внешним ребрам или сопрягаемым поверхностям, статическая нагрузка внешнего барьера будет:

8

8

78 Web 2

Overlay

Собственный вес накладки может быть равномерно распределен по всем балкам, как это разрешено LRFD 4. 6.2.2.1 или распределяется на каждую балку в зависимости от площади притока.

Интервал 14: открыт для движения (участок моста 2)

В этот интервал анализа мост открыт для движения и действует динамическая нагрузка.

Физика когезии цемента

ВВЕДЕНИЕ

Бетон, полученный путем смешивания цемента с водой, песком и камнями, на сегодняшний день является наиболее используемым искусственным веществом на земле. Прогнозируется, что к середине века население мира превысит 9 миллиардов человек, поэтому необходимо создать более совершенную инфраструктуру ( 1 ), при этом нет другого материала, который мог бы заменить бетон для удовлетворения наших потребностей в жилье, укрытии или мостах.Однако бетон в его нынешнем виде не является устойчивым, поскольку только производство цемента несет ответственность за значительное количество антропогенных парниковых газов. В то время как даже незначительное сокращение его углеродного следа заметно сократит глобальные антропогенные выбросы CO ₂ , достижение целей по сокращению выбросов для новых конструкций требует более глубокого научного понимания свойств и характеристик цемента ( 2 ). Растворение цементных зерен в воде и повторное осаждение различных продуктов гидратации, наиболее важными из которых являются гидраты силиката кальция (CSH) ( 3 , 4 ), приводит к схватыванию цемента во все более твердое твердое вещество, которое связывает бетон и определяет его механику ( 5 ).Во время этого процесса из-за накопления и удержания ионов в растворе между поверхностями CSH возникают сильные когезионные силы, поверхностный заряд которых со временем постепенно увеличивается ( 6 – 8 ). Чистое взаимодействие притяжения между одинаково заряженными поверхностями в ионных растворах распространены в коллоидных материалах или биологических системах ( 9 – 15 ). Всеобъемлющая аналитическая теория, разработанная почти столетие назад Дерягуином, Ландау, Вервеем и Овербиком (DLVO), которая опирается на приближение среднего поля, рассматривающее ионы как некоррелированный континуум, охватывает некоторые из этих случаев ( 9 ).Однако для продуктов гидратации цемента, таких как CSH, описание DLVO неприменимо, поскольку ионы в растворе в основном многовалентны (например, Ca ²⁺ ) и заключены между поверхностями, поверхностная плотность заряда которых быстро достигает значений от ≃3 до 5 е ⁻ /нм ² в слоях упрочненного ХСГ ( 4 , 8 , 16 ). Разумеется, теория DLVO не предсказывает сцепления цемента ( 7 , 8 ).Моделирование методом Монте-Карло примитивной модели (PM) удержания ионов вместо этого доказало, что ионы, заключенные в воде между заряженными поверхностями, могут индуцировать суммарные силы притяжения для диапазона поверхностных плотностей заряда, соответствующих CSH ( 6 , 17 , 18 ) из-за корреляций, вытекающих из дискретной природы ионов. Тем не менее, эти исследования PM предсказывают когезионную прочность не более 60 МПа, что явно противоречит экспериментам и полностью атомистическому пониманию закаленного CSH, достигнутому за последние 10 лет ( 4 , 8 , 19 – 21 ).Когезионная прочность затвердевшего цемента в 100 раз выше, а присутствие воды ограничено несколькими молекулами на ион, тогда как в подходе PM она рассматривается как объемный диэлектрический континуум. Таким образом, существует пробел в знаниях в фундаментальном понимании того, как наноразмерные когезионные силы возникают во время гидратации цемента, поскольку различные химические реакции вызывают увеличение поверхностного заряда гидратов цемента и удержание ионов ( 22 ).

Теперь мы восполним этот пробел с помощью трехмерного (3D) численного моделирования, которое показывает простое, но молекулярное описание ионов и воды, обеспечивая количественную картину того, как развивается сцепление цемента во время гидратации.Когда кто-то подробно рассматривает роль воды, становится ясно, как ее способность реструктурироваться и переориентироваться вокруг ионов приводит к оптимизированной организации взаимосвязанных структур ион-вода, которые определяют суммарные силы сцепления и их эволюцию.

По мере увеличения удержания ионов и поверхностной плотности заряда при заметном ослаблении диэлектрического экранирования воды электростатические силы и эффекты дискретности заметно усиливаются и склеивают сборку ион-вода-поверхность в сильно когезионное состояние.В то время как мы количественно восстановили несколько ключевых экспериментальных результатов в реальном цементе ( 23 – 28 ) и основные черты полностью атомистического описания затвердевшего CSH ( 16 , 29 ), мы сравнили возникающую физическую картину с аналитическая теория, которая выделяет основные ингредиенты сетевых взаимодействий за пределами традиционных предположений о PM для ряда материалов и систем в аналогичных условиях сильной электростатической связи.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Сложность химических реакций во время гидратации и схватывания цемента затрудняет определение фундаментальных физических механизмов, контролирующих сцепление цемента.C-S-H представляет собой нестехиометрическое соединение с изменчивостью структуры и состава, еще более выраженной на более ранних стадиях гидратации ( 4 , 21 , 30 , 31 ). Заряженные поверхности наночастиц CSH удерживают ионы и воду в порах нанометрового размера ( 18 , 32 ), а исследования титрования силанольных групп поверхности показывают, что при ранней гидратации, в результате изменения химического состава раствора, поверхностный заряд CSH увеличивается с увеличением pH в сочетании с комбинированным осаждением гидроксида кальция ( 31 ).Экспериментальные работы и усилия по моделированию за последнее десятилетие прояснили атомистические детали окончательного отвержденного CSH с точки зрения функций распределения атомных пар, изменчивости состава и даже когезионной прочности , 24 ). Однако прямая связь между поверхностным зарядом и химией, появляющимся наноразмерным сцеплением и конечными свойствами материала отсутствует. Чтобы ответить на этот вопрос, мы использовали полуатомистический вычислительный подход, в котором ионы и вода представлены явно, в то время как Поверхностные свойства CSH на разных стадиях гидратации резюмируются плотностью поверхностного заряда σ от 1 до 3 e ⁻ /нм ² .CSH часто характеризуется отношениями Ca/Si, а при значениях pH, типичных для гидратации цемента, рассматриваемый здесь диапазон плотностей поверхностного заряда приблизительно соответствует соответствующему диапазону отношений Ca/Si от 1 до 2 ( 16 , 30 , 33 ). Представление поверхностей C-S-H с гладкими, однородно заряженными стенками явно является упрощением, поскольку известна их сильно неоднородная природа ( 21 ), но это необходимо для расширенного пространственно-временного анализа, выполненного здесь.Благодаря этому упрощению мы можем подробно исследовать структуру и динамику ионов и воды в молекулярной динамике (МД) и большом каноническом моделировании Монте-Карло (GCMC), а также извлекать результирующее давление, которое ионы и вода создают между ограничивающими заряженными поверхностями CSH. исследования, поверхности CSH плоские (стенки), что соответствует пластинчатой ​​морфологии наночастиц ( 30 , 32 , 34 ), а ионы, заключенные между ними, нейтрализуют поверхностный заряд, представляют собой кальций ( Ca ²⁺ ).В разумном приближении это представляет собой наиболее важную часть ионов, заключенных между поверхностями C-S-H во время гидратации цемента ( 6 , 8 , 16 ). Стенки имеют периодические границы по x и y и разделены расстоянием D по оси z. Для поверхностей (Ca ²⁺ ) и C-S-H мы включаем как ближнедействующие стерические/дисперсионные, так и дальнодействующие электростатические силы, как описано в Методах. Явное включение молекулярных степеней свободы воды (мы используем воду SPC/E и, в некоторых случаях, воду TIP4P/2005, как также описано в Методах) является ключом к захвату ее поведения в условиях ограниченного пространства ( 35 – 37 ).Уже для самого низкого значения σ = 1 e ⁻ /нм ² , соответствующего очень ранней гидратации, включение явной воды приводит к чистому притяжению (рис. 1А), возникающему из-за сильных и дальнодействующих корреляций в ионных позиции: Ионы локализованы в направлении z как и в ПМ, но с явной водой, парная корреляция их позиций g ( r ) в плоскости xy имеет четкие пики, сохраняющиеся на больших расстояниях (Инжир.1Б). Те же г ( r ) для PM (голые ионы) вместо этого указывают на пространственное расположение, близкое к некоррелированному, и упрощенная попытка объяснить гидратные оболочки ионов с учетом большего эффективного размера иона по-прежнему недостаточна для захвата дальнодействующее воздействие воды и связанный с ним профиль давления.

Рис. 1. Результаты моделирования с водой PM и SPC/E при σ = 1 e ⁻ /нм ² .

Здесь и на последующих рисунках все данные усреднены по 10 ⁶ шагам МД после достижения равновесия.Планки погрешностей меньше, чем размеры символов. В ( A ) мы показываем чистое давление между поверхностями C-S-H. С явной водой мы получаем отрицательное давление, т. Е. Чистое притяжение, которое нельзя найти с помощью подхода PM, даже с учетом увеличения эффективного размера ионов из-за гидратации. Это связано с гораздо более сильными ионно-ионными корреляциями, наблюдаемыми в ( B ), где мы строим корреляцию ионных пар в плоскости xy при D = 8 Å и D = 20 Å.Использование размера гидратированных ионов в PM создает первый пик, который похож на то, что мы получаем с явной водой, но он не может воспроизвести корреляции дальнего действия. Поведение воды более сложное и сильно зависит от локализации. Глядя на размер гидратной оболочки ( C ) при большом расстоянии, мы наблюдаем почти полные гидратные оболочки из семи-восьми молекул воды. При уменьшении D размер оболочки не меняется сразу, и оболочки составляют большую часть воды, что влияет на ее способность экранировать электростатические взаимодействия.При ограничении D = 8 Å ионы сливаются в один слой ( D ) и оболочки прижимаются к стенкам, в результате чего возникает барьер, который необходимо преодолеть.

В замкнутом пространстве между заряженными поверхностями оболочки гидратации ионов могут существенно отличаться от таковых в объемной воде. В общем, мы идентифицируем структуры ион-вода как n -меров, где n — это количество молекул воды, окружающих ион (см. Методы), как на рис. 1C. При относительно больших расстояниях D > 20 Å гидратные оболочки обычно содержат восемь молекул воды, как и в объемной воде (рис.1C), в соответствии с рядом моделей и экспериментов ( 38 , 39 ). Вычисление динамических корреляций, таких как измеренные с помощью квазиупругого рассеяния нейтронов (QENS), показывает, что времена релаксации согласуются с экспериментальными значениями ( 38 , 39 ): гидратные оболочки энергетически выгодны из-за высокой энергии гидратации ионов Ca ( 40 ), но достаточно динамичный, поскольку отдельные молекулы воды переключаются между свободным и связанным состояниями (см. раздел S1).По мере уменьшения D большая часть общей воды находится в гидратных оболочках, а ионы становятся все более коррелированными (см. ярко выраженные пики в г ( r ) на рис. 1Б). Однако дальнейшее удержание начинает заметно влиять на гидратные оболочки: при D = 8 Å поверхности сжимают ионы в один слой и прижимаются к их гидратным оболочкам (рис. 1D), со временем уменьшаясь до ≃5 молекул воды. на ион. Следовательно, уменьшение D с 9 Å (где может разместиться полная 8-мерная гидратная оболочка) до 7 Å ​​(где это уже невозможно) требует преодоления энергетического барьера.Энтальпия гидратации иона кальция ≃−640 k _B T (или −1600 кДж/моль) ( 40 ) указывает на то, что требуется уменьшите типичную гидратную оболочку из восьми молекул воды до одной с пятью молекулами воды, что привело нас к оценке, что потребуется изменение давления примерно на ≃ 1,25 ГПа. Наш грубый расчет явно переоценивает энергетический вклад, который для первой молекулы воды в гидратной оболочке больше, чем для восьмой, из-за стерического отталкивания, диполь-дипольных взаимодействий и энтропийных издержек. Численные исследования и рентгеновская дифракция, которые вместо этого рассматривают только вклад молекул воды в первой оболочке в свободную энергию гидратации, дают нижнюю границу ≃0,67 ГПа для затрат энергии на восстановление гидратной оболочки кальция ( 39 ) . Измеряемое нами давление (рис. 1А) действительно имеет немонотонную зависимость от D , а величина скачка давления на ≃ 1 ГПа между D = 9 и 8 Å хорошо согласуется с нашим оценочным диапазоном. Это показывает, что высокая стабильность гидратных оболочек может привести к конкурирующему отталкиванию промежуточного действия ( 41 , 42 ), подтверждая ранние измерения атомно-силовой микроскопии гидратов цемента ( 7 ) и согласуясь с полученной морфологией геля. в крупнозернистом моделировании CSH и при микроскопии изображений ( 43 – 45 ).Ограниченная стабильность объемных гидратированных структур при возрастающем ограничении обеспечивает фундаментальный механизм этой немонотонной зависимости наномасштабных сил от поверхностного разделения, довольно устойчивый к присутствию соли и других ионов. При σ = 2 и 3 e ⁻ /нм ² (поздние стадии гидратации), ионы все больше локализуются в направлении z и прижимаются своими гидратными оболочками к стенкам (см. профили плотности ионов на рис.2 (A и B)], становясь неспособными поддерживать полную гидратацию раковин в пользу более мелких, полусферических. Влияние ограничений конфайнмента очень очевидно при σ = 2 e ⁻ /нм ² и D = 20 Å, где профили ионов показывают двойные пики, разделенные между ионами с двумя различными типами гидратных оболочек ( Рис. 2С). При дальнейшем удержании ( D = 8 Å) все ионы прижимаются к стенкам и не происходит расщепления пиков ионной плотности.Наконец, при наибольшем поверхностном заряде σ = 3 e ⁻ /нм ² ионы остаются прижатыми к стенкам даже на больших расстояниях. При локализации ионов достаточно близко к стенке можно разместить два слоя даже при самом сильном удержании, но гидратные оболочки существенно модифицированы удерживающими поверхностями и имеют полусферическую форму для всех разделений.

Рис. 2. Профили концентрации ионов и оболочки гидратации ионов.

Графики профилей плотности ионов при ( A ) D = 20 Å и ( B ) D = 8 Å.Увеличивая поверхностную плотность заряда, мы видим возрастающую локализацию ионов в направлении z . При σ = 2 e ⁻ /нм ² при больших D ( C ) происходит расщепление между пристеночными ионами с полусферической гидратной оболочкой из пяти-шести молекул воды и смещенными ионами с почти полная гидратная оболочка из семи-восьми молекул воды. При более низком D или более высоком σ смещенные ионы подавлены и все ионы находятся близко к стенке, что резко отличается от ситуации при σ = 1 e ⁻ /нм ² и D = 8 Å, где все ионы сливаются в один слой.

При высоком ограничении ( D = 8 Å) ионы в двух слоях имеют отчетливое, но сильно связанное упорядочение. Если слои определяются положением иона z _i , корреляцию ионной пары g ( r ) можно разделить на внутрислоевые и межслоевые вклады, рассматривая ионы в одном (внутри) или противоположном (между) вкладах. слоев (рис. 3А). Несмотря на разделение в z , положения xy остаются сильно коррелированными и при высоком σ образуют шахматную квадратную решетку: плотность заряда и сильно ограниченные ионы), где учитываются ион-ионные взаимодействия ( 46 ).Расстояние, соответствующее первому пику г ( r ), уменьшается с увеличением σ и при σ = 3 e ⁻ /нм ² хорошо согласуется с таковым для Ca- Ca г ( r ), недавно полученный с помощью рассеяния рентгеновских лучей в CSH ( 23 , 24 ), с учетом влияния неоднородностей поверхности и изменения поверхностной плотности заряда в реальном материале.

Рис. 3. Пространственно-временные корреляции для различных поверхностных плотностей заряда.

( A ) Парная корреляция xy g ( r ) между ионами показывает, что по мере увеличения σ при фиксированном расстоянии D = 8 Å ионы сближаются и их положения становятся более коррелированными. При σ = 1 e ⁻ /нм ² ионы находятся в одном слое, равноудаленном от ограничивающих стенок, но при более высоких σ имеются два слоя, по одному у каждой стенки. Для них мы разделили g ( r ) на компоненты, соответствующие корреляциям внутри и между слоями, демонстрируя четкую пространственную организацию, несмотря на разделение z .( B ) Промежуточные функции рассеяния F _s ( q _z , t ) для ионов, измеренных для тех же значений σ, что и в (A), и для двух разных поверхностных разделений

3 D 9. Данные показывают, что более сильные пространственные корреляции с увеличением плотности поверхностного заряда в (A) соответствуют более коррелированной динамике и более сильно локализованным ионам. .

Увеличение пространственных корреляций связано с сильно коррелированной динамикой и локализацией ионов. Функция промежуточного рассеяния ионов, рассчитанная для q _z = 5,65 Å ⁻¹ (примерно соответствующая ширине пика профилей концентрации ионов при максимальном значении σ), представлена ​​как функция времени t в 3B, тогда как данные для диапазона значений q _z приведены в разделе S1. Увеличение удержания и плотности поверхностного заряда явно усиливает динамические корреляции и локализацию ионов, причем эффект особенно заметен при самом высоком поверхностном заряде.Уменьшение подвижности и увеличение силы корреляции, которое мы наблюдаем с σ, связано с огромным увеличением (по абсолютной величине) чистого давления притяжения между двумя поверхностями C-S-H. При σ = 3 e ⁻ /нм ² минимум давления составляет P _мин ≃ − 6 ГПа (рис. 3C), что согласуется с атомистическими расчетами и экспериментами ( 4 0 0 , 10 , 21 , 29 ). Чтобы лучше понять зависимость давления, отметим, что уровень удержания изменяет расположение воды вокруг ионов (рис.4А), а для σ = 3 e ⁻ /нм ² достигается баланс 5- и 6-меров за пределами D ≃ 15 Å, тогда как при еще меньших D поверхностные пределы как количество молекул воды, так и доступное пространство вокруг ионов, что приводит к преобладанию 3- или 4-меров при наименьшем расстоянии D = 6 Å (рис. 4B).

Рис. 4. n -меры и связанная вода.

( A ) Снимки моделирования и координация ионов и воды в зависимости от разделения поверхности (вид сбоку и спереди).На снимках видно образование n -меров с ионом и его гидратной оболочкой n . ( B ) Наблюдается переход от 3-меров при низком разделении к балансу 5- и 6-меров при больших расстояниях. ( C ) Расчеты энергии основного состояния показывают, что существует большое усиление для диполя при адсорбции на ионе, что объясняет образование этих эффективных объектов. По мере того, как n становится больше (до 5 или 6), дополнительных энтропийных затрат становится достаточно, чтобы компенсировать этот энергетический выигрыш, при этом 6-мер является максимально возможным полукруглым объектом.( D ) Промежуточные функции рассеяния для ионов и связанной и свободной воды на D = 20 Å для σ = 3 e ⁻ /нм ² (сплошные линии) и σ = 1 −

3 3 ^{− /нм} /нм ² (штриховые линии). Данные показывают усиление локализации ионов и четкое различие между связанной и свободной водой при высоком поверхностном заряде. ( E ) Доля воды в n -мерах в зависимости от разделения. При малых D почти вся вода связана в этих n -мерах, а n ограничены наличием воды.При больших расстояниях баланс энергетического прироста и энтропийной стоимости ограничивает размер n -mer (см. Методы и раздел S2.1). Эти теоретические аргументы позволяют делать количественные прогнозы структуры воды с помощью нового подхода, основанного на запертых водных оболочках (LWS), которые согласуются с моделированием.

Давайте теперь рассмотрим, что молекулы воды состоят из сферических частиц, наделенных дипольным моментом, подход, который удаляет одну вращательную степень свободы на молекулу воды по сравнению с моделями воды SPC/E (или TIP4P/2005), но позволяет нам оценить аналитически минимальные конфигурации свободной энергии для n -меров.При таком предположении энергетический выигрыш при адсорбции диполя на ион (без учета других эффектов) составляет ≃ 64 k _B T на молекулу воды (показано бирюзовой линией на рис. 4C). Мы можем включить диполь-дипольные взаимодействия в пределах n -меров (квадраты), а затем взаимодействия с другими полусферическими n -мерами (кружки), чтобы увидеть, что энергетический выигрыш уменьшается с увеличением n , но все еще больше порядка величина выше k _B T при переходе к n = 6.Конфигурации минимальной энергии, использованные в расчетах, показаны на рис. 4C и соответствуют формам, наблюдаемым при моделировании для более высоких плотностей поверхностного заряда. Принимая во внимание уменьшение энтропии воды из-за удержания молекулы и ее диполя на ионе и, следовательно, включение конечной температуры в наши (пока) расчеты основного состояния, получаем, что 5- и 6-меры имеют та же свободная энергия образования, в пределах допуска ≃ k _B T (см. раздел S2.1). Это объясняет правую часть рис. 4В, где эти две структуры появляются в соизмеримых пропорциях. Большой энергетический выигрыш при формировании этих n -меров предполагает, что они являются стабильными объектами, и это именно то, что наблюдается при моделировании, где их время жизни оказывается больше, чем время моделирования. Вычисляя динамику воды, мы определяем, что при высоких поверхностных зарядах, где существуют эти полусферические n -меры, теперь наблюдается четкое различие в поведении воды, связанной n -мерами, и свободной воды. (Инжир.4D, сплошные линии), в отличие от того, что происходит при малой поверхностной плотности заряда (штриховые линии). QENS, дифференциальная сканирующая калориметрия и эксперименты с ядерным магнитным резонансом на гидратах цемента действительно свидетельствуют о различных популяциях несвязанных и физически связанных молекул воды, возникающих во время гидратации цемента ( 25 – 28 ). Экспериментальное наблюдение увеличения доли связанной воды в цементе со временем гидратации прекрасно отражено здесь динамической характеристикой физически связанной воды при высоком значении σ (рис.4D) и по увеличению его количества при ограничении (рис. 4E). Эффект ограничения можно просто понять, если учесть, что свободная энергия, полученная при адсорбции молекулы воды на 3-мере с образованием 4-мера, k _B T : Всегда чрезвычайно выгодно адсорбировать молекулы воды на ионах из объема, чтобы увеличить n , по крайней мере до n = 5.Как следствие, при увеличении удержания, т. е. когда в нанощели оказывается все меньше молекул воды, все они адсорбируются на ионах. Это наблюдение позволяет нам предсказать ожидаемую долю адсорбированной воды (рис. 4Е) и пики распределения n -меров (рис. S6) для n = 3, 4 и 5, предполагая, что вся доступная вода связан в и -мерах. Использование различных моделей воды (как SPC/E, так и TIP4P/2005) существенно не меняет эти результаты (см. раздел S3.1). Эти результаты также прекрасно согласуются с полностью атомистическим моделированием затвердевшего CSH (т. е. соответствующим концу процесса гидратации), где ионы Ca обычно связаны только с тремя-четырьмя молекулами воды ( 4 ). предположили, что, поскольку в прослойках отвержденного CSH мало молекул воды, влияние диэлектрических свойств воды (основной компонент PM) на сцепление должно было быть значительно уменьшено ( 8 ).Мы обнаружили, что n -меры действуют как стабильные эффективные объекты и взаимодействуют в полностью обедненной водой среде. Тензор диэлектрической проницаемости воды ε _r является анизотропным (см. раздел S3.2), что указывает на то, что диэлектрические свойства воды обычно не могут быть представлены простой константой. Тем не менее, с уменьшением D компоненты ε _r быстро приближаются к 1 по сравнению с объемной диэлектрической проницаемостью воды ≃78, в соответствии с недавними работами в других контекстах ( 35 , 37 ) или атомистическим моделированием. ЦСХ ( 16 ).Чтобы окончательно проверить эту картину и выявить ее основные составляющие, мы разработали аналитическую теорию профиля давления за пределами DLVO, воспользовавшись существованием «корреляционных дыр» вокруг каждого иона ( 14 ). Идея состоит в том, чтобы учитывать ион-ионные корреляции, определяя область вокруг каждого иона, в которую другим ионам вход запрещен. Это подтверждается тем, что парные корреляционные функции g ( r ) на рис. 1 и 3 демонстрируют сильно обедненные короткомасштабные детали с г ≃ 0.Используя эту концепцию, мы вычисляем локальное эффективное поле κ, ощущаемое n -мерами из-за присутствия всех других n -меров, расположенных в шахматном порядке (см. Методы и раздел S2.2). Это можно использовать для расчета профилей плотности ионов, которые соответствуют профилям, полученным при моделировании, как показано на рис. 5 (A и B) [здесь мы использовали только дипольные взаимодействия для воды, чтобы упростить сравнение с теорией , но качественно такое же поведение показано на рис. 2 (А и Б)].Хотя теория немного завышает высоту пиков плотности, это все же демонстрирует, насколько эффективна теория, основанная на n -mer, для предсказания микроскопических деталей моделирования. Взаимодействия между n -мерами и стенками дают давление между двумя поверхностями. Кулоновский вклад задается аналитическим уравнением давления, которое особенно просто (уравнение 8). Дополненный стерическим вкладом (который становится актуальным только для D рис.5С).

Рис. 5. Водяная диэлектрическая экранировка и теоретические предсказания давления.

Плотность ионов можно рассчитать с помощью теории сильной связи и корреляционных дыр, рассматривая n -меров как эффективный ион и соответствующим образом рассматривая взаимодействия Леннарда-Джонса между стенкой и n -мерами. Эти расчетные профили плотности (сплошные линии) сравниваются с смоделированными профилями (пунктирные линии) для ( A ) D = 8 Å и ( B ) D = 12 Å.Для этой количественной оценки мы сравниваем с моделированием, в котором используется диполярная модель воды, чтобы более точно соответствовать аналитическим расчетам. Хотя теория предсказывает несколько более острый пик плотности, между ними существует хорошее согласие. ( C ) Из профилей плотности можно вычислить уравнение состояния с помощью обобщенной версии контактной теоремы (см. раздел S2.2). Это дает рассчитанное давление взаимодействия намного сильнее, чем в более ранних теориях для неявных моделей воды, и близко к тому, что видно при моделировании.Из-за адсорбции воды n -мерами на малых расстояниях эффективное давление в явном моделировании воды приближается к тому, которое можно было бы получить для ионов в вакууме, для которых рост давления на расстояниях менее шести не виден, поскольку — Вклад Джонса был отброшен ради аргумента. На вставке показано, как плоская составляющая тензора диэлектрической проницаемости значительно уменьшается в условиях ограничения, что согласуется с предыдущими исследованиями ( 16 , 35 , 37 ) и объясняет, почему результаты без воды неожиданно хорошо согласуются с полное явное моделирование воды.

Тот факт, что наши данные моделирования в режиме сильной связи так хорошо описываются аналитической теорией, указывает на то, что лежащее в основе основное состояние весьма устойчиво к возмущениям, поскольку высокий поверхностный заряд и электростатическое сцепление доминируют в общем поведении системы. Когда мы также рассматриваем относительно хорошее согласие с некоторыми аспектами полного атомистического моделирования и экспериментов, в которых естественным образом присутствуют неоднородности поверхности, эти результаты предполагают, что нашего упрощающего предположения о гладких плоских поверхностях может быть достаточно в этом режиме, чтобы уловить общее поведение атома. система.Это согласуется с тем фактом, что в сильно коррелированных системах среднее расстояние между ионами, выраженное г ( r ), фиксируется электронейтральностью. Как следствие, в реальном материале будут действовать те же самые механизмы, раскрытые здесь, в то время как абсолютные значения чистой когезионной прочности также будут зависеть от изменения поверхностной плотности заряда, дополнительных поверхностных неоднородностей и присутствия других ионных частиц.

Хотя в нашем подходе явно учитываются молекулы воды, все они «захвачены» ионами, что подтверждается динамикой воды при высоком ограничении (раздел S1) и последующим уменьшением диэлектрического экранирования (рис.5С, вставка). Как следствие, типичные энергии взаимодействия системы увеличиваются в 78 раз, что приводит к заметному увеличению когезионной прочности. В конечном счете, влияние воды с точки зрения диэлектрического экранирования гораздо менее важно, чем в объемных условиях, до такой степени, что присутствием воды можно вообще пренебречь. Эта картина «запертой водяной оболочки» (LWS) хорошо проиллюстрирована на рис. 5C, показывающем, что результаты моделирования с явной водой и из теории близки к результатам моделирования PM с диэлектрической проницаемостью вакуума.Структурирование ионов воды представляет собой сложную функцию ограничения, плотности поверхностного заряда и видов/концентраций ионов. Тем не менее, мы можем зафиксировать основные эффекты сильной электростатической связи с точки зрения «запертой воды», демонстрируя, что чистое сцепление обусловлено взаимодействием ионов и воды.

ОБСУЖДЕНИЕ

Примерно через столетие после первых исследований гидратации цемента свойства C-S-H до сих пор являются предметом острых дискуссий. Обширные исследования, новые методы, расширенные характеристики и возможности визуализации значительно улучшили знания об этом сложном материале, в конечном итоге вернув картину изменчивости химического состава, структурной организации и мезомасштабной морфологии.Доказательства этой изменчивости становятся все более очевидными и поступают из многих источников ( 47 ), с чистым увеличением доступных данных и информации. На данный момент необходимо определить источник такой изменчивости и понять ее последствия для характеристик материала, долговечности и устойчивости.

Наши результаты открывают путь к этому. Во время гидратации цемента, поскольку C-S-H непрерывно осаждается, ионы и вода постепенно удерживаются между все более заряженными поверхностями гидратов цемента.Мы показали, что эти два фактора вместе изменяют взаимосвязанные структуры ионов и воды и их стабильность, что, в свою очередь, изменяет результирующее давление между поверхностями C-S-H по мере гидратации. Наш полуатомистический подход, включающий поверхностный заряд и специфичность ионов, фиксирует основные характеристики гидратов цемента, обнаруженные в экспериментах, от расположения ионов до заселенности водой и динамики до прочности материала. Хотя его можно расширить, включив в будущие исследования различные противоионы и смеси, здесь он дал уникальное представление о том, как изменяющийся химический состав, определяющий плотность поверхностного заряда, изменяет структуру ионов воды в условиях ограниченного пространства и, следовательно, прочность и форму ионов воды. чистые взаимодействия между наночастицами гидрата цемента.Понимание происхождения и эволюции сцепления цемента с точки зрения основных компонентов и механизмов является ключом к определению научно обоснованных стратегий, таких как изменение ионного состава и повышение прочности цемента, чтобы делать больше с меньшими затратами, чтобы уменьшить выбросы парниковых газов при производстве цемента.

В наномасштабе изменчивость структурной организации CSH с точки зрения различных межслоевых расстояний ( 21 , 30 ) теперь можно понять через зависимость силы взаимодействия и, следовательно, выигрыша в энергии, соответствующего разным межслоевым расстояния, по степени удержания.Тем не менее, развивающаяся форма сетевых взаимодействий также имеет значение для больших масштабов длины, поскольку она определяет анизотропный рост гидратов цемента, агрегированных в фибриллы, ламели и слоистые мезофазы, которые могут самособираться по мере осаждения CSH ( 5 , 43 ). Поэтому он обеспечивает недостающую связь из наноразмерной кинетики и морфологической вариабельности гидратов цемента ( 19 , 21 , 23, , 24000, 45 — 49 ).К концу гидратации CSH становится все более и более плотным, а его наноразмерные особенности (в том числе межслоевые расстояния и химический состав, обычно описываемый в терминах отношения Ca/Si) играют преобладающую роль в большинстве наблюдений и исследований ( 16 , 21 , 29 ). Тем не менее, более ранняя мезомасштабная морфология контролирует развитие более крупных пор и вносит свой вклад в локальные напряжения в начальной гелевой сетке, что имеет последствия для долгосрочной эволюции материала и его взаимодействия с окружающей средой ( 5 , 43 , 44 , 50 – 53 ).Изменение формы наноразмерных взаимодействий с конкурирующими притяжением и отталкиванием и заметным увеличением силы притяжения с плотностью поверхностного заряда во время гидратации в значительной степени контролирует морфологию мезомасштабных структур, которые образуют гелевую сеть, и может заметно управлять сжимающими или растягивающими напряжениями. по мере того, как материал постепенно уплотняется и затвердевает. Эти идеи проливают новый свет на физику схватывания цемента и открывают новые возможности для научно обоснованных стратегий проектирования материалов.Фундаментальное понимание природы электростатической связи и роли ионно-водных структур выходит за рамки цемента: широкий спектр систем, включая биологические мембраны, почвы и материалы для хранения энергии ( 11 , 12 , 42 , 54 , 55 ), содержат водно-ионные растворы с сильным кулоновским эффектом и эффектом локализации. Хотя такие теории, как DLVO, работают с континуальными подходами, мы видели, что два эффекта дискретности мешают взаимному усилению: ионная корреляция и диэлектрическая деструктуризация.Это требует систематической переоценки электростатических взаимодействий в сильно замкнутых средах, где сильно заряженные объекты поляризуют ионную атмосферу, в присутствии многовалентных ионов, от глинистых систем и пористых сред до структурированных границ раздела воды в биологическом контексте.

Свойства бетона при повышенных температурах

Огнестойкость бетонных элементов конструкции зависит от тепловых, механических и деформационных свойств бетона. Эти свойства значительно меняются в зависимости от температуры, а также зависят от состава и характеристик бетонной смеси, скорости нагрева и других условий окружающей среды.В этой главе описаны основные характеристики бетона. Обсуждаются различные свойства, влияющие на характеристики огнестойкости, а также роль этих свойств в огнестойкости. Представлено изменение термических, механических, деформационных и откольных свойств в зависимости от температуры для различных видов бетона.

1. Введение

Бетон широко используется в качестве основного конструкционного материала в строительстве благодаря многочисленным преимуществам, таким как прочность, долговечность, простота изготовления и негорючесть, которыми он обладает по сравнению с другими строительными материалами.Бетонные элементы конструкций при использовании в зданиях должны удовлетворять соответствующим требованиям пожарной безопасности, установленным строительными нормами [1–4]. Это связано с тем, что пожар представляет собой одно из самых суровых условий окружающей среды, которым могут подвергаться конструкции; поэтому обеспечение соответствующих мер пожарной безопасности для конструктивных элементов является важным аспектом проектирования здания.

Меры пожарной безопасности к конструктивным элементам измеряются с точки зрения огнестойкости, которая представляет собой продолжительность, в течение которой конструктивный элемент проявляет сопротивление в отношении конструктивной целостности, устойчивости и передачи температуры [5, 6].Бетон, как правило, обеспечивает наилучшие свойства огнестойкости среди всех строительных материалов [7]. Эта превосходная огнестойкость обусловлена ​​составляющими бетона материалами (например, цементом и заполнителями), которые при химическом сочетании образуют материал, который является по существу инертным и имеет низкую теплопроводность, высокую теплоемкость и более медленное снижение прочности с температурой. Именно эта низкая скорость теплопередачи и потери прочности позволяет бетону действовать как эффективный противопожарный щит не только между соседними помещениями, но и защищать себя от повреждения огнем.

Поведение бетонного элемента конструкции при воздействии огня частично зависит от термических, механических и деформационных свойств бетона, из которого состоит элемент. Как и у других материалов, теплофизические, механические и деформационные свойства бетона существенно изменяются в диапазоне температур, связанных с строительными пожарами. Эти свойства изменяются в зависимости от температуры и зависят от состава и характеристик бетона. Прочность бетона оказывает существенное влияние на его свойства как при комнатной, так и при высоких температурах.Свойства бетона высокой прочности (HSC) изменяются в зависимости от температуры иначе, чем свойства бетона нормальной прочности (NSC). Это изменение более выражено для механических свойств, на которые влияют прочность, влажность, плотность, скорость нагрева, количество микрокремнезема и пористость.

На практике огнестойкость элементов конструкций оценивали в основном с помощью стандартных испытаний на огнестойкость [8]. Однако в последние годы все большее распространение получает использование численных методов расчета огнестойкости элементов конструкций, поскольку эти методы расчета являются гораздо менее затратными и трудоемкими [9].Когда элемент конструкции подвергается определенному температурно-временному воздействию во время пожара, это воздействие вызовет предсказуемое распределение температуры в элементе. Повышенные температуры вызывают деформации и изменение свойств материалов, из которых состоит элемент конструкции. Зная о деформациях и изменениях свойств, можно применять обычные методы строительной механики для прогнозирования характеристик огнестойкости элемента конструкции. Наличие свойств материала при повышенной температуре позволяет использовать математический подход для прогнозирования огнестойкости элементов конструкций [10, 11].

Очевидно, что общая информация, доступная о свойствах бетона при комнатной температуре, редко применима при расчете огнестойкости [12]. Поэтому крайне важно, чтобы практик пожарной безопасности знал, как расширить, основываясь на априорных соображениях, полезность скудных данных о свойствах, которые можно собрать из технической литературы. Кроме того, знание уникальных характеристик, таких как растрескивание бетона в результате пожара, имеет решающее значение для определения огнестойкости бетонных элементов конструкции.

2. Свойства, влияющие на огнестойкость

2.1. Общие

Огнестойкость железобетонных (ЖБ) элементов зависит от характеристик составляющих материалов, а именно бетона и арматурной стали. К ним относятся (а) тепловые свойства, (б) механические свойства, (в) деформационные свойства и (г) специфические характеристики материала, такие как растрескивание в бетоне. Термические свойства определяют степень теплопередачи к элементу конструкции, тогда как механические свойства составляющих материалов определяют степень потери прочности и ухудшения жесткости элемента.Свойства деформации в сочетании с механическими свойствами определяют степень деформаций и деформаций в элементе конструкции. Кроме того, выкрашивание бетона, вызванное пожаром, может играть значительную роль в огнестойкости элементов ЖБ [13]. Все эти свойства изменяются в зависимости от температуры и зависят от состава и характеристик бетона, а также арматурной стали [12]. Изменение свойств бетона, вызванное температурой, гораздо сложнее, чем изменение свойств арматурной стали из-за миграции влаги, а также из-за значительного изменения ингредиентов в разных типах бетона.Таким образом, основное внимание в этой главе уделяется влиянию температуры на свойства бетона. Влияние температуры на свойства стальной арматуры можно найти в других работах [4, 12].

Бетон доступен в различных формах, и его часто группируют по разным категориям в зависимости от веса (как обычный и легкий бетон), прочности (как бетон нормальной прочности, высокой прочности и сверхвысокой прочности), наличия волокон (как простой бетон). бетон, армированный волокнами), и эксплуатационные характеристики (как обычный бетон, так и бетон с высокими эксплуатационными характеристиками).Практики пожарной безопасности далее подразделяют бетоны с нормальной массой на силикатные (кремнистые) и карбонатные (известняковые) заполнители в зависимости от состава основного заполнителя. Кроме того, когда небольшое количество прерывистых волокон (стальных или полипропиленовых) добавляется в бетонную смесь для улучшения характеристик, такой бетон называется фибробетоном (FRC). В этом разделе различные свойства бетона в основном обсуждаются для обычного бетона. Освещено влияние прочности, веса и волокон на свойства бетона при повышенных температурах.

Традиционно прочность бетона на сжатие составляла от 20 до 50  МПа, и он классифицируется как бетон нормальной прочности (NSC). В последние годы бетон с пределом прочности на сжатие в диапазоне от 50 до 120 МПа стал широко доступен и называется высокопрочным бетоном (ВББ). Когда прочность на сжатие превышает 120 МПа, его часто называют бетоном со сверхвысокими характеристиками (UHP). Прочность бетона ухудшается с температурой, а скорость снижения прочности сильно зависит от прочности бетона на сжатие.

2.2. Тепловые свойства

Тепловые свойства, которые влияют на повышение температуры и распределение в бетонном элементе конструкции, включают теплопроводность, удельную теплоемкость, температуропроводность и потерю массы.

Теплопроводность – это свойство материала проводить тепло. Бетон содержит влагу в различных формах, и тип и количество влаги оказывают существенное влияние на теплопроводность. Теплопроводность обычно измеряют с помощью «стационарных» или «переходных» методов испытаний [14].Переходные методы предпочтительнее для измерения теплопроводности влажного бетона, чем стационарные методы [15–17], поскольку физико-химические изменения бетона при более высоких температурах вызывают прерывистое направление теплового потока. В среднем теплопроводность обычного бетона нормальной прочности при комнатной температуре колеблется от 1,4 до 3,6 Вт/м-°C [18].

Удельная теплоемкость – это количество тепла на единицу массы, необходимое для изменения температуры материала на один градус, и часто выражается в терминах тепловой (теплоемкости), которая является произведением удельной теплоемкости и плотности.Удельная теплоемкость сильно зависит от содержания влаги, типа заполнителя и плотности бетона [19–21]. Изменение удельной теплоемкости в зависимости от температуры определялось с помощью адиабатической калориметрии до 1980-х годов. С 1980-х годов дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) была наиболее часто используемым методом для картирования кривой в одной развертке температуры при желаемой скорости нагревания [22, 23]. К сожалению, точность метода ДСК при определении вклада явного тепла в кажущуюся удельную теплоемкость может быть не особенно высокой (иногда она может составлять всего ±20 процентов).Скорость повышения температуры при испытаниях ДСК обычно составляет 5°C·мин ^-1 . При более высоких скоростях нагрева пики на кривых ДСК стремятся сместиться в сторону более высоких температур и стать более острыми. При температурах выше 600°С также используется высокотемпературный дифференциальный термический анализатор (ДТА) для оценки удельной теплоемкости.

Температуропроводность материала определяется как отношение теплопроводности к объемной удельной теплоемкости материала [24]. Он измеряет скорость передачи тепла от открытой поверхности материала к внутренним слоям.Чем больше коэффициент диффузии, тем быстрее повышается температура на определенной глубине в материале [12]. Подобно теплопроводности и удельной теплоемкости, температуропроводность изменяется с повышением температуры материала. Температуропроводность , можно рассчитать по соотношению

где – теплопроводность, – плотность, – удельная теплоемкость материала.

Плотность в сухом состоянии представляет собой массу единицы объема материала, состоящего из самого твердого вещества и заполненных воздухом пор.С повышением температуры такие материалы, как бетон с высоким содержанием влаги, будут терять массу в результате испарения влаги в результате химических реакций. Предполагая, что материал изотропен в отношении его дилатометрического поведения, его плотность (или массу) при любой температуре можно рассчитать по термогравиметрическим и дилатометрическим кривым [24].

2.3. Механические свойства

Механическими свойствами, определяющими огнестойкость железобетонных элементов, являются прочность на сжатие и растяжение, модуль упругости и реакция составляющих материалов на напряжение-деформацию при повышенных температурах.

Прочность бетона на сжатие при повышенной температуре представляет основной интерес при расчете огнестойкости. Прочность бетона на сжатие при температуре окружающей среды зависит от водоцементного отношения, переходной зоны заполнителя и пасты, условий твердения, типа и размера заполнителя, типов добавок и типа напряжения [25]. При высокой температуре на прочность на сжатие сильно влияют прочность при комнатной температуре, скорость нагрева и связующие вещества в загрузочной смеси (такие как микрокремнезем, летучая зола и шлак).В отличие от тепловых свойств при высокой температуре, механические свойства бетона хорошо изучены. Снижение прочности в HSC непоследовательно, и, как сообщают различные авторы, существуют значительные различия в потере прочности.

Прочность бетона на растяжение намного ниже прочности на сжатие из-за легкости распространения трещин при растягивающих нагрузках [26]. Бетон слаб на растяжение, и для NSC предел прочности на растяжение составляет всего 10% от его прочности на сжатие, а для HSC коэффициент прочности на растяжение еще больше снижается.Таким образом, прочностью бетона на растяжение часто пренебрегают при расчетах прочности при комнатной и повышенной температурах. Тем не менее, это важное свойство, потому что растрескивание бетона обычно происходит из-за растягивающих напряжений, а структурное повреждение элемента при растяжении часто возникает в результате развития микротрещин [26]. В условиях пожара прочность бетона на растяжение может быть еще более важной в тех случаях, когда в бетонном элементе конструкции происходит выкрашивание, вызванное пожаром [27]. Прочность бетона на растяжение зависит почти от тех же факторов, что и прочность бетона на сжатие [28, 29].

Другим свойством, влияющим на огнестойкость, является модуль упругости бетона, который уменьшается с температурой. При высокой температуре разрушение гидратированных цементных изделий и разрыв связей в микроструктуре цементного теста снижает модуль упругости, и степень снижения зависит от потери влаги, высокотемпературной ползучести и типа заполнителя.

2.4. Свойства деформации

Свойства деформации, определяющие огнестойкость железобетонных элементов, включают тепловое расширение и ползучесть бетона и арматуры при повышенных температурах.Кроме того, переходная деформация, возникающая при повышенных температурах в бетоне, может усилить деформации в элементах бетонных конструкций, подверженных воздействию огня.

Тепловое расширение характеризует расширение (или усадку) материала, вызванное нагревом, и определяется как расширение (усадка) на единицу длины материала при повышении температуры бетона на один градус. Коэффициент теплового расширения определяется как процентное изменение длины образца на градус повышения температуры.Расширение считается положительным, когда материал удлиняется, и отрицательным (усадка), когда он укорачивается. В общем случае тепловое расширение материала зависит от температуры и оценивается по дилатометрической кривой, которая представляет собой запись относительного изменения линейного размера твердого тела при постоянном повышении или понижении температуры [24]. Тепловое расширение является важным свойством для прогнозирования термических напряжений, возникающих в элементе конструкции в условиях пожара.Тепловое расширение бетона обычно зависит от типа цемента, содержания воды, типа заполнителя, температуры и возраста [15, 30].

Ползучесть, часто называемая деформацией ползучести, определяется как зависящая от времени пластическая деформация материала. При нормальных напряжениях и температуре окружающей среды деформации ползучести незначительны. Однако при более высоких уровнях напряжения и при повышенных температурах скорость деформации, вызванная ползучестью, может быть существенной. Таким образом, основными факторами, влияющими на ползучесть, являются температура, уровень напряжений и их продолжительность [31].Ползучесть бетона обусловлена ​​наличием воды в его микроструктуре [32]. Удовлетворительного объяснения ползучести бетона при повышенных температурах нет.

Переходная деформация возникает при первом нагреве бетона и не зависит от времени. В основном это вызвано термической несовместимостью между заполнителем и цементным тестом [6]. Переходная деформация бетона, аналогичная высокотемпературной ползучести, представляет собой сложное явление, на которое влияют такие факторы, как температура, прочность, влажность, нагрузка и пропорции смеси.

2.5. Растрескивание

Помимо термических, механических и деформационных свойств другим свойством, оказывающим существенное влияние на огневые характеристики бетонного элемента конструкции, является растрескивание [33]. Это свойство уникально для бетона и может быть решающим фактором при определении огнестойкости элемента конструкции RC [34]. Отслаивание определяется как отслоение слоев (кусков) бетона от поверхности бетонного элемента, когда он подвергается воздействию высоких и быстро повышающихся температур, например, при пожарах.Отслаивание может произойти вскоре после воздействия быстрого нагрева и может сопровождаться сильными взрывами или может произойти на более поздних стадиях пожара, когда бетон после нагрева становится настолько слабым, что при появлении трещин куски бетона отваливаются от поверхности. конкретный член. Последствия ограничены до тех пор, пока степень повреждения невелика, но обширное растрескивание может привести к ранней потере стабильности и целостности. Кроме того, растрескивание подвергает более глубокие слои бетона воздействию температур огня, тем самым увеличивая скорость передачи тепла внутренним слоям элемента, включая арматуру.Когда арматура подвергается прямому воздействию огня, температура в арматуре повышается с очень высокой скоростью, что приводит к более быстрому снижению прочности (емкости) элемента конструкции. Потеря прочности арматуры в сочетании с потерей бетона из-за выкрашивания значительно снижает огнестойкость элемента конструкции [35, 36].

Хотя растрескивание может произойти во всех типах бетона, HSC более подвержен растрескиванию, вызванному пожаром, чем NSC, из-за его низкой проницаемости и более низкого водоцементного отношения по сравнению с NSC.Выкрашивание, вызванное пожаром, также зависит от ряда факторов, включая проницаемость бетона, тип воздействия огня и прочность бетона на растяжение [34, 37–40]. Таким образом, информация о проницаемости и прочности бетона на растяжение, которые меняются в зависимости от температуры, имеет решающее значение для прогнозирования выкрашивания бетонных элементов, вызванного пожаром.

3. Термические свойства бетона при повышенных температурах

Термические свойства, которые определяют зависящие от температуры свойства бетонных конструкций, включают теплопроводность, удельную теплоемкость (или теплоемкость) и потерю массы.На эти свойства существенное влияние оказывают тип заполнителя, влажность и состав бетонной смеси. Имеются многочисленные программы испытаний для определения термических свойств бетона при повышенных температурах [16, 41–44]. Подробный обзор влияния температуры на термические свойства различных типов бетона дан Khaliq [45], Kodur et al. [46] и Флинн [47].

3.1. Теплопроводность

Теплопроводность бетона при комнатной температуре находится в диапазоне 1.4 и 3,6 Вт/м°К и зависит от температуры [18]. На рис. 1 показано изменение теплопроводности НБК в зависимости от температуры на основе опубликованных данных испытаний и эмпирических соотношений. Тестовые данные собраны Khaliq [45] из разных источников на основе экспериментальных данных [16, 20, 21, 24, 44, 48] и эмпирических соотношений в разных стандартах [4, 15]. Различия в измеренных данных испытаний показаны заштрихованной областью на рисунке 1, и эти различия в сообщаемых данных по теплопроводности в основном связаны с содержанием влаги, типом заполнителя, условиями испытаний и методами измерения, используемыми в экспериментах [15, 18–20]. , 41].Следует отметить, что существует очень мало стандартных методов измерения тепловых свойств. Также на Рисунке 1 представлены как верхнее, так и нижнее значения теплопроводности в соответствии с положениями EC2, и этот диапазон относится ко всем типам заполнителей. Однако теплопроводность, показанная на рисунке 1, в соответствии с соотношениями ASCE применима для бетона с карбонатными заполнителями.

Общая теплопроводность постепенно уменьшается с температурой, и это снижение зависит от свойств бетонной смеси, в частности от содержания влаги и проницаемости.Эта тенденция к снижению теплопроводности может быть связана с изменением содержания влаги с повышением температуры [18].

Теплопроводность HSC выше, чем у NSC из-за низкого водоцементного отношения и использования различных связующих в HSC [49]. Как правило, теплопроводность HSC находится в диапазоне от 2,4 до 3,6 Вт/м°K при комнатной температуре. Теплопроводность фибробетонов (как со стальными, так и с полипропиленовыми волокнами) почти соответствует той же тенденции, что и у простого бетона, и ближе к теплопроводности HSC.Таким образом, делается вывод об отсутствии существенного влияния фибры на теплопроводность бетона в интервале температур 20–800°С [27].

3.2. Удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость бетона при комнатной температуре колеблется в пределах от 840 Дж/кг·К и 1800 Дж/кг·К для различных типов заполнителей. Часто удельную теплоемкость выражают через теплоемкость, которая является произведением удельной теплоемкости и плотности бетона. Теплоемкость чувствительна к различным физическим и химическим превращениям, происходящим в бетоне при повышенных температурах.Это включает испарение свободной воды при температуре около 100°C, диссоциацию Ca(OH) ₂ на CaO и H ₂ O в интервале 400–500°C, а также кварцевание некоторых агрегатов при температуре выше 600°C. 24]. Таким образом, удельная теплоемкость сильно зависит от содержания влаги и значительно возрастает при более высоком соотношении воды и цемента.

Khaliq и Kodur [27] собрали результаты измерений удельной теплоемкости различных бетонов из различных исследований [16, 20, 24, 41, 44, 48]. На рис. 2 показано изменение удельной теплоемкости для НБК в зависимости от температуры, о чем сообщалось в различных исследованиях на основе данных испытаний и различных стандартов.Удельная теплоемкость бетона остается почти постоянной до 400°C, затем увеличивается примерно до 700°C, а затем остается постоянной в диапазоне от 700 до 800°C. Из различных факторов существенное влияние на удельную теплоемкость (теплоемкость) бетона оказывает тип заполнителя. Этот эффект фиксируется в определенных соотношениях ASCE для удельной теплоемкости бетона [15]. Бетон на карбонатном заполнителе имеет более высокую удельную теплоемкость (теплоемкость) в интервале температур 600-800°С, что обусловлено эндотермической реакцией, которая возникает в результате разложения доломита и поглощает большое количество энергии [12].Высокая теплоемкость бетона с карбонатным заполнителем помогает свести к минимуму растрескивание и повысить огнестойкость элементов конструкции.

По сравнению с НСК, ВСК имеет несколько меньшую теплоемкость в диапазоне температур 20–800°С [41]. Наличие волокон также оказывает незначительное влияние на удельную теплоемкость бетона. Для бетона с полипропиленовыми волокнами при сжигании полипропиленовых волокон образуются микроканалы для выхода пара; и, следовательно, количество поглощаемой теплоты меньше при обезвоживании химически связанной воды; при этом его удельная теплоемкость снижается в интервале температур 600–800°С.Однако бетон со стальной фиброй имеет более высокую удельную теплоемкость в интервале температур 400–800 °С, что может быть связано с дополнительным поглощением тепла при дегидратации химически связанной воды.

3.3. Потеря массы

В зависимости от плотности бетоны обычно подразделяют на две основные группы: (1) бетоны нормального веса с плотностью от 2150 до 2450 кг·м в диапазоне ⁻³ ; и (2) легкие бетоны плотностью от 1350 до 1850 кг·м ⁻³ . Плотность или масса бетона уменьшается с повышением температуры из-за потери влаги.На удержание массы бетона при повышенных температурах большое влияние оказывает тип заполнителя [21, 44].

На рис. 3 показано изменение массы бетона в зависимости от температуры для бетонов, изготовленных с карбонатными и кремнистыми заполнителями. Потеря массы минимальна как для карбонатных, так и для кремнистых бетонов при температурах до 600°C. Однако тип заполнителя оказывает существенное влияние на потерю массы в бетонах при температурах выше 600°C. В случае кремнеземистого бетона потеря массы даже выше 600°С незначительна.Однако при температурах выше 600°C бетон с карбонатным заполнителем теряет большую часть массы по сравнению с бетоном с кремнистым заполнителем. Этот более высокий процент потери массы в бетоне с карбонатным заполнителем объясняется диссоциацией доломита в карбонатном заполнителе при температуре около 600°C [12].

Прочность бетона не оказывает существенного влияния на потерю массы, поэтому HSC демонстрирует ту же тенденцию потери массы, что и NSC. Потеря массы для фибробетона также аналогична обычному бетону при температуре до 800°C.При температурах выше 800°C потеря массы в армированных стальными волокнами ВСП несколько ниже, чем в обычных ВСП.

4. Механические свойства бетона при повышенных температурах

Механические свойства, представляющие основной интерес при расчете огнестойкости, включают прочность на сжатие, прочность на растяжение, модуль упругости и реакцию напряжения на деформацию при сжатии. Механические свойства бетона при повышенных температурах широко изучались в литературе в сравнении с термическими свойствами [12, 39, 50–52].Испытания механических свойств при высоких температурах обычно проводят на образцах бетона, которые обычно представляют собой цилиндры или кубы разных размеров. В отличие от измерений свойств при комнатной температуре, где размеры образцов указаны в соответствии со стандартами, механические свойства при высоких температурах обычно выполняются на образцах широкого диапазона размеров из-за отсутствия стандартизированных спецификаций испытаний для проведения испытаний механических свойств при высоких температурах [53, 54].

4.1. Прочность на сжатие

На рисунках 4 и 5 показано изменение отношения прочности на сжатие для NSC и HSC при повышенных температурах, соответственно, с верхней и нижней границами (заштрихованная область), показывающими изменение диапазона в зарегистрированных данных испытаний.На этих рисунках также показано изменение прочности на сжатие, полученное с использованием Eurocode [4], ASCE [15] и Kodur et al. [46] отношения; На рис. 4 показан большой, но равномерный разброс скомпилированных данных испытаний для NSC в диапазоне температур 20–800 °C. Однако на рисунке 5 показано большее изменение прочности на сжатие HSC при температуре в диапазоне от 200°C до 500°C и меньшее изменение выше 500°C. Это главным образом связано с тем, что было сообщено о меньшем количестве точек данных испытаний для HSC при температурах выше 500°C, либо из-за возникновения скалывания в бетоне, либо из-за ограничений в испытательном оборудовании.Однако в этом диапазоне температур (выше 500°C) для NSC наблюдаются более широкие колебания по сравнению с HSC, как видно из рисунков 4 и 5. также из-за меньшей склонности НБК к растрескиванию под огнем. В целом изменение механических свойств прочности бетона на сжатие при высоких температурах довольно велико. Эти отклонения от различных испытаний могут быть связаны с использованием различных скоростей нагрева или нагрузки, размера образца и отверждения, условий при испытании (содержание влаги и возраст образца) и использования добавок.




В случае NSC прочность бетона на сжатие незначительно зависит от температуры до 400°C. NSC обычно обладает высокой проницаемостью и обеспечивает легкую диффузию порового давления за счет водяного пара. С другой стороны, использование различных связующих в HSC дает превосходную и плотную микроструктуру с меньшим количеством гидроксида кальция, что обеспечивает положительное влияние на прочность на сжатие при комнатной температуре [55]. Связующие, такие как использование шлака и микрокремнезема, дают наилучшие результаты для повышения прочности на сжатие при комнатной температуре, что связано с плотной микроструктурой.Однако, как упоминалось ранее, компактная микроструктура обладает высокой непроницаемостью и при высокой температуре становится вредной, так как не позволяет влаге выходить, что приводит к нарастанию порового давления и быстрому развитию микротрещин в ВСП, что приводит к более быстрому снижению прочности и возникновению выкрашивания [27, 56, 57]. Наличие в бетоне стальной фибры способствует замедлению потери прочности при повышенных температурах [44, 58].

К факторам, непосредственно влияющим на прочность при сжатии при повышенных температурах, относятся начальное твердение, влажность на момент испытаний, введение добавок и микрокремнезема в бетонную смесь [59–63].Эти факторы в литературе не рассматриваются, и нет данных испытаний, показывающих влияние этих факторов на высокотемпературные механические свойства бетона.

Другой основной причиной значительного изменения высокотемпературных прочностных свойств бетона является использование различных условий испытаний (таких как скорость нагрева и скорость деформации) и процедур испытаний (испытание на горячую прочность и испытание на остаточную прочность) из-за отсутствия стандартизированных методов испытаний для проведения испытаний свойств [46].

4.2. Прочность на растяжение

Прочность бетона на растяжение намного ниже, чем на сжатие, поэтому прочностью бетона на растяжение часто пренебрегают при расчетах прочности при комнатной и повышенных температурах. Однако с точки зрения огнестойкости это важное свойство, поскольку растрескивание бетона обычно происходит из-за растягивающих напряжений, а структурное повреждение элемента при растяжении часто возникает в результате развития микротрещин [26]. В условиях пожара прочность бетона на растяжение может быть еще более важной в тех случаях, когда в бетонном элементе происходит выкрашивание, вызванное пожаром [27].Таким образом, информация о прочности на растяжение HSC, которая зависит от температуры, имеет решающее значение для прогнозирования выкрашивания элементов HSC, вызванного пожаром.

На рис. 6 показано изменение отношения прочности на разрыв при раскалывании NSC и HSC в зависимости от температуры, как сообщалось в предыдущих исследованиях и положениях Еврокода [4, 64–66]. Отношение прочности на растяжение при заданной температуре к прочности на разрыв при комнатной температуре показано на рисунке 6. Заштрихованная часть на этом графике показывает диапазон изменения прочности на разрыв при расщеплении, полученный различными исследователями для NSC с обычными заполнителями.Снижение предела прочности при растяжении НБК с температурой можно объяснить слабой микроструктурой НБК, допускающей зарождение микротрещин. При температуре 300°С бетон теряет около 20% своей первоначальной прочности на растяжение. Выше 300°С предел прочности при растяжении НБК быстро снижается из-за более выраженного термического повреждения в виде микротрещин и достигает примерно 20% от исходной прочности при 600°С.

HSC испытывает быструю потерю прочности на растяжение при более высоких температурах из-за развития порового давления в плотных микроструктурированных HSC [55].Добавление стальной фибры в бетон повышает его прочность на растяжение, и это увеличение может быть до 50% выше при комнатной температуре [67, 68]. Кроме того, прочность на растяжение сталефибробетона снижается с меньшей скоростью, чем у обычного бетона, во всем диапазоне температур 20–800°С [69]. Эта повышенная прочность на растяжение может задержать распространение трещин в конструкционных элементах из железобетона, армированного стальной фиброй, и очень полезна, когда элемент подвергается изгибающим напряжениям.

4.3. Модуль упругости

Модуль упругости () различных бетонов при комнатной температуре изменяется в широком диапазоне, от 5,0 × 10 ³ до 35,0 × 10 ³ МПа, и зависит в основном от водоцементного отношения в смеси , возраст бетона, метод кондиционирования, количество и характер заполнителей. Модуль упругости быстро уменьшается с повышением температуры, причем снижение доли существенно не зависит от типа заполнителя [70].Однако из других обзоров [38, 71] следует, что модуль упругости нормальных бетонов снижается с повышением температуры более быстрыми темпами, чем у легких бетонов.

На рис. 7 показано изменение отношения модуля упругости при заданной температуре к таковому при комнатной температуре для НСК и ВСП [4, 19, 72]. Из рисунка видно, что тенденция потери модуля упругости обоих бетонов в зависимости от температуры аналогична, но в отчетных данных испытаний есть значительные различия.Модуль деградации как в NSC, так и в HSC можно отнести к чрезмерным термическим напряжениям и физическим и химическим изменениям в микроструктуре бетона.

4.4. Реакция на растяжение-деформацию

Механическая реакция бетона обычно выражается в виде соотношений напряжение-деформация, которые часто используются в качестве исходных данных в математических моделях для оценки огнестойкости бетонных элементов конструкции. Как правило, из-за снижения прочности на сжатие и увеличения пластичности бетона наклон кривой зависимости напряжения от деформации уменьшается с повышением температуры.Прочность бетона оказывает значительное влияние на реакцию на растяжение как при комнатной, так и при повышенных температурах.

На рис. 8 и 9 показана реакция на растяжение НСК и ВСП соответственно при различных температурах [72, 73]. При всех температурах как NSC, так и HSC демонстрируют линейную реакцию, за которой следует параболическая реакция до пикового напряжения, а затем быстро падающая часть перед разрушением. В целом установлено, что HSC имеет более крутые и линейные кривые деформации по сравнению с NSC в интервале температур 20–800°C.Температура оказывает значительное влияние на реакцию напряжения-деформации как NSC, так и HSC, как и скорость повышения температуры. Деформация, соответствующая пиковому напряжению, начинает увеличиваться, особенно выше 500°С. Это увеличение является значительным, и деформация при пиковом напряжении может в четыре раза превышать деформацию при комнатной температуре. Образцы HSC проявляют хрупкую реакцию, о чем свидетельствует послепиковое поведение кривых напряжение-деформация, показанное на рисунке 9 [74]. В случае фибробетона, особенно со стальной фиброй, реакция напряжения-деформации более пластична.




5. Деформационные свойства бетона при повышенных температурах

Деформационные свойства, которые включают тепловое расширение, деформацию ползучести и переходную деформацию, в значительной степени зависят от химического состава, типа заполнителя, а также химических и физических реакций, которые происходят. происходят в бетоне при нагреве [75].

5.1. Тепловое расширение

Бетон обычно расширяется под воздействием повышенных температур. На рис. 10 показано изменение теплового расширения в НБК в зависимости от температуры [4, 15], где заштрихованная часть указывает диапазон данных испытаний, представленных разными исследователями [46, 76].Тепловое расширение бетона увеличивается от нуля при комнатной температуре до примерно 1,3% при 700°C, а затем обычно остается постоянным до 1000°C. Это увеличение является существенным в диапазоне температур 20–700°C и в основном связано с высоким тепловым расширением, возникающим из-за составляющих заполнителей и цементного теста в бетоне. Термическое расширение бетона осложняется другими способствующими факторами, такими как дополнительные объемные изменения, вызванные изменением влажности, химическими реакциями (дегидратация, изменение состава), ползучестью и микротрещинами в результате неравномерных термических напряжений [18].В некоторых случаях термическая усадка может также возникать в результате потери воды из-за нагревания наряду с тепловым расширением, и это может привести к тому, что общее изменение объема будет отрицательным, то есть к усадке, а не к расширению.

Еврокоды [4] учитывают влияние типа заполнителя на изменение теплового расширения, чем бетона на изменение температуры. Бетон с кремнистым заполнителем имеет более высокое тепловое расширение, чем бетон с карбонатным заполнителем. Однако положения ASCE [15] предусматривают только один вариант как для кремнеземистого, так и для карбонатного заполнителя бетона.

Прочность бетона и наличие фибры умеренно влияют на тепловое расширение. Скорость расширения для HSC и фибробетона замедляется между 600-800°C; однако скорость теплового расширения снова возрастает выше 800°C. Замедление теплового расширения в интервале 600–800°С связывают с потерей химически связанной воды в гидратах, а увеличение расширения выше 800°С – с размягчением бетона и чрезмерным развитием микро- и макротрещин [77]. ].

5.2. Ползучесть и переходные деформации

Зависящие от времени деформации в бетоне, такие как ползучесть и переходные деформации, сильно усиливаются при повышенных температурах под сжимающими напряжениями [18]. Ползучесть бетона при высоких температурах увеличивается за счет движения влаги из бетонной матрицы. Это явление усугубляется диспергированием влаги и потерей связи в цементном геле (C–S–H). Поэтому процесс ползучести вызывается и ускоряется в основном двумя процессами: (1) движением влаги и обезвоживанием бетона под действием высоких температур и (2) ускорением в процессе разрыва связи.

Переходная деформация возникает при первом нагреве бетона, но не возникает при повторном нагреве [78]. Воздействие на бетон высокой температуры вызывает сложные изменения влажности и химического состава цементного теста. Кроме того, существует несоответствие теплового расширения между цементным тестом и заполнителем. Поэтому такие факторы, как изменение химического состава бетона и несоответствие температурного расширения, приводят к возникновению внутренних напряжений и микротрещин в компонентах бетона (заполнителя и цементного теста) и приводят к нестационарным деформациям в бетоне [75].

Обзор литературы показывает, что имеется ограниченная информация о ползучести и переходной деформации бетона при повышенных температурах [46]. Некоторые данные о ползучести бетона при повышенных температурах можно найти в работах Круза [70], Марешала [79], Гросса [80] и Шнайдера и др. [81]. Андерберг и Теландерссон [82] провели тесты для оценки переходных деформаций и деформаций ползучести при повышенных температурах. Они обнаружили, что предварительно высушенные образцы при уровне напряжения нагрузки 45 и 67,5 % были менее подвержены деформации в «положительном направлении» (расширению) под нагрузкой.При предварительном нагружении 22,5% образцы не показали существенной разницы в деформации. Они также обнаружили, что влияние водонасыщенности было незначительным, за исключением свободного теплового расширения (0% предварительной нагрузки), которое оказалось меньшим для водонасыщенных образцов.

Хури и др. [78] исследовали деформацию ползучести исходно влажных бетонов при четырех уровнях нагрузки, измеренных во время первого нагрева со скоростью 1°C/мин. Важной особенностью этих результатов было то, что наблюдалось значительное сокращение под нагрузкой по сравнению со свободными (без нагрузки) термическими деформациями.Это сжатие называется «тепловой деформацией, вызванной нагрузкой», и считается, что фактическая тепловая деформация состоит из полной тепловой деформации минус тепловая деформация, вызванная нагрузкой.

Schneider [75] также исследовал влияние нестационарных и ползучести ограничений на деформацию бетона. Он пришел к выводу, что нестационарное испытание для измерения общей деформации или прочности бетона имеет самое непосредственное отношение к пожарам в зданиях и должно давать наиболее реалистичные данные, имеющие прямое отношение к пожару.Важные выводы из исследования заключаются в том, что (1) водоцементное отношение и первоначальная прочность не имеют большого значения для деформаций ползучести в переходных условиях, (2) соотношение заполнителя и цемента оказывает большое влияние на деформации и критические температуры: чем тверже заполните тем ниже тепловое расширение; поэтому общая деформация в переходном состоянии будет ниже; и (3) условия отверждения имеют большое значение в диапазоне температур от 20 до 300 °C: образцы, отвержденные на воздухе и высушенные в печи, имеют более низкие переходные деформации и деформации ползучести, чем образцы, отвержденные водой.

Андерберг и Теландерссон [82] разработали определяющие модели ползучести и переходных деформаций в бетоне при повышенных температурах. Эти уравнения ползучести и нестационарной деформации при повышенных температурах, предложенные Андербергом и Теландерссоном [82], имеют следующий вид:

где = деформация ползучести, = переходная деформация, = 6,28 × 10 ⁻⁶  с ^−0,5 , = 2,658 × 10 ⁻³  K ⁻¹ , = температура бетона (°K) в момент времени (с), = прочность бетона при температуре , = напряжение в бетоне при текущей температуре, = постоянная колеблется между 1.8 и 2,35, = термическая деформация и = прочность бетона при комнатной температуре.

Обсуждаемая выше информация о высокотемпературной ползучести и переходной деформации в основном разработана для НБК. По-прежнему не хватает данных испытаний и моделей влияния температуры на ползучесть и переходную деформацию в высокоскоростном бетоне и фибробетоне.

6. Выкрашивание, вызванное пожаром

Обзор литературы представляет противоречивую картину возникновения выкрашивания, вызванного пожаром, а также точного механизма выкрашивания в бетоне.В то время как некоторые исследователи сообщили о взрывном выкрашивании бетонных элементов конструкции, подвергшихся воздействию огня, в ряде других исследований сообщалось о незначительном выкрашивании или его отсутствии. Одним из возможных объяснений этой запутанной тенденции наблюдений является большое количество факторов, влияющих на скалывание, и их взаимозависимость. Однако большинство исследователей сходятся во мнении, что основными причинами выкрашивания бетона, вызванного пожаром, являются низкая проницаемость бетона и миграция влаги в бетон при повышенных температурах.

Существуют две широкие теории, с помощью которых можно объяснить явление выкрашивания [83].

(i) Повышение давления. Считается, что выкрашивание вызвано нарастанием порового давления при нагреве [83–85]. Чрезвычайно высокое давление водяного пара, образующееся при воздействии огня, не может выйти из-за высокой плотности и компактности (и низкой проницаемости) более прочного бетона. Когда эффективное поровое давление (умножение пористости на поровое давление) превышает предел прочности бетона на растяжение, куски бетона отваливаются от элемента конструкции. Считается, что это поровое давление приводит к прогрессирующему разрушению; то есть, чем ниже проницаемость бетона, тем больше откол, вызванный огнем.Это падение кусков бетона часто может быть взрывоопасным в зависимости от пожара и характеристик бетона [38, 86].

(ii) Ограниченное тепловое расширение. Эта гипотеза предполагает, что выкрашивание происходит в результате сдерживания теплового расширения вблизи нагретой поверхности, что приводит к развитию сжимающих напряжений параллельно нагретой поверхности. Эти сжимающие напряжения снимаются при хрупком разрушении бетона (выкрашивании). Поровое давление может играть существенную роль в возникновении неустойчивости в форме взрывного термического скалывания [87].

Хотя растрескивание может происходить во всех бетонах, считается, что высокопрочный бетон более подвержен растрескиванию, чем бетон нормальной прочности из-за его низкой проницаемости и низкого водоцементного отношения [88, 89]. Высокое давление водяного пара, возникающее из-за быстрого повышения температуры, не может выйти из-за высокой плотности (и низкой проницаемости) HSC, и это повышение давления часто достигает давления пара насыщения. При 300°С поровое давление может достигать 8 МПа; такие внутренние давления часто слишком высоки, чтобы им могла противостоять смесь HSC, имеющая предел прочности при растяжении примерно 5  МПа [84].Дренированные условия на нагретой поверхности и низкая проницаемость бетона приводят к сильным градиентам давления вблизи поверхности в виде так называемого «влажного затора» [38, 86]. Когда давление пара превышает предел прочности бетона на растяжение, куски бетона отваливаются от элемента конструкции. В ряде тестовых наблюдений на ВСП колоннах было установлено, что выкрашивание часто носит взрывной характер [19, 90]. Следовательно, растрескивание является одной из основных проблем при использовании HSC в строительстве, и его следует должным образом учитывать при оценке противопожарных характеристик [91].Выкрашивание в колоннах NSC и HSC сравнивается на рисунке 11 с использованием данных, полученных в результате полномасштабных огневых испытаний на нагруженных колоннах [92]. Видно, что выкрашивание в подверженной огню колонне HSC весьма значительна.

Степень выкрашивания зависит от ряда факторов, включая прочность, пористость, плотность, уровень нагрузки, интенсивность огня, тип заполнителя, относительную влажность, количество микрокремнезема и других примесей [34, 93, 94]. Многие из этих факторов взаимозависимы, что делает прогнозирование выкрашивания довольно сложным.Изменение пористости в зависимости от температуры является наиболее важным свойством, необходимым для прогнозирования характеристик выкрашивания HSC [33]. Нумове и др. провели измерения пористости на образцах НСК и ВСП с помощью ртутного порозиметра при различных температурах [88, 95].

Основываясь на ограниченных испытаниях на возгорание, исследователи предположили, что растрескивание HSC можно свести к минимуму путем добавления полипропиленовых волокон в смесь HSC [85, 96–101]. Полипропиленовые волокна плавятся, когда температура в бетоне достигает примерно 160–170°C, и это создает в бетоне поры, достаточные для снижения давления пара, возникающего в бетоне.Другой альтернативой для ограничения выкрашивания, вызванного пожаром, в колоннах HSC является использование изогнутых связей, где связи изгибаются под углом 135° в бетонное ядро ​​[102].

7. Соотношения высокотемпературных свойств бетона

В нормах и стандартах имеется ограниченное количество определяющих соотношений для высокотемпературных свойств бетона, которые можно использовать для проектирования пожаротушения. Эти соотношения можно найти в руководстве ASCE [15] и Еврокоде 2 [4]. Кодур и др. [46] собрали различные соотношения, доступные для термических, механических и деформационных характеристик бетона при повышенных температурах.

Существуют некоторые различия в определяющих отношениях для высокотемпературных свойств бетона, используемых в европейских и американских стандартах. Учредительные отношения в Еврокоде применимы для NSC и HSC, в то время как отношения в практическом руководстве ASCE относятся только к NSC. Определяющие соотношения для высокотемпературных свойств бетона, указанные в Еврокоде и руководстве ASCE, приведены в таблице 1. В дополнение к этим определяющим моделям Kodur et al.[93] предложили определяющие отношения для HSC, которые являются расширением отношений ASCE для NSC. Эти отношения для HSC также включены в Таблицу 1. 2004 [10] NSC и HSC — EN1992-1-2: 2004 [4]

---

Зависимость напряжение-деформация    
 
, 
. .
Для Еврокод разрешает использовать как линейную, так и нелинейную нисходящую ветвь в численном анализе.
для параметров в этом уравнении относятся к таблице 2. 9204 9009 9009

9009 Свешивающий совокупность бетона

Карбонатный совокупный бетон Саморизуемый бетон

Карбонатный бетон

Удельное тепло Дж/кг С) 
, для 20°С ≤ °С, 
, для 100°С < ≤ 200°С,
, для 200°С < °С, 
, для 400°С < ≤ 1200°С.
Изменение плотности (кг/м ³ ) 
= Стандартная плотность
 
для 400°C < ≤ 1200°C,
Теплоемкость = .

---

Теплопроводность Бетон на кремнистом заполнителе 
 
Бетон на карбонатном заполнителе  Бетон на кремнистом заполнителе  90.
Бетон с карбонатным заполнителем  Все типы:
Верхний предел: ,
для 20°C ≤ ≤ 1200°C.
Нижний предел: 
,
для 20°C ≤ ≤ 1200°C.

---

Термическая деформация Все типы: 
. Все типы:  
. Кремнистые заполнители: 
, для 20°C ≤ ≤ 700°C.
, для 700°C < ≤ 1200°C,
Известковые заполнители: 
, для 20°C ≤ ≤ 805°C.
, для 805°C < ≤ 1200°C.

---

5 Темп.°F Темп. °C NSC HSC Кремнистый агг. Известняковый наполнитель Класс 1 Класс 2 Класс 3 68 20 1 0,0025 0,02 1 0.0025 0.02 0,02 1 1 1 212 100 1 0.004 0,0225 1 0,004 0,023 0,9 0,75 0,75 392 200 0,95 0,0055 0,025 0,97 0,0055 0,025 0,9 0.75 0.75 0,70 572 300 0,85 0.007 0.0275 0.0275 0.007 0.007 0.028 0,85 0,75 0,65 752 400 0,75 0,01 0,03 0,85 0,01 0,03 0,75 0,75 0,45 932 500 0.6 0.015 0.015 0.0325 0.015 0,033 0.0333 0.0.033 0.0.09 0.60 0.30 1112 600 0.45 0,025 0,035 0,6 0,025 0,035 0,45 0,45 0,25 1 292 700 0,3 0,025 0,0375 0,43 0,025 0.038 0.30 0.30 0.30 0.30 1472 800 0.15 0,025 0.025 0.04 0.27 0.025 0,04 0,15 0,15 0,15 1652 900 0,08 0,025 0,0425 0,15 0,025 0,043 0,08 0,113 0,08 1832 1000 0.04 0,025 0,025 0,045 0,045 0,025 0,025 0,045 0,04 0,075 0.075 0.04 2012 одна тысяча сто 0,01 0,025 0,0475 0,02 0,025 0,048 0,01 0,038 0,01 2192 1200 0 — — 0 — — 0 0 0 0 Eurocode классифицирует HSC на три класса *, в зависимости от своей прочности с компрессорами, а именно (i) класс 1 для бетона с прочностью на сжатие от C55/67 до C60/75, (ii) класс 2 для бетона с прочностью на сжатие от C70/85 до C80/95, (iii) класс 3 для бетона с прочностью на сжатие прочность выше, чем C90/105. Обозначение прочности C55/67 относится к марке бетона с характерной цилиндрической и кубической прочностью 55 Н/мм 2 и 67 Н/мм 2 соответственно. *Примечание: если фактическая нормативная прочность бетона, вероятно, будет более высокого класса, чем указанная в проекте; относительное снижение прочности для более высокого класса следует использовать для противопожарного расчета. Основное различие между европейскими и ASCE высокотемпературными составляющими для бетона заключается во влиянии типа заполнителя на свойства бетона.Еврокод специально не учитывает влияние типа заполнителя на теплоемкость бетона при высоких температурах. В Еврокоде такие свойства, как удельная теплоемкость, изменение плотности и, следовательно, теплоемкость считаются одинаковыми для всех типов заполнителей, используемых в бетоне. Для теплопроводности бетона Еврокод предлагает верхние и нижние границы без указания того, какой предел использовать для данного типа заполнителя в бетоне. Кроме того, Еврокод классифицирует HSC по трем классам в зависимости от его прочности на сжатие, а именно: (i) класс 1 для бетона с прочностью на сжатие от C55/67 до C60/75, (ii) класс 2 для бетона с прочностью на сжатие от C70/85. и C80/95, (iii) класс 3 для бетона с прочностью на сжатие выше, чем C90/105. 8. Резюме Бетон при повышенных температурах претерпевает значительные физико-химические изменения. Эти изменения приводят к ухудшению свойств при повышенных температурах и создают дополнительные сложности, такие как растрескивание в HSC. Таким образом, тепловые, механические и деформационные свойства бетона существенно изменяются в диапазоне температур, связанных с пожарами в зданиях. Кроме того, многие из этих свойств зависят от температуры и чувствительны к параметрам испытания (метода), таким как скорость нагрева, скорость деформации, температурный градиент и т. д. На основе информации, представленной в этой главе, становится очевидным, что высокотемпературные свойства бетона имеют решающее значение для моделирования огнестойкости железобетонных конструкций. Имеется большой объем данных о высокотемпературных термических, механических и деформационных свойствах НСП и ВСП. Однако данные о высокотемпературных свойствах новых типов бетона, таких как самоуплотняющийся бетон и бетон с летучей золой, при повышенных температурах очень ограничены. Обзор свойств материалов, представленный в этой главе, представляет собой общий обзор доступной в настоящее время информации.Дополнительные подробности, относящиеся к конкретным условиям, в которых проявляются эти свойства, можно найти в цитируемых источниках. Кроме того, при использовании свойств материала, представленных в этой главе, следует уделять должное внимание свойствам замеса и другим характеристикам, таким как скорость нагрева и уровень загрузки, поскольку свойства при повышенных температурах зависят от ряда факторов. Заявление об ограничении ответственности Определенные коммерческие продукты идентифицируются в этой статье, чтобы адекватно указать экспериментальную процедуру.Ни в коем случае такая идентификация не подразумевает рекомендаций или одобрения автора, а также не означает, что идентифицированный продукт или материал являются лучшими из доступных для этой цели. Конфликт интересов Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов в связи с публикацией данной статьи. практические рекомендации по изготовлению Какой дом лучше построить для постоянного проживания: выводы Обратился в ГефестСтрой в июне и решил построить дом.Я пришел к ребятам в офис с чистым листом бумаги, и в сентябре получил вот такой дом! Я очень доволен! Спасибо! Добрый день. Очень доволен работой ребят, сделали все быстро, качественно, по доступной цене. РЕКОМЕНДОВАТЬ! В прошлом году обращался в эту компанию, заказывал у них буронабивной фундамент на сваях. Был приятно удивлен качеством и быстрыми сроками выполнения. В этом году заказывал у них строительство дома.Мы согласовали материал, заключили договор на строительство и приступили к работе. Хочу выразить благодарность руководителям за ответственный подход к работе. Делюсь с вами результатом своей работы. Проанализировав множество предложений, было принято решение о строительстве ростверка на буронабивных сваях компанией ГефестСтрой. Идея казалась сомнительной из-за относительно невысокой стоимости предлагаемых работ. Опасения были напрасны))) Результат меня порадовал. Хочу отметить ответственный подход к своей работе и добросовестное соблюдение технологии.Все работы выполняются четко с соблюдением всех договоренностей и сроков, указанных в договоре. Гарантия обговаривается. В моем случае основную часть денег за строительство нулевого цикла я заплатил только по факту выполнения работ. Удивил факт выравнивания участка уровнем перед строительством. Здравствуйте! Мы с мужем купили участок, в этом году денег хватило, только на нулевой цикл. Заказали у ребят буронабивной фундамент, очень понравилось качество работы, сроки изготовления и цена.Всю работу сделали за 2 дня. БОЛЬШОЕ СПАСИБО! Для начала небольшой ликбез. ПГС представляет собой песчано-гравийную смесь. Не нужно быть семи пядей во лбу, чтобы догадаться, что его основные составляющие — песок и гравий. Эта смесь добывается из морского и речного дна. От места, где была взята смесь, во многом зависят ее качество и связующие свойства. ПГС — основа конструкций ПГС является основным компонентом многих бетонных и железобетонных конструкций (фундаменты домов, дорожные покрытия и т.п.).). ПГС подразделяются на несколько видов в зависимости от соотношения песок/гравий, крупности гравийных зерен и других показателей: прочности, морозостойкости, наличия илистых и глинистых частиц и др. ОПГС — обогащенная песчано-гравийная смесь. Отличается от ПГС искусственно увеличенным количеством гравия. В ОПГ доля гравия составляет примерно 25-75%, а в ПГС она равна 10-20%. Основными составляющими бетона из этих смесей являются цемент, ПГС или ОПГС и вода.Но для получения качественного бетона необходимо соблюдать определенные пропорции. Бетонная подготовка от ОПГС То же касается и бетона из ПГС: пропорции составляющих материалов будут зависеть от того, какую марку бетона вам необходимо получить на выходе, какую марку цемента вы берете и какое соотношение песка и щебня в вашем ПГС. Обычно его указывают при покупке, но если у вас нет этой информации, то есть много способов примерно определить это соотношение самостоятельно, в домашних условиях.Например, просеять часть смеси через металлическую сетку. Песок и пропорции Песок в такой бетон добавлять, как правило, не нужно, его и так достаточно в самом ПГС. При использовании некоторых видов ПГС, наоборот, добавляется щебень. Если вам нужно приготовить бетон для фундамента, то лучше всего брать пропорцию 1:8, то есть на 1 часть цемента 8 частей ПГС. Это соотношение выверено и является наиболее оптимальным, хотя также рекомендуется знать и .А видео в этой статье покажет на практике, как можно использовать АСГ. Бетон — основной материал, применяемый при строительстве жилых и производственных зданий, прокладке автомобильных дорог, строительстве мостов, платины, укреплении дамб и тоннелей. От прочности бетона зависит безопасность и долгий срок службы возводимых конструкций. Конструкционный бетон состоит из цемента, воды и твердых заполнителей. Повышенные требования к прочности и надежности фундаментов, монолитных конструкций, плотин, дамб, тоннелей успешно выполняет бетон на основе песчано-гравийной смеси (ПГС). Основные типы ПГС Песчано-гравийная смесь – неорганический сыпучий строительный материал. По процентному содержанию зерен гравия в смеси различают: Природный (природный) Песчано-гравийная смесь (ПГС) с содержанием гравия 10–20%; Обогащенная (отсортированная) песчано-гравийная смесь (ОПГС) с содержанием гравия 15–75%. По происхождению и расположению природная форма смеси делится на три вида: Горно-овражная , в которой присутствуют включения горных пород, а зерна гравия характеризуются остроугольной формой. Озеро-река с более гладким гравием и низким содержанием глины и ракушечника. Морской тип Имеет однородный состав, округлые твердые включения и минимальное содержание примесей. Горно-овражный ПГС не применяется для производства бетона из-за его неоднородного состава. Этой смесью заливают котлованы, фундаменты транспортных магистралей, траншеи при прокладке трубопроводов, используют в качестве дренажного слоя в канализационных системах. Бетоны для строительных конструкций, требующих особой прочности, готовят из речной или морской обогащенной смеси песка и гравия. Допустимые размеры зерен твердых фракций в ПГС по ГОСТ 23735–2014 «Смеси песчано-гравийные для строительных работ» (Введены в действие с 01.07.15) составляют: Имя Размер зерна, мм песок 0,16–0,315 0,315–0,63 0,63–1,25 1,25–2,5 2,5–5,0 гравий 5–10 10–20 20–40 40–70 70–100 100–150 Какая песчано-гравийная смесь подходит для бетона? В строительной отрасли применяют бетон, который изготавливают из натуральной смеси путем обогащения ее определенным количеством щебня.Обогащение АШМ происходит на грохотах, в барабанах или на вибростолах, где фракции сортируются по крупности и удаляются излишки песка. Допустимые нормы содержания гравия в ОПГС определены ГОСТ 23735–2014 «Смеси песчано-гравийные для строительных работ». Различают пять групп обогащенных песчано-гравийных смесей, различающихся процентным содержанием гравийных зерен в своем составе. Они показаны в таблице. Группа ОПГС Содержание гравия, % 1-й 15–25 2-й >25–35 3-й >35–50 4-й >50–65 5-й >65–75 Согласно ГОСТ 23735–2014 размер зерен гравия в ОПГС не должен превышать: 10 мм; 20 мм; 40 мм или 70 мм.В особых случаях допускается максимальный размер гравия до 150 мм. Характеристики щебня, входящего в ОПГС, такие как прочность, морозостойкость, содержание примесей, проверяют по ГОСТ 8267-93 «Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ». Качество песка (состав, крупность, содержание пыли и глинистых примесей) в обогащенной песчано-гравийной смеси, используемой для приготовления бетона, должно соответствовать ГОСТ 8736-93 «Песок для строительных работ». Как приготовить бетон из ПГС? В зависимости от прочности на сжатие бетон подразделяют на классы согласно СНиП 2.03.01–84 «Бетонные и железобетонные конструкции». Класс бетона обозначается буквой «В» и цифрой, соответствующей нагрузке в МПа, которую может выдержать бетонный куб 15*15*15 см. Более привычные на строительном рынке марки бетона обозначаются буквой «М» и значениями предела прочности в кг/см 2 .Маркируется и цемент, входящий в состав бетона. В строительстве применяют бетоны марок от М100 до М450. Марка и, соответственно, прочность бетона зависят от количества входящего в его состав цемента. Для производства популярных марок бетона применяют цемент М400 и М500 в определенных пропорциях с обогащенной песчано-гравийной смесью и водой. ОПГС для бетонной смеси должен содержать зерна гравия различной крупности. Мелкий гравий заполнит пустоты между крупными зернами и обеспечит расчетную прочность бетона. Закупка обогащенной смеси должна осуществляться у крупных производителей, которые гарантируют соответствие характеристик ОПГС нормам и стандартам. Замешивание бетонной смеси осуществляется ручным или механическим способом. Механизмы и инструменты для перемешивания бетона непосредственно на строительной площадке: бетономешалка; лопата; ковш ; Контейнер для ручного замеса. Бетон лучшего качества получают механическим способом производства из готовых обогащенных песчано-гравийных смесей. Бетон из ПГС для фундамента Бетоны изготавливаются из обогащенной смеси гравия и песка: М150 — для фундаментов малых одноэтажных зданий; М200 — для ленточных, плитных фундаментов; М250 — для монолитных и плитных фундаментов; М300 — для монолитных фундаментов; М400 — с ускоренным схватыванием для особо прочных фундаментов. Для улучшения сцепления компонентов смеси для приготовления бетона используют портландцемент с содержанием силиката кальция до 80%. Это позволяет замешивать бетон при низких температурах, но не ниже +16 0 С. Пропорции ПГС и цемента для бетона Пропорции для приготовления бетона из цемента марок М400, М500 и ОПГС 4-й группы с содержанием щебня 60–65% (цемент/ОПГС): Марка бетона Пропорции (кг) Пропорции, (л) Количество бетона на 10л (л) цемент М400 цемент М500 цемент М400 цемент М500 цемент М400 цемент М500 100 1/11,6 1/13,9 10/102 10/124 78 90 150 1/9,2 1/11,1 10/82 10/98 64 73 200 1/7,6 1/9,1 10/67 10/81 54 62 250 1/6 1/7,1 10/53 10/63 43 50 300 1/5,6 1/6,7 10/49 10/59 41 47 400 1/3,9 1/4,8 35/10 10/42 31 36 500 1/3,6 1/4,3 32.10. 37.10. 29 32 В зависимости от влажности исходного материала количество воды на долю сухой массы раствора может варьироваться, поэтому воду добавляют порциями.В начале замеса берут 2/3 воды, постепенно добавляя воду в процессе приготовления бетона до получения однородной пластичной массы. Опытные строители советуют готовить бетон для фундамента из обогащенной песчано-гравийной смеси в объемном соотношении 1/8 или 1/6. При этом получают марки бетона соответственно: М150 и М200 из цемента М400 и М500; М200 и М300 из цемента М400 и М500. Инструкция по замешиванию бетона М300 от ОПГС механическим способом в бетономешалке 125л: Включая бетоносмеситель без заполнения ингредиентами. Наклоните бетономешалку в первое положение и залейте 5 литров воды. 6 ведер засыпают ОПГС 4-й группы крупностью 5–20 мм. Наклонить бетономешалку во второе положение и залить 1 ведро цемента М500. Добавить 3 л воды , в зависимости от влажности ОПГС. Через 2-3 минуты цвет и консистенция определяют готовность бетона. С ручным перемешиванием Бетон : сухие компоненты засыпают в тару (корыто, поддон) смеси и тщательно перемешивают лопатой; сформировать горку из цементной смеси и сделать в ней углубление; воду постепенно вливают в углубление , постоянно перемешивая раствор лопатой; добавлять воду , пока не будет достигнута желаемая консистенция бетона. Можно определить пропорции для замеса бетона без взвешивания и сложных расчетов. Метод основан на соблюдении условия, при котором получается прочный бетон. Цементное вяжущее должно заполнить все свободное пространство между твердыми фракциями смеси. Для этого возьмите мерную емкость и ведро объемом 10 литров. Обогащенную песчано-гравийную смесь высыпают в ведро и заливают водой, отмеряя объем мерным стаканом.Когда вода поднимется на поверхность смеси, записывают измеренный объем воды. Это и будет тот объем цемента, который необходимо добавить в ОПГС. Если в ведро с наполнителем удалось налить 2 литра воды, то для получения бетона смешивают ведро ОПГС и 2-х литровые мерки цемента. Соотношение цементной смеси будет 1/5. В сухую смесь порциями добавляют воду до образования пластичной массы. Бетон набирает прочность через 28 дней после заливки фундамента. Но вам не нужно ждать так долго, чтобы продолжить строительство. В теплую погоду через трое суток бетон набирает 70% прочности, чего достаточно для возведения стен. В холодное время года следует подождать неделю, после чего можно продолжить строительство. Механическим или ручным способом готовят небольшие объемы бетона для ленточных фундаментов гаражей, хозяйственных построек, дач, одноэтажных домов. Средний объем замеса бетономешалки составляет 125-300 литров, а для фундамента под дом с цокольным этажом может понадобиться до 20 м 3 бетона. Заливка бетона слоями в течение нескольких дней недопустима по технологии, поэтому лучше заказывать готовый бетон, который будет подаваться в миксере прямо на строительную площадку. Строительство дома всегда сопровождается кучей вопросов, особенно если этот дом строится для себя, с любовью, ведь так хочется, чтобы он был теплым, уютным, надежным… самым лучшим. А сделать это таким образом оказывается сложно, так как множество нюансов приходится постоянно держать в уме, анализировать, даже на самых ранних этапах.Что стоит решить по одному из самых первых вопросов любого индивидуального строительства: какой дом лучше построить для постоянного проживания? — ответ на который может дать даже не каждый профессионал. Но мы все же попробуем это сделать с помощью данной статьи. Для того, чтобы иметь возможность ответить на главный вопрос статьи, нужно определиться, из чего вообще будет сделан выбор. Как известно, дома бывают маленькие, средние и большие, а также кирпичные, деревянные, каркасные и т. д., то есть разные по размерам и материалу изготовления. Начнем с размера. В первую очередь она должна определяться площадью вашего участка, а также вашей финансовой состоятельностью, ведь строить дом, который вы просто не сможете «обогреть» — очень глупая затея, поэтому трезво оценивайте свои возможности. и приступаем к выбору материала. Дома для постоянного проживания могут строиться из легких материалов (деревянный брус, СИП-панели, утепленный деревянный и металлический каркас) или тяжелых (керамические, пено- и газоблоки, кирпич), применение каждого из них должно быть строго обосновано Требования, которые вы предъявляете к своему будущему дому.Читайте дальше, чтобы узнать, каковы требования. Прочность. Одним из главных требований к любому дому, предназначенному для постоянного проживания, является долговечность. Лидерами по ней являются кирпичные дома, а также те, что построены из газоблоков, срок их службы превышает 75 лет, чуть меньше живут деревянные дома — около 50 лет, а каркасные — в среднем 25-50 лет, это все зависит от того, из какого материала будет сделан каркас, что будет использоваться в качестве утеплителя, насколько хорошо будет продумана вентиляция в таком доме и т. д. Скорость строительства. Все, что требует «мокрых» работ (использование раствора), возводится значительно медленнее, чем дома из легких материалов: если последние реально возводятся за пару месяцев, а то и несколько недель, то на это уйдет минимум, полтора года (и то, если речь идет о небольшом здании – до 150 кв. м по площади – и отделочные работы не учитываются). Цена. Тяжелый дом всегда строить дороже (в 2 раза, а иногда и в 4 раза), чем легкий, поэтому в условиях очень ограниченных финансовых ресурсов следует отдать предпочтение второму варианту — так хоть что-то еще на приличная отделка останется. Для ориентира приводим ориентировочную стоимость строительства домов из различных материалов. Каркасный дом с не слишком толстыми стенами обойдется вам за квадратный метр. в 35$. Такой же дом, но построенный из СИП-панелей — 30$. Прибавив к этим цифрам затраты на транспортировку и возведение облегченного фундамента, получим общую стоимость кв.м. до 240$. В тяжелый дом, цены будут выше: 1 кв.м стена из газобетона — 55$, кирпич (толщина 1,5 кирпича, 38 см) — 65$, керамический — 70$.Опять добавляем фундамент, транспорт и не забываем накинуть процентов 40 на оплату работы строителей. Общая кв.м. в таких домах стоимость может достигать 600$. Возможно частичное финансирование. Деньги в стройку можно вкладывать единовременно, а можно поэтапно, но только если первый вариант возможен при любом строительстве, то частичное финансирование приемлемо только для строительства тяжелых домов: строили как сколько денег хватило, приостановил строительство на время до необходимой экономии, возобновил… В каркасном строительстве такой вариант исключен, материалы нужно закупать сразу и в полном объеме, поэтому если у вас нет необходимой суммы, либо ждите, пока она у вас будет, либо начинайте строить дом из блоков или кирпича. Пожарная безопасность. На основании пожарных норм для каждого вида строительных материалов назначается свой класс огнестойкости, чем он выше, тем меньше материалы способны противостоять огню: II класс огнестойкости присваивается домам из пено-, газоблоков и кирпича; III класс — деревянные строения; IV класс — легкие каркасные дома. Более того, маяки не просто пожароопасны, они часто токсичны даже при горении, поэтому всем тем, кто заботится о своем здоровье и предпочитает быть готовым к чрезвычайной ситуации заранее, от строительства таких лучше отказаться дома для постоянного проживания. Термическая инертность. Термическая инертность – это способность материала аккумулировать и выделять тепло. Тяжелые материалы (кирпич и строительные блоки) имеют эту характеристику, а легкие нет: они быстро нагреваются и так же быстро остывают, поэтому по этому критерию каркасные дома пригодны и удобны для постоянного проживания только в тех районах, где есть нет суровых зим. Комфорт и экологичность. В плане комфорта хорош будет любой из вышеперечисленных вариантов дома (в нем будет необходимая влажность и температура), главное соблюдать технологию строительства и очень ответственно отнестись к вентиляции, пароизоляции и внутренней отделке материалы. Какой дом лучше построить для постоянного проживания: выводы. Из всего вышеперечисленного и с учетом нашего климата мы однозначно рекомендуем вам отказаться от каркасного строительства и отдать предпочтение тяжелому или деревянному дому… Для тех, кто еще сомневается, кратко изложим основные плюсы и минусы каждого из вариантов дома. Дома кирпичные. прочный и долговечный; срок службы более 100 лет; экологически чистый; огнестойкий; позволяют в любой момент что-то достроить или пристроить; не гниют и не дают усадку. имеют высокую стоимость; долго строить; требуют профессиональных навыков каменщика. Каркасные дома. обладают высокой скоростью строительства; дешевый; без усадки; сейсмостойкий. имеют плохую внутреннюю шумоизоляцию и герметичность. Дома из ПГС. экологически чистый; легко монтируется; относительно дешевый; пожаробезопасный; обладают отличной звуко- и теплоизоляцией; характеризуются благоприятным внутренним микроклиматом. подлежит усадке; требуют прочного фундамента. Дома деревянные (из бруса). надежный; экологически чистый; не требуют отделки; можно построить самостоятельно; обладают лучшими свойствами теплопроводности; не требуют прочного фундамента; можно возводить в любое время года; недолговечный; не выдерживает огня. Видео. Построим дом из газобетона в Москве и Московской области под ключ от 14000 рублей за метр квадратный. В эту стоимость входит газосиликатный блок, фундамент, стены, крыша, стяжка. Строительство дома из газобетона под ключ – идеальный вариант для людей, мечтающих о собственном доме, которые после строительства не хотят найти дыру в кошельке. Технология строительства из этого материала позволяет возвести надежное сооружение за относительно короткий промежуток времени.Строительная компания «СВС» уже более десяти лет занимается строительством домов из газобетона под ключ в Москве и области. Мы успешно реализовали в жизнь сотни проектов, о чем свидетельствуют положительные отзывы наших клиентов. Преимущества строительства дома из газосиликата Долговечность и прочность конструкции Легкий вес, меньшая нагрузка на фундамент Высокая степень пожарной безопасности Экологическая безопасность материала Широкие архитектурные возможности Иммунитет к гниению и микроорганизмам Хорошие теплоизоляционные свойства Недостатки строительства дома из газосиликата Большое количество некачественного материала, риск получения брака Необходимость внешней отделки фасада Склонность к насыщению влагой (гигроскопичность), необходимость постоянного обогрева дома Решив построить дом из газобетона у нас, вы можете быть уверены в стопроцентном качестве.Специалисты «СВС» уделяют особое внимание соблюдению технологии, снипов и гостей. Мы: досконально изучаем грунты, чтобы правильно рассчитать фундамент под дом из газобетона; точно рассчитываем нагрузку на основание дома, что позволяет выбрать оптимальную технологию заливки фундамента и строительства; используем собственную профессиональную опалубку для фундамента; обязательно залить армопояс в газобетонном доме; кладем блоки на специальный клей, что позволяет увеличить теплоемкость и делает внешний вид более эстетичным, относительно использования обычного раствора; мы используем газобетон автоклавного твердения.Звукоизоляционные свойства материала, изготовленного по этой технологии, в десятки раз выше, чем у кирпича. Следует отметить, что в процессе строительства жилья стоимость работ не меняется. Связанные риски. Стоимость строительства домов из газобетона — от 15 000 руб м2 Стоимость дома из газобетона — цена в Москве и области Стоимость строительства дома из газобетона в Москве и области в различных строительных компаниях сильно различается.Это зависит не только от качества выполненных работ, но и от имиджа строительной бригады, наличия соответствующих лицензий, допусков, собственной техники и оборудования. Компания «СВС» предлагает построить дом из газобетона «под ключ» недорого. Мы добились снижения себестоимости относительно конкурентов благодаря полному отказу от субподряда и аренды. Стоимость индивидуального проектирования 250 рублей за 1 кв.м. При строительстве дома с нашей компанией — проектирование выполняется бесплатно В компании «СВС» цена строительства дома из газобетона «под ключ» варьируется.Она начинается от 14 тысяч рублей, и доходит до 23. На этот показатель влияет сложность работы и используемые материалы. Решив доверить строительство газобетонного дома под ключ в Москве и области строительной компании СВС, вы получите непревзойденное качество, официально подписанный договор, тотальный контроль над строительной площадкой вплоть до онлайн-мониторинга. Подробное микромоделирование частично залитых раствором армированных стен жесткости из кирпичной кладки: расширенная проверка и параметрическое исследование Точность подхода к моделированию, описанного в разд.2 был оценен путем сопоставления численного моделирования семи стенок сдвига BJR-PG-RM MPCLB с соответствующими экспериментальными результатами натурных испытаний. В следующих разделах описаны случаи проверки и представлены результаты разработанных моделей. Описание случаев проверки Семь стенок сдвига BJR-PG-RM MPCLB были использованы в качестве случаев проверки, которые схематически представлены на рис. 4a–f и основные характеристики которых представлены в таблице 1. Стенки были испытаны Кальдероном. и другие.[19], при постоянном осевом напряжении предварительного сжатия и циклических добавочных смещениях. Стенка CLBW1 представляла собой базовый вариант, а остальные образцы имели вариации относительно стенки CLBW1. Модифицированные проектные свойства, указанные в заштрихованных ячейках в таблице 1, включали отношение высоты к длине (профилю), высоту кирпичей, толщину растворных швов, осевое напряжение предварительного сжатия и коэффициент горизонтального армирования. Рис. 4 a – f Стены, использованные при проверке метода моделирования (размеры в мм) (адаптировано из [19]). г Экспериментальная установка Таблица 1 Характерные свойства проверочных случаев Как видно на рис. 4a–f, пять из семи стен имели одинаковые внешние размеры (2,7 м в длину и 2,2 м в высоту), в результате чего отношение высоты к длине (\({h}_{w}/{L}_{w}\)) равное 0,82 (в среднем). Соотношение сторон было изменено до 0,55 и 1,35 в стенах CLBW2 и CLBW3 путем указания меньшей высоты и длины соответственно. В связи с этой модификацией расположение вертикального армирования в стене CLBW3 было изменено, чтобы обеспечить такое же соотношение вертикального армирования, как и в других стенах. Все стены были построены из кирпичей MPCLB длиной 290 мм, высотой 110 мм и шириной 140 мм, кроме стены CLBW4, построенной из более коротких кирпичей (высотой 70 мм). Стоит отметить, что оба типа МКЛБ изготовлены одним и тем же производителем, с одинаковой глиняной пастой и схемой перфорации. Следовательно, оба типа блоков имели средний коэффициент пустотности 53%. Кроме того, оба типа кирпича показали схожие механические свойства, имея среднюю прочность на сжатие, прочность на растяжение и модуль упругости 18.3 МПа, 1,15 МПа и 16 555 МПа соответственно. Эти значения были рассчитаны на общую площадь поперечного сечения кирпича. Средняя толщина растворных швов 10 мм была указана для швов основания и оголовка всех стен, кроме стены CLBW5. Это значение является репрезентативным для типичного случая на практике. Стена CLBW5 была построена с толщиной шва в среднем 20 мм, что учитывало возможные дефекты конструкции, которые могут возникнуть при недостаточном техническом осмотре на месте.Обратите внимание, что это изменение привело к небольшим изменениям размеров стены CLBW5. № С другой стороны, для всех стен использовались одни и те же готовые растворы и затирки. Строительный раствор, используемый в стыках кровати и головки, имел среднюю прочность на сжатие, прочность на растяжение и модуль упругости 17,36 МПа, 2,02 МПа и 14 678,9 МПа соответственно. Между тем, цементный раствор имел среднюю прочность на сжатие, прочность на растяжение и модуль упругости 79,7 МПа, 3,82 МПа и 34 248 МПа соответственно. Стальные элементы лестничного типа использовались в качестве горизонтальной арматуры. Они были изготовлены из двух продольных стержней диаметром 4,2 мм и поперечин диаметром 4,2 мм через каждые 300 мм. Образцы стен, за исключением стен CLBW4 и CLBW8, были снабжены армированием швов на каждом втором стыке (т. е. на каждых двух швах кладочного раствора), в результате чего коэффициент горизонтального армирования составил 0,08%. Хотя стена CLBW4 была снабжена армированием швов через каждые три шва раствора, эта стена имела тот же коэффициент горизонтального армирования, что и базовый вариант (CLBW1), из-за разницы в высоте кирпичей.Стена CLBW8 была снабжена армированием швов на каждом стыке кладочного раствора, что удвоило коэффициент горизонтального армирования стены CLBW1. Кроме того, поскольку увеличенная толщина растворных швов немного изменила высоту и длину стены CLBW5, в средней части этой стены был размещен дополнительный элемент армирования, чтобы обеспечить коэффициент горизонтального армирования, близкий к 0,08%. Кроме того, разрушение, вызванное преобладанием сдвига, было вызвано усилением вертикального армирования всех стен.Поэтому были указаны стальные арматурные стержни диаметром 22 мм на приблизительном горизонтальном расстоянии 800 мм. Горизонтальные стальные элементы были изготовлены из стали марки АТ560-500 со средним пределом текучести, пределом прочности и модулем упругости 644,9 МПа, 667,0 МПа и 206 ГПа соответственно. Между тем, вертикальная арматура была изготовлена ​​из стали качества A630-420H, которая имела средний предел текучести, предел прочности и модуль упругости 521,3 МПа, 769,2 МПа и 196 ГПа соответственно.Типичное поведение этих стальных элементов представлено на рис. 5. Рис. 5 Поведение стальной арматуры при деформации и деформации Все стены были испытаны на предварительное осевое напряжение сжатия, составляющее около 5% прочности кладки на сжатие ( \({f}_{m}\)), кроме стены CLBW7. В этой последней стене было приложено осевое напряжение предварительного сжатия в размере 10% от средней прочности каменной кладки на сжатие (\({f}_{m}\)) примерно. Стоит отметить, что Кальдерон и соавт. [19] измерили прочность каменной кладки на сжатие (\({f}_{m}\)) путем испытания трех кирпичных призм, которые были построены параллельно во время строительства образцов стены с использованием тех же материалов и методов строительства.Средние результаты этих испытаний представлены в таблице 1. В испытаниях использовалось консольное граничное условие, которое схематично показано на рис. 4g. Четыре гидравлических домкрата прикладывали постоянное осевое предварительное сжатие к верхней части образцов, а сервогидравлический привод создавал пошаговые циклические боковые смещения на средней высоте покрывающих балок. Используемый протокол смещения был рассчитан в соответствии со спецификациями FEMA 461 [33]. Читатель может обратиться к Calderón et al.[19] исследовательская статья для получения дополнительной информации об экспериментальной программе. Результаты моделирования Стены, описанные в разд. 3.1 были смоделированы с использованием подхода, представленного в разд. 2. Параметры материалов, принятые для моделей материалов, представлены в таблице 2. Параметры, отмеченные звездочкой в ​​таблице 2, были получены из экспериментальной программы, выполненной Кальдероном [34], тогда как другие были получены в соответствии с методологией, описанной в разд.2. Таблица 2. Принятые механические свойства для подробных микромоделей На рисунке 6 смоделированные основные кривые совмещены с экспериментальными огибающими кривыми. Поскольку модели не могут воспроизвести циклическую нагрузку, экспериментальные огибающие кривые, соответствующие направлению растягивающей нагрузки (черные пунктирные линии на рис. 6), представлены в направлении толкающей нагрузки. Кроме того, силы и перемещения при боковых сопротивлениях испытаний и моделирования представлены в таблице 3. Рис.6 Сравнение слабых кривых проверочных случаев Таблица 3 Примечательные результаты проверочных случаев В общих чертах форма смоделированных кривых нагрузка-перемещение и экспериментальные огибающие похожи, как видно на рис. 6 , Модели воспроизводили ухудшение поперечной жесткости, которое испытывали образцы в начале испытаний, особенно при боковых смещениях менее 4 мм. Впоследствии модели воспроизводили постепенное ухудшение поперечной жесткости до достижения максимальной поперечной силы, поведение, которое также наблюдалось в ходе испытаний. Что касается момента максимальной боковой силы, соответствующие боковые смещения и силы, экспериментально и численно измеренные, сравниваются на рис. 7a, b соответственно. Рис. 7 Сравнение экспериментальных результатов и моделирования: a смещение при максимальной боковой силе, b боковое сопротивление Расчетные деформации при боковом сопротивлении показали ошибки в диапазоне от -20,6% (стена CLBW8) до 25,4% (стена CLBW3).Хотя этот диапазон ошибок может показаться значительным, две идентичные стенки сдвига BJR-PG-RM MPCLB, которые были экспериментально протестированы Arnau et al. [17], показали разницу в смещении на 24,5% при максимальных боковых усилиях. Кроме того, из анализа 44 испытаний стенок сдвига BJR-PG-RM MPCLB Araya-Letelier et al. [5] сообщили о более высокой изменчивости смещения при максимальной боковой силе, чем при боковом сопротивлении. Поэтому ошибки прогноза смещения при боковом сопротивлении можно рассматривать в пределах ожидаемой экспериментальной изменчивости данного типа элемента конструкции.Кроме того, различные протоколы нагрузки, используемые в тестах и ​​симуляциях (циклические и монотонные соответственно), могут быть еще одним источником ошибок. С другой стороны, как показано на рис. 7b, смоделированные сопротивления следовали тенденциям и вариациям, вызванным изменениями конструктивных параметров стен и свойств материала при измеренных экспериментальных боковых сопротивлениях. Наиболее существенные отличия были связаны с моделями стенок CLBW1 и CLBW2, которые завышали и занижали среднее экспериментальное сопротивление на 3.9% и -14,5% соответственно. Однако две идентичные стенки сдвига BJR-PG-RM MPCLB, которые были экспериментально испытаны Arnau et al. [17], продемонстрировали разницу в латеральном сопротивлении на 17,2%. Следовательно, ошибки прогноза максимальной боковой силы можно рассматривать в пределах ожидаемой экспериментальной изменчивости этого типа стенки. На рис. 8 экспериментальные картины трещин сравниваются с смоделированными картами смещения и трещинами при максимальной поперечной силе. Стоит отметить, что экспериментальные карты трещин не различают ширины трещин [19].Кроме того, смоделированные картины трещин (последний столбец рис. 8) состоят из трещин, воспроизведенных элементами континуума, представленных цветовыми картами, и отрыва границы раздела, представленных черными линиями. В обоих типах смоделированных трещин в качестве критерия распознавания активных трещин был принят порог 0,1 мм. Рис. 8 Сравнение экспериментальных и смоделированных моделей трещин в случаях проверки Как видно на рис. 8, числовые картины трещин хорошо согласуются с экспериментальными.В целом элементы континуума воспроизводили наблюдаемые экспериментально диагональные трещины, растущие от сжатых пальцев вверх под углом около 37° [19]. Кроме того, элементы сопряжения воспроизводили отрыв ступичного стыка, наблюдаемый экспериментально в растянутых пятках [19]. Наиболее существенные различия можно наблюдать в характере трещин стенок CLBW3 и CLBW5. В первом моделируемые трещины полностью покрывают высоту стены, в отличие от экспериментальных трещин.Тем не менее, при сравнении моделируемой картины трещины с экспериментальной картиной трещины в направлении растягивающей нагрузки можно наблюдать меньшие различия, чем в направлении толкающей нагрузки. Что касается стены CLBW5, то модель воспроизвела трещины по всей высоте, хотя экспериментальные трещины не были замечены в последних трех рядах кирпичей. Однако, несмотря на различия, воспроизведенные картины трещин можно считать разумной оценкой экспериментальных наблюдений. Как отмечалось, модели с приемлемой степенью точности предсказывали поперечное сопротивление протестированных стен в плоскости.Поэтому точность моделей также сравнивалась с точностью выбранных выражений сдвига, которые изучались в предыдущих исследованиях авторов [3, 4, 35]. В частности, оцениваемые выражения были Shing et al. [36] (ур. 9), Псилла и Тассиос [37] (ур. 10), Aguilar et al. [35] (уравнение 13), CSA S304 [38] (уравнение 15) и TMS 402/602 [39] (уравнение 20). Эти выражения представлены в Таблице 6 в «Приложении А» для улучшения организации этой исследовательской статьи. Предсказанные боковые сопротивления и соответствующие ошибки предсказания относительно среднего экспериментального сопротивления (рассчитанного по уравнению(8)) представлены в табл. 4. $$ e = \frac{{V_{{{\text{пред}}}} — 0,5 \cdot \left( {V_{{\max ,{\text{ push}}}} + V_{{\max ,{\text{pull}}}} } \right)}}{{0,5 \cdot \left( {V_{{\max ,{\text{push}}} } + V_{{\max ,{\text{pull}}}} } \right)}} $$ (8) , где \({V}_{\mathrm{pred}}\) соответствует смоделированному боковому сопротивлению, а \({V}_{\mathrm{max},\mathrm{push}}\) и \( {V}_{\mathrm{max},\mathrm{pull}}\) к максимальной боковой силе в направлении толкающей и тянущей нагрузки соответственно. Таблица 4 Расчетные сопротивления с выбранными выражениями сдвига На рисунке 9a сравниваются ошибки прогнозирования, связанные с моделями, и выражениями сдвига для каждого случая проверки. Как можно заметить, точность моделей и выражений сдвига варьировалась от стены к стене, что усложняет определение наилучшей методологии оценки. По этой причине методы сравнивались в совокупности путем наблюдения за средними, минимальными и максимальными ошибками прогнозирования в соответствии с методологией, реализованной в Aguilar et al.[35]. Совокупные значения ошибок представлены в таблицах 3, 4 для моделей и выражений сдвига соответственно и сравниваются на рис. 9b. Как можно заметить, метод Псиллы и Тассиоса [37] был наиболее точным в среднем, но имел высокий диапазон ошибок (от — 28,9% до 31,9%). Вторым наиболее точным методом в среднем было подробное микромоделирование со средней ошибкой прогнозирования — 3,5%. Модели также были связаны с кратчайшим диапазоном ошибок (от — 15. No related posts. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Comment* Name * Email *