Непровибрированный бетон: Дефекты бетона, их классификация и устранение

Дефекты бетона, их классификация и устранение

Сразу обозначим главное условие — дефекты бетона могут быть правильно определены только после тщательного осмотра конструкции с зачисткой/расшивкой дефектных мест и выявлением пустот и полостей, действия по восстановлению возможны только после согласования методов устранения дефектов бетона с проектной организацией и строительным контролем.

1. Дефект бетона — гравелистая поверхность — этот дефект возникает, как правило, из-за некачественной опалубки, которую зачастую попросту забывают ремонтировать и используют множество раз. Этот изъян можно увидеть невооруженным взглядом — он заключается в том, что грани твердого наполнителя выпирают из тела бетона. Из-за этого проведение отделочных работ серьезно затрудняется или вовсе становится невозможным.

Фото дефект бетона:

Как устранить дефект гравелистая поверхность : очистить металлическими щетками, промывают струей воды, а затем оштукатуривают цементно-песчаным раствором состава 1:2 (по объему) на портландцементе марки 400-500.

2. Дефект бетона — полости на поверхности бетона — возникает обычно из-за нарушения технологического процесса изготовления смеси или ее укладки.

Фото дефект бетона:

Как устранить дефект полости на поверхности бетона: очистить металлическими щетками, промывают струей воды, затереть поверхности цементным раствором.

3. Дефект бетона — Раковины —образуются в результате сбрасывания бетона в опалубку с большой высоты, из-за недостаточного уплотнения, применения жесткой бетонной смеси, в результате длительного транспортирования, во время которого бетонная смесь расслоилась и начала схватываться. Чаще всего раковины появляются в местах наибольшей насыщенности арматурой, труднодоступных и неудобных для укладки и уплотнения бетона.

Фото дефект бетона: 

При назначении метода устранения раковин необходимо учитывать их число и размеры.

Как устранить дефект раковины в бетоне: в сильно загруженных колоннах раковины последовательно расчищают, удаляя уплотненный бетон с каждой стороны колонны, затем их промывают водой и подготовленные полоски бетонируют. Для заделки раковин применяют раствор или бетон с крупностью зерен заполнителя до 20 мм. В качестве вяжущего используют портландцемент марок 400-500. Раствор или бетон готовят небольшими порциями вблизи места производства ремонтных работ. Чтобы обеспечить сцепление нового бетона со старым и с арматурой и получить повышенную прочность на ослабленном участке в раннем возрасте, рекомендуется применять бетон, марка которого на одну ступень выше марки бетона ремонтируемой конструкции. Если при проверке обнаружены сквозные раковины, расчистка которых вызовет значительное снижение несущей способности нагруженных колонн, то устраивают железобетонные обоймы или накладки с последующим нагнетанием в пустоты цементно-песчаного раствора через установленные заранее трубки. На месте каждого дефекта рекомендуется устанавливать не менее двух трубок с последующим нагнетанием в пустоты цементно-песчаного раствора.

4. Дефект бетона — пустоты в теле бетонной конструкции — это один из самых серьезных дефектов, который может привести к обрушению всей конструкции, поэтому его нужно исправлять незамедлительно. Зачастую пустоты могут быть огромных размеров и даже оголять арматуру. Они часто встречаются и появляются, как правило, вследствие непрохождения бетона на данном участке. Пустоты иногда достигают таких размеров, что полностью оголяется арматура, образуются сквозные разрывы в конструкциях и нарушается их монолитность.

Фото дефект бетона: 

Как устранить дефект пустоты в бетоне: поверхность стыков очищают от рыхлого старого бетона, после чего стыки тщательно промывают водой. У мест бетонирования устраивают навесную опалубку с карманами, несколько возвышающимися над верхним стыком. Заделывают пустоты бетоном на мелком щебне. Производитель работ вместе с технадзором проверяют правильность приготовления бетонной смеси и тщательность ее уплотнения штыкованием или вибрированием.

5. Дефект бетона — трещины — причину такого брака определить сложно, но к самым типичным относятся: неправильное вычисление количества необходимых материалов, превышение расчетных нагрузок, коррозия арматуры, нарушение технологии при укладке и так далее.

Фото дефект бетона: 

Как устранить дефект трещины в бетоне: Метод исправления дефекта напрямую зависит от множества факторов (положение, направление, ширина раскрытия и наличие ее изменения и многих других), и может существенно отличаться в разнообразных ситуациях. В большинстве случаев, для ремонта используется метод инъектирования — трещину заполняют специальным ремонтным составов под давлением.

Все дефекты бетона — не являются нормой для продолжения работ, в любом случае необходимо проводить мероприятия по их устранению. Отсутствие мероприятий по выявлению и устранению дефектов бетона как правило приводит к более негативным последствиям.  Минимизировать дефекты бетона Вам поможет строительный контроль.

Дефекты бетона и способы их устранения

Сразу после окончания строительства или в ходе эксплуатации зданий и сооружений в бетонных конструкциях могут быть обнаружены дефекты, влияющие на их надежность и прочность. К основным видам дефектных повреждений и признакам брака при производстве работ относят:

• гравелистую неровную поверхность;
• образование полостей;
• наличие поверхностных раковин;
• пустоты в сделанной монолитнойконструкции;
• образование трещин.

Правильное определение вида имеющихся недостатков может быть произведено только после качественной очистки дефектируемого участка и его внимательного осмотра. Разработка мероприятий по исправлению дефектов может происходить только при согласовании с организацией выполнившей проект и представителем строительного контроля со стороны заказчика.

Контроль качества бетона и наличие дефектов проводится согласно ГОСТ Р 53778-2010 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинг технического состояния».

Стоит отметить что все дефекты, согласно выше упомянутым правилам, условно можно разделить на 2 категории:

• значительные — это дефекты, которые существенно ухудшаются эксплуатационные характеристики строительной продукции и ее долговечность. Они подлежат устранению до скрытия их последующими работами;
• критические — при их наличии здание, сооружение, или отдельные части непригодны. В этом случаи дальнейшее ведение работ по условиям прочности и устойчивости небезопасно либо может повлечь снижение указанных характеристик в процессе эксплуатации. Данные дефекты подлежат полному устранению до начала последующих работ или с приостановкой всех начатых работ.

Неровности с выступающим щебневым наполнителем

Этот вид дефектов характеризуется гравелистой поверхностью бетонной конструкции с выступающими краями частиц щебня. При наличии такого недостатка выполнение отделочных работ, нанесение гидравлической и тепловой изоляции может быть сильно затруднено. Такая поверхность в большинстве случаев образуется при использовании некачественной или бракованной опалубки.

Устранение. Исправление производят путем нанесения цементно-песчаного штукатурного слоя необходимой толщины, что приводит к увеличению расходов на строительство.

Полости на поверхности

Обычно образуются при нарушении технологии приготовления бетонной смеси с повышенным содержанием воды и недостаточно качественного уплотнения с использованием вибрационного инструмента. Для устранения дефектов поверхность промывают водой, полости зачищают металлическими щетками и заполняют цементно-песчаной смесью в соотношении 1:2 на основе портландцемента марки М400 или 500.

Наличие поверхностных раковин

Могут появиться при некачественном уплотнении заливаемой смеси, высокой жесткости материала после длительной транспортировки, расслоения бетона до начала процесса заливки и при забрасывании его в опалубочную конструкцию с недопустимой высоты. Наиболее часто подобный брак образуется в наиболее насыщенных арматурой местах или с недостаточно свободным доступом. Для определения способа устранения дефектных мест необходимо учесть их количество и величину.

Для устранения имеющихся образований в нагруженных опорных элементах их предварительно очищают металлической щеткой и промывают струей воды. Подготовленные таким образом участки заполняют раствором или бетонной смесью в зависимости от размеров дефектных мест. Материал для устранения приготавливается на основе портландцемента с маркой не ниже М400. Его делают в небольших количествах на месте выполнения работ.

Марка бетонной смеси для устранения дефектов должна быть на позицию выше, чем у материала ремонтируемой конструкции. Это обеспечит хорошее сцепление и повышенную прочность ремонтируемых мест. В том случае, когда при осмотре железобетонного элемента обнаружены раковины проходящие насквозь, то устанавливается охватывающая накладка, а подача раствора или бетонной смеси осуществляется по трубке. Для каждой сквозной раковины необходимо установить не менее двух таких трубок для возможности подачи материала с обеих сторон.

Наличие пустот внутри монолита

Считается самым серьезным видом дефектов в бетонных элементах, вызванных как не правильно приготовленной смесью, так и нарушение технологии заливки. Невидимые с внешней стороны пустоты значительно ослабляют конструкцию и в самом плохом случае могут привести к ее разрушению. Поэтому при выявлении подобных дефектов их устранение должно производиться незамедлительно.

Однако отличительной особенностью недостатков такого типа является отсутствие из проявления на поверхности. А ведь иногда пустоты могут быть довольно больших размеров. Чаще всего они образуются в местах непрохождения бетонной смеси при заливке отдельных участков. При этом может оголяться арматура и нарушаться монолитность конструкции.

Для устранения дефекта с поверхности скалывается слой бетона до достижения пустотного образования. У места бетонирования устанавливается временный щит опалубки с оставленным в верхней части отверстием. Внутрь по трубке закачивается бетонная смесь со щебеночным наполнителем мелкой фракции не более 20 мм. Качество приготовления бетона и его уплотнение контролируется производителем работ и представителем технического надзора заказчика.

Видимые трещины на поверхности

Наиболее распространенными условиями для появления таких дефектных участков являются:

• нарушение требуемых соотношений компонентов при приготовлении бетона;
• превышение допустимых нагрузок на строительную конструкцию;
• активное воздействие коррозии на стальную арматуру;
• нарушение установленной технологии при выполнении укладки смеси.

Выбор способа заделки трещин зависит от их размеров по длине и ширине, направления и дальнейшего развития, а также некоторых других факторов. Наиболее эффективным методом считается очистка с последующим заполнением специальным расширяющимся ремонтным составом, который подают под давлением.

В заключение

Наличие дефектов в бетонных конструкциях не допускает продолжения выполнения работ и не может считаться нормальным для продолжения эксплуатации здания или сооружения. Непринятие мер по выявлению причин и устранению дефектов в большинстве случаев приводит к ухудшению ситуации и большим материальным затратам.

Свести возможность проявления недостатков к минимуму позволяет проведение своевременного технического надзора за выполнением строительных работ. Контроль над техническим состоянием конструкций существующих зданий и сооружений осуществляет смотритель, назначенный приказом по предприятию владельцу. Осмотр должен проводиться в соответствии с разработанной инструкцией не реже двух раз в год.

Видео обзор дефектов и их устранение

важная составляющая качества бетонных конструкций

процесс уплотнения

Вибрирование бетона — это один из эффективных методов уплотнения бетонного раствора в период его заливки в опалубочную форму конструкций.

Основные характеристики бетона, такие как однородность структуры, прочность, долговечность, закладываются на этапе производства бетонных работ. Одним из технологических факторов, влияющих на дальнейшие эксплуатационные характеристики конструкций, является обязательное вибрирование состава в период формования или возведения железобетонного монолита.

Содержание статьи

Механизм виброуплотнения бетонной смеси

Зачем вибрировать бетон? На эти другие вопросы, связанные с укладкой бетона в опалубку, постараемся детально ответить в этой статье.

Бетоны представляют собой искусственные материалы, которые на этапе приготовления выглядят в виде состава, состоящей из вяжущего, крупного или мелкого заполнителя и воды. В результате прохождения химических реакций между вяжущими веществами (цементом) и водой, формируется цементный камень, заполняющий свободное пространство между песком и щебнем.

Расслоение

На технологию производства бетона и его укладку существенное воздействие оказывает количество вяжущих компонентов и воды, которые определяют удобоукладываемость. Помимо этого, физико–механические характеристики, такие как: прочность, морозостойкость, водонепроницаемость напрямую зависят от однородности раствора, которая в свою очередь зависит от равномерного распределения компонентов смеси в структуре материала.

Во время транспортировки и последующей заливки в опалубку может происходить нарушение водоцементного соотношения состава и завоздушивание, что в значительной мере влияет на качество проведения работ. Поэтому, если не вибрировать ее, пузырьки воздуха и остаточная влага, не удаленные из раствора при помощи вибрирования, в период эксплуатации конструкций будут способствовать появлению трещин.

Непровибрированный материал

Порядок укладки смесей

Вибрирование бетона СНиП 3.03.01-87 регламентируют порядок и нормы укладки растворов.

Основные положения этого документа выглядят следующим образом:

1. Перед производством работ, арматурный каркас и опалубку следует очистить от ржавчины, грязи, масляных пятен и др.
2. Составы необходимо заливать таким образом, чтобы не происходило расслоение раствора, которое может возникнуть в случае ненормированной высоты сбрасывания. Оптимальная высота для подачи для тяжелых бетонов должна составлять не более 2,0 м.
3. Растворы необходимо укладывать последовательными горизонтальными слоями в одном направлении во всех слоях.
4. При уплотнении , толщина слоя не должна превышать 125% длины булавы инструмента.
5. Коэффициент уплотнения  при вибрировании должен иметь значение не ниже К ³ 0,98.
6. Укладка каждого последующего слоя допускается только после завершения вибрирования предыдущего, не допуская при этом схватывания предыдущего слоя (максимум 2 часа).
7. Если предусмотрена укладка в несколько приемов, то место разрыва монолитной конструкции необходимо оборудовать рабочим швом, перпендикулярным оси конструкции.
8. Возобновление работ на этом участке возможно только после достижения предыдущим слоем прочности 1,5 Мпа и выше (примерно 8 ч).

Виды и способы уплотнения бетонных составов

Процесс виброуплотнения  заключается в передаче механических колебаний. При этом, благодаря вибрированию, разрушается первоначальная структура и наблюдается переход раствора в разжиженное, пластичное состояние. В результате чего, состав уплотняется с одновременным вытеснением пузырьков воздуха и излишков воды.

Таким образом, виброуплотнение позволяет снизить содержание воздуха и расход воды, а значит увеличить плотность и прочность конструкций.

Укладка смеси

По способу активного воздействия на растворы такие агрегаты разделяются на:

• глубинные;
• поверхностные;
• наружные;
• виброплощадки (вибростол).

Наиболее распространенными являются поверхностные и глубинные вибраторы.

Глубинные опускаются в раствор и передают механические колебания раствору. Применяются для укладки составов в неармированных или армированных массивных конструкциях: фундаментах, колоннах и др.

Поверхностные(виброрейки) служат для уплотнения покрытий и формования сборного железобетона: плит перекрытий, стеновых панелей и др.

Наружные крепятся к опалубке или формам. Применяются при бетонировании тонкостенных  конструкций с высокой частотой армирования, а также для облегчения разгрузки составов из бадей, бункеров, автосамосвалов.

Вибростол (виброплощадка) применяется при промышленном производстве сборного ЖБ (виброплощадка) или изготовлении мелкоштучных тротуарных покрытий (вибростол).

Оборудование для уплотнения

Вибрирование определяется двумя показателями: амплитудой и частотой колебаний. Амплитуда — это наибольшее отклонение вибрирующих частиц от положения равновесия. Частота и амплитуда взаимосвязаны — высокочастотные устройства имеют меньшую амплитуду колебаний, низкочастотные — наоборот.

Оборудование для вибрирования

Устройства, производимые современной промышленностью, по физико–механическим характеристикам и своему назначению можно разделить на несколько видов:

1. Низкочастотные до 3500 кол/мин. Применяются, как наиболее эффективные.
2. Среднечастотные в пределах 3500–9000 кол/мин. Фракция заполнителей 10–50 мм.
3. Высокочастотные с частотой колебаний 10000–20000 кол/мин. Применяются для уклад

Дефекты возникающие при возведении монолитных железобетонных конструкций

С 29 ноября по 1 декабря 2017 года в Центральном выставочном комплексе Экспоцентр в Москве состоялся XIX Международный строительный форум «Цемент. Бетон. Сухие смеси». Центральным событием Форума в этом году была IV Глобальная конференция по химии и технологии бетона «ConLife – 2017». Кроме того, в рамках форума была организована выставка строительного оборудования, в том числе оборудования для контроля качества строительных материалов и железобетонных изделий и конструкций.

По приглашению организаторов форума в этом году участие в нем принял инженер-эксперт отдела обследований и экспертиз несущих и ограждающих конструкций Несветайло В.М., который выступил с в рамках конференции по технологиям бетонных работ с докладом «Дефекты возникающие при возведении монолитных железобетонных конструкций», отвечающим тематике ГБУ ЦЭИИС.

В своем докладе Несветайло В.М. рассказал об общепринятой классификации дефектов, выявляемых при оценке качества поверхности монолитных железобетонных конструкций, а также о методиках их измерения используемых в ГБУ ЦЭИИС. Было отмечено, что в настоящее время ГБУ ЦЭИИС обладает передовым испытательным оборудованием и приборами для проведения необходимых измерений по определению качества поверхности железобетонных конструкций, в том числе монолитных. Анализ результатов по определению качества поверхности железобетонных конструкций за последние два года показал, что в монолитных железобетонных конструкциях около 40% составляют недоуплотнённые участки бетона, около 20% трещины различного характера, около 30% — дефекты рабочих швов бетонирования и около 10% прочие дефекты. В докладе были рассмотрены причины возникновения дефектов в монолитных железобетонных конструкциях и предложены способы снижения дефектности , в том числе за счет введения минеральных добавок и инновационной технологии приготовления бетонных смесей. Докладчиком отмечено, что существенное снижение дефектности монолитных железобетонных конструкций возможно только при обязательном добавлении в бетонные смеси тонкомолотых минеральных компонентов, в том числе по способу предлагаемому автором. В ходе обсуждения доклада Несветайло В.М. участниками конференции более подробно были затронуты вопросы измерения таких дефектов как трещины и недоуплотненные участки бетона.

Из представленных на конференции докладов для нашей организации наибольший интерес преставлял доклад начальника испытательной лаборатории ООО «Лентехстрой» Джанашия И.К. «Особенности бетонирования конструкций при отрицательных температурах». В этом докладе основное внимание было уделено правилам оформления исполнительной документации. Был затронут также вопрос определения фактической прочности бетона в момент окончания тепловой обработки.

Кроме участия в конференции Несветайло В.М. была осмотрена выставка строительного оборудования.

На выставке было широко представлено оборудование для приготовления бетонных смесей, а также оборудование для производства тротуарной плитки и других бетонных и железобетонных изделий на заводах сборного железобетона.

Кроме вышеперечисленного в рамках форума Несветайло В.М. принял участие в экскурсии на завод железобетонных конструкций в г. Ивантеевка Московской области. На сегодняшний день завод выпускает фундаментные подушки и блоки, плиты перекрытия, элементы сборно-монолитных каркасов жилых домов, дорожные плиты, элементы ограждений, подкрановые балки и товарный бетон. Были осмотрены технологические линии по производству различных железобетонных изделий и заводская лаборатория. В качестве последнего достижения заводчанами была продемонстрирована инновационная технологическая линия безопалубочного формования высокачественных пустотных плит перекрытий мощностью 300 000 квадратных метров в год.

Классификация и методики выявления дефектов

По общепринятым представлениям в большинстве случаев дефекты возникают на стадии изготовления железобетонных конструкций и изделий. Необходимо отметить, что узаконенной классификации дефектов железобетонных конструкций и изделий не существует. Тем не менее дефекты железобетонных конструкций и изделий условно можно разделить на поверхностные и внутренние.

Поверхностные дефекты это усадочные трещины, инородные включения, околы ребер, неровности, отсутствие защитного слоя, пустоты и раковины, увлажнение и фильтрация влаги (в зимний период), высолы, масляные и ржавые пятна.

Внутренние дефекты это пустоты образующиеся на арматурном каркасе из-за зависания бетонной смеси при ее быстром загустевании и густом армированиии конструкции, недоуплотненные (непровибрированные) участки, силовые трещины, неправильное расположение швов бетонирования и отсутствие контакта между слоями бетона в швах бетонирования.Раковины на поверхности образуются из-за защемления воздуха при густой консистенции смазки и ее неравномерном нанесении. Недоуплотненные участки образуются из-за недостаточной пластичности бетонной смеси и ее быстрого схватывания. Оголение арматуры образуется из-за неправильной установки опалубки. Усадочные трещины образуются из-за неправильной тепло-влажностной обработки бетона. Отсутствие контакта поверхностей в шве бетонирования обусловлено длительным перерывами при укладке смеси. Неправильное расположение швов бетонирования относительно осей конструкции является следствием нарушения технологии бетонирования.

Проводимые нашей организацией обследования монолитных железобетонных конструкций показали, что в них около 30% составляют недоуплотнённые участки бетона, около 20% трещины различного характера и 30% составляют дефекты швов бетонирования. Необходимо отметить, что требования к заводским железобетонным изделиям и монолитным конструкциям с точки зрения качества поверхности достаточно сильно различаются (смотри нижеприведенную таблицу)

Наша организация при выявлении дефектов строго придерживается требованиям СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции» и СП 70.13330.2012 «Несущие и ограждающие конструкции» [1-2]. При этом мы разделяем выявленные дефекты по степени опасности на малозначительные, значительные и критические. По нашему мнению это позволяет делать более достоверные выводы о соответствии обследованных конструкций из монолитного железобетона требованиям проектной и нормативной документации. Из всего многообразия дефектов нами в фиксируются и оцениваются следующие дефекты:

— трещины всех видов;

— оголение арматуры;

— пустоты и раковины;

— посторонние включения;

— дефекты швов бетонирования и в том числе их неправильное расположение;

— недоуплотненные участки.

При инструментальном описании дефектов нами используются приборы и оборудование отвечающие требованиям ГОСТ 26433.1-89 «Система обеспечения точности геометрических параметров в строительстве. Правила выполнения измерений. Элементы заводского изготовления». Для измерения ширины раскрытия трещин используется микроскоп с ценой деления 0,02мм.Для измерения глубины трещин используется прибор Пульсар 2.2.Для измерения размеров раковин используется линейка (диаметр) и штангенциркуль(глубина).Для измерения размеров недоуплотненных участков, посторонних включений и оголения арматуры используется рулетка или линейка.Для измерения глубины околов ребер используется угольник.

При обнаружении трещин проводятся измерения ширины их раскрытия. При обнаружении оголённой арматуры, раковин и пустот, недоуплотненных участков и посторонних включений определяются их размеры. Для швов бетонирования фиксируется их положение относительно осей конструкции и отсутствие контакта бетонных поверхностей в шве. В последнее время при инструментальном измерении дефектов нами дополнительно используются ультразвуковые приборы, которые позволяют получить более объективную картину. Измерение глубины трещины например позволяет отнести ее к конструкционной, влияющей на несущую способность конструкции либо к неконструкционной (усадочной). Ультразвуковой метод позволяет также определять наличие или отсутствие контакта слоев бетона в рабочем шве бетонирования и границы недоуплотненных участков бетона. Кроме того для выявления внутренних дефектов (полости различного характера, неправильное расположение арматуры и прочее) мы начали применять ультразвуковой томограф «МИРА».

Причины возникновения дефектов в конструкциях и изделиях

Современная технология возведения монолитных конструкций предполагает применение бетонных смесей с осадкой конуса 16 – 24 сантиметра. Такие смеси содержат много вовлеченного воздуха, который при контакте с опалубкой остается на ней и после затвердевания бетона и снятия опалубки оставляет на поверхности бетона раковины различного размера. Прилипанию воздушных пузырьков очень способствует густая смазка на поверхности опалубки.

Бетонные смеси с осадкой конуса 16 – 24 сантиметра весьма склонны к расслоению и водоотделению и по этой причине приводят к неравномерному распределению плотности и низкой долговечности монолитных конструкций.

Технология изготовления железобетонных изделий имеет некоторые отличия от технологии возведения конструкций. При этом к железобетонным изделиям традиционно предъявляются более высокие требования к качеству поверхности (см. таблицу). Существует несколько причин ухудшения качества поверхности железобетонных изделий, основными из которых можно признать неравномерное нанесение смазки на поверхность формы, недостаточно эффективное уплотнение бетонной смеси и ее неправильная рецептура. Основным отличием технологии изготовления железобетонных изделий является применение гораздо менее пластичных бетонных смесей — вместо смеси с осадкой конуса 20-24 см применяется смесь с осадкой конуса 4…8 см. Такие смеси содержат гораздо меньше вовлеченного воздуха и при горизонтальном формовании позволяют получать поверхности достаточно высокой категории, вплоть до А1. Однако при кассетном способе производства (вертикальное формование) при любой консистенции смазки происходит защемление воздуха на поверхности формы и неизбежное образование раковин. Кроме того, при интенсивном вибровоздействии, характерном для технологии изготовления железобетонных изделий происходит дополнительное воздухововлечение в бетонную смесь, что также приводит к образованию раковин.

Предложения по совершенствованию методик контроля

Работа по выявлению дефектов в нашей организации налажена и проводится в плановом порядке. Однако по нашему мнению необходимо продолжать совершенствовать как методики, так и инструменты контроля. После анализа существующих и применяемых нами методик выявления и измерения дефектов хотелось бы предложить следующее:

1.Продолжить уточнение перечня дефектов, которые подлежат выявлению при обследовании изделий и конструкций и их более детальную привязку к классификатору опасности дефектов. В частности, можно было бы ввести дополнительную градацию дефектов по признаку ремонтопригодности, а именно ввести такие категории дефектов как устранимый или неустранимый.

2. При инструментальном определении ширины раскрытия трещин заменить неудобный в строительных условиях микроскоп Бринелля на набор щупов игольчатого типа при обеспечении точности измерений с его помощью на уровне 0,02мм (как у микроскопа).

3. Узаконить определение глубины трещин, поскольку это позволяет отнести выявляемые трещины к усадочным( неглубоким — до 5 % толщины конструкции) или к силовым — глубиной более 5 % толщины конструкции.

4. При наличии раковин оценку качества поверхности железобетонных изделий и конструкций производить только по категориям (А1…А7). Заслуживает также рассмотрения методика оценки качества поверхности, в основу которой положены показатели дифференциальной пористости (средний размер пор и коэффициент вариации их размеров) с ее привязкой к ГОСТ 13015[5].

5. При укладке бетонных смесей в монолитные железобетонные конструкции в обязательном порядке контролировать расплыв конуса и водоотделение бетонных смесей

Предложения по снижению дефектности

Проблема повышения качества и снижения дефектности монолитных железобетонных конструкций может решаться разными способами. По мнению автора по степени доступности и стоимости эти способы можно расположить в следующем порядке:

1. Нанесение смазки на опалубку только механизированным способом.

2. Использование заполнителей с максимальной крупностью не более 10 мм.

3. Использование цементов содержащих в своем составе более 20% минеральных добавок. Наиболее

эффективным в этом плане может быть использование шлакопортландцемента (содержит до 80% молотого доменного шлака).

4. Восстановление консистенции бетонных смесей перед их укладкой в конструкции производить

исключительно при помощи дополнительного введения пластификатора.

5.Заказ бетонной смеси на 1 класс выше требуемой. В этом случае за счет повышения содержания цемента его часть будет выполнять роль микронаполнителя и снизит водоотделение и расслаиваемость бетонных смесей, что в свою очередь снизит дефектность затвердевшего бетона) раковины, недоуплотненные участки и.т.п)

6.При изготовлении бетонных смесей в обязательном порядке вводить тонкомолотый компонент

(минеральную добавку). Справка — во многих странах ввод в бетонные смеси тонкомолотых компонентов закреплен на законодательном уровне.

Инновационная технология приготовления бетонных смесей

Во всем мире считается, что качественные бетонные смеси должны суммарно содержать 500…600 кг (на кубометр) мелкодисперсных компонентов в виде цемента и инертного микронаполнителя. Однако в России мелкодисперсные компоненты в бетонной смеси составляют 300… 400 кг и представлены только цементом. Это и обуславливает появление дефектов как на поверхности так и внутри монолитных железобетонных конструкций. Общепринятым решением проблемы повышения качества монолитных железобетонных конструкций считается применение самоуплотняющихся бетонных смесей. Однако из-за сложности приготовления и высокой стоимости таких смесей они применяются только в 2-5% случаев. Альтернативой СУБ может служить разработанная автором двухстадийная технология приготовления бетонных смесей[6].Первая стадия этой технологии предполагает смешивание цемента, минеральной добавки и пластификатора, вторая – смешивание комплексного вяжущего полученного на первой стадии, а также воды песка и щебня по традиционной технологии с использованием существующего оборудования БСУ. Как показала практика в бетонных смесях, приготовленных по предлагаемой технологии практически отсутствует водоотделение и расслоение хотя они при этом имеют очень пластичную консистенцию (расплыв конуса более 500мм), а качество монолитных железобетонных конструкций получается очень высоким. В предлагаемой технологии на первой стадии может быть использован как смеситель для изготовления сухих смесей, так и шаровая мельница. В случае использования шаровой мельницы происходит повышение марки цемента и соответственно появляется возможность сокращения его расхода. Двухстадийная технология особенно выгодна при изготовлении современных бетонных смесей, содержащих большое количество компонентов (цемент, микронаполнитель, пластификатор, замедлитель или ускоритель твердения, противоморозную добавку, стабилизатор при подводном бетонировании и т.п.).

Выводы

1. Для монолитных конструкций при применении существующей технологии изготовления и укладки бетонных смесей возможно получение категории поверхности не выше А3.

2.Существенное повышение качества и снижение дефектности монолитных железобетонных конструкций возможно только при обязательном добавлении в бетонные смеси микронаполнителей.

3.Радикальное улучшение качества и снижение дефектности монолитных железобетонных конструкций может быть достигнуто при переходе на двухстадийную технологию. При этом отдельное производство микронаполнителей и их ввод в бетонные смеси станет неактуальным.

Список литературы

1. СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения»

2. СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции»

3. СП 70.13330.2012 «Несущие и ограждающие конструкции»

4. ГОСТ 13015-2012 «Изделия бетонные и железобетонные для строительства. Общие технические требования».

5. Грицюк Т.В. Повышение качества лицевых поверхностей железобетонных изделий // ВШШЭСМ, сер.З «Промышленность сборного железобетона», вып. 6, М., 1990

6. Несветайло В.М. Инновационная технология монолитного строительства // Технологии бетонов,

№6, 2014

Несветайло Вячеслав Михайлович

Сотрудник Московского государственного строительного надзора

Дефекты конструкций и приемы устранения дефектов

Дефекты конструкций в процессе строительства и современные приемы их устранения

В статье дается анализ основных дефектов, возникающих при строительно-монтажных работах, а также проявляющихся в ходе эксплуатации зданий и сооружений.

Лаборатории ГУП «НИИМосстрой» осуществляют обследования на строящихся строительных объектах и довольно часто выявляют целый ряд нарушений и дефектов. Дефекты зачастую приводят к значительным экономическим и материальным потерям в виде затрат на переделку и исправления. Есть случаи, когда дефекты могут привести к аварии с обрушением отдельных элементов конструкций или всего сооружения.

Анализ причин аварий на строящихся и эксплуатируемых зданиях и сооружениях показал, что их причинами в 60-80% являются низкое качество выполнения строительно-монтажных работ.

Для улучшения качества строительства большое значение имеет изучение дефектов, допускаемых при строительстве (вклад ученых В.Г. Гвоздева, В.Л. Клевцова, М.Н. Лашенко, И.А. Физделя и др.)

Рисунок 1а. Скол бетона с оголением и коррозией рабочей арматурыРисунок 1б. Скол бетона с оголением и коррозией рабочей арматурыРисунок 2а. Непровибрированные участки с образованием каверн под металлической балкойРисунок 2б. Непровибрированные участки с образованием каверн под металлической балкойРисунок 3а. Пористая структура бетонаРисунок 3б. Пористая структура бетонаРисунок 3в. Пористая структура бетонаРисунок 3г. Пористая структура бетона

При выполнении строительно-монтажных работ часто наблюдаются отклонения от проектных величин в размерах, прочности и физических свойствах материалов.

Статистика аварий, вызванных дефектам и строительномонтажных работ, подтверждает вышесказанное:

• устройство оснований и фундаментов — 11%;
• монтажно-сварочные работы — 31%;
• монолитные бетонные работы — 3%;
• кровельные работы — 2%.

Дефекты возникают в основном за счет:

• непроектного выполнения конструкций;
• нарушений технологии производства;
• применения материалов, изделий, конструкций с дефектами;
• некачественного уплотнения бетонной смеси;
• неудовлетворительного ухода за бетоном в процессе твердения;
• применения бетонной смеси с прочностными показателями ниже проектных;
• применения арматуры с явлением коррозии, что также вызывает снижение прочности, образование трещин, снижение долговечности и эксплуатационных свойств.

Рисунок 4а. Косослой бетона, дефектный холодный шовРисунок 4б. Косослой бетона, дефектный холодный шовРисунок 5а. Оголение арматуры, отсутствие защитного слоя бетонаРисунок 5б. Оголение арматуры, отсутствие защитного слоя бетона

Таким образом, следует, что для обеспечения качества возводимых монолитных конструкций необходимо в обязательном порядке организовать постоянный контроль всех строительно-монтажных работ на объекте квалифицированными кадрами.

Значительное количество дефектов наблюдается при устройстве оснований и фундаментов:

• за счет нарушения производства земляных работ;
• рыхлая песчаная подсыпка вызывает неравномерную осадку фундаментов и появление трещин;
• повреждения сооружений могут быть также вследствие пучения грунта при его промораживании.

Некачественное выполнение гидроизоляции фундаментов повышает влажность стен, что может привести к разрушению фундамента.

При несоблюдении толщины защитного слоя бетона арматурные стержни либо выходят на поверхность, либо закрыты тонким слоем цементного раствора, что приводит к коррозии арматуры, снижению сцепления арматуры с бетоном.

При понижении температуры наружного воздуха ниже 0°С процессы твердения бетона, уложенного в этот период, значительно снижаются. Понижение прочности монолитного бетона может привести к обрушению конструкций.
При применении при зимнем бетонировании добавок — ускорителей твердения бетона следует иметь в виду, что введение добавок, содержащих хлористые соли, вызывает коррозию арматуры.

Влияние дефектов, допущенных в ходе строительства, может оцениваться с позиций обеспечения надежности и безаварийности сооружений или с экономических позиций.

Существует целый ряд приемов и технологий, за счет которых возможно не допустить дефекты конструкций.

1. Расчет на прочность является определяющим, и при его невыполнении может произойти разрушение конструкции.
2. В расчетах по оценке несущей способности следует принимать наихудший вариант, т.е. максимально выявленную величину дефекта в конструкции, так как наибольший дефект приводит к разрушению.

Таким образом, дефекты в конструкциях должны рассматриваться с позиций надежности сооружения. Оценку можно определять по методике, разработанной Добромыс-ловым А.Н. «Оценка надежности зданий и сооружений по внешним признакам» (М.: Издательство АС В, 2004 г.).

Методика дает возможность:

• в короткие сроки оценить надежность и техническое состояние строительных конструкций;
• учитывать влияние повреждений на надежность конструкций, что позволит вовремя выполнить ремонт и усиление и тем самым обеспечить их надежность при эксплуатации.

Также надежность сооружения косвенно может быть оценена в виде коэффициента запаса прочности сооружения, категорий его технического состояния.

Рисунок 6. Наплывы бетона с нарушением геометрии конструкции

Большое значение также имеет материал книги Добромыслова А.Н. «Диагностика повреждений зданий и сооружений» для проведения обследований качества строительства: рассмотрены признаки аварийного состояния строительных конструкций и сооружений, прогнозирования деформаций сооружений, представлен полный анализ повреждений конструкций.

Целый ряд дефектов могут снизить прочность и устойчивость конструкции.

Например, дефект, снижающий прочность конструкции на 25% и более, является критическим, представляющим опасность на стадии монтажа и при эксплуатации сооружения.

Дефект, снижающий несущую способность конструкции более чем на 35%, свидетельствует об аварийном состоянии конструкции.

Физико-механические свойства бетона определяются характером процесса гидратации цемента и внутренним напряженным состоянием. Это связано с условиями выдерживания бетона — температурой и влажностью среды. Температура и влажность среды влияют на термические напряжения в массивных конструкциях за счет тепловыделения цемента.

Залогом роста прочности является поддержание влажности бетона, т.е. влажность среды оказывает влияние на твердение и на содержание воды в цементах.

При полном насыщении влагой гидратация цемента проходит полно и длительное время, что улучшает показатели водонепроницаемости и морозостойкости бетона.

Увлажнение бетона после его обезвоживания частично только восстанавливает его влагосодержание.

Особенно отрицательно сказывается на свойствах бетона испарение воды вскоре после уплотнения бетонной смеси.

Раннее обезвоживание бетона отрицательно влияет на его прочность и сцепление с арматурой.

В результате пластической усадки появляются поверхностные трещины с раскрытием до нескольких миллиметров.

Температура твердения бетона, также как и влажность, влияет на процессы гидратации цемента.

Нормальные условия выдерживания бетона приняты следующие:

• температура (20±2)°С;
• относительная влажность >90%.

Рисунок 7а. Пустоты глубиной более толщины защитного слоя бетона, оголение арматуры, мусор в бетонеРисунок 7б. Пустоты глубиной более толщины защитного слоя бетона, оголение арматуры, мусор в бетоне

Структура бетона, набравшего 30-40% марочной прочности, достаточно прочная.

Для получения качественной продукции важно выполнять мероприятия по уходу за бетоном, т.е. создать необходимые условия для твердения (необходимая влажность и благоприятная температура).

Влагу в бетоне можно сохранить следующими способами:

• задержкой распалубки, распылением воды;
• применением влагоудерживающих ковров;
• при помощи защитного слоя, который наносится на бетон в жидком виде и при затвердевании образует тонкую пленку.

Необходимо предохранять поверхности от высыхания и в промежутках между распылением воды, т.к. процесс попеременного увлажнения и высыхания свежеуложенного бетона приводит к образованию волосяных трещин и даже к растрескиванию поверхности.

Поэтому часто применяется непрерывное разбрызгивание воды, которое обеспечивает более постоянный приток влаги, чем обильная поливка водой.

Продолжительность ухода за бетоном до достижения прочности 50-70% устанавливается проектом.
Следует соблюдать правила по уходу за бетоном при зимнем бетонировании.

Методы ухода за бетоном при зимнем бетонировании должны обеспечить твердение бетона в теплой и влажной среде в течение срока до набора бетоном необходимой прочности, характеризующее сохранение структуры бетона за счет выполнения следующих мероприятий:

1. Использование внутреннего запаса теплоты бетона, которое обеспечивается:
   а) применением высокопрочного и быстротвердеющего портландцемента;
   б) ускорителей твердения бетона;
   в) уменьшением количества воды в бетонной смеси.

Внутренний запас тепла в бетоне создают путем подогрева материалов бетонной смеси и воды до температуры 50°С. Бетонная смесь при выходе из бетоносмесителя должна иметь температуру не выше 30-40°С. Применяется также «способ термоса» при зимнем бетонировании: подогретая бетонная смесь твердеет в условиях теплоизоляции. Это считается рациональным способом при сохранении тепла в течение 5-7 суток. Но этот метод возможен только в массивных конструкциях.

1. а) применение дополнительной подачи бетону теплоты извне методом электроподогрева, пропуская через бетон электрический переменный ток;
   б) при зимнем бетонировании применяется также обогрев окружающего воздуха;
   в) возможно обеспечить твердение бетона в тепляках из фанеры, а также под брезентовыми навесами, где устанавливаются временные печи, специальные газовые горелки или используется воздушное отопление;
2. введение в состав бетона химических добавок.

На рисунках представлены основные дефекты конструкций на строящихся объектах в городе Москве.

Похожее

Зачем вибрируют бетон — Устройства для вибрирования бетона

Зачем вибрируют бетон? Чтобы из бетонной смеси получился максимально прочный материал, необходимо обеспечить однородность и текучесть  структуры состава, а так же хорошо утрамбовать её  сразу после заливки. Важно понимать, что на качество бетона вибрация не влияет. Купить бетон хорошего качества по ГОСТу можно в нашей компании круглосуточно, а так же получить глубинный вибратор в аренду.

Вибрация бетона

Самый эффективный способ уплотнения бетонного раствора – вибрация бетона. С помощью специального оборудования из бетонной смеси удаляются воздушные пузырьки, придавая материалу прочность и долговечность. После таких процедур уменьшается пористость материала, а высокочастотные  колебания повышают подвижность, вязкость смеси, что исключает какое либо расслоение материала и обеспечивает равномерное распределение материала по всей опалубке. Вот зачем вибрируют бетон.

В случае применения бетонного вибратора, готовая конструкция отличается высокой устойчивостью к внешним воздействиям окружающей среды,  механическим повреждениям и трещинам, а так же к резким перепадам температуры.

Устройства для вибрирования бетона

В зависимости от назначения и типа вибрации, существует несколько разновидностей оборудования, с помощью которого производится вибрирование бетонной смеси:

1. Устройства для поверхностной вибрации.

Такие виброплиты и рейки используются, при неглубокой заливке, например, при строительстве дорог. Специальные механизмы, пригрузы, соединенные с вибратором укладываются на верхний слой бетонной смеси. Такой метод вибрирования встречается только на крупных стройплощадках, поскольку требует дорогостоящего дополнительного оборудования: насадки, механизмы для виброразглаживания, навесы, установки и много другое.

2. Устройства для объемной вибрации.

Виброплощадки с вертикальными или горизонтальными колебаниями, где двигаются блоки, и колебательные действия передаются всей опалубке и соответственно раствору в ней. Применяется такое устройство при заливке несвязных грунтов или ремонтных работах, например, дорожных.

3. Глубинный вибратор.

Самый распространенный вид бетонного вибратора. Погружается такое оборудование непосредственно в бетонную смесь, а через опалубку или форму колебательные движения передаются всему залитому материалу. В результате таких действий бетонный раствор получает импульсы и смесь разжижается. Вибрация существенно сокращает внутреннее трение частиц состава, увеличивая заполняемость.

Чтобы результат вибрирования бетонной смеси был максимально эффективным, устройство погружают в раствор на восемьдесят процентов от его длины, таким образом, обеспечивая тщательное смешивание и утрамбовку всех слоёв заливки. Важно учесть, чтобы действия оборудования затрагивали весь залитый материал, при этом, не вводя инструмент по углам и краям опалубки. Извлекать глубинный бетонный вибратор нужно аккуратно, чтобы не создавалась воронка на месте его использования.

Типы вибраторов для уплотнения бетона

Для уплотнения бетона используются различные типы вибраторов для бетона для различных строительных и конструктивных требований. Поскольку бетон содержит частицы разного размера, наиболее эффективного уплотнения бетона можно добиться при использовании вибраторов с разной скоростью вибрации.

Разрабатываются многочастотные вибраторы для бетона, используемые для уплотнения бетона жесткой консистенции. Вибраторы для уплотнения бетона изготавливаются с частотами вибрации от 2800 до 15000 об / мин.

Типы вибраторов для бетона

1. Погружной или игольчатый вибратор
2. Вибратор выдвижной или затворный
3. Поверхностный вибратор
4. Вибростол

1. Погружные или игольчатые вибраторы

Погружные или игольчатые вибраторы

являются наиболее часто используемыми вибраторами для бетона. Он состоит из стальной трубы (с одним закрытым и закругленным концом), внутри которой находится эксцентриковый вибрирующий элемент. Эта стальная трубка, называемая кочергой, соединена с электродвигателем или дизельным двигателем через гибкую трубку.Они доступны в размерах от 40 до 100 мм в диаметре. Диаметр стержня определяется исходя из расстояния между арматурными стержнями в опалубке.

Частота вибрации варьируется до 15000 об / мин. Однако диапазон от 3000 до 6000 об / мин предлагается как желательный минимум с ускорением от 4g до 10g.

Нормальный радиус действия погружного вибратора составляет от 0,50 до 1,0 м. Однако было бы предпочтительно погружать вибратор в бетон с интервалами не более 600 мм или в 8-10 раз больше диаметра стержня.

Требуемый период вибрации может составлять от 30 секунд до 2 минут. Бетон следует укладывать слоями высотой не более 600 мм.

2. Наружные или задвижные вибраторы

Эти вибраторы жестко прикреплены к опалубке в заранее определенных точках, так что форма и бетон вибрируют. Они потребляют больше энергии для данного эффекта уплотнения, чем внутренние вибраторы.

Эти вибраторы могут уплотняться на расстоянии до 450 мм от забоя, но их необходимо перемещать с одного места на другое по мере продвижения бетона.Эти вибраторы работают с частотой от 3000 до 9000 об / мин при ускорении 4g.

Внешние вибраторы чаще используются для предварительного литья тонких профилей на месте такой формы и толщины, которые не могут быть уплотнены внутренними вибраторами.

3. Поверхностные вибраторы для бетона

Ставятся прямо на бетонную массу. Они лучше всего подходят для уплотнения неглубоких элементов и не должны использоваться, когда глубина бетона, подвергаемого вибрации, превышает 250 мм.

Очень сухие смеси наиболее эффективно уплотняются поверхностными вибраторами. Обычно используемые поверхностные вибраторы представляют собой плоские вибраторы и виброрейки. Основное применение вибратора этого типа — уплотнение небольших плит толщиной не более 150 мм, ямочный ремонт и ремонт плит тротуара. Рабочая частота около 4000 об / мин при разгоне от 4g до 9g.

4. Вибрационный стол для бетона

Вибростол состоит из жесткой стальной платформы, установленной на гибких пружинах, и приводится в движение электродвигателем.Нормальная частота вибрации составляет 4000 об / мин при ускорении от 4g до 7g. Вибростолы очень эффективны при уплотнении жестких и жестких бетонных смесей, необходимых для производства сборных железобетонных изделий на заводах и испытательных образцов в лабораториях.

Подробнее:

L Box Испытание самоуплотняющегося бетона на удобоукладываемость

Материалы для самоуплотняющегося бетона

U Box Испытание самоуплотняющегося бетона на заполняемость бетона

Методы испытания самоуплотняющейся бетонной смеси

.

VIBCO Вибраторы для бетона — внешние вибраторы для формования бетона, вибраторы для автобетоносмесителей, вибраторы для опалубки сборных железобетонных изделий.

VIBCO Вибраторы для бетона — внешние вибраторы для формования бетона, вибраторы для автобетоносмесителей, вибраторы для бетонных форм.

Вы видели совершенно новый веб-сайт VIBCO Vibrators? Посмотрите здесь!

.Усовершенствованная модель бетона

в гидрокоде для моделирования бетонных конструкций при взрывной нагрузке

Исследуются формулировки усовершенствованной модели RHT для бетона, принятой в AUTODYN, и проводятся численные исследования для изучения фактических характеристик модели RHT при различных условиях нагрузки. Обнаружено, что использование значений по умолчанию в модели RHT не позволяет имитировать реалистичное поведение бетона при различных условиях нагружения. Таким образом, модифицированные параметры в модели RHT предлагаются для лучшего отражения реалистичного поведения бетона в таких условиях нагрузки.Кроме того, численное моделирование обычных бетонных плит и многослойных бетонных плит, подвергающихся взрывной нагрузке, проводится с помощью AUTODYN с параметрами RHT по умолчанию и измененными. Экспериментальные данные полевых взрывных испытаний используются для проверки разработанной численной модели. Показано, что результаты численного моделирования с использованием модифицированных параметров RHT и результатов полевых взрывных испытаний хорошо согласуются с точки зрения характера повреждений, диаметра кратера и ускорения.Следовательно, можно сделать вывод, что модель RHT с измененными параметрами может хорошо отражать механическое поведение бетонных конструкций. Утвержденная модель может быть использована для параметрического исследования влияния ключевых параметров (например, прочности на сжатие, энергии разрушения и толщины) на взрывостойкость бетонной конструкции.

1. Введение

Во всем мире одним из основных строительных материалов, используемых как для конструкционных, так и для инфраструктурных элементов, является бетон.В настоящее время возникают опасения по поводу безопасной среды обитания и эффективных защитных сооружений и инфраструктуры. Характеристики бетонных конструкций, подвергающихся серьезным нагрузкам, таким как взрыв, широко изучались в последние несколько десятилетий [1–5]. Бетон — хрупкий материал, состоящий из цементного теста, заполнителей и добавки (по желанию). Хрупкое поведение бетона и других геоматериалов, то есть горных пород и грунта, очевидно, имеет разную прочность на сжатие и растяжение.Бетон также демонстрирует характеристики упрочнения под давлением и деформационного упрочнения при статической нагрузке, а также упрочнения со скоростью деформации при растяжении и сжатии при динамической нагрузке до разрушения. Когда бетон начинает разрушаться, он постепенно теряет свою несущую способность, и это явление также называется деформационным разупрочнением [6].

В последнее время специальное исследование было посвящено разработке надежных методов и алгоритмов для точного анализа поведения конструкций и инфраструктур, подвергающихся динамическим нагрузкам.Некоторые методы, такие как коды явного численного анализа AUTODYN [7] и LSDYNA [8], доступны для моделирования взаимодействия между взрывной волной и бетонными конструкциями. В AUTODYN доступны различные численные методы, такие как чисто лагранжевые и лагранжево-эйлеровы алгоритмы взаимодействия, для анализа интерактивного отклика между взрывной волной и бетонной конструкцией при взрывной нагрузке [3, 9, 10].

Есть много факторов, которые влияют на надежность численного моделирования.Среди этих факторов ключевую роль играет модель материала, поскольку она воспроизводит основные физические механизмы материала при различных условиях нагружения. В последние годы разработан ряд моделей материалов для бетона, таких как модель RHT [1, 11], модель поврежденной пластичности бетона (также известная как модель MAT 72R3 в LSDYNA) [11, 12] и модель бетона HJC [ 13, 14]. Эти прочные модели материалов способны отображать различное поведение бетонных материалов при различных условиях нагрузки.Когда бетон подвергается динамической нагрузке, такой как взрывная нагрузка или высокая ударная нагрузка, он проявляет сильно нелинейный отклик. Кроме того, из-за общей сложности базовых моделей определение параметров (то есть остаточная прочность, деформация разрушения и критерии разрушения в модели) также играет важную роль в достижении фактических характеристик бетонных материалов. Это требует достаточного понимания формулировки моделирования и связанных с этим соображений.

В этой статье формирование модели RHT в гидрокоде AUTODYN тщательно оценивается и исследуется с помощью численных испытаний путем построения зависимости напряжения от деформации бетона в различных условиях напряжения.Выделены и обсуждены некоторые потенциальные проблемы моделирования с использованием существующей формы модели RHT. В рамках существующей формулировки рекомендуются модифицированные параметры RHT, которые способны воспроизвести более реалистичное поведение разупрочняемого бетона после пика при растяжении и сжатии. Кроме того, модель RHT с набором параметров по умолчанию и с измененным набором параметров применяется для моделирования серии физических испытаний бетонной плиты и многослойной бетонной плиты при взрывной нагрузке.Результаты моделирования сравниваются с экспериментальными наблюдениями. Результаты численного моделирования с использованием модифицированной модели RHT также сравниваются с результатами, полученными с использованием модели MAT 72R3 в LSDYNA. Затем на основе исследования модели материала и моделирования бетонной плиты, подвергшейся взрывной нагрузке, делаются выводы.

2. Модель бетона RHT в AUTODYN

Модель бетона RHT — это усовершенствованная модель пластичности для хрупких материалов, разработанная Riedel et al.[1] из Института Эрнста Маха. Эта модель учитывает некоторые устойчивые характеристики, такие как упрочнение под давлением, деформационное упрочнение, упрочнение со скоростью деформации, деформационное разупрочнение и третья инвариантная зависимость. В пространстве напряжений реализованы три поверхности, зависящие от давления: поверхность предела упругости, поверхность разрушения и остаточная поверхность (как показано на рисунке 1) для правильного моделирования реакций упрочнения и разупрочнения материала. Ключевое формирование этих трех поверхностей обсуждается в следующих разделах, а подробное описание этой модели можно найти в [1, 10, 11].

2.1. Поверхность предела упругости и поверхность предпикового нагружения

Поверхность предела упругости преобладает над упругими напряжениями. С увеличением напряжений происходит деформационное упрочнение до достижения поверхности разрушения (как на рисунке 1). поверхность получается уменьшением масштаба от поверхности, которое может быть выражено с помощью следующего уравнения: где масштабный коэффициент — это отношение упругого растягивающего напряжения () или сжимающего напряжения () к соответствующему пределу прочности (для предела прочности на растяжение или предела прочности на сжатие). прочность) по радиальному пути.Принимая во внимание тот факт, что бетон вызывает неупругое поведение при растяжении примерно на 50 ~ 80% и при сжатии примерно на 30% от соответствующей максимальной прочности [10, 15], в (1) изменяется линейно с давлением между величиной, связанной с одноосным растяжением и то, что связано с одноосным сжатием [10]. Функция параболической крышки используется для обеспечения согласованности между неупругими объемными и девиаторными напряжениями [11].

Поверхность предпикового нагружения впоследствии определяется путем интерполяции между упругой поверхностью и поверхностью разрушения с использованием наклона упрочнения.Это можно увидеть на рисунке 2 в случае одноосного сжатия, из которого уравнение может быть выражено как где определения и показаны на рисунке 2. На рисунке показано, что пластическая деформация предшествует пределу прочности на разрыв; является полной пластической деформацией, и ее можно определить по секущему модулю между поверхностью предела упругости и поверхностью разрушения.

2.2. Поверхность разрушения

В модели RHT поверхность разрушения может быть выражена как функция гидростатического давления, Lode-угла и скорости деформации: где представляет собой меридиан сжатия, и его можно выразить как

В (4) означает прочность материала на одноосное сжатие; и — два постоянных параметра модели без размерности; — гидротензионное напряжение, нормированное на прочность на сжатие; представляет собой коэффициент динамического увеличения (DIF) как функцию скорости деформации.Уравнение (3) указывает на то, что поверхность разрушения устанавливается посредством вращения меридиана сжатия вокруг гидростатической оси. Путем умножения на меридиан сжатия можно учесть меридианы сдвига и растяжения в пространстве напряжений на поверхности разрушения. Таким образом, можно записать как [15]

.