CC BY
2УДК 69
Мухин М.С.
магистрант
Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова
(г. Чебоксары, Россия)
ПОЛЗУЧЕСТЬ БЕТОНА ПРИ СЖАТИИ И РАСТЯЖЕНИИ
Аннотация: ползучесть бетона при сжатии и растяжении представляет собой сложный процесс, который существенно влияет на прочность и долговечность строительных конструкций. Целью статьи является рассмотрение ключевых аспектов ползучести бетона, включая её природу, механизмы и факторы, определяющие поведение материала под длительными нагрузками. В работе анализируются особенности деформаций бетона в условиях сжатия и растяжения, а также их влияние на эксплуатационные характеристики конструкций. Представленные материалы могут быть полезны для теоретического понимания проблемы и разработки рекомендаций по улучшению надежности и долговечности бетонных изделий.
Ключевые слова: ползучесть, бетон, деформация, сжатие, растяжение, строительная конструкция, нагрузка, эксплуатационные характеристики.
Ползучесть бетона при сжатии и растяжении зависит от многих факторов: уровня напряжений, возраста бетона при нагружении, температурно-влажностных условий внешней среды и ряда других [1]. Бетон является существенно нелинейным конструкционным материалом. Его диаграмма мгновенного сжатия а-ем имеет ниспадающий участок (рис. 1), ограниченный предельной деформацией 8в2.
Рис. 1. Диаграмма о-8м мгновенного деформирования бетона
Этот сложный процесс, проявляющийся в постепенном увеличении деформаций под постоянной нагрузкой, оказывает существенное влияние на эксплуатационные характеристики строительных конструкций [2]. Ползучесть бетона при постоянном напряжении обусловлена главным образом ползучестью цементного камня. Заполнители, напротив, обладают значительно меньшей ползучестью и, в зависимости от их прочности и жесткости, могут либо усиливать, либо ослаблять этот процесс [3]. Основной вклад в ползучесть вносит микроструктура цементного камня, включающая гидратированные соединения и поры, которые подвержены длительным пластическим деформациям.
Ползучесть бетона обусловлена следующими основными механизмами:
1. Вязкоупругие деформации - проявляются в перемещении и перераспределении микроструктурных элементов цементного камня под действием напряжений,
2. Пластические деформации - возникают вследствие разрушения или перераспределения контактов между микрочастицами цементного камня,
3. Повторное уплотнение поровой структуры - поры и капиллярные пространства постепенно деформируются под действием нагрузки, что приводит к сокращению общего объема материала,
4. Диффузионные процессы - движение влаги в микропорах и капиллярах цементного камня играет ключевую роль в механизмах ползучести, особенно в условиях высокой влажности окружающей среды.
Результаты систематизации автором факторов, определяющих поведение материала, представлены в табл. 1:
Табл. 1. Факторы, определяющие поведение бетона при ползучести
Фактор Описание влияния
Уровень напряжений Ползучесть увеличивается с ростом приложенного напряжения, особенно в зонах, близких к пределу прочности бетона.
Возраст бетона Наиболее выражена в молодом бетоне, так как со временем цементный камень становится плотнее и устойчивее к деформациям.
Температурно -влажностные условия Высокая влажность усиливает ползучесть за счет активизации диффузионных процессов, а высокая температура ускоряет химические реакции в цементном камне.
Состав и свойства бетона Соотношение воды и цемента, тип заполнителя и использование добавок, таких как пластификаторы, оказывают существенное влияние на ползучесть материала.
Длительность нагрузки Ползучесть является функцией времени: её интенсивность уменьшается по мере увеличения продолжительности нагрузки.
Данная таблица систематизирует ключевые факторы, влияющие на ползучесть бетона, что облегчает их учет при проектировании строительных конструкций. Понимание природы, механизмов и факторов, влияющих на ползучесть бетона, является ключом к разработке новых подходов в проектировании строительных конструкций [4]. Это позволяет прогнозировать поведение бетона в условиях длительных нагрузок, обеспечивая их надежность и долговечность. Особенности деформаций бетона в условиях сжатия и
растяжения тесно связаны с его структурой и поведением под нагрузкой. При сжатии бетон демонстрирует постепенное уплотнение структуры за счет уменьшения пористости и перераспределения напряжений между цементным камнем и заполнителями. Этот процесс приводит к длительным деформациям, которые зависят от времени и уровня нагрузки [5]. Ползучесть в сжатии особенно выражена в раннем возрасте бетона, когда структура материала ещё не полностью сформирована, и со временем её интенсивность снижается. В результате длительного сжатия конструкция может испытывать дополнительные деформации, что приводит к изменению её геометрии, снижению эксплуатационной надежности и увеличению риска появления трещин.
В условиях растяжения бетон проявляет значительно меньшую способность к пластическим деформациям из-за хрупкости материала. Ползучесть при растяжении проявляется слабее, но это не уменьшает её значимости, особенно в армированных конструкциях, где возникают комбинированные напряжения. Разрыв цементных связей под растягивающими нагрузками может способствовать снижению общей прочности материала, образованию микротрещин и ускорению процессов разрушения конструкции под воздействием внешних факторов [6]. Влияние ползучести на эксплуатационные характеристики заключается в том, что она может вызвать необратимые изменения формы и размеров конструкций, что критично для систем, чувствительных к точным допускам. Кроме того, сочетание длительных деформаций с циклическими нагрузками может привести к усталостному разрушению материалов. Учет особенностей деформаций в условиях сжатия и растяжения позволяет повысить надежность конструкций, оптимизировать их проектирование и обеспечить их долговечность в сложных эксплуатационных условиях.
Целью статьи являлось рассмотрение особенностей ползучести бетона при сжатии и растяжении, анализ её природы, механизмов и факторов, определяющих поведение материала под длительными нагрузками. В
результате работы выявлено, что ползучесть бетона представляет собой сложный процесс, связанный с его структурными особенностями, условиями внешней среды и типом нагрузки. При сжатии ползучесть проявляется через уплотнение материала и перераспределение напряжений, что со временем снижает прочность и устойчивость конструкций. При растяжении, напротив, хрупкость бетона усиливает риск появления микротрещин и снижает долговечность. Понимание особенностей этих процессов позволяет точнее прогнозировать поведение бетона в реальных условиях эксплуатации, что особенно важно при проектировании долговечных и надёжных строительных объектов. Полученные выводы подчеркивают необходимость учёта ползучести бетона для повышения качества и эффективности строительных конструкций.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Карпенко Н.И., Каприелов С.С., Петров А.Н. Исследование физико-механических и реологических свойств высокопрочных сталефибробетонов из самоуплотняющихся смесей // Издательство АСВ. 2018. С. 237-246;
2. Завялов В. Н., Невгень Н.А. Ползучесть бетона при постоянных напряжениях сжатия и растяжения // Вестник Донбасской национальной академии строительства и архитектуры. 2013. № 1(99). С. 158-162;
3. Смирнова О. М. Влияние дисперсного армирования синтетическим макроволокном на прочность дорожного бетона // Вестник науки и образования Северо-Запада России. 2016. Т. 2, № 3. С. 15-19;
4. Санжаровский Р.С., Манченко М. М. Ползучесть бетона и его мгновенная нелинейность деформирования в расчетах конструкций // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2015. №2. С. 33-40;
5. Тер-мартиросян З.Г., Бахмисов В.В. К вопросу учета ползучести бетона в грунтовой среде // Вестник МГСУ. 2020. №9. С. 1285-1296;
6. Истомин А.Д., Веретенникова А.Э. Влияние уровня нагружения на коэффициент ползучести бетона // Вестник ЮУрГУ. Серия: Строительство и архитектура. 2023. №4. С. 19-26
Mukhin M.S.
Chuvash State University (Cheboksary, Russia)
CREEP OF CONCRETE WHEN COMPRESSING AND STRETCHING
Abstract: concrete creep under compression and tension is a complex process that significantly affects the strength and durability of building structures. The purpose of the article is to examine the key aspects of concrete creep, including its nature, mechanisms, and factors that determine the behavior of the material under prolonged loads. The paper analyzes the features of concrete deformations under compression and tension conditions, as well as their impact on the performance characteristics of structures. The presented materials can be useful for a theoretical understanding of the problem and the development of recommendations for improving the reliability and durability of concrete products.
Keywords: creep, concrete, deformation, compression, stretching, building structure, load, operational characteristics.
