Прогноз кинетики прочности бетона при твердении в условиях, отличных от нормальных

Введение. При возведении массивных монолитных железобетонных конструкций твердение бетона происходит в нестационарных температурных условиях, отличных от нормальных, что оказывает наряду с показателем массивности конструкции и рецептурными особенностями бетонов значительное влияние на кинетику прочности бетона. Следствием неоднородности температурного поля является различие прочностных и деформационных показателей твердеющего бетона в разных точках конструкции в одно и то же время, в итоге формируется неоднородное поле уровня напряжений. В связи с недостаточным объемом публикаций по вопросу прогнозирования прочности бетона в зависимости от времени и температурных условий твердения бетонов с учетом их рецептурных особенностей, исследования в данной области представляют актуальную задачу, исходя из чего целью работы является получение математической зависимости кинетики прочности различных бетонов от показателя приведенного времени твердения, необходимой для расчета термонапряженного состояния в ранний период твердения в нестационарных температурных условиях массивных железобетонных конструкций.

Материалы и методы. Использованы экспериментальные и расчетные данные авторов, а также результаты, представленные в опубликованных работах и нормативных документах. Произведена теоретическая оценка кинетики прочности бетонов в зависимости от типа цемента по кинетике твердения с учетом фактического тепловыделения твердеющего бетона и его температуры, в т. ч. нестационарной, основанная на следующих положениях: кинетика тепловыделения цемента может рассматриваться как показатель степени гидратации цемента и нарастания прочности; степень гидратации цемента в момент времени определяет пористость цементного камня, а прочность цементного камня и бетона определяется его пористостью.

Результаты исследования. Получена зависимость относительной прочности бетона от показателя приведенного времени твердения в нестационарных температурных условиях для бетонов, различающихся кинетикой твердения в нормальных условиях. Показана хорошая сходимость предложенной зависимости с результатами экспериментальных исследований и некоторыми нормативными документами.

Обсуждение и заключение. Развиты научные представления об оценке относительной прочности бетона, твердеющего в температурных условиях, отличных от нормальных, на основе гипотезы о зависимости кинетики твердения бетона от кинетики тепловыделения цемента с учетом степени зрелости бетона к «приведенному времени твердения». Зависимость целесообразно использовать при расчетах термонапряженного состояния массивных монолитных железобетонных конструкций в ранний период твердения. Показана и обоснована эффективность оценки кинетики прочности различных бетонов, твердеющих в нестационарных температурных условиях, по показателю «приведенное время». При получении показателя учитывались кинетика тепловыделения и величина общей пористости, определенной через показатель степени гидратации. Обосновано использование «приведенного времени твердения» в зависимости от степени зрелости для оценки относительной прочности бетона с учетом его рецептурных особенностей.

1. Каприелов С.С., Шейнфельд А.В., Киселева Ю.А., Пригоженко О.В., Кардумян Г.С., Ургапов В.И. Опыт возведения уникальных конструкций из модифицированных бетонов на строительстве комплекса «Федерация». Промышленное и гражданское строительство. 2006;8:20–22. https://elibrary.ru/item.asp?id=9246707 (дата обращения: 30.08.2023).

2. Калиновская Н.Н., Осос Р.Ф., Кучук Е.В. Бетонирование фундаментной плиты турбоагрегата Белорусской АЭС с применением самоуплотняющегося бетона. Технологии бетонов. 2017;3(4):15–19. https://elibrary.ru/item.asp?id=29771157 (дата обращения 30.08.2023).

3. Добрецова И.В., Галактионов Д.Е. Температурный режим и термонапряженное состояние массивных железобетонных элементов конструкций АЭС при их возведении. В: Доклады и выступления Седьмой научнотехнической конференции «Гидроэнергетика. Новые разработки и технологии». Санкт-Петербург: ОАО «РусГидро»; 2013. С. 55–60.

4. Стручкова А.Я., Барабанщиков Ю.Г., Семенов К.В., Шайбакова А.А. Тепловыделение цемента и расчеты трещиностойкости бетонных массивов. Инженерно-строительный журнал. 2018;2(78):128–135. https://doi.org/10.18720/MCE.78.10

5. Муртазаев С.А.Ю., Сайдумов М.С., Аласханов А.Х., Муртазаева Т.С.А. Высокопрочные бетоны повышенной жизнеспособности для конструкций фундаментов МФК «Ахмат-Тауэр». В: Сборник докладов Международного онлайн-конгресса «Фундаментальные основы строительного материаловедения». Белгород: БГТУ имени В.Г. Шухова; 2017. С. 875–883. https://elibrary.ru/item.asp?id=36305899 (дата обращения: 29.08.2023).

6. Журов Н. Н., Комиссаров С.В. Система температурно-прочностного контроля бетона в раннем возрасте. Вестник МГСУ. 2010;4–5:296–300. https://cyberleninka.ru/article/n/sistema-temperaturno-prochnostnogo-kontrolyabetona-v-rannem-vozraste (дата обращения: 30.08.2023).

7. Trong-Chuc Nguyen, Tang Van Lam, Bulgakov BI. Designing the Composition of Concrete with Mineral Additives and Assessment of the Possibility of Cracking in Cement-Concrete Pavement. Materials Science Forum. 2018;931:667–673. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.931.667

8. Макеева А.В., Семенов К.В., Макеев А.А., Амелина А.В. Трещиностойкость массивных бетонных конструкций в строительный период с учетом температурных воздействий. Вестник БГТУ имени В. Г. Шухова. 2019;8:30–38. https://doi.org/10.34031/article_5d49408e0e0b61.97206550

9. Федоров В.И., Местников А.Е. Мультипараметрическое уравнение оценки относительной прочности бетона при зимнем бетонировании. Современные наукоемкие технологии. 2018;11(2):227–231. https://toptechnologies.ru/ru/article/view?id=37308 (дата обращения: 28.08.2023).

10. Мокшин Д.И., Гаусс К.С., Мокшин Р.И. Моделирование температурных полей и прогнозирование прочности бетона тонкостенных конструкций. Т.Ю. Овсянникова, И.Р. Салагор (ред.). В: Материалы XI Международной научно-практической конференции «Инвестиции, градостроительство, недвижимость как драйверы социально-экономического развития территории и повышения качества жизни населения». Томск: Томский государственный архитектурно-строительный университет; 2021. С. 526–528.

11. Дудин М.О., Ватин Н.И. Барабанщиков Ю.Г. Моделирование набора прочности бетона в программе ELCUT при прогреве монолитных конструкций проводом. Инженерно-строительный журнал. 2015;2(54): 33–45. https://doi.org/10.5862/MCE.54.4

12. Несветаев Г.В., Корянова Ю.И., Сухин Д.П. О влиянии условий выдерживания при возведении массивных монолитных железобетонных конструкций на прочность бетона. Инженерный вестник Дона. 2021;10. https://ivdon.ru/ru/magazine/archive/2021/7228 (дата обращения: 30.08.2023).

13. Сердюкова А.А., Рахимбаев И.Ш. О механизме действия ускорителей схватывания и твердения цементной матрицы бетона. Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2013;2:26–28. http://dspace.bstu.ru/jspui/handle/123456789/810 (дата обращения: 26.08.2023).

14. Несветаев Г.В., Чепурненко А.С., Корянова Ю.И., Сухин Д.П. Оценка некоторых методик для расчета температурных напряжений при бетонировании массивных железобетонных фундаментных плит. Инженерный вестник Дона. 2022;7. https://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n7y2022/7817 (дата обращения: 30.08.2023).

15. Меренкова Н.В. Влияние температурного фактора на скорость набора прочности модифицированного бетона применительно к креплению вертикальных стволов. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2012;7:376–379. https://www.giab-online.ru/catalog/10630 (дата обращения: 02.09.2023).

16. Семенов К.В., Барабанщиков Ю.Г. Термическая трещиностойкость массивных бетонных фундаментных плит и ее обеспечение в строительный период зимой. Строительство уникальных зданий и сооружений. 2014;2(17):125–135. https://unistroy.spbstu.ru/userfiles/files/2014/2(17)/10_semenov_17.pdf (дата обращения: 30.08.2023).

17. Несветаев Г.В., Корянова Ю.И., Сухин Д.П. О влиянии условий твердения на свойства самоуплотняющихся бетонов. Инженерный вестник Дона. 2022;10. https://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n10y2022/7927 (дата обращения: 30.08.2023).

18. Семенов К.В., Стручкова А.Я. Термическая трещиностойкость массивных железобетонных конструкций в строительный период. AlfaBuild. 2017;2(2):31–33. https://doi.org/10.34910/ALF.2.6