Испытания бетонов ударными нагрузками

Следующий этап экспериментальных работ по испытанию опытных образцов бетонов, полимербетонов, полимерцементных фибробетонов и бетонополимеров выполнены в НИЛ «Наноинженерные методы исследований им. А.С. Ахметова». Эксперименты проведены в рамках реализации программы «BR24992867 - Разработка ресурсосберегающих технологий для развития и управления водным хозяйством и перерабатывающей промышленностью Казахстана, создание инновационного инжинирингового центра». НИР включают выполнение следующих задач календарного плана программы:

1) 2.5.1 Исследование качества новых строительных материалов, геометрических размеров и формы конструкций;

2) 2.5.2 Исследование структуры и физико-механических и эксплуатационных свойств гидротехнических полимербетонов;

3) 2.5.3 Разработка технологических параметров получения полимербетона.

Испытания проведены СНС, PhD Атеновым Е.И. и СНС, магистром Шаншабаевым Н.А. под руководством ВНС, д.т.н. Бекбасарова И.И.

Опытные образцы бетонов были изготовлены на первых этапах исследований. Для их испытаний при действии многократно повторяющихся динамических (ударных) нагрузок была разработана и сконструирована специальная лабораторная механическая установка ударного типа (рис. 1). 

1 - несущая рама П-образной формы; 2 - опорная часть; 3 - направляющий стержень; 4 – ударник; 5 - испытуемый образец; 6 - опорные пластины.

Рисунок 1 – Лабораторная установка для ударных испытаний

Результаты испытаний образцов бетонов на ударные нагрузки приведены в виде диаграмм на рисунке 2. Стандартные отклонения данных средней ударной прочности образцов при различном периоде водонасыщения, представлены на рисунке 3. Их максимальные значения не выше 0,45 кДж, что свидетельствует о надежности средних значений энергетических затрат на разрушение. Фрагменты испытаний и разрушений образцов приведены на рисунке 4. 

Рисунок 2 – Средняя суммарная энергия на инициацию повреждений образца, кДж

Рисунок 3 – Стандартные отклонения данных средней ударной прочности образцов при различном периоде водонасыщения на стадии инициации повреждений

Рисунок 4 – Фрагменты испытаний и разрушений образцов бетонов ударными нагрузками: a) Исходное состояние; б) Стадия инициации повреждений; в) Стадия прогрессирующего разрушения; г) Стадия полного разрушения.

Результаты определения значений коэффициента относительной энергоемкости на стадии инициации повреждений бетонных образцов вычисленные по формуле (1) представлены в таблице 1 и на рисунке 5.

где:  – энергоемкость ударов для опытного образца, кДж;  – энергоемкость ударов для контрольного образца, кДж; n – вид образца.

Таблица 1 – Значения коэффициента относительной энергоемкости на стадии инициации повреждений бетонных образцов

Рисунок 5 – Зависимость коэффициента относительной энергоемкости на стадии инициации повреждений бетонных образцов  от продолжительности водонасыщения

Графики, представленные на рисунке 6, описываются следующей линейной функцией

где: k и o – параметры, принимаемые по таблице 2 в зависимости от вида бетона; t – продолжительность водонасыщения бетона, сутки.

Таблица 2 – Значения параметров k и o в формуле (2)

Анализ результатов испытаний на стадии инициации повреждений образцов бетонов, представленных на рисунке 1 и в таблице 1, позволяет сделать следующие выводы:

- устойчивость к разрушению при воздействии ударными нагрузками у полимербетонов выше в среднем в 1,07-2,35 раза, чем у контрольных бетонов;

- удароустойчивость бетонополимеров, обработанных полиэфирной смолой ПН-609-21М (Ke), а также полимерцементных бетонов с добавками Полипласт СП-1 (FPP) и MasterRHEOBUILD 1033 (FMR) выше в 1,07-1,09 раза по сравнению с контрольными бетонами (K);

- полимерцементные фибробетоны с добавками MasterRHEOBUILD 1033 (FPCMR) и Полипласт СП-1 (FPCPP), а также полипропиленовые фибробетоны (FC) характеризуются в 2,06-2,35 раза повышенной ударопрочностью по сравнению с образцами контрольных бетонов ();

- с увеличением периода водонасыщения образцов от 20, 40 и до 60 суток зафиксировано снижение устойчивости к ударным нагрузкам образцов соответственно на 4-7%, 7-15% и 11-22%;

- при периоде водонасыщения, равным 20, 40 и 60 суткам, предел ударной прочности снизился: , FPCMR и FPCPP – соответственно на 4, 7 и 11%; у образцов Ke– на 7, 14 и 20%; а  и FPP снижение искомой характеристики на 14 и 20% выявлено при 40 и 60 сутках водонасыщения образцов.