Сравнение расчетной ширины раскрытия трещин на раннем этапе твердения бетона

Введение. Расчет ширины раскрытия трещины является одним из требований к эксплуатационной надежности железобетонных конструкций. Возникновение трещин в железобетонных элементах происходит как при эксплуатационных нагрузках, так и в начальный период набора прочности из-за низкой прочности бетона на растяжение и характера его работы в целом. Возрастающая скорость строительства требует учитывать термонапряженное состояние не только массивных, но и обычных конструкций в раннем возрасте бетона, в том числе выполнять расчет ширины раскрытия трещин на этапе набора прочности, для обеспечения проектных и эксплуатационных характеристик конструкций и оценки возможности нагружения конструкций, бетон которых пока не достиг своих эксплуатационных характеристик.

Цель. Исследование направлено на анализ необходимости учета особенности бетона в раннем возрасте (соотношение прочности и модуля деформаций отличается от проектного возраста) при расчете ширины раскрытия трещин.

Материалы и методы. В работе проведен анализ методов расчета, заложенных в нормативных документах. Выполнены расчеты ширины раскрытия трещин для железобетонных сечений с разным процентом армирования. Выполнено сравнение расчетных методик и полученных значений ширины раскрытия трещин по различным нормативным документам для бетона на ранних стадиях твердения, а также выполнена оценка влияния изменения модуля упругости на процесс трещинообразования. Анализ выполнен с учетом как нормативного модуля упругости бетона (28 суток), так и его сниженного значения на 7 сутки. Использованы данные экспериментальных исследований для верификации результатов.

Результаты. Установлено, что снижение модуля упругости бетона на ранних стадиях твердения (до 24 %) приводит к увеличению расчетной ширины трещин (до 11 %) при идентичной прочности.

Выводы. Результаты исследования подчеркивают необходимость учета изменения модуля упругости бетона на ранних стадиях твердения при проектировании конструкций. Это позволит более точно прогнозировать ширину раскрытия трещин, включая температурноусадочные, и обеспечит повышение надежности железобетонных конструкций в процессе эксплуатации.

1. Лолейт А.Ф. Курс теории проектирования железобетона для строительных техникумов, основы теории и проектирования. Москва–Ленинград: Государственное издательство, 1925. 262 с.

2. Мурашев В.И. Трещиноустойчивость, жесткость и прочность железобетона. Москва: Издательство Министерства строительства предприятий машиностроения, 1950. 268 с.

3. СП 63.13330.2018. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003 (с Изменениями № 1, 2). Москва, 2018.

4. Saliger R. High grade steel in reinforcement concrete. 2nd Congress, International Association for Bridges and Structural Engineering, Preliminary Publication, Berlin-Munich, 1936, pp. 293–315.

5. Tomas F.G. Cracking in reinforced concrete. <i>Structural Engineer</i>. 1936, no. 7, vol. 14, pp. 298–320.

6. Broms B.B. Crack width and crack spacing in reinforced concrete members. <i>Journal of American Concrete Institute</i>. 1965, no. 10, vol. 62, pp. 1237–1256.

7. Mr Bayes, Mr Price. An Essay towards Solving a Problem in the Doctrine of Chances. By the Late Rev. Mr. Bayes, F. R. S. Communicated by Mr. Price, in a Letter to John Canton, A. M. F. R. S. <i>Philosophical Transactions of the Royal Society of London.</i> 1763, vol. 53, pp. 370–418. DOI: https://doi.org/10.1098/rstl.1763.0053.

8. Base G.D., J.B. Read, Beeby A.W., Taylor H.P.J. An Investigation of the Crack Control Characteristics of Various Types of Bar in Reinforced Concrete Beams. Research Report No. 18, Parts I and II, Cement and Concrete Association, London, 1966.

9. EN 1992-1-1:2004. Eurocode 2: Design of concrete structures – Part 1-1: General rules and rules for buildings.

10. Gergely P., Lutz L.A. Maximum Crack Width in RC Flexural Members, Causes, Mechanism and Control of Cracking in Concrete. SP-20, American Concrete Institute, Detroit, 1968, pp. 87–117.

11. Building Code Requirements for Reinforced Concrete (ACI 318-95) and Commentary (ACI 318R-95). American Concrete Institute, Detroit, 1995.

12. Building Code Requirements for Reinforced Concrete (ACI 318-08) and Commentary (ACI 318R-08). American Concrete Institute, Detroit, 2008.

13. Concrete sanitary engineering structures, a report by ACI committee 350. <i>ACI Structural Journal</i>. 1983, vol. 80, pp. 467–486.

14. Building Code Requirements for Reinforced Concrete (ACI 318-05) and Commentary (ACI 318R-05). American Concrete Institute, Detroit, 2005.

15. BS 8110-2:1985. Structural use of concrete – Part 2: Code of practice for special circumstances. 1997, British Standard Institution, London, 1998.

16. Jin-Keun Kim, Sang Hun Han, Young Chul Song. Effect of temperature and aging on the mechanical properties of concrete: Part I. Experimental results. <i>Cement and Concrete Research.</i> 2002, vol. 32, no. 7, pp. 1087–1094. DOI: https://doi.org/10.1016/S0008-8846(02)00744-5.

17. Трапезников Л.П. Температурная трещиностойкость массивных бетонных сооружений. Москва: Энергоатомиздат, 1986. 270 с.