Введение. Нормативными документами установлены две основные характеристики прочности бетона прочность бетона при осевом сжатии и прочность бетона при осевом растяжении, определяемые на образцах базового размера и формы.

Допускается определение показателей прочности бетона на образцах с геометрическими размерами, отличающимися от размеров базовых образцов в большую или меньшую сторону. В этих случаях прочность бетона корректируется соответствующими масштабными коэффициентами для приведения её к прочности бетона образцов базовых размеров.

Величины масштабных коэффициентов для перехода к прочности бетона базовых образцов также устанавливаются соответствующими нормами.

В отдельных случаях экспериментальное определение прочности бетона является сложной задачей, которая не решена и в настоящее время.

В первую очередь это относится к прочности бетона в контактном слое зоны анкеровки арматуры периодического профиля. Причём показатели прочности бетона при срезе, даже для базовых образцов, отсутствуют в нормативных документах.

Цель. Определение величины масштабных коэффициентов для расчёта прочности бетона в контактном слое при срезе и сжатии в зависимости от показателей прочности бетона базовых образцов.

Материалы и методы. На основании анализа нормативных документов и открытых источников теоретически получены значения масштабных коэффициентов для определения фактической прочности бетона при срезе и сжатии бетона в контактном слое с учётом положений ОТС в зависимости от прочности бетона базовых образцов.

Результаты. Статистическая обработка результатов позволила получить математические зависимости величины масштабных коэффициентов при срезе и сжатии и высоты поперечных рёбер периодического профиля арматуры.

Выводы. Значения масштабных коэффициентов позволяют определять предельные значения прочности бетона в контактном слое зоны анкеровки арматуры периодического профиля.

Введение. Дефицит и высокая стоимость гранитного щебня стимулируют поиск более доступных заполнителей для тяжёлого бетона. В статье представлены результаты лабораторного исследования, направленного на сравнение свойств тяжёлого бетона, приготовленного с использованием двух видов крупного заполнителя гранитного щебня и природного гравия фракции 5–20 мм.

Цель. Обоснование технической и экономической целесообразности замены гранитного щебня на природный гравий в составе тяжёлого бетона при условии обеспечения прочностных характеристик не ниже требуемых.

Материалы и методы. Основное внимание уделено влиянию формы и поверхности зёрен заполнителя на водопотребность, прочность и стоимость бетонной смеси при одинаковой удобоукладываемости (марка по подвижности П5).

Результаты. Установлено, что применение гравия вместо щебня позволяет снизить расход воды [1], что приводит к уменьшению водоцементного отношения и, как следствие, к повышению прочности. В рассматриваемом в статье случае бетон на гравии достиг класса В20, в то время как аналог на щебне только класса В15. Экономический расчёт показал снижение себестоимости на 7,8 % при замене щебня на гравий. Выводы. Результаты эксперимента свидетельствуют о том, что при корректном подборе состава гравий может быть не только экономически выгодной, но и технически предпочтительной альтернативой щебню в производстве тяжёлого бетона.

Введение. Золоотвалы подвергают риску здоровье населения, а предприятия, вынужденные хранить золошлаковые отходы, несут значительные финансовые потери из-за негативного воздействия на окружающую среду, в свою очередь, золошлаковые отходы, после определенной подготовки, могут служить основой для производства конкурентоспособной бесцементной продукции строительного назначения, что является научной задачей.

Цель. Разработка научно обоснованного технологического решения получения геополимерных строительных материалов на основе гидроудаленных золошлаковых отходов теплоэлектростанций.

Материалы и методы. Основой для геополимеров были ЗШО Владивостокской ТЭЦ-2, Приморской ГРЭС и Артёмовской ТЭЦ Приморского края. Для комплексного исследования сырьевых компонентов и разработанных материалов были применены современные методы: рентгенофазовый анализ, энергодисперсионый микроанализ, сканирующая электронная микроскопия, дифференциально-термический анализ, инфракрасная спектроскопия.

Результаты. Усовершенствовано технологическое решение предварительной подготовки золошлаковых отходов, на основе которых разработано инновационное геополимерное вяжущее. Разработана широкая номенклатура составов геополимерных бетонов путём различной комбинации продуктов утилизации золошлаковых отходов. В отличие от продуктов гидратации традиционных портландцементных бетонов, представленных основными структурообразующими новообразованиями гидросиликатов кальция, в разработанных геополимерах микроструктура составлена гидроалюмосиликатами кальция и натрия. В этом случае, атомы алюминия, встроенные в кристаллическую решетку гидратных новообразований, значительно упрочняют ее.

Выводы. Научно обоснована и экспериментально доказана эффективность применения золошлаковых отходов ТЭС в качестве источника для получения новых экологически безопасных геополимерных бетонов классов до В60 на сжатие и Вtb10,0 на растяжение при изгибе. Прочность при сжатии и изгибе разработанных материалов позволяет говорить об их конкурентоспособности по сравнению с традиционными портландцементными бетонами. Прочность при сжатии разработанных геополимеров в 2 раза превышает аналогичную характеристику для материалов на основе распространенного портландцемента ЦЕМ I 32,5H и в 1,5 раза выше чем для высокопрочного ЦЕМ I 42,5H.

Введение. Накопление неразлагаемых пластиковых отходов, в частности полиэтилентерефталата (ПЭТ), является острой экологической проблемой. Поиск путей утилизации ПЭТ в строительных материалах позволяет снизить нагрузку на полигоны и сберечь природные ресурсы.

Цель. Экспериментальная оценка влияния частичной замены мелкого заполнителя дробленым ПЭТ-пластиком на физико-механические свойства мелкозернистого бетона.

Материалы и методы. Исследовались четыре состава бетона (цемент: песок = 1:3, В/Ц=0,55): контрольный (без добавок) и составы с заменой песка по объему на 5 %, 10 % и 15 % дробленым ПЭТ фракции 2–5 мм. Образцы-кубы 70 х 70 мм испытывались на прочность при сжатии, определялись средняя плотность и водопоглощение в возрасте 28 суток.

Результаты. Установлено, что введение пластика приводит к снижению средней плотности (до 8 % при 15 % ПЭТ) и прочности при сжатии. Наибольшая прочность из модифицированных составов зафиксирована при дозировке 5 % ПЭТ (падение на 12,5 % относительно контроля). Дальнейшее увеличение содержания пластика до 15 % вызывает резкое падение прочности (на 31 %) и рост водопоглощения в 2,1 раза. 

Выводы. Оптимальной дозировкой, обеспечивающей приемлемые для ряда строительных растворов характеристики, является замена 5–10 % песка по объему. Полученный материал может быть рекомендован для ненесущих конструкций, тротуарной плитки и элементов благоустройства.

Введение. В статье рассмотрен процесс исследования и внедрения арматуры с инновационным периодическим профилем в практику современного строительства в Российской Федерации.

Цель. Описание конструктивных решений, процесса исследований в лабораторных и производственных условиях новых видов многорядных профилей, и оценка перспективности их массового применения в строительстве.

Материалы и методы. Приводятся материалы по разработке, исследованиям, производству и практическому применению в строительстве новых видов арматуры с многорядным периодическим профилем. Методика и оборудование исследований, приведённые в статье, применяются в НИИЖБ им. А.А. Гвоздева и в «Институте ВНИИжелезобетон».

Результаты. Согласно результатам исследований, подтверждаются положительные качества инновационных видов арматуры с периодическим профилем, их положительное влияние на производство и потребление арматурного проката в Российской Федерации и за рубежом.

Выводы. В Российской Федерации для производства арматурного проката разработаны инновационные виды периодического профиля поверхности стержней с многорядным расположением поперечных рёбер. Это позволяет значительно улучшить производственные и потребительские свойства отечественной арматуры для железобетонных конструкций и обеспечить её высокую конкурентоспособность на мировых рынках. Инновационность новой арматуры подтверждена отечественными и зарубежными патентами на изобретения. Новый арматурный прокат с профилем для обычного применения классов А500СП, Ау500СП, а также прокат с винтовым профилем классов Ав500П и выше, освоены металлургической промышленностью и использованы в отечественном и зарубежном (Казахстан, Кыргызстан, Монголия) строительстве в объёме около 5,0 млн. тонн.

Характеристики арматуры с инновационным многорядным профилем позволяют значительно повысить трещиностойкость железобетонных конструкций, а также безопасность строительных объектов при аварийных динамических нагрузках (сейсмика, взрывы, удары и т.д.). В малоэтажном и других видах строительства сохранение сцепления новой арматуры с бетоном при её деформировании в пластической стадии в нахлёсточных безсварных соединениях и на анкерующих участках железобетонных элементов, способствует перераспределению усилий в конструкциях зданий, а, следовательно, уменьшает вероятность их прогрессирующего обрушения с катастрофическими последствиями. Массовое внедрение новых видов арматуры в строительстве обеспечит многомиллиардный экономический эффект при её производстве и применении.

Введение. На сегодняшний день количество публикаций по бетону с примесью графена и оксида графена перевалило за 3000. Однако существует недостаток этих работ (в большом количестве), который состоит в том, что при получении бетона нет контроля числа монослоев графена, а для природного графита число монослоев равно трем. Когда число монослоев выше трех, то он переходит в графит, свойства которого отличны от уникального одноатомного графена. Поэтому в опубликованных работах наблюдается большая разница по свойствам бетона.

Цель. Разработать технологию получения графенового бетона с контролируемым числом монослоёв графена и исследовать влияние графена и оксида графена на износостойкость бетона.

Материалы и методы. Стандартный бетон приготавливался следующим образом: водный раствор с оксидом графена (GO) и с восстановленным оксидом графена (rGO) помещался в ванну, где ультразвуковым излучателем создавалось ультразвуковое поле и проводилось расслоение графита и оксида графита на монослои графена и оксида графена; при этом частота ультразвукового поля подбиралась из «скрытой» энергии деформации образцов; контроль за расслоением графита проводился по спектрам УФ-излучения и спектрам Рамана; цемент М400; щебень с размерами зерен 5–20 мм; песок марки М2,5–2,9; мешалка VORONEZHFortis; вибростол; объем бетона 10 л. Полученные образцы бетона испытывались на прессе ПГМ-2000МГ4.

Результаты. В период от 1 до 7 суток прочность образцов на сжатие относительно контрольных образцов увеличилась от 13 до 63 %, а до 14 суток от 16 до 62 %. Относительно влияния графеновой суспензии можно сделать вывод: происходит расслоение графита и оксида графита на монослои графена и оксида графена в ультразвуковом поле определенной частоты; большая удельная поверхность графена и оксида графена служит источником кристаллизации и затвердевания бетона.

Перечисленные эффекты особенно сильно проявляются при концентрациях графена или оксида графена в области 0,05–0,07 мас. % от массы бетонной смеси. При превышении этой концентрации идет коагуляция монослоев графена и превращение их в графит.

Для получения графеновых бетонов высокой износостойкости на производстве нужно выдерживать регламент по получению суспензии в ультразвуковом поле, как описано выше.

Выводы. В статье предложена модель трещин в графеновом бетоне на основе теории катастроф, из которой следует, что и графен и оксид графена входят в межслоевую область, разрушая структуру геля C–S–H за счет резкого уменьшения молярной массы соединения. Это является тормозом движения нанотрещин, которые возникают в любом твердом теле при образовании его поверхности. Показано, что модификация бетона оксидами графена повышает его износостойкость в 4-5 раз по отношению к стандартному бетону.

Введение. Проектирование гражданских зданий в современных условиях сопровождается ростом технических рисков, обусловленных усложнением конструктивных решений, нормативной неопределенностью и ограниченным внедрением цифровых технологий. Актуальной задачей становится повышение надежности и безопасности проектных решений с учетом системных проблем отрасли, связанных с недостаточной интеграцией риск-анализа и дефицитом квалифицированных кадров.

Цель. Определить направления совершенствования методологии проектирования гражданских зданий в условиях возникновения технических рисков, включая развитие риск-ориентированных подходов, внедрение BIM-технологий и повышение качества нормативно-технической базы.

Материалы и методы. В работе использованы методы системного, структурного и сравнительного анализов, а также дано обобщение научных публикаций, нормативных документов и практических материалов, отражающих современные тенденции инженерно-строительного проектирования.

Результаты. Выявлены ключевые факторы, влияющие на возникновение технических рисков в проектировании гражданских зданий, а также определены основные ограничения существующей практики: фрагментарность нормативной базы, недостаточная интеграция риск-ориентированных методик и ограниченное применение цифрового моделирования. Сформулированы перспективные направления развития проектной деятельности, включающие внедрение цифровых двойников зданий, расширение применения информационного моделирования и развитие компетенций инженерно-технических специалистов.

Выводы. Обоснована необходимость формирования интегрированной системы риск-ориентированного проектирования, обеспечивающей надежность, безопасность и экономическую эффективность гражданских зданий на всех стадиях жизненного цикла. Результаты исследования могут быть использованы при разработке проектной документации, совершенствовании нормативных актов и внедрении инновационных технологий в строительную практику.

Введение. Рост числа аварийных и чрезвычайных ситуаций, отмечаемый в государственных докладах МЧС России за последние годы, подчёркивает необходимость изучения работы строительных конструкций при воздействиях с различной скоростью приложения нагрузки. Одним из наиболее интересных является среднескоростной диапазон нагружения, где напряжённо-деформированное состояние железобетонных элементов существенно отличается от статического и высокоскоростного режимов.

Цель. Исследование влияния среднескоростных воздействий на прочность и трещиностойкость изгибаемых железобетонных элементов с применением экспериментально-аналитического подхода.

Материалы и методы. В исследовании использованы данные испытаний 27 бетонных призм классов В25 и В45, разрушенных при трёх скоростных режимах: статическом, ускоренном (1–3 с) и умеренно ускоренном (8–12 с). Обработка результатов выполнена с применением критерия «трёх сигм» и 5%-го квантиля для формирования статистически репрезентативных диаграмм «напряжение (σ) относительная деформация (ε)». Аналитическое моделирование осуществлялось с использованием дробно-рациональных зависимостей и энергетического критерия разрушения.

Результаты. Выявлено, что увеличение скорости нагружения приводит к росту предельной прочности бетона (на 9–20 % для В25 и 6–12 % для В45) и снижению соответствующих предельных деформаций (на 10–19 % и 5–13 %, соответственно). Для изгибаемых элементов установлено увеличение момента, соответствующего исчерпанию прочности элемента, на 1–2,3 % (для бетона В25) и 0,9–1,4 % (для бетона В45), а также рост момента трещинообразования на 6,6–13,8 % и 4,7–7,1 %, соответственно.

Выводы. Среднескоростное нагружение приводит к повышению прочности и трещиностойкости изгибаемых железобетонных элементов при одновременном уменьшении их деформативности. Полученные результаты уточняют параметры для расчётов по нелинейной деформационной модели и могут быть использованы при анализе особых воздействий.

Введение. В практике строительства применение сталефибробетона (СФБ) в бескапительных безригельных плитах перекрытия ограничено, несмотря на его потенциал повышения трещиностойкости и снижения трудоёмкости армирования. В данной работе рассматривается конструкция с комбинированным армированием, сочетающим стальную фибру и локальное стержневое армирование.

Цель. Экспериментально подтвердить работоспособность и несущую способность бескапительной плиты из СФБ с комбинированным армированием на основе натурных испытаний.

Материалы и методы. Испытания выполнены на полноразмерной плите перекрытия локального очистного сооружения в возрасте 30 суток. Использован бетон класса B30 и стальная фибра Hendix® Prime 75/52 в количестве 70 кг/м[3] . Нагрузка прикладывалась ступенчато в центре пролёта на площадке 1,5 × 3,0 м. Максимальная нагрузка составила 15,5 тс (3,45 тс/м[2] ). Для обоснования эквивалентности нагрузок использовалась конечно-элементная модель и упругий расчёт по первой группе предельных состояний.

Результаты. Установлено, что плита работает упруго до 65 % максимальной нагрузки. При дальнейшем нагружении наблюдается снижение жёсткости и нелинейный рост прогибов (до 2,10 мм), при этом трещинообразование визуально не выявлено. После разгрузки остаточная деформация составила 0,14 мм.

Выводы. Полученные результаты подтверждают возможность эффективного применения СФБ с комбинированным армированием в бескапительных плитах. Конструкция обеспечивает требуемую несущую способность и трещиностойкость при снижении объёма традиционного армирования, что делает данный подход перспективным для практического применения.

Введение. В статье проведен анализ напряженнодеформированных состояний (НДС) железобетонных элементов при расчете прочности нормальных сечений с применением нелинейной деформационной модели НДМ. Предложен способ описания осевых деформаций и усилий в виде параметров функций, а также введены критерии группирования деформированных состояний по признаку возникающих усилий. Предложен аналитический метод определения предельных усилий в нормальном сечении железобетонного элемента при расчете прочности по НДМ.

Цель. Разработка методики нахождения предельных усилий, при которых не происходит значительной деградации жесткости нормального сечения, в железобетонном элементе при расчете по НДМ, не требующей применения инструментов численного моделирования.

Результаты. Результаты проведенного исследования показали, что запись деформированных состояний сечения в виде параметров уравнения осевых деформаций позволяет описать механизмы НДМ в форме системы нелинейных уравнений, позволяющей выразить прямые аналитические зависимости для нахождения деформаций от усилий. Выявлена группа НДС нормальных сечений, которую можно охарактеризовать, с точки зрения усилий, как близкую к максимальным из возможных (порядка 90…100 % по изгибающему моменту), а с точки зрения жесткости как границу, после пересечения которой наблюдается резкая деградация жесткостных характеристик сечения. Аналитические зависимости, описывающие выявленную группу, позволили отказаться от применения численных методов для определения предельных усилий по НДМ.

Выводы. Разработана методика определения предельных усилий в нормальном сечении железобетонных элементов при расчете по НДМ, не требующая применения инструментов численного моделирования. Сущность методики заключена в установленных взаимных зависимостях между параметрами уравнения деформированного состояния сечения, при которых в нем наблюдаются усилия, близкие к максимальным из возможных, а также не происходит резкой деградации жесткостных характеристик нормального сечения.

Введение. Предметом исследования являются методы встроенного мониторинга влажностного и деформационного состояния ограждающих конструкций каркасных домов и процедуры валидации их цифровых двойников по сенсорным данным.

Цель работы заключается в разработке методики интеграции встроенных датчиков температуры, относительной влажности, влагосодержания древесины и деформаций с цифровым двойником многослойной каркасной ограждающей конструкции для повышения достоверности оценки ее технического состояния.

Материалы и методы исследования включают анализ научных публикаций, нормативных источников, включая СП 31–105–2002 [13], формирование структуры цифрового двойника, разработку схемы размещения датчиков в критических зонах конструкции, проектирование лабораторной и натурной программы мониторинга, а также разработку критериев сопоставления расчетных и измеренных параметров.

Результаты. Сформирована комплексная методика мониторинга состояния каркасных ограждающих конструкций, предложена архитектура цифрового двойника, определены наиболее информативные зоны установки сенсоров и разработаны критерии валидации модели по временным рядам контролируемых параметров. Установлено, что использование встроенного мониторинга позволяет повысить точность цифрового двойника за счет калибровки параметров тепловлажностной и механической подсистем, а устойчивое рассогласование расчетных и измеренных значений может рассматриваться как диагностический признак скрытого дефекта. 

Выводы. Научная новизна исследования состоит в разработке комплексной методики валидации цифрового двойника каркасной ограждающей конструкции на основе данных встроенных датчиков влажности и деформации. Практическая значимость работы определяется возможностью раннего выявления скрытого увлажнения, прогнозирования деформационного поведения и повышения надежности эксплуатации каркасных зданий, проектируемых и возводимых в соответствии с действующей нормативной базой.