В связи с необходимостью обеспечения безопасности строительных объектов при взрывах различного происхождения, а также аварийных ударных воздействиях разной интенсивности большой интерес вызывает изучение поведения бетона, подвергнутого динамической нагрузке. Первый цикл испытаний был выполнен на микробетоне, используя надрез на бруске Хопкинсона. В этом исследовании деформации располагались от 0,5 до 1,5 с-1. Чтобы определить возможное влияние свободной воды изучались два внутренних состояния влажности: полностью насыщенные и полностью высушенные образцы. Сухие экземпляры были высушены в сушильном шкафу с постепенным увеличением температуры до 105°С. Было замечено существенное повышение предела прочности на растяжение влажного микробетона с увеличением уровня деформаций (или напряжений).

№ образцаУровень деф-цийМакс. напряженияМодуль Юнга
Влажный-1)(МПа)(МПа)
1 0,50 3,9 24600
2 1,09 6,7
3 1,25 8,2
4 1,12 7,1
Сухой
5 0,50 2,7 20700
6 1,26 2,9
7 1,07 2,2
8 1,20 2,9

Можно заметить крутое увеличение предела прочности на растяжение при более высоких уровнях деформации влажных экземпляров и незатронутые в сухих (рис. 1). Очевидно, модуль Юнга влажных экземпляров больше, чем у сухих экземпляров.

В таблице даны значения напряжений, уровни деформации и модуль Юнга.

Кривая на рис.1 показывает более прогрессивное увеличение прочности с уровнем деформаций влажных экземпляров.

Здесь можно отметить две особенности: во-первых, прочность сухих экземпляров составляет от половины до трети прочности влажных экземпляров, во-вторых, нет никакого влияния уровня деформации на прочность.

Однако, как известно, сухой бетон показывает обычно более высокую (до 20%) прочность, чем влажный бетон. Два фактора могут влиять на такой результат: более высокая степень гидратации влажных экземпляров (до 0,75) и разрушительный эффект высыхания до 105°С.

Степень гидратации сухих экземпляров может достичь лишь до 0,50. Такое различие ведёт почти к пропорциональному соотношению прочности на сжатие и растяжение, которое в 28 дней на 30% больше, чем в 7 дней. Может произойти также повреждение из-за высыхания при 105°С. Как показано, высыхание уменьшает прочность бетона средней плотности на растяжение не более чем на 30%.

Эффект большей гидратации, повреждения от высушивания и влажность в бетоне — все это вместе ведут к различию в прочности.

В испытаниях наблюдаемое различие находилось в пределах от 2,75 до 2,85. Значит, уровень деформаций повлиял на влажные образцы намного больше, чем на сухие. Это приводит к заключению, что вода внутри бетона влияет на закупоривание трещин, которое обнаруживается при высоком уровне деформаций.

Новый испытательный цикл включал статические одноосные растяжения влажного и сухого бетона.

Образцы были защищены от обмена свободной воды с окружающей средой и испытаны в возрасте от 29 до 40 дней.

Были отобраны три различных уровня нагружения (от 1500 до 80 000 МПа*с-1). Статические одноосные растягивающие напряжения измерялись при скорости перемещения 0,08 мкм*с-1.

Динамический модуль Юнга был определен по скорости распространения волны, произведенной линейным импульсом в бетонном образце.

Для влажных образцов динамический модуль Юнга составил 38500 МПа, статический — 30400 МПа, для сухих образцов соответственно — 25200 и 26400 МПа.

Значительная часть различий прочности влажного и сухого микробетона легко объясняется, рассматривая концентрацию напряжения около надреза во влажных экземплярах.

При анализе результатов на расстоянии 1мм от основания надреза, где концентрация напряжения не рассматривается, находим, что отношение между максимальным главным растягивающим напряжением и полученным по расчету равно 1,5.

Результаты показывают, что для сухого микробетона статический модуль Юнга близок к динамическому модулю. Для влажного микробетона статический модуль Юнга меньше динамического.

Таким образом, модуль Юнга, рассчитанный для образца с надрезом, равен 83 % от расчетной величины образца без надреза.

В сухом микробетоне отношение напряжений равно 1‚6, а для влажного микробетона это отношение равно 4,1. Отклонения от предыдущих испытаний можно объяснять следующим образом.

По расчету найдена приблизительная величина отношения между максимальным главным растягивающим напряжением в образце и средним напряжением растяжения — 1,4 (рис.2).

Это подразумевает, что значения прочности для сухого микробетона недооценены на 40%, т. е. «истинное» отношение для сухого микробетона равно 1,14.

Кроме того, практически очень трудно получить бетон с полностью сухими микропорами (диаметром 10-8 м), в котором физические силы между водой и твердым телом являются очень крепкими.

Таким образом, подтверждены результаты предыдущих экспериментов о влиянии свободной воды на динамическое поведение микробетона. Существует значительный эффект уровня деформаций на прочность на растяжение влажного бетона. Повышенный динамический модуль Юнга объясняется степенью присутствия свободной воды в микробетоне и является функцией уровня нагружения.