Таблица прочности бетона в мпа: Прочность бетона в МПа, таблица, классы, марки |

Определяющее условие для присвоения марки и класса бетону – расчетная прочность на сжатие, которая определяется после полного схватывания и застывания монолита (28 суток занимает процесс).

Именно по прошествии 28 суток бетон достигает показателя расчетной/проектной прочности по марке. Прочность на сжатие – самый точный показатель механических свойств монолита, его стойкости к нагрузкам. Это своеобразная граница уже затвердевшего бетона к воздействующему на него механическому усилию в кгс/м2. Самая большая прочность у бетона М800/М900, самая низкая – у М15.

Прочность на изгиб повышается при увеличении индекса марки. Обычно показатели изгиба/растяжения ниже, чем нагрузочная способность. Молодой бетон демонстрирует значение в районе 1/20, старый – 1/8. Данный параметр учитывается на проектном этапе строительства. Способ определения: из бетона заливают брус 120х15х15 сантиметров, дают затвердеть, потом устанавливают на подпорки (расстояние между ними 1 метр), в центре помещают нагрузку, увеличивая ее постепенно, пока образец на разрушится.

• L – расстояние между подпорками;
• Р – маса нагрузки и образца;
• Н, b, h – ширина/высота сечения бруса.

Прочность считается в Btb и обозначается цифрой в диапазоне 0.4-8.

Осевое растяжение в процессе проектирования учитывают редко. Этот параметр важен для определения способности монолита не покрываться трещинами при ощутимых перепадах влажности воздуха, температуры. Растяжение представляет собой некоторую составляющую, взятую от прочности на изгиб. Определяется сложно, часто образцы балок растягивают на специальном оборудовании. Актуально значение для бетона, который используется в сферах, исключающих возможность появления трещин.

Передаточная прочность – это нормируемое значение прочности бетонного монолита напряженных элементов при передаче на него силы натяжения армирующих элементов. Данный показатель предусматривается нормативными документами, ТУ для разных видов изделий. Обычно назначают минимум 70% проектной марки, многое зависит от свойств арматуры.

Прочность бетона на 7 и 28 сутки: ГОСТ, таблица

Бетоны бывают разными. Как правило, все виды по маркам и классам делят на легкие, обычные и тяжелые (часто последние две группы объединяют, так как все обычные бетоны считаются тяжелыми).

1. Легкие – марки от М5 до М35 подходят для заливки ненесущих конструкций, от М50 до М75 идут на подготовительные работы до заливки, М100 и М150 актуальны для перемычек, конструктива, малоэтажного строительства.
2. Обычные бетоны – самые распространенные и часто применяемые в ремонтно-строительных работах: М200/М300 используют для выполнения фундаментов, отмосток, полов, стяжек, бордюров, подпорок, лестниц и т.д. М250 В20 демонстрирует прочность 262 кгс/м2 и давление 20 МПа. М350 и М400 применяют для монолитных, несущих конструкций многоэтажных зданий, чаш бассейнов.
3. М450 и выше – тяжелые бетоны, обладающие высокой прочностью и плотностью, используют для особых конструкций, разного типа военных объектов.

Таблица в МПа

Прочность бетона – самый важный показатель, который напрямую влияет на все остальные технические характеристики материала, сферу применения, способность выдерживать предполагаемые нагрузки. Поэтому в процессе выбора марки и класса стоит учитывать СНиП и ГОСТы, а при проверке материала на соответствие уделять внимание результатам исследования и соответствующим документам.

Прочность бетона — таблица определения класса

Дата публикации: 17.02.2021

Согласно действующему техническому регламенту — ГОСТ 26633-2015 тяжелые бетоны классифицируются по следующим показателям:

• прочности, от В7,5 до В120;
• морозостойкости, от F50 до F1000;
• водонепроницаемости от W2 до W20;
• истираемости: G1, G2, G3.

Основной характеристикой тяжелого бетона является показатель прочности бетонных кубиков в МПа, принятый с коэффициентом 0,95, учитывающим возможную неоднородность образцов одной партии — класс прочности бетона на сжатие В.

Класс прочности бетона на сжатие В — средняя величина, полученная в результате испытания партии кубических образцов из одной партии. На сжатие испытываются от 2 до 6 бетонных кубиков со стороной 10, 15 (базовый размер), 20, 25 и 30 см (ГОСТ 10180-2012). Подготовленные к испытаниям образцы должны укладываться в поверенные формы и твердеть при стандартных величинах температуры 20°С ±3°С и относительной влажности — 95% ±5% в течение 28 суток.

Прочность каждого образца при испытаниях на сжатие рассчитывается с точностью до 0,1 МПа с учетом величины разрушающей нагрузки, опорной площади образца и масштабного коэффициента, приводящего фактический размер образца к базовому. Фактическую прочность бетона всей партии определяют, как среднюю прочность серии единичных образцов одной партии с учетом коэффициента вариации показателя прочности.

Показатели наиболее употребительных классов прочности тяжелых бетонов:

На сферу использования тяжелого бетона в первую очередь влияет его прочность, например:

• B7,5 используется в качестве подготовок автомобильных дорог, для устройства фундаментов с малой нагрузкой, отмосток зданий, парковых дорожек, стяжек пола;
• B10 — B12,5 применяется для бетонирования несущих конструкций объектов малоэтажной застройки;
• B15 — B22,5 предназначены для устройства монолитных фундаментов и перекрытий, зданий нормальной этажности, бетонирования подпорных стенок;
• B25 — B30 — предназначены для устройства ответственных конструкций, в т.ч. ростверков и фундаментов, несущих конструкций монолитного каркаса, ванн бассейнов, емкостных сооружений;
• B35 — B60 — предназначены объектов транспортного и гидротехнического строительства оборонного назначения, сооружений башенного типа, атомных электростанций и др.

Прочностные показателя тяжелого бетона зависят преимущественно от соотношения в его составе ингредиентов:

• цемента;
• крупного заполнителя — известкового, гравийного или гранитного щебня;
• мелкого заполнителя — речного или карьерного песка, очищенных от ильных и глинистых примесей.

Так в бетоне класса В7,5 соотношение цемента, песка и щебня 1:4,6:7,0 трансформируется в 1:0,8:2,0 для бетона класса В60, причем если в малопрочном бетоне можно использовать известковый щебень и стандартный песок, то для изготовления бетона высокой прочности необходим только гранитный щебень и обогащенный песок.

Другие статьи по теме:

Прочность бетона — главный качественный показатель.

Важнейший показатель для бетона – прочность бетона при сжатии. В сравнении с природными материалами(например, щебень) бетон лучше сопротивляется именно сжатию, чем растяжению, поэтому мерой прочности служит предел прочности при сжатии.

Именно из-за этих свойств бетона здания и другие сооружения проектируют учитывая, что бетон принимает нагрузки на сжатие. Но в некоторых случаях берут во внимание  прочность на растяжение либо на растяжение при изгибе.

Как определить прочность бетона?

Чтобы определить прочность бетона и соответственно марку/класс проводят испытания – бетонный куб (размеры 15x15x15 см), проба берется из бетонной смеси на объекте/заводе, переносится в специальную металлическую форму. Испытания проводятся на 28е сутки ОБЯЗАТЕЛЬНО после твердения в так называемых нормальных условиях (t- 15-20°С и влажность воздуха 90-100%)

Прочность бетона также определяют и в другом возрасте от трех до ста восьмидесяти суток.

К примеру, бетон в25 м350 – прочность на сжатие 32,7 МПА

Контроль прочности бетона в конструкциях

Этот стандарт применяется для бетонов, на которые действуют нормы прочности и определяет правила контроля и оценки прочности готовой к применению бетонной смеси. Выполняя требования ГОСТа вы гарантируете качественные показатели бетона на вашем объекте. Продажа бетона от производителя также добавит вам уверенности в заказываемых материалах.

Оценка прочности бетона

Не всегда есть возможность воспользоваться услугами лаборатории. В настоящее время для оценки прочности бетона есть возможность использовать спецприборы, действие которых относят к неразрушающим методам контроля прочности. Самый доступный из них – молоток Кашкарова или Физделя.

Многие из приборов достаточно мобильны и имеют цифровое табло. Сейчас разделяют приборы на разные способы работы:

– ультразвук

– ударный отскок( определяется величина отскока инструмента)

– отрыв со скалыванием(определяем величину усилия, которое нужно приложить для того, чтобы сколоть какой-либо участок, который находится  на ребре бетонного изделия)

– ударный импульс(фиксируется энергия удара в момент удара бойка прибора о поверхность бетонной конструкции)

Чтобы определить результат с максимальной точностью необходимо учесть следующие параметры – время изготовления, наполнитель бетона, условия хранения. Для минимизации погрешностей все приборы подлежат обязательной проверке в метрологической организации.

MPA | Готовая смесь Vancouver

Прочность бетона

Бетон измеряется по его прочности. МПа (мегапаскали) — это метрическая единица измерения фунтов на квадратный дюйм или фунтов на квадратный дюйм. Строительные нормы Британской Колумбии требуют минимального МПа для конкретных конкретных проектов. Пожалуйста, обратитесь к таблице, чтобы выбрать подходящее МПа при расчете объема и цены.

Банкноты

• Бетон смешан с правильным «воздухововлечением» (оптимальным содержанием воздуха). Ниже приведены некоторые общие рекомендации.
• В гаражах, навесах для автомобилей и любых наружных плоских поверхностях, которые будут затираться, удерживайте воздух в низком диапазоне — около 5%. Это поможет уменьшить «корку» на поверхности и образование пузырей.
• Для наружных плоских поверхностей, которые не будут подвергаться затирке (бровки, открытые участки и т. Д.).), сохраняйте воздух около 6% для обеспечения устойчивости к замораживанию-оттаиванию.
• Для внутренней плоской поверхности, которая будет затерта, сохраняйте воздух около 4%. Это поможет остановить кровотечение и не вызовет образование волдырей.

Другие ресурсы

Таблица проектных свойств бетона (fcd, fctm, Ecm, fctd)

Расчетные значения свойств бетонного материала согласно EN 1992-1-1

Масса устройства

Удельный вес бетона γ указан в EN1991-1-1, приложение A.Для простого неармированного бетона γ = 24 кН / м ³ . Для бетона с нормальным процентным содержанием арматуры или предварительно напряженной стали γ = 25 кН / м ³ .

Характеристическая прочность на сжатие

Характеристическая прочность на сжатие f _ck является первым значением в обозначении класса бетона, например 30 МПа для бетона C30 / 37. Значение соответствует характеристической прочности цилиндра (5% фрактильной прочности) согласно EN 206-1.Классы прочности согласно EN 1992-1-1 основаны на характеристических классах прочности, определенных для 28 дней. Изменение характеристической прочности на сжатие f _ck ( t ) со временем t указано в EN1992-1-1 §3.1.2 (5).

Характеристическая прочность на сжатие куба

Характеристическая кубическая прочность на сжатие f _{ck, cube} является вторым значением в обозначении класса бетона, e.г. 37 МПа для бетона C30 / 37. Значение соответствует характеристической прочности куба (5% хрупкости) согласно EN 206-1.

Средняя прочность на сжатие

Средняя прочность на сжатие f _см связана с характеристической прочностью на сжатие f _ck следующим образом:

f _см = f _ck + 8 МПа

Изменение средней прочности на сжатие f _см ( t ) со временем t указано в EN1992-1-1 §3.1.2 (6).

Расчетная прочность на сжатие

Расчетная прочность на сжатие f _cd определяется в соответствии с EN1992-1-1 §3.1.6 (1) P:

f _cd = α _cc ⋅ f _ck / γ _C

где γ _C — частичный коэффициент безопасности для бетона для исследуемого расчетного состояния, как указано в EN1992-1-1 §2.4.2.4 и Национальное приложение.

Коэффициент α _cc учитывает долгосрочное влияние на прочность на сжатие и неблагоприятные эффекты, возникающие в результате приложения нагрузки. Он указан в EN1992-1-1 §3.1.6 (1) P и в национальном приложении (для мостов см. Также EN1992-2 §3.1.6 (101) P и национальное приложение).

Нормативная прочность на разрыв

Прочность на растяжение при концентрической осевой нагрузке указана в таблице 3 стандарта EN 1992-1-1.1. Вариабельность прочности бетона на растяжение определяется следующими формулами:

Формула для средней прочности на разрыв

f _ctm [МПа] = 0,30⋅ f _ck ^2/3 для класса бетона ≤ C50 / 60

f _ctm [МПа] = 2,12⋅ln [1+ ( f _cm / 10MPa)] для класса бетона> C50 / 60

Формула для 5% прочности на разрыв

f _{ctk, 0,05} = 0,7 f _ctm

Формула для 95% прочности на разрыв

f _{ctk, 0,95} = 1,3 f _ctm

Расчетная прочность на разрыв

Расчетная прочность на разрыв f _ctd определяется в соответствии с EN1992-1-1 §3.1.6 (2) P:

f _ctd = α _ct ⋅ f _{ctk, 0.05} / γ _С

где γ _C — частичный коэффициент безопасности для бетона для исследуемого расчетного состояния, как указано в EN1992-1-1 §2.4.2.4 и Национальном приложении.

Коэффициент α _ct учитывает долгосрочное влияние на предел прочности при растяжении и неблагоприятные эффекты, возникающие в результате приложения нагрузки. Это указано в EN1992-1-1 §3.1.6 (2) P и в Национальном приложении (для мостов см. Также EN1992-2 §3.1.6 (102) P и Национальное приложение).

Модуль упругости

Упруго-деформационные свойства железобетона зависят от его состава и особенно от заполнителей. Приблизительные значения модуля упругости E _см (значение секущей между σ _c = 0 и 0,4 f _см ) для бетонов с кварцитовыми заполнителями, приведены в EN1992-1-1, таблица 3 .1 по следующей формуле:

E _см [МПа] = 22000 ⋅ ( f _см /10 МПа) ^0,3

Согласно EN1992-1-1 §3.1.3 (2) для заполнителей известняка и песчаника значение E _см должно быть уменьшено на 10% и 30% соответственно. Для базальтовых заполнителей значение E _см следует увеличить на 20%. Значения E _см , приведенные в EN1992-1-1, следует рассматривать как ориентировочные для общих применений, и их следует специально оценивать, если конструкция может быть чувствительна к отклонениям от этих общих значений.

Изменение модуля упругости E _см ( t ) со временем t указано в EN1992-1-1 §3.1.3 (3).

Коэффициент Пуассона

Согласно EN1992-1-1 §3.1.3 (4) значение коэффициента Пуассона ν можно принять равным ν = 0,2 для бетона без трещин и ν = 0 для бетона с трещинами.

Коэффициент теплового расширения

Согласно EN1992-1-1 §3.1.3 (5) значение линейного коэффициента теплового расширения α можно принять равным α = 10⋅10 ^-6 ° K ^-1 , если нет более точной информации.

Минимальная продольная арматура

Минимальное продольное растяжение арматуры для балок и основное направление плит указано в EN1992-1-1 §9.2.1.1 (1).

A _{с, мин} = 0.26 ⋅ ( f _ctm / f _yk ) ⋅ b _t ⋅ d

где b _t — средняя ширина зоны растяжения, а d — эффективная глубина поперечного сечения, f _ctm — средняя прочность бетона на растяжение, а f _yk — характерный предел текучести стали.

Минимальное усиление требуется, чтобы избежать хрупкого разрушения.Обычно требуется большее количество минимальной продольной арматуры для контроля трещин в соответствии с EN1992-1-1 §7.3.2. Секции с меньшим армированием следует рассматривать как неармированные.

В соответствии с EN1992-1-1 §9.2.1.1 (1) Примечание 2 для балок, для которых возможен риск хрупкого разрушения, A _{с, мин.} можно принять как 1,2-кратную площадь, требуемую в ULS. проверка.

Арматура минимального сдвига

Минимальная поперечная арматура для балок и плит указана в EN1992-1-1 §9.2.2 (5).

ρ _{w, min} = 0,08 ⋅ ( f _ck ^0,5 ) / f _yk

где f _ck — характеристическая прочность бетона на сжатие, а f _yk — характеристический предел текучести стали.

Коэффициент усиления сдвига определен в EN1992-1-1 §3.1.3 (5) как:

ρ _w = A _sw / [ s ⋅ b _w ⋅sin ( α )]

где b _w — ширина перемычки, а s — расстояние между поперечной арматурой по длине элемента.Угол α соответствует углу между поперечной арматурой и продольной осью. Для типичной поперечной арматуры с перпендикулярными ветвями α = 90 ° и sin ( α ) = 1.

Средняя прочность на сжатие — обзор

Прочность на сжатие

Свойства сжатия для всех смесей, как показано в таблице 6.2, были оценены с использованием стандартного метода испытаний ASTM D 695M-91 (1998). Значения прочности на сжатие в этом случае могут использоваться только как показатель устойчивости исследуемого материала.

ТАБЛИЦА 6.2. Механические свойства приготовленных смесей (Abou Khatwa et al., 2005)

Средние значения прочности на сжатие находились в пределах 10.2 и 22,2 МПа при деформации 0,1. Смесь 3 (60% песок, сито 1 и температура 185 ° C), смесь 6 (60% песок, сито 2 и температура 185 ° C), смесь 9 (60% песок, сито 1 и температура 240 ° C) , и смесь 12 (60% песка, сито 2 и температура 240 ° C) показала самые высокие значения прочности на сжатие в диапазоне от 15,6 до 22,2 МПа, в то время как смесь 1 (20% песок, сито 1 и температура 185 ° C), смесь 4 (20% песок, сито 2, температура 185 ° C), смесь 7 (20% песок, сито 1, температура 240 ° C) и смесь 10 (20% песок, сито 2, температура 240 ° C) выявили самые низкие значения прочности на сжатие от 10.От 2 до 13,1 МПа. С другой стороны, смесь 2 (40% песка, сито 1 и температура 185 ° C), смесь 5 (40% песка, сито 2 и температура 185 ° C), смесь 8 (40% песок, сито 1 и температура 240 ° C), и смесь 11 (40% песок, сито 2 и температура 240 ° C) имела значения прочности на сжатие в диапазоне от 11,9 до 18 МПа.

Можно заметить, что существует прямая пропорциональность между значением прочности на сжатие и содержанием песка, как показано на Рисунке 6.6. Это согласуется с поведением, наблюдаемым с наполненными эластомерными системами, где частицы наполнителя укрепляют матрицу, отклоняя путь разрыва и, следовательно, увеличивая энергию, необходимую для распространения трещины (Holliday, 1966).

РИСУНОК 6.6. Изменение прочности на сжатие в зависимости от содержания песка, размера сита и температуры перемешивания (Abou Khatwa et al., 2005)

Еще одним наблюдением является увеличение значений прочности на сжатие, связанное с увеличением размера частиц песка, как показано на рисунке 6.6. Это говорит о лучших характеристиках диспергирования и смачивания, связанных с большими частицами наполнителя, что приводит к более прочным межфазным связям. Более того, известно, что для композитов с наполнителем из частиц по мере уменьшения размера наполнителя их площадь поверхности увеличивается, вызывая усиление взаимодействия между частицами, что приводит к образованию кластеров наполнителя (Nielson and Landel, 1994).Кластеры представляют собой слабые места в материале, поскольку они легко отделяются при приложении нагрузки, создавая пустоты и полости. Более того, кластеры частиц обычно содержат захваченный воздух, и установлено, что прочность и модуль упругости уменьшаются с увеличением количества захваченного воздуха (Nielson and Landel, 1994).

Рисунок 6.6 также показывает увеличение значений прочности на сжатие с увеличением температуры смешивания. Это стало результатом лучшей однородности смеси, связанной с высокой температурой перемешивания.Меньшее количество полимерных сегрегатов наблюдалось для смесей, приготовленных при 240 ° C, по сравнению с температурой смешивания 185 ° C, как показывают оптические микрофотографии. Полимерные сегрегации будут отделяться от матрицы при приложении нагрузки, образуя микротрещины на границе раздела, следовательно, вызывая преждевременный выход из строя.

В соответствии со спецификацией ASTM C 936-96 (1998k), средняя прочность на сжатие для монолитных бетонных блоков дорожного покрытия не должна быть менее 55 МПа для всех испытательных образцов, при этом ни один из образцов не должен быть меньше 50 МПа.Однако во время испытаний по транспортировке грузов в Южной Африке было показано, что на поведение блочных покрытий не повлияли изменения прочности на сжатие в диапазоне от 25 до 55 МПа (Shackel, 1990). Следовательно, смесь 12, приготовленная при температуре 240 ° C с крупными частицами песка (сито 2) при 60% -ном содержании песка, потенциально может использоваться в качестве блоков для перекрытия мощения. Кроме того, та же смесь также удовлетворяет требованиям стандарта ASTM C 902-95 (1998j) для тротуарной плитки для пешеходов и пешеходов, что дает минимальное значение прочности на сжатие 20.7 МПа.

Механические свойства высокопрочных и высокоэффективных железобетонных конструкций футеровки стволов в скважинах глубокого промерзания

Поскольку ресурсы угля должны добываться из все более глубоких пластов, необходимы высокопрочные и высокоэффективные бетонные футеровки стволов, чтобы выдерживать нагрузку почва, окружающая морозильный колодец. Чтобы определить оптимальную бетонную смесь для уникальных условий, в которых работают такие высокопрочные и высокоэффективные конструкции железобетонной футеровки ствола (HSHPRCSL) в скважинах глубокой заморозки, была проведена экспериментальная оценка масштабированных моделей HSHPRCSL с использованием испытаний под гидравлическим давлением.Было замечено, что при разрыве образцов, пластический изгиб периферийной арматуры произошел вдоль поверхности разрушения, вызванный разрушением при сжатии и сдвиге. Эти испытания определили, что способность HSHPRCSL больше всего зависела от предельной прочности бетона на одноосное сжатие и отношения толщины к диаметру и меньше всего влияла на коэффициент армирования. Затем экспериментальные результаты были использованы для получения подгоночных уравнений, которые были сопоставлены с результатами теоретических выражений, полученных с использованием трехпараметрического критерия прочности для предельной несущей способности, напряжения, радиуса и нагрузки в упругих и пластических зонах.Предложенные теоретические уравнения дали результаты в пределах 8% от экспериментально подобранных результатов. Наконец, метод конечных элементов используется для проверки вышеупомянутых результатов, и все ошибки составляют менее 12%, демонстрируя надежность для использования в качестве теоретической основы проектирования для глубоких структур HSHPRCSL.

1. Введение

Поскольку более доступные части угольных ресурсов вблизи поверхности постепенно истощаются в крупных угледобывающих провинциях Китая, таких как Хэбэй, Хэнань, Шаньдун и Аньхой, возникает необходимость в разработке более глубоких угольных пластов.По мере того, как шахты строятся глубже, аллювий, проходящий через футеровку ствола, становится все толще и толще. Например, шахта Ванфу, строящаяся в настоящее время на угольном месторождении Джуе в Шаньдуне, и шахта Кузиси, планируемая для угольного месторождения Чжангоу в Аньхой, будут проходить через 600-800 м над уровнем моря. Это, естественно, приводит к увеличению давления на грунт, действующего на футеровку вала. Чтобы противостоять сильному давлению морозного пучки и постоянной нагрузке, действующей на футеровку промерзающего ствола в таком глубоком намывном слое, необходимо обеспечить высокопрочную конструкцию футеровки ствола [1, 2].Согласно теории конструктивного проектирования футеровки вала, основным методом повышения предельной несущей способности футеровки замораживающего вала является увеличение толщины футеровки вала, использование стальной пластины на внутренней стороне футеровки в качестве бетонной сдерживающей конструкции. или отлить вал из высокопрочного бетона. Среди этих вариантов наиболее эффективной мерой является повышение прочности бетона в футеровке ствола за счет использования высокопрочного бетона с высокими эксплуатационными характеристиками (HSHPC) [3], например марок от C60 до C80, в конструкции шахты глубокой заморозки. облицовочная конструкция.

Хотя HSHPC класса C60 – C80 использовался в Китае при строительстве мостов, водосбережения и высотных зданий, условия строительства и требования к рабочим характеристикам этих HSHPC сильно отличаются от требований, предъявляемых к бетону для футеровки шахт глубокого аллювия замораживания. Поскольку толщина внутренней и внешней футеровки ствола увеличивается с примерно 0,7 м в неглубоких пластах до примерно 1,2 м в глубоких пластах, использование HSHPC в этих глубоких конструкциях классифицируется как проект по массивному бетону, и, соответственно, контроль растрескивания является значительная проблема в процессе строительства.Для обеспечения безопасности ствола скважины при его опускании на такую ​​глубину средняя расчетная температура замерзающей стенки снижается с примерно -10 ° C до примерно -15 ° C. По мере того, как температура замерзающего ствола скважины уменьшается, разница между внутренней и внешней температурой бетона футеровки ствола увеличивается, что приводит к ухудшению условий отверждения бетона. Как правило, при строительстве футеровки ствола в глубоких россыпях с использованием промерзающего ствола скважины бетон должен иметь высокую прочность, высокую непроницаемость и удобоукладываемость [4].Следовательно, чтобы гарантировать, что соотношение смеси HSHPC, используемое при строительстве ствола, является экономичным, разумным и надежным, важно провести исследования подготовки и поведения HSHPC в скважинах с глубокой заморозкой.

Как отечественные, так и зарубежные ученые провели большое количество исследований бетонных футеровок шахт [5–10], но было мало исследований механических свойств высокопрочных и высокоэффективных железобетонных футеровок шахт (HSHPRCSL). структура, и большая часть этих существующих исследований была в основном экспериментальной [3, 11–14].Ян вывел практическое уравнение для радиальной и вертикальной несущей способности бетонной футеровки ствола, используя результаты программы разрушающих испытаний моделей бетонной футеровки ствола, и выразил критерий прочности бетона для внутренней поверхности футеровки ствола в форме, аналогичной формуле. Критерийное уравнение прочности на кулоновский сдвиг [7]. Rong et al. получили экспериментальное уравнение регрессии для предельной несущей способности футеровки вала с использованием экспериментальных результатов модельных испытаний футеровки вала и проанализировали механические свойства конструкции футеровки вала с использованием критерия прочности Мора – Кулона [14].Предполагая, что внешняя нагрузка не слишком велика, часто бывает более практичным анализировать механические свойства бетона футеровки ствола, используя критерий Мора – Кулона, но было обнаружено, что механические свойства бетона при многоосном напряжении следует рассматривать при больших внешние нагрузки [15]. Действительно, футеровка вертикального ствола шахты угольной шахты, построенная с использованием метода замораживания в глубоких наносах, обычно имеет двухслойную конструкцию футеровки ствола, в которой бетон внутренней футеровки ствола промерзающей скважины обычно находится в двух- или трехстороннем направлении. стрессовое состояние [16–18].Поскольку трехпараметрический критерий прочности [19–22] учитывает влияние многоосного напряжения, он лучше приспособлен для отражения механических свойств HSHPRCSL при многоосном напряжении.

Принимая во внимание текущее состояние исследований HSHPRCSL и в соответствии с особыми условиями отверждения и конструкционными условиями футеровки валов глубокой заморозки, в этом исследовании качество различных соотношений смеси оценивается в тестах подготовки HSHPC C60 – C80 для получения оптимальное сочетание.В соответствии с характеристиками напряжения внутренней футеровки вала глубокой заморозки затем изучаются механические свойства и характеристики разрушения конструкции HSHPRCSL с использованием модельных испытаний и теоретических расчетов. Затем принимается трехпараметрический критерий прочности, соответствующий прочностным характеристикам бетона, для получения аналитического выражения для предельной несущей способности и распределения напряжений в упругих и пластических зонах конструкции HSHPRCSL. Наконец, метод конечных элементов используется для проверки вышеупомянутых результатов.Полученные выводы представляют собой основу для проектирования инженерного применения HSHPC в конструкциях футеровки стволов глубокой заморозки.

2. Оценка смесей HSHPC

2.1. Цели HSHPC Preparation

Высокопрочный, высокоэффективный бетон обладает превосходными свойствами до и после затвердевания, которые обеспечиваются смешиванием мелкодисперсной активной добавки и высокоэффективного компаундного водоредуцирующего агента в условиях низкого содержания цемента и низкой водоцементности. соотношение.Эти свойства обычно включают в себя высокую обрабатываемость, высокую непроницаемость, высокую объемную стабильность (отсутствие растрескивания во время закалки и меньшую усадку и ползучесть), высокую прочность (выше класса C30), поддержание непрерывного роста долговременной прочности и, в конечном итоге, отличную долговечность при воздействии. в суровых условиях. Ввиду особых условий отверждения и условий конструкции внутренней футеровки ствола морозильной шахты в глубоком намывном слое бетон внутренней футеровки ствола должен обладать высокой прочностью, трещиностойкостью, предотвращением просачивания и высокой начальной прочностью для предотвращения утечки футеровки ствола. после оттаивания промерзшей стены.Таким образом, подготовка HSHPC для внутренней футеровки вала должна учитывать следующие основные качества: (i) сверхвысокая ранняя прочность, с которой бетон может быть извлечен из формы через 10 часов после заливки (ii) простой процесс подготовки (iii) хорошая удобоукладываемость и осадка более 180 мм, что удобно для транспортировки и разливки (iv) Низкая теплота гидратации и высокая долговечность (v) Высокая объемная стабильность и высокая герметичность

2.2. Приготовление HSHPC

Различные факторы, влияющие на прочность, текучесть и долговечность HSHPC, включают разновидность и дозировку цемента, соотношение смеси бетона, разнообразие и дозировку добавок и активных материалов, смешиваемых снаружи, градацию заполнителя, конструкцию технологического процесса и условий окружающей среды на площадке.В общем, обычная смесь для марки C60 HSHPC и выше состоит из высококачественного цемента, суперпластификатора (со степенью уменьшения обводненности более или равной 35%), минеральной добавки, высококачественного заполнителя и контролируемого содержания песка.

2.3. Выбор сырья для HSHPC

2.3.1. Цемент

HSHPC C60 – C80, оцениваемый в этом исследовании, использовал марку Conch P.O. 42.5R и P.O. Обычный портландцемент ранней прочности 52,5R с более низкой относительной теплотой гидратации, производимый Ningguo Cement Factory.Ранняя прочность и низкая теплота гидратации этого цемента делают его особенно подходящим для подготовки HSHPC для использования в замораживании футеровки стволов в глубоких аллювиях.

2.3.2. Заполнитель

Мелкозернистый заполнитель, использованный в этом исследовании, представлял собой средний песок Huaibin из провинции Хэнань с модулем тонкости 2,9, насыпной плотностью 1540 кг / м ³ и содержанием бурового раствора 1,6%. В качестве крупного заполнителя использовали известняковый гравий Шанъяо из города Хуайнань и базальт Мингуан из города Чучжоу, оба в провинции Аньхой, которые имеют индекс дробления 8.3% и 3,3% соответственно, а непрерывный размер зерна 5–31,5 мм.

2.3.3. Водоредуцирующий агент

Принимая во внимание особые условия использования HSHPC в футеровках вала, очень важно выбрать добавку, которая обеспечивает отличные характеристики с сырьем в смеси. Соответственно, был проведен тест на совместимость путем оценки восьми типов высокоэффективных композиционных водоредуцирующих добавок (суперпластификаторов). В конце концов, суперпластификатор на основе нафталина NF производства Huainan Mining Group Synthetic Material Co., Ltd., был выбран для использования в экспериментах из-за его хорошей совместимости с другими материалами в смеси.

2.3.4. Минеральная добавка

Минеральные добавки, использованные в экспериментах, представляли собой кремниевый порошок, произведенный на заводе Shanxi Dongyi Ferroalloy Factory, измельченный шлак, производимый Hefei Iron and Steel Group of Jinjiang Building Materials Co., Ltd., и летучая зола Grade I. Электростанция Хуайнань Пинвэй. Основные химические компоненты кремниевого порошка и измельченного шлака представлены в таблице 1.

Тип кремниевого порошка, использованный в этом исследовании, содержал очень мелкие частицы, соответствующие ультратонким твердым материалам с ультратонкими характеристиками. . Содержание SiO ₂ в кремниевом порошке составляло более 90%, его средний размер частиц составлял 0,1–0,15 мкм мкм, его минимальный размер частиц составлял 0,01 мкм мкм, а размер частиц менее 1 мкм мкм. приходилось более 80% порошка.Удельная поверхность 250 000–350 000 см ² / г, что в 70–90 раз больше, чем у цемента. Удельный вес составлял 2,1–3,0 г / см ³ , а насыпная плотность составляла 200–250 кг / м ³ . Удельная поверхность измельченного шлака составила 3800 см ² / г. Коэффициент водопотребности летучей золы составлял 89%, ее потери при возгорании составляли 0,95%, содержание SO ₃ составляло 0,29%, а степень измельчения составляла 4%.

2.4. Результаты испытаний на прочность на сжатие смесей HSHPC

В соответствии со спецификацией для расчета бетонных смесей, прочность бетона C60, C65, C70, C75 и C80 составляет 69.8, 74,8, 79,8, 84,8 и 89,8 МПа соответственно. Используя метод ортогональных испытаний, пропорции бетонной смеси C60 – C80, показанные в таблице 2, были оценены для применения в замораживающей футеровке валов.

Испытания на прочность на сжатие были проведены на смесях, подробно описанных в Таблице 2, с результатами, показанными в Таблице 3, из которой видно, что трехдневная прочность на сжатие смесей достигла 80% от расчетного значения, прочность на сжатие в течение семи дней достигла 90% от расчетного значения, а прочность на сжатие в течение двадцати восьми дней соответствовала или превысила расчетную прочность.Эти результаты показывают, что предлагаемые смеси могут полностью удовлетворить требования HSHPRCSL по прочности и характеристикам.

3. Метод испытания модели HSHPRCSL

3.1. Принцип подобия модельного теста

Учитывая высокую прочность и большой размер конструкции HSHPRCSL, было определено, что разрушающие испытания на прототипе футеровки вала чрезвычайно трудны для выполнения. В результате в данном исследовании были протестированы масштабные модели конструкции футеровки вала.

Целью модельных испытаний было не только определение распределения напряжений в секции футеровки вала, но и измерение разрушающей нагрузки футеровки вала.Следовательно, конструкция модели футеровки вала должна подвергаться не только масштабному напряжению и деформации, но и масштабной нагрузке через индекс подобия. Используя теорию подобия и основные уравнения упругости, в этом исследовании был применен метод анализа уравнений [23] для определения индекса подобия модели футеровки вала.

Условия подобия напряжений и деформаций в модели футеровки вала могут быть получены из геометрических, граничных и физических уравнений следующим образом: где — константа подобия деформаций; — константа геометрического подобия; — константа подобия перемещений; — константа подобия нагрузки (поверхностной силы); — константа подобия модулей упругости; — константа подобия напряжений; и — коэффициент подобия коэффициента Пуассона.

HSHPRCSL — это композитная конструкция, состоящая из двух материалов, стали и бетона, поэтому, чтобы гарантировать, что напряжения и деформации каждого компонента модели и прототипа строго сопоставимы, необходимо поддерживать геометрическое сходство между моделью. и прототип футеровки вала до, во всем и после нагружения и деформации; соответственно, и. Следовательно, условия напряжений и деформаций в футеровке вала можно записать как

. Чтобы гарантировать, что нагрузка и форма модели футеровки вала идентичны таковым у прототипа во время разрушения, поведение деформации при растяжении модель в упругом состоянии должна быть аналогична прототипу в упругом состоянии.Соответственно, должны быть выполнены следующие требования к прочности: (i) Кривые напряжения-деформации модели и прототипа футеровки вала должны быть одинаковыми на протяжении всего процесса нагружения (ii) Прочность материалов в каждой части футеровки вала должна быть одинаковой. друг к другу (iii) Критерии прочности на повреждение модели и прототипа футеровки вала должны быть одинаковыми. модельный тест.Поэтому конструкционный материал модели футеровки вала был скорректирован в эксперименте следующим образом: где — константа подобия прочности, — константа подобия степени армирования.

В этом случае соответствующая константа геометрического подобия — единственная переменная, которую необходимо определить. Чтобы сделать результаты исследования универсальными, вместо использования конкретной футеровки вала в качестве объекта моделирования, моделирование было связано с влиянием отношения толщины к диаметру, безразмерной величины с константой подобия, равной 1.Модельные испытания трех различных толщин футеровки вала были проведены соответственно со значениями 0,219, 0,216 и 0,201. С учетом размера устройства для испытания и характеристик конструкции футеровки основного ствола угольной шахты Цзиси Шэнцзянь в Шаньдуне и вспомогательного ствола угольной шахты Хуайнань Динцзи в Аньхой были получены параметры модели футеровки ствола. из таблицы ортогональных расчетов [24] и показаны в таблице 4. Геометрия модели футеровки вала показана на рисунке 1, на котором внешний диаметр и высота модели равны 925.0 мм и 562,5 мм соответственно, а толщина варьируется путем изменения внутреннего диаметра.