Zinātniskās darbības atbalsta sistēma
Latviešu English

Publikācija: Metodoloģija īpaši smalkgraudainu cementa kompozītu ilglaicīgo īpašību noteikšanai un plaisu attīstības izpētei

Publikācijas veids Promocijas darbs
Pamatdarbībai piesaistītais finansējums Nav zināms
Aizstāvēšana: 10.04.2015 14:15, Rīgas Tehniskās universitātes Būvniecības inženierzinātņu fakultātē, Āzenes ielā 16, sēžu zālē
Publikācijas valoda Latviešu (lv)
Nosaukums oriģinālvalodā Metodoloģija īpaši smalkgraudainu cementa kompozītu ilglaicīgo īpašību noteikšanai un plaisu attīstības izpētei
Nosaukums angļu valodā Methodology For Determination of Long‐Term Properties and Crack Development Research in Extra Fine Aggregate Cement Composites
Pētniecības nozare 2. Inženierzinātnes un tehnoloģijas
Pētniecības apakšnozare 2.1. Būvniecības un transporta inženierzinātnes
Autori Andīna Sprince
Atslēgas vārdi METHODOLOGY; LONG‐TERM; CREEP; SHRINKAGE; CRACK; EXTRA FINE AGGREGATE CEMENT COMPOSITES
Anotācija Pēdējās desmitgadēs arvien vairāk tiek veidoti jauni, atšķirīgi konstruktīvie cementa kompozīti – sākot ar samazinātu cementa daudzumu, mazākiem pildvielu izmēriem, disperso stiegrojumu šķiedru veidā, ķīmiskajām piedevām un pazeminātu ūdens un cementa attiecību, veidojot betona matricas, kam ir uzlabotas fizikāli mehāniskās īpašības. Lai arī ietekme uz šīm īpašībām ir apzināta, tomēr pastāv vairāki šķēršļi, kas kavē šo jauno cementa kompozītu plašāku izmantošanu būvniecībā. Viens no galvenajiem kavēkļiem ir nepietiekama informācija par šādu uzlaboto cementa kompozītu ilglaicīgajiem un ilgizturības rādītājiem – šļūdi, rukumu un plaisām, kas būtiski var ietekmēt drošu un ilglaicīgu būvju ekspluatāciju. Minēto apgalvojumu paspilgtina fakts, ka esošie īpašību noteikšanas standarti ir nepilnīgi un neviennozīmīgi. Eiropas reglamentējošo standartu sarakstā ir standarts EN 12390 „Sacietējuša betona testēšana”, kurā nav sniegta informācija, kā nosakāmas cementa kompozītu ilglaicīgās un ilgizturības īpašības – šļūdes, rukuma deformācijas, plaisu atvēruma lielums un to attīstības izpēte. Vēl viens būtisks šķērslis – projektēšanas normu ieviešanas aizkavēšanās. Jaunajiem cementa kompozītiem nav piemērojamas aprobētās aprēķina procedūras, kuras izmanto tradicionālajam, parastas stiprības betonam. Vērtības empīriskajās shēmās ir aptuvenas un vairumā gadījumu izmantojamas tikai maznozīmīgu būvju ilglaicīgo īpašību prognozēšanai, jo reālie cementa kompozītu sastāvi, izmantotās izejvielas, apkārtējās vides apstākļi, paraugu ģeometrija un vecums katrā individuālajā projektā var atšķirties no modeļos ievērtētajiem lielumiem. Ja nav lielas datu atbilstības, ir nekorekti izmatot izstrādātos modeļus, jo tādējādi tiktu radītas būtiskas neprecizitātes aprēķinos. Darba teorētiskajā daļā apkopotas dažādas šļūdes, rukuma, plaisu noteikšanas metodikas un doti dažādi ilglaicīgo īpašību noteikšanas matemātiskie un empīriskie modeļi. Balstoties uz veikto literatūras analīzi, izveidota metodoloģija īpaši smalkgraudainu cementa kompozītu (ISCK) (kam pildvielas lielākais ģeometriskais izmērs ≤ 5 mm) ilglaicīgo īpašību noteikšanai un plaisu attīstības izpētei. Veikta metodoloģijas eksperimentālā aprobācija un iegūto rezultātu analīze. Darba noslēgumā, pamatojoties uz veikto literatūras analīzi, jaunizveidoto metodoloģiju un tās aprobācijas gaitā iegūto eksperimentālo datu analīzi, izstrādātas rekomendācijas iegūto rezultātu praktiskai izmantošanai – standartu un projektēšanas normu pilnveidošanai. Izveidotā metodoloģija ir vitāli nepieciešama, lai noteiktu mūsdienu jauno, atšķirīgo parastas, augstas un sevišķi augstas stiprības cementa kompozītu raksturīgās īpašības, kas nepieciešamas drošu un ilglaicīgu būvju projektēšanā, kā arī pie turpmākas racionālāku cementa kompozītu izveides, kuru izmantošana ļautu samazināt materiāla kopējo patēriņu, kā arī samazināt konstrukciju kopējo svaru, būvēt augstākas būves, izmantot būvelementus ar efektīvāku šķērsgriezumu un projektēt graciozākas plānsieniņu konstrukcijas, realizējot jaunas, sarežģītākas formas. Cementa kompozīta uzlabotās īpašības padarīs to par izdevīgāku materiālu no ekonomiskā viedokļa un par iespējams vienīgo materiālu specializētās būvniecības jomā. Jaunradītā ISCK ilglaicīgo īpašību noteikšanas un plaisu attīstības izpētes metodoloģija nosaka cementa kompozītu sastāva, paraugu izgatavošanas un eksperimentālo pārbaužu veikšanas procedūru aprakstus, kā arī iegūto datu apstrādi un aparatūras izvēli. Metodoloģija lietojama materiālu mehānisko īpašību noteikšanas laboratorijās. Metodoloģijas izstrādes gaitā pārveidots stends cementa kompozītu vienasīgās šļūdes deformāciju noteikšanai stiepē un adaptēts stends vienasīgās šļūdes deformāciju noteikšanai spiedē. Tāpat izveidots jauns stiepes vienasīgais pārbaudes stends, kas īpaši piemērots maza izmēra paraugu un stiepes plaisu izpētes veikšanai. Metodoloģija aprobēta dažādiem parastas, augstas un sevišķi augstas stiprības cementa kompozītiem (15 sastāviem), dažādos vecumos (tai skaitā arī agrā), dažādās mitruma koncentrācijās (mitrā un gaissausā), dažādu ģeometrisko formu un izmēra paraugiem (kubiem, cilindriem, prizmām, plātņveida paraugiem). Eksperimentāli noteiktas dažādas minēto materiālu īpašības – spiedes un stiepes stiprība, elastības modulis, vienasīgās šļūdes un žūšanas rukuma vienasīgās deformācijas, noteikts šļūdes koeficients, īpatnējā šļūde, kā arī veikta plaisu rašanās, attīstības, rakstura, plaisu atvēruma lieluma izpēte un noteikts spriegumu intensitātes faktors, sprieguma lauks plaisas galā u.c. Pamatojoties uz aprobācijas gaitā iegūto eksperimentālo datu statistisko apstrādi, var apgalvot, ka jaunizveidotā metodoloģija ISCK ilglaicīgo īpašību noteikšanai un plaisu attīstības izpētei ir lietojama dažādu cementa kompozītu raksturīgo īpašību noteikšanai. Darbā izstrādātas arī rekomendācijas iegūto rezultātu praktiskai izmantošanai – standartu un projektēšanas normu pilnveidošanai. Darbs satur 172 lappuses, 92 attēlus, 8 tabulas, 158 literatūras avotus un 2 pielikumus.
Anotācija angļu valodā The last couple of decades have seen an increasing growth in the development of new, innovative and different structural cement composite materials, from reduced amount of cement and smaller dimensions of the aggregate, to disperse reinforcement in the form of fibers, chemical additives and a reduced water-cement ratio, creating cement composite matrixes with improved physical and mechanical properties. Although the influence on these properties has been conscious, there are obstacles that prevent a more widespread application of these new cement composites in construction. One of the main obstacles is the insufficient information about the long-term properties and the durability parameters — creep, shrinkage, and cracking — of these improved cement composites, although they are essential in ensuring safe and long exploitation of structures. The main problem is further complicated by the fact that the existing standards for determination of these properties are deficient and ambiguous. In Europe, the mandatory standards include standard EN 12390 “Testing hardened concrete”, which does not provide information on how to determine such long-term and durability-related properties as creep, shrinkage, research of crack development. Another major obstacle is the delay in the introduction of design standards. The calculation methods that have been tested in practice and are used for the traditional, normal-strength concretes are not applicable to the new cement composites. The values given in the empirical schemes are approximate and, for the most part, can be used mainly for predicting the long-term properties of conventional structures, because in each individual project the actual cement compositions, the raw materials used, the environmental conditions, the geometry and age of the specimens can differ from the ones taken into consideration in the models. Unless most of the parameters coincide, it is not permissible to use the developed models, as that would lead to major inaccuracies in the calculations. The theoretical part of the work provides a description of the mechanical properties of cement composites, with focus on the research of long-term and durability-related phenomena. It summarizes different methodologies that can be used for the determination of long-term and durability-related properties and shows various mathematical and empirical models for establishing the long-term properties. Based on the performed literature analysis, a new methodology has been established for determining the long-term properties and crack development research in extra fine aggregate cement composites (with the largest aggregate dimension ≤ 5 mm). The methodology has been approbated experimentally, and the achieved results have been analyzed. Based on the literature analysis, the developed methodology, and the analysis of the experiment data, the conclusion of the thesis presents recommendations for practical application of these results, namely, for improvement of standards and design rules. The developed methodology is of essential importance for the determination of the characteristic properties of the modern and different normal, high, and ultra-high-strength cement composites, which are necessary for the design of safe, durable structures. These properties are also vital for further development of more rational building materials, which would allow reduction of the overall consumption of the material and the weight of the structure, to build higher structures, to use structural elements with more effective cross sections, as well as to design more graceful thin-walled structures by implementing new, more complex forms. The improved properties of the cement composite will make it the most viable choice from the financial point of view, and the only possible material in the field of specialized construction. The newly developed methodology for the long-term properties and crack development research in EFACC describes the composition of the cement composites, the procedures for preparing the specimens and performing the experimental tests, as well as for the processing of the obtained data and the equipment selection. Within the scope of the methodology development, a modified cement composite testing stand for the determination of uniaxial tensile creep strains, and a cement composite testing stand for the determination of uniaxial compression creep strains was successfully adopted. A new uniaxial tensile testing stand specifically suited for the research of cracks and small-sized specimens was also developed. The new methodology can be used for the determination of the mechanical properties of materials in laboratory conditions, and the obtained data can be used for the design of safe buildings and the improvement of the existing standards. The methodology has been approbated for various normal, high, and ultra-high-strength cement composites (15 mixtures) at various ages (including early), with various humidity conditions (humid and air-dry), with specimens of various geometric shapes and dimensions (cubes, cylinders, prisms, plate-type); in total. Various properties of the materials were determined via experiments — compressive strength, tensile strength, modulus of elasticity, uniaxial creep and uniaxial drying shrinkage strains, creep coefficient, specific creep. Crack initiation, development, propagation, characteristics and the size of the crack mouth openings displacement were also determined, and the strain intensity factor, the strain field at the end of the crack and the toughness of the failure were established. Based on the statistical processing of the experiment data obtained during the approbation phase, it can be stated that the new methodology for the determination of EFACC long-term properties and crack development research is stable and can be generally used for the determining the characteristics of various cement composites. Recommendations for the practical application of the obtained results have also been developed with the aim of improving the standards and design rules. The thesis is presented on 172 pages and contains 92 figures, 8 tables, a list of references with 158 items, and 2 appendices.
Atsauce Sprince, Andīna. Metodoloģija īpaši smalkgraudainu cementa kompozītu ilglaicīgo īpašību noteikšanai un plaisu attīstības izpētei. Promocijas darbs. Rīga: [RTU], 2015. 172 lpp.
Pilnais teksts Pilnais teksts
Kopsavilkums Kopsavilkums
ID 20120