14.08.2013 Бетон под нагрузкой: особенности поведения. Как работает бетон под нагрузкой
Особенности поведения бетона под нагрузкой
Когда мы хотим забетонировать определенный участок земли или пола, мы учитываем степень нагрузки в процессе эксплуатации. Ведь одним из самых важных свойств бетона является его устойчивость к весу, который на него возлагается. То есть эта характеристика бетона означает, может ли он сопротивляться разрушению под воздействием внутренних напряжений или нет.
Наша компания предлагает своим клиентам приобрести бетон F300 с доставкой, бетон м100 цена с доставкой и другие марки стройматериалов по приемлемым ценам.
Как ведет себя бетон при нагрузке?
Используя бетон в строительстве сооружений и конструкций необходимо учитывать набор его свойств. Ведь одним из самых его важных свойств является наличие прочности.
Бетон, используемый при изготовлении сооружений, может быть подвержен разрушению под воздействием внутренних напряжений, классификация которых сводится к следующим видам:
- изгиб;
- растяжение;
- сжатие;
- срез;
- кручение.
Как показывает практика, прочность на сжатие – одна из важнейших особенностей бетона. Однако на прочность бетонной конструкции в большинстве случаев влияет наличие грамотного состава пропорций компонентов и качество свойств, а также ряд эксплуатационных характеристик. Если рассматривать воздействие на бетон других его характеристик, то выделяют следующие его свойства:
- долговечность;
- устойчивость к образованию трещин;
- надежность и другие.
Поверхность бетонной конструкции может быть разрушена при появлении на нем микротрещин. Они могут возникнуть по причине неоднородности материала, из которого изготовлен бетон.
Заказать бетон с доставкой можно на нашем официальном сайте компании. Связавшись по телефону 8 (499) 404-06-68 с нашими менеджерами-консультантами, вы также можете узнать, как будет происходить оплата и доставка бетона.
- Полезные статьи
Дорожный щебень в строительстве можно обусловить как главный и самый важный стройматериал, который влияет на качество, долговечность и прочность полотна.
Подробнее
- Полезные статьи
Шлаковый щебень производится из отходов различных металлургических и химических заводов, а также в процессе сгорания твердого топлива в котельных. Он
Подробнее
- Полезные статьи
Инструкции П6 и П7 описывают, регламентируют и стандартизируют поведение участников торговых отношений в случае возникновения каких-либо проблемных ситуаций. Также, они
Подробнее
- Полезные статьи
Нормирование расхода щебня и других строительных материалов призвано регламентировать их применение при подготовке и проведении строительных и дорожно-ремонтных работ с
- Полезные статьи
В последнее время, в связи с масштабными работами в дорожно-строительной отрасли, особое внимание уделяется не только технологии укладывания асфальтной смеси,
Подробнее
- Полезные статьи
Щебень является одним из важнейших компонентов для строительства дорог, имеющий природное происхождение. Большинство добываемого в России щебня применяется для обеспечения
Подробнее
- Полезные статьи
Для изготовления щебня из шлака используют два способа:Переработка застывшего шлака.Исходным сырьем служат отвалы застывшего шлака, являющегося побочным продуктом в
- Полезные статьи
Благодаря своим характеристикам прочности, щебень практически не нуждается в каком-либо особом уходе или особенных условий хранения. Тем не менее, есть
Подробнее
- Полезные статьи
К качеству современных стройматериалов предъявляются повышенные требования, и, особенно, к характеристикам щебня, поскольку он является одним из основных наполнителей бетонных
Подробнее
- Полезные статьи
Щебень является материалом минерального происхождения, может быть использован в любом виде строительства: жилищном, дорожном и инфраструктурном. Заказать щебень можно на
Подробнееnbt.su
| Качество бетона и то, как он будет работать в сооружениях и конструкциях, определяются свойствами материала. Самым важным и определяющим свойством бетона является прочность. Эта характеристика означает способность бетонного камня сопротивляться разрушению под воздействием внутренних напряжений. Такие напряжения возникают в результате нагрузки, а также некоторых других факторов. По направлению воздействия на конструкцию внутренние напряжения делятся на растяжение, сжатие,изгиб, кручение и срез. Конечно же, можно создать конструкцию, где нагрузка на бетон будет минимальной. Например, металлопрофильный лист для забора достаточно легок, что позволяем минимизировать нагрузки на бетонное основание строения вцелом. На такие условия не каждый раз выполнимы. Бетон — это материал, хорошо сопротивляющийся сжатию. Остальным видам нагрузок он сопротивляется намного хуже, особенно срезу и растяжению. Прочность на растяжение у этого материала ниже в разы — от пяти до пятидесяти, в зависимости от вида бетона. Поэтому конструкции нужно либо проектировать так, чтобы бетон воспринимал в них преимущественно лишь сжимающие нагрузки, либо использовать железобетон. В последнем напряжениям растяжения и среза противостоит уже стальная арматура, весьма устойчивая к этим видам нагрузок. Итак, важнейшая характеристика классического бетона — это его прочность на сжатие. Тем не менее, случаи, когда бетонной конструкции также нужно воспринимать напряжение растяжения тоже нередки — в первую очередь это относится к изгибающимся конструкциям типа полов или дорожных покрытий, к примеру. Поскольку нагрузки этого типа не столь велики, как в тех же зданиях, здесь на помощь приходит состав бетонной смеси, который подбирают так, чтобы добиться необходимой прочности материала также и на растяжение. Стоит заметить, что прочность бетона — это характеристика интегральная, то есть зависящая от свойств и пропорций его компонентов, а также условий затворения, твердения и эксплуатации. С другой стороны, прочность бетона оказывает влияние и на ряд его остальных свойств: надёжность, долговечность, трещиноустойчивость и т.п. Многочисленные опыты показали, что поверхность бетона разрушается по двум «сценариям». Первый происходит, когда прочность на растяжение заполнителя выше аналогичной прочности цементного камня. В этом случае разрушение и проходит по раствору, обходя включения заполнителя. А вот в случае, когда ниже прочность на растяжения у заполнителя, разрушаются оба компонента. Иногда встречается также разрушение смешанного характера — когда прочность цементного камня и заполнителя мало отличается и в структуре появляются участки, в которых более прочен либо один компонент, либо другой. Исследования с использованием микроскопа и ультразвука, развившиеся в последнее время, показали, что разрушению бетона предшествует появление в нём микротрещин. Они возникают при разрывах по причине неоднородности структуры материала, причём задолго до того, как бетон начинает разрушаться заметно для традиционных методов наблюдения. В зависимости от взаимного расположения крупного заполнителя и раствора, прочность материала в целом определяется либо прочностью элемента более слабого, либо прочностью элемента с меньшей предельной деформацией. |
beton-trade.ru
Особенности поведения бетона под нагрузкой
Связь между напряжениями и деформациями бетона, полученная при нагружении бетонных призм, представлена на диаграмме (рис. 13).
Рис. 13. Зависимость s - e при кратковременных испытаниях бетонных призм из бетона прочностью 25-30 МПа. 1 – опытные значения; 2 – рассчитанные теоретически
В работах А. А. Гвоздева отмечается, что бетон при испытании возрастающей нагрузкой обнаруживает ряд интересных особенностей. Полная продольная деформация не пропорциональна напряжению. Напряжение достигает максимума (предела прочности) при некоторой деформации, после чего деформации нарастают при убывающей нагрузке, и в результате возникает нисходящий участок кривой.
При сжатии кратковременной нагрузкой бетонной призмы получают кривую s - e, обращенную вогнутостью к оси деформаций, что обусловлено мгновенными пластическими деформациями бетона epl.
В пределах нисходящей кривой деформации наблюдаются макроскопические нарушения сплошности материала с отслоением целых участков бетона. Процесс накопления повреждений в бетоне предлагается учитывать с помощью двух параметрических уровней RTO и RTV, которые определяют расчетом.
Кривая s - e в пределах уровней RTO и RTV отражает процесс перехода микроразрушений в микротрещины, разуплотнение и разрыхление бетона (рис. 14).
Рис. 14. Диаграмма состояния бетона относительно параметрических точек по
О. Я. Бергу
Связь между напряжениями и деформациями бетона под нагрузкой, полученная экспериментальным путем, является базовой основой для построения расчетных формул, представленных в нормативных документах, для определения прочности, жесткости и трещиностойкости бетонных и железобетонных конструкций.
Похожие статьи:
poznayka.org
Бетон для железобетонных конструкций
Тема 1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ РАСЧЕТА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
КОНСТРУКЦИЙ
Физико-механические свойства бетона, арматурных сталей
И железобетона
Бетон для железобетонных конструкций
Классификация бетонов. Бетон для железобетонных конструкций должен обладать необходимой прочностью, хорошим сцеплением с арматурой, достаточной плотностью для защиты арматуры от коррозии. В зависимости от назначения сооружения бетон также должен удовлетворять специальным требованиям: морозостойкости, жаростойкости при длительном воздействии высоких температур, коррозионной стойкости при агрессивном воздействии среды, водонепроницаемости и др.
Бетоны классифицируют по следующим признакам: основному назначению — конструкционные, специальные; по виду вяжущего — цементные, силикатные, шлаковые и т.д.; по виду заполнителей — плотные, пористые, на специальных заполнителях; по структуре — плотные, поризованные, ячеистые, крупнопористые.
Для удобства введены сокращенные наименования основных видов бетонов: тяжелый бетон — плотной структуры, на цементном вяжущем и плотных крупных и мелких заполнителях; легкий бетон — на цементном вяжущем,, пористом крупном и пористом или плотном мелком заполнителе. В качестве плотных заполнителей для тяжелого бетона применяют щебень из дробленых горных пород и природный кварцевый песок. Пористые заполнители могут быть естественные — пемза, ракушечник и т.п. или искусственные — керамзит, шлак и т.п. Оба указанных вида бетона используют для несущих конструкций зданий и сооружений.
Существуют также специальные виды бетонов: жаростойкие — предназначенные для использования в конструкциях, эксплуатирующихся при t ≥ 200°С; химически стойкие — используемые в условиях агрессивных сред; напрягающие (на основе напрягающего цемента) — предназначенные для создания предварительного напряжения в конструкциях; радиационно-защитные большой массы — применяемые для биологической защиты от излучений и т. п. В последние годы распространение получают бетонополимеры, представляющие собой обычные бетоны, пропитанные полимерами или мономерами с их последующим отверждением, и полимербетоны, в которых в качестве вяжущего используют полимеры. Эти бетоны обладают повышенной прочностью, особенно на растяжение, и высокой химической стойкостью, однако имеют пока относительно высокую стоимость, низкий модуль деформаций (у полимербетонов) и неприменимы в сооружениях с повышенной температурой.
Для дорожных и аэродромных покрытий, полов промзданий и т. п. находят применение бетоны, дисперсно армированные волокнами (стальными, синтетическими и др.). Этот вид бетона, называемый фибробетоном, обладает повышенной растяжимостью и сопротивляемостью ударным воздействиям.
Структура бетона. Важнейшими физико-механическими свойствами бетона с точки зрения его работы в железобетонных конструкциях являются прочность и деформативность, определяемые, главным образом, его структурой.
При затворении бетонной смеси водой* начинается химическая реакция (гидратация), в результате которой образуется гель — студенистое вещество, а часть соединений выделяется в виде кристаллов. С течением времени гель твердеет, кристаллы объединяются в кристаллический сросток, пронизывающий все тело бетона и скрепляющий зерна заполнителей. Таким образом, структуру бетона можно представить в виде пространственной решетки из цементного камня (включающего кристаллический сросток, гель и большое количество пор и капилляров, содержащих воздух и воду), в котором хаотично расположены зерна песка и щебня (рис. 1.1, а). Механические свойства цементного камня и заполнителей существенно отличаются друг от друга; кроме того, структура бетона изобилует дефектами, которыми помимо пор являются пустоты под зернами заполнителя, возникающие при твердении бетона, и ряд других.
Рис. 1.1. Структура бетона и схема напряженного состояния сжатого бетонного образца: 1 — цементный камень; 2 — щебень; 3 — песок; 4 — поры, заполненные воздухом и водой; «—» —сжатие; «+» — растяжение
* Для химической реакции требуется В/Ц = 0,15...0,2, однако для получения необходимой удобоукладываемости применяют В/Ц=0,3... 0,4 (жесткие смеси) и В/Ц=0,5...0,7 (пластичные смеси).
В таком неоднородном теле нагрузка создает сложное напряженное состояние. Напряжения концентрируются на более твердых частицах заполнителей и в местах, ослабленных порами. При действии сжимающей нагрузки в области, примыкающей к отверстию, создаются сжимающие и растягивающие напряжения (рис. 1.1,б). Растягивающие напряжения, суммируясь, достигают значительных величин, вызывая разрушение образца от разрыва бетона в поперечном направлении, так как прочность бетона при растяжении значительно ниже, чем при сжатии.
К бетону не применимы классические теории прочности, поскольку они относятся к материалам с идеализированными свойствами: суждение о его прочности и деформативности основывается на большом числе опытов. Сложность исследований напряженного состояния бетона также в том, что помимо напряжений от нагрузки в теле бетона возникают так называемые «собственные» напряжения, вызванные усадкой и другими причинами.
Многие исследователи рассматривают бетон как двухфазную среду, состоящую из твердой фазы — скелета, наделенного упругими свойствами, и жидкогазовой фазы, деформации которой развиваются во времени. Такая модель дает возможность объяснить многие явления, происходящие в бетоне при различных скоростях и интенсивностях приложения нагрузки.
Прочность бетона. Прочность бетона зависит от ряда факторов, основными из которых являются: время и условия твердения, вид напряженного состояния, форма и размеры образцов, длительность нагружения.
· Прочность бетона нарастает с течением времени. Наиболее интенсивный ее рост происходит в начальный период твердения (28 сут. для портландцемента). В дальнейшем нарастание прочности замедляется, но при положительной температуре и влажной среде продолжается еще годы.
· Твердение бетона существенно ускоряется при повышении температуры и влажности среды. С этой целью железобетонные изделия подвергаются тепловлажностной или автоклавной обработке.
Бетон имеет различную прочность при разных силовых воздействиях.
· Кубиковая прочность R — временное сопротивление сжатию бетонных кубов. При осевом сжатии кубы (как и другие сжатые образцы) разрушаются вследствие разрыва бетона в поперечном направлении. Однако наличие сил трения, развивающихся по опорным граням (рис. 1.2, а), препятствует развитию свободных поперечных деформаций кубов вблизи их торцов. Если устранить влияние сил трения (например, смазкой контактных поверхностей), то трещины в образце будут проходить параллельно сжимающей силе и сопротивление куба значительно уменьшится. Согласно ГОСТу кубы испытывают без смазки поверхностей. Вследствие влияния сил трения прочность кубов зависит от их размеров. Чем меньше размер куба, тем больше его прочность. Так, если прочность кубов с ребром 15 см принять за R, то кубы с ребром 10 см покажут прочность 1,12R, а с ребром 20 см — 0,93R. Поскольку реальные конструкции по форме отличаются от кубов, кубиковая прочность непосредственно в расчетах не используется, а служит только для контроля качества бетона.
Рис. 1.2. К определению прочности бетона:
а — характер разрушения бетонных кубов; б — схема испытания призмы для определения Rb; в — зависимость Rb/R от соотношения размеров образца; 1 — обкладка пресса; 2 — стандартный образец для испытаний
Призменная прочность Rb — временное сопротивление осевому сжатию бетонных призм (рис. 1.2, б). Опыты показывают, что с увеличением высоты призмы влияние трения на прочность образца уменьшается. При h/a ≥ 4 оно практически исчезает, а прочность становится постоянной и равной ≈ 0,75 R (рис. 1.2, в). Значение Rb применяют в расчетах прочности сжатых и изгибаемых элементов. Призменная прочность
где φb — экспериментальный коэффициент, φb = 0,77 — 0,001 R ≥ 0,721.
· Прочность при растяжении Rbt зависит от прочности цементного камня и сцепления его с заполнителем. При осевом растяжении прочность бетона в 10...20 раз меньше прочности на сжатие. При этом с увеличением кубиковой прочности относительная прочность бетона при растяжении уменьшается. Прочность при растяжении
Опытным путем Rbt определяют испытаниями на разрыв образцов в.виде восьмерок, на раскалывание образцов в виде цилиндров или на изгиб бетонных балок.
· Прочность при местном сжатии Rb,loc имеет место, когда нагрузка действует не на всю площадь элемента, а на ее часть. В этом случае загруженная часть площади обладает большей прочностью, чем Rb, ввиду того, что в работе участвует также бетон, окружающий площадку смятия и создающий эффект обоймы. Прочность при местном сжатии
Rb,loc = φbRb, (1.3)
где 
;
Aloc1 — площадь смятия; Aloc2 — расчетная площадь, включающая площадку смятия и дополнительный участок, определяемый в соответствии с рис. 6.1 [1].
· Прочность на срез. В реальных конструкциях срез в чистом виде обычно не встречается; ему сопутствуют продольные усилия. Значение временного сопротивления срезу Rb,sh в нормах не приводится, однако при необходимости может быть определено по эмпирической формуле
· Прочность при повторных нагрузках (несколько миллионов циклов) под влиянием структурных изменений снижается. Это обстоятельство нужно учитывать при расчете шпал, подкрановых балок, мостов. Предел выносливости (временное сопротивление при многократно повторных нагрузках) зависит от коэффициента асимметрии цикла ρb = σb,min/σb,max, числа нагружений n и должен быть больше напряжения, при котором в бетоне образуются структурные микротрещины Rb,crc.
Рис. 1.3. Диаграммы деформирования бетона:
а — при ступенчатом нагружении; б — кривая полных деформаций;
в — при длительном нагружении; I — полные деформации;
II — при мгновенном нагружении.
· Прочность при длительных и быстрых нагружениях. При испытании бетонных образцов в лабораторных условиях нагружение осуществляют достаточно быстро [υ = 20...30 Н/(см 2·с)]. Реальные конструкции находятся под действием нагрузки десятки лет. В этом случае в бетоне развиваются структурные изменения и неупругие деформации, приводящие к снижению его прочности. Предел длительного сопротивления бетона естественного твердения осевому сжатию принимается 0,9 Rb. При нагрузках малой продолжительности (порыв ветра, удар, взрыв) бетон разрушается при больших напряжениях (1.1...1.2) Rb.
Деформативность бетона. Деформации могут быть силовые, развивающиеся под действием внешних сил, и температурно-влажностные, развивающиеся, в результате взаимодействия бетона с внешней средой.
· Деформации бетона под нагрузкой. Различают силовые деформации при однократном кратковременном, длительном, а также многократно-повторном нагружениях.
1. Деформации при однократном кратковременном нагружении. Наибольшее практическое значение имеют деформации при осевом сжатии. Если бетонную призму нагружать по этапам, замеряя деформации дважды: сразу после приложения нагрузки и через некоторое время после выдержки под нагрузкой, то на диаграмме «σ - ε» получают ступенчатую линию (рис. 1.3, а). Полные деформации будут складываться из упругих εе, возникающих непосредственно после приложения нагрузки, и пластических εpl, развивающихся во времени. Кривая полных деформаций показана на рис. 1.3,б. Из диаграммы видно, что при небольших напряжениях (σb ≤ 0,2 Rb) бетон можно рассматривать как упругий материал (участок 0—1). При 0,2 Rb ≤ σb < 0,5 Rb возникают неупругие деформации, вызванные уплотнением геля (участок 1 — 2). После образования микротрещин Rb,crc рост пластических деформаций становится более интенсивным (участок 2—3). При дальнейшем увеличении нагрузки микротрещины объединяются, и образец разрушается — точка 4 соответствует предельному сопротивлению образца Rb и деформациям εb,c,u. Если по мере падения сопротивления бетона удается в той же мере снижать нагрузку, то может быть получен нисходящий участок диаграммы (4—5). Знать, как работает бетон на этом участке, важно для ряда конструкций и видов нагружения.
При разгрузке с некоторого уровня напряжений, соответствующего восходящей ветви, до нуля в образце будут иметь место остаточные деформации, которые со временем несколько уменьшаются (примерно на 10 %). Это явление называется упругим последействием εеp. Характер диаграммы «σ - ε» бетона при растяжении аналогичен рассмотренному (рис. 1.3,6).
Связь между напряжениями и деформациями при небольших напряжениях (σb ≤ 0,2 Rb) устанавливается законом Гука εb = σb / Еb, где Еb — начальный модуль упругости, Eb=tgαo= σb / εb (см. рис. 1.3,б). Модуль упругости зависит от марки бетона (см. табл. 2.1). При σb > 0,2 Rb зависимость «σ - ε» нелинейная, модуль в каждой точке диаграммы — переменный, Eb = dσ / dε = tg α и определение полных деформаций является затруднительным.
Для практических расчетов было предложено выражать напряжения через полные деформации бетона с помощью упругопластического модуля деформаций Еb,pl = tg a1 (см. рис. 1.3,б).
Выразив одно и то же напряжение в бетоне через упругие и полные деформации, получают
,
откуда
где υ = εе/ εb — коэффициент, характеризующий упруго-пластическое состояние сжатого бетона; он изменяется от 1 (при упругой работе) до 0,45 при кратковременном нагружении; при длительном действии нагрузки υ = =0,1...0,15.
При растяжении
где υ t — коэффициент, характеризующий упругопластическое состояние бетона при растяжении, υ t = 0,5.
Модуль сдвига бетона
где υ — коэффициент поперечных деформаций, для всех видов бетонов υ = 0,2, при этом Gb=0,4 Еb.
2. Деформации при длительном действии нагрузки. При длительном действии нагрузки неупругие деформации бетона с течением времени увеличиваются. Наибольшая интенсивность нарастания неупругих деформаций наблюдается в первые 3...4 мес.
· Ползучестью называют свойство бетона увеличивать неупругие деформации при длительном действии постоянной нагрузки. Различают ползучесть линейную и нелинейную. Линейная ползучесть имеет место при σb < 0,5 Rb и обусловлена главным образом уплотнением геля. При этом происходит перераспределение под нагрузкой напряжений с гелевой структуры на цементный камень и заполнители. Увеличение деформаций ползучести примерно пропорционально увеличению напряжений. При σb >0,5 Rb в бетоне возникают микротрещины, линейная зависимость σb — εpl нарушается, наступает нелинейная ползучесть.
Ползучесть бетона затухает во времени, так как вследствие перераспределения усилий напряжения в геле снижаются, а упругость кристаллического сростка возрастает.
Опыты показывают, что независимо от того, с какой скоростью υ достигнуто напряжение σb, конечные деформации ползучести, соответствующие этому напряжению, будут одинаковыми (рис. 1.3, в).
Деформации ползучести увеличиваются с уменьшением влажности среды, увеличением В/Ц и количества цемента. Бетон, нагруженный в более раннем возрасте, обладает большей ползучестью. С повышением прочности бетона и прочности заполнителя ползучесть уменьшается. У малых образцов при прочих равных условиях ползучесть проявляется сильнее, чем у больших.
Для аналитического описания явления ползучести предложены различные теории. Однако полученные на их основе математические зависимости сложны для использования в практических расчетах и в большинстве своем справедливы лишь для определенных условий. Поэтому на практике применяют упрощенные, линейные зависимости, связывающие напряжения в бетоне с деформацией ползучести. Правомерность такого подхода подтверждается и тем обстоятельством, что при эксплуатационных нагрузках в большинстве конструкций напряжения в сжатом бетоне σb <.0,5Rb, т.е. имеет место линейная ползучесть.
Для количественного определения деформаций ползучести при сжатии обычно вводят понятия меры и характеристики ползучести.
· Мера ползучести Ct представляет собой относительную деформацию ползучести в момент времени t, соответствующую приращению напряжения 0,1 МПа. При напряжениях в бетоне σb
· Характеристика ползучести q>t равна отношению деформаций ползучести в момент времени t к мгновенной деформации
Предельные значения Ct и φt будут при t = ¥ (Ct = ¥ = C; φt = ¥ = φ). Между мерой и характеристикой ползучести существует связь С= εpl / σb = εpl / (Ebεe) = φ/Еb, откуда εpl = φ σb / Еb. Значения φ для обычных тяжелых бетонов изменяются в пределах 1...4.
· Предельные деформации бетона, т. е. деформации перед разрушением, зависят от многих причин и изменяются в значительных пределах. Для расчетов принимают: при осевом кратковременном сжатии εbcu = 2·10-3, длительном εbcu = 2,5-10-3, при изгибе и внецентренном сжатии εbcu = 3,5·10-3, при центральном растяжении εbtu =l,5·10-4.
3. Деформации при многократно-повторных нагружениях. Многократно-повторные нагружения и разгрузки бетонных образцов приводят к накапливанию неупругих деформаций. После достаточно большого количества циклов пластические деформации достигают предельного значения и бетон начинает работать упруго. Такой характер работы имеет место, когда напряжения в бетоне не превышают предела выносливости. При больших многократных напряжениях неупругие деформации возрастают, вызывая разрушение образца.
· Температурно-влажностные деформации бетона:
1. Деформации бетона от действия температуры. Твердение бетона сопровождается выделением теплоты, и при последующем неравномерном остывании появляются значительные температурные деформации. Температурные деформации возникают также в конструкциях, подверженных атмосферным воздействиям или изменениям технологических температур. Особое значение имеют температурные воздействия на бетон массивных конструкций (например, гидротехнических) и статически неопределимых систем большой протяженности, вызывая дополнительные усилия в элементах (см. рис. 11.4). Определение температурных деформаций бетона производят по формулам сопротивления материалов, принимая средний коэффициент линейной температурной деформации при — 50°С<t<+50°С
равным 1·10-5град-1.
2. Влажностные деформации бетона. Бетон, твердея в различных средах, изменяет свой объем.
· Свойство бетона уменьшаться в объеме при твердении в сухой среде называют усадкой, при твердении во влажной среде бетон увеличивается в объеме — происходит набухание. Различают усадку обратимую — связанную с испарением свободной воды в цементном камне и обусловленную капиллярными явлениями (натяжением менисков в порах бетона), и необратимую, происходящую в результате потери химически связанной влаги на гидратацию цемента и, как следствие, уменьшения объема геля.
Усадка зависит от возраста бетона: наиболее интенсивно она протекает в первые дни, затем постепенно затухает. Усадка тем больше, чем больше содержание в бетоне цемента, воды и чем ниже влажность окружающей среды. При твердении в воде увеличивается количество свободной воды в цементном камне, что вызывает явление, обратное усадке, — набухание.
Усадка повышает сцепление бетона с арматурой, вызывая ее обжатие, что является положительным фактором. Однако неравномерная усадка разных слоев бетона (у поверхности — в большей степени, во внутренних слоях — в меньшей) приводит к наличию «собственных» напряжений (внутренние слои препятствуют свободной усадке поверхностных слоев, в результате чего в последних возникает растяжение) и возникновение усадочных трещин, что нежелательно. Особенно существенно влияние усадки в массивных конструкциях.
Снижение усадки достигается подбором состава бетона (уменьшением объема пор), увлажнением поверхности в период вызревания бетона (особенно в первые дни) и т. п.
Показатели качества бетона. При проектировании бетонных и железобетонных конструкций в зависимости от их назначения и условий эксплуатации нормами устанавливаются показатели качества бетона: классы бетона по прочности на сжатие, растяжение и марки по морозостойкости, водонепроницаемости и плотности. Эти характеристики определяют по соответствующим ГОСТам и назначают с заданной обеспеченностью (см. гл. 2).
· Класс бетона по прочности на сжатие (для тяжелых бетонов): В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; ВЗО; В35; В40; В45; В55; В60) — основная характеристика, устанавливаемая в результате испытаний кубов с ребром 15 см после выдержки в течение 28 сут. в нормальных условиях (t = (20±2) °С, W ≥ 60 %).
· Класс бетона по прочности на растяжение (Bt 0,8; Вt 1,2; Вt 1,6; Вt 2; Вt 2,4; Вt 2,8; Вt 3,2) устанавливают для конструкций, работающих преимущественно на растяжение (резервуары, водонапорные трубы).
· Проектные марки по морозостойкости (F50...F500) устанавливают для конструкций, подвергающихся многократному замораживанию и оттаиванию (градирни, гидротехнические сооружения). Эта марка характеризуется количеством циклов замораживания и оттаивания, которые выдерживает бетон в насыщенном водой состоянии при снижении прочности не более чем на 15 %.
· Марки по водонепроницаемости (W2...W12) назначают для конструкций, к которым предъявляются требования непроницаемости, они характеризуют давление воды (в кгс/см2), при котором еще не наблюдается просачивание ее через испытываемый стандартный образец толщиной 15 см.
· Марки по средней плотности (для тяжелых бетонов D2300...D2500, для мелкозернистых бетонов D1800...D2400, для легких бетонов D800...D2100) назначают для бетонов, к которым предъявляются требования теплоизоляции.
· Марки по самонапряжению (Sp0,6...Sp4) назначают для конструкций, изготовляемых из бетона на напрягающем цементе. К таким конструкциям относятся железобетонные трубы, покрытия дорог, аэродромов и т. п. Марки характеризуют величину предварительного напряжения в бетоне (МПа) на уровне центра тяжести арматуры.
Для железобетонных конструкций не применяют бетоны (тяжелые) класса ниже В7,5. Оптимальные класс и марки бетона выбирают на основе технико-экономического анализа с учетом условий эксплуатации. Наиболее широко используют: для изгибаемых элементов без предварительного напряжения В15...В20, для сжатых элементов: колонн В25...В30, ферм, арок В30...В35.
Класс бетона предварительно напряженных элементов назначают в зависимости от вида и класса напрягаемой арматуры, ее диаметра и наличия анкерных устройств. Например, для арматуры класса A-IV d=10...18 мм без анкеров класс бетона должен быть не ниже В15, а для арматуры A-VI — не ниже В 30.
Применение бетонов высоких классов, особенно в сжатых элементах, позволяет получить существенную экономию.
Прочностные и деформативные характеристики бетонов в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие приведены в табл. 2.1.
studopedya.ru
Зачем бетону нужна арматура, деформация бетонной конструкции
Обычный бетон обладает некоторыми недостатками, которые сохраняются независимо от используемой марки цемента и тщательности подбора примесей. Один из таких недостатков – недостаточная прочность несущих конструкций из чистого бетона. Однако материал сам по себе слишком хорош, чтобы отказываться от него в пользу металлических конструкций, к тому же, он гораздо дешевле. Железобетон решает проблему прочности и экономичности при производстве бетона. Именно укрепленный арматурой бетон становится основной для многоэтажных зданий и обширных промышленных площадок.
Деформация конструкции вследствие сжатия и растяжения
Как именно арматура помогает сделать железобетон таким прочным? Любая несущая конструкция из бетона подвергается нагрузкам на сжатие и растяжение, что вызывает временную или постоянную деформацию. Чтобы понимать, как работает деформация, можно представить на месте железобетонной плиты большой блок резины, который сжимается, растягивается и сгибается по определенным правилам. Бетон подвержен почти тем же законам физики, хотя его деформация менее заметна глазу. А чрезмерная деформация недостаточно укрепленного бетона вызовет разрушение конструкций, что чревато приведением здания в аварийный вид.
Чистый бетон, хоть и выглядит довольно прочным, разрушается при относительно малых усилиях. Поэтому его используют там, где предполагается лишь один вид деформации в один момент времени. Несущие конструкции в зданиях требуют большей прочности и гибкости. Стержень арматуры из стали выдерживает значительные нагрузки по сравнению с твердым бетоном, он выдерживает в сто раз более сильное растяжение, чем самый крепкий неармированный бетон. Таким образом, стержни из стали способны удерживать целые бетонные плиты от сильной деформации, принимая на себя многие виды нагрузок, в том числе резкие вибрации.
Важно подбирать арматуру определенного сечения, чтобы она хорошо укладывалась в бетон, не создавая полостей или слабых областей в плите. Сцепление может быть усилено длительным выдерживанием бетона после заливки, а также повышением исходной шероховатости стальных стержней. Сама же сталь отлично сцепляется с бетоном, при этом они имеют примерно одинаковые физические свойства в плане изменения температуры – например, они одинаково меняют свой объем. Дополнительное укрепление происходит при усадке бетона – он так плотно сжимает стальные прутья, что они практически становятся неотъемлемой частью готовой железобетонной плиты. Железобетон становится частью прочных стен, полов и потолочных плит в жилых и промышленных зданиях.
Так как бетон является слабым проводником тепла, стальная арматура надежно защищена от одного из своих главных недостатков – хрупкости при резком изменении температур. Арматура внутри железобетонной плиты практически не испытывает влияния температуры в самые жаркие или холодные сезоны года.
beton2006.ru
Как ведет себя качественный бетон под нагрузкой
При использовании бетона в строительстве обязательно оценивать его прочность, то есть способность сопротивляться разрушению, устойчивость к внутренним напряжениям, возникающая в результате нагрузок. Считается, что бетонная смесь хорошо сопротивляется сжатию - эта величина и является базовой конструктивной характеристикой материала. В ряде случаев учитывается и величина изгибающих напряжений, особенно, когда из бетона формируются дорожные или напольные покрытия.
Поведение бетона под нагрузкой - особенности
Важно определить, каким будет поведение бетона под нагрузкой. Это позволит спрогнозировать основные характеристики материала в процессе эксплуатации:
- долговечность;
- трещиностойкость;
- надежность.
Оценивая разрушение бетона под нагрузкой, определяют прочность конструкции.
Виды разрушений бетона
Нагрузка на бетон может спровоцировать 2 типа разрушений:
- Разрушение только по раствору, зерна при этом не повреждаются. Происходит в случае, когда устойчивость заполнителя к растяжению выше, чем прочность раствора или сформированного цементного камня.
- Разрушение и по раствору, и по заполнителю, с разрывами зерен.
- Смешанные повреждения, когда на определенных участках слабее оказываются или заполнитель, или раствор.
Особенности разрушений в бетоне
То, как ведет себя бетон под нагрузкой, зависит от его исходной прочности, а на нее, в свою очередь, влияют:
- минералогический состав в смеси;
- тонкость помола использованных компонентов;
- возраст поверхности;
- условия, при которых смесь была приготовлена затвердела;
- количество и тип введенных добавок.
Также следует понимать, что разрушения всегда постепенны и начинаются с микроскопических разрывов, но на последней стадии приобретают лавинообразный характер. Также при развитии микротрещин из-за нарушения внутренней сплошности материала увеличивается объем образца. Влияет на процесс разрушения бетонной конструкции и жидкая фаза в растворе - то есть, вода всегда снижает прочность, поскольку ослабляет формирование структурных связей в бетоне и делает развитие пластических деформаций более легким. Также в бетоне, где много воды, быстрее развиваются микротрещины, что нужно учитывать при выборе пропорций для приготовления. Степень влияния жидкой фазы зависит от того, с какой скоростью будут прилагаться нагрузки к конструкции.
betonkharkov.com.ua
Основной закон прочности бетона - Бетоны
Основной закон прочности бетона
Бетон работает под нагрузкой как единый композиционный материал, и в формировании его прочности участвуют цементный камень (матрица), зерна заполнителя и контактный слой между ними. Иными словами, прочность бетона зависит от прочности составляющих его материалов и от прочности сцепления их друг с другом. Прочность заполнителя (песка, щебня, гравия) в тяжелом бетоне, как правило, выше заданной прочности бетона, поэтому мало влияет на последнюю.
Таким образом, прочность бетона определяется в основном двумя факторами: – прочностью затвердевшего цементного камня; – прочностью его сцепления с заполнителем.
Прочность цементного камня, в свою очередь, зависит от двух факторов: активности (марки) используемого цемента (Rn) и соотношения количеств цемента и воды (Ц/В).
Чем выше марка цемента, тем при прочих равных условиях будет прочнее цементный камень, так как марка цемента — это в действительности прочность модельного (мелкозернистого) бетона, отформованного и твердевшего в стандартных условиях.
Зависимость прочности цементного камня от соотношения цемента и воды в бетонной смеси объясняется следующим. Цемент при твердении химически связывает не более 20…25% воды от своей массы. Но чтобы обеспечить необходимую пластичность цементного теста и соответственно подвижность бетонной смеси, необходи брать 40…80% воды от массы цемента. Вода, кроме того, необходи для смачивания поверхности песка и крупного заполнителя: больш удельная поверхность заполнителя требует большего расхода воды. Естественно, чем больше в бетоне будет свободной, химически не связанной воды, тем больше впоследствии будет пор в цементном камне и соответственно ниже станет его прочность.
С другой стороны, если не обеспечить необходимую удобоукла-дываемость бетонной смеси, соответствующую принятому в данном конкретном случае методу уплотнения, то из-за недоуплотнения в структуре бетона появятся крупные пустоты и участки с нарушенной связью «цементный камень — заполнитель», что приведет к резкому снижению прочности бетона.
Экспериментально кривая зависимости прочности бетона от количества воды затворения (В) при постоянном расходе цемента (Ц) (т. е. фактически от В/Ц) и при одинаковом методе уплотнения подтверждает сказанное выше. Левая ветвь кривой отвечает не-доуплотненным бетонным смесям, слишком жестким для данного способа уплотнения. При возрастании количества воды затворения до известного предела бетонная смесь укладывается плотнее, уменьшается объем пустот, а прочность бетона повышается. При оптимальном (для данного способа уплотнения) количестве воды бетон имеет наибольшую прочность и плотность, что соответствует максимуму на кривой прочности. Дальнейшее увеличение количества воды разжижает бетонную смесь, повышает ее подвижность. Однако добавляемая вода лишь частично связывается цементом, а избыток ее образует в бетоне поры — и в результате прочность бетона понижается (правая ветвь кривой).
Для каждой бетонной смеси существует оптимальное количество воды, которое позволяет получить при данном способе уплотнения бетон с минимальной пористостью и наибольшей прочностью.
Прочность сцепления между цементным камнем и заполнителем определяется в основном качеством поверхности заполнителя. Для обеспечения высокой прочности сцепления поверхность зерен заполнителя должна быть чистой и шероховатой. Например, бетон на щебне при прочих равных условиях прочнее бетона на гравии.
Читать далее:ЖелезобетонБетон для монолитных конструкцииПроизводственные факторы, определяющие качество бетонаОпределение состава бетонаСтруктура и свойства тяжелого бетонаДобавки к бетону и строительному растворВодаМелкий заполнительХарактеристика заполнителейБетон и железобетон
stroy-server.ru
