Материалы для ЖБК. Бетоны

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Материалы для ЖБК. Бетоны

1. Классификация бетонов

Бетон - комплексный строительный материал, в котором крупные и мелкие заполнители, соединенные вяжущим (цемент, жидкое стекло), сопротивляются нагрузкам как одно монолитное тело.

Хотя бетон представляет собой материал грубо неоднородной структуры, ему можно придавать вполне определенные наперед заданные прочностные, физические (или физико-механические) и деформативные свойства.

К прочностным свойствам относятся нормативные и расчетные характеристики бетона при сжатии и растяжении, сцеплении бетона с арматурой;

к физическим - водонепроницаемость, морозо-жаростойкость, коррозионная стойкость, огнестойкость;

к деформативным - сжимаемость и растяжимость бетона под нагрузкой, ползучесть и усадка, набухание и температурные деформации.

Физико-механические свойства зависят от способа изготовления бетона и материалов и определяются структурой бетона и условиями твердения.

Классификация бетона:

Бетоны классифицируются по следующим признакам:

- по основному назначению на:

§ конструкционные - бетоны несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений, определяющими требованиями к качеству которых являются требования по физико-механическим характеристикам;

§ специальные - бетоны, к которым предъявляются специальные требования в соответствии с их назначением.

К специальным бетонам относятся жаростойкие, химические стойкие, декоративные, радиационно-защитные, теплоизоляционные и др. бетоны.

- по виду вяжущего на:

§ цементные (на основе клинкерных цементах);

§ известковые (на основе извести в сочетании с цементами, шлаками, золами, активными минеральными добавками);

§ шлаковые (на основе молотых шлаков и зол с активизаторами твердения);

§ гипсовые (на основе полуводного гипса или ангидрита, включая гипсоцементно-пуццолановые и т.п. вяжущие);

§ специальные (бетонополимеры, полимербетоны, цементно-полимерные бетоны).

- по виду заполнителей на:

§ плотных заполнителях (плотные горные породы и шлаки);

§ пористых заполнителях (искусственные и естественные минеральные пористые заполнители, а также пористые крупные и плотные мелкие заполнители);

§ специальных заполнителях (органические заполнители).

- по структуре на:

§ плотные - бетоны, у которых пространство между зернами крупного и мелкого или только мелкого заполнителя заполнено затвердевшим вяжущим и порами вовлеченного газа или воздуха, в том числе образующихся за счет применения добавок, регулирующих пористость в объеме не более 7%;

§ поризованные - бетоны плотной структуры на цементном вяжущем и плотных мелких заполнителях;

§ ячеистые - бетоны, у которых основную часть объема составляют равномерно распределенные поры в виде ячеек, полученных с помощью газо- или пенообразователей;

§ крупнопористые - бетоны, у которых пространство между зернами крупного и мелкого заполнителя неполностью заполнено или совсем не заполнено мелкими заполнителями и затвердевшими вяжущими, поризованными добавками, регулирующих пористость в объеме не более 7%.

- по условиям твердения на бетоны, твердевшие:

§ в естественных условиях;

§ в условиях тепловлажностной обработки при атмосферном давлении;

§ в условиях тепловлажностной обработки при давлении выше атмосферного (автоклавного твердения).

- по плотности на:

§ особо тяжелые (с > 2500 кг/м³);

§ тяжелые (с = 2200 ч 2500 кг/м³);

§ мелкозернистые (с =1800 ч 2200 кг/м³);

§ легкие (с = 800 ч 1800 кг/м³).

2. Структура бетона и его влияние на прочность и деформативность

Структура бетона грубо неоднородна и зависит от многих факторов. Она формируется в виде пространственной решетки из цементного камня, заполненной зернами крупных и мелких заполнителей и пронизанной многочисленными микропорами и капиллярами, содержащими химически не связанную воду, водяные пары и воздух.

С физической точки зрения бетон представляет собой капиллярно-пористое тело, в котором резко нарушена сплошность массы и присутствуют все три фазы: твердая, жидкая и газообразная. При этом цементный камень, скрепляющий бетон, также неоднороден и состоит из упругого кристаллического состава и вязкой массы - геля, таким образом, это наделяет бетон упругопластично-ползучими свойствами. Эти свойства проявляются в характере деформирования бетона под нагрузкой, во взаимодействии с температурно-влажностным режимом окружающей среды. Во времени кристаллический состав увеличивается, а гелевая часть уменьшается.

Рекомендуемое водоцементное отношение В/Ц ? 0,2. Однако по технологическим соображениям - для достижения достаточной подвижности и удобоукладываемости бетонной смеси - количество воды берут с некоторым избытком (В/Ц = 0,5 ч 0,6) Если В/Ц > 0,6, то прочность бетона уменьшается.

Состав бетона, различный по крупности: от микрочастиц до макрочастиц цемента, обуславливает неравномерные деформации.

Рассмотрим диаграмму начала и конца трещинообразования бетона (рис. 1)

Рис. 1. Диаграмма начала и конца трещинообразования

начало микротрещинообразования;

конец микротрещинообразования.

Фактически конец микротрещинообразования является пределом длительной прочности бетона, т.е.

где предел длительной прочности бетона

При достижении предела длительной прочности бетона количество трещин достигает максимального значения (насыщение).

предел кратковременной прочности бетона (диапазон уплотнения бетона)

где - коэффициент упругопластичности;

- упругие деформации;

- неупругие деформации;

- полные деформации

Если любым способом обеспечивать постоянство деформаций (т.е. = const), то на диаграмме будет ниспадающая ветвь.

Вокруг пор и пустот при одноосном сжатии образуются по продольным площадкам растягивающие структурные напряжения, уравновешенные сжимающими напряжениями. Вследствие частого и хаотического расположения пустот происходит взаимное наложение растягивающих напряжений, а это приводит к появлению и развитию микротрещин задолго до его разрушения (рис. 2).

а) б)

Рис. 2. Схема образования трещин

а) - концентрация напряжений у микро- и макропор;

б) - разрыв бетона в поперечном направлении

Отсутствие закономерности в расположении заполнителей в затвердевшем бетоне, размере пор приводит к разбросу показателей прочности, что приводит к большому числу лабораторных и натурных экспериментов.

На прочность бетона большое влияние оказывает скорость нагружения образцов (рис. 3).

Рис. 3. Диаграмма скоростей нагружения

При замедленном нагружении образцов прочность бетона на 10 ч15% меньше, чем при кратковременном. При быстром нагружении прочность бетона возрастает до 20%).

Бетон имеет разную прочность при разных силовых воздействиях: сжатии, растяжении, изгибе, срезе. Различают несколько характеристик прочности бетона: кубиковую и призменную прочность; прочность при срезе и скалывании; прочность при длительном, кратковременном и динамическом воздействии нагрузок, при многократных повторных нагрузках.

3. Кубиковая и призменная прочность

бетон строительный прочность

Из всех прочностных характеристик бетона наиболее просто определяется его прочность при сжатии, а высокое сопротивление бетона сжатию является его ценным свойством, используемым в железобетонных конструкциях. Поэтому за основную характеристику прочностных и деформативных свойств бетона принята его прочность на осевое сжатие.

Для оценки прочности применяют раздавливание на прессе изготовленных в тех же условиях, что и реальные конструкции кубов бетона. За стандартные образцы принимают кубы размерами150х150х150 мм, испытание которых происходит при температуре 20 ± 2 єC через 28 дней твердения в нормальных условиях.

Опытами установлено, что прочность бетона одного и того же состава зависит от размера куба: если временное сопротивление сжатию бетона для базового куба с ребром 150 мм равно R (рис. 2.4), то для куба с ребром 200 мм оно уменьшается до 0,93R, а для куба с ребром 100 мм - увеличивается до 1,1R.

Рис. 4. Стандартный бетонный образец для определения прочности на сжатие

Различное временное сопротивление сжатию образцов разной формы объясняется влиянием сил трения, возникающих между гранями образца и опорными плитами пресса, неоднородностью структуры бетона. Вблизи опорных плит силы трения, направленные внутрь образца, создают обойму, следовательно, увеличивается прочность образцов при сжатии. Удерживающее влияние сил трения по мере удаления от торцов снижается, таким образом, бетонный куб при разрушении получает форму двух усеченных пирамид, обращенных друг к другу вершинами (рис. 5, а). При уменьшении сил трения посредством смазки характер разрушения меняется (рис. 5, б): вместо выкалывания с боков образца пирамид происходит раскалывание его по трещинам, параллельным направлению действия усилия. При этом временное сопротивление бетона сжатию уменьшается.

а) б)

Рис. 5. Схема деформирования бетона при сжатии

а) - при наличии трения по опорным плоскостям;

б) - при отсутствии трения;

1 - смазка

Поскольку железобетонные конструкции по форме отличаются от кубов, в расчетах их прочности не может быть непосредственно использована кубиковая прочность бетона.

Основной характеристикой прочности бетона сжатых элементов является призменная прочность R_b.

Опыты на бетонных призмах со стороной основания а и высотой h показали, что призменная прочность R_b меньше кубиковой R и она уменьшается с увеличением отношения .

При призменная прочность становится почти стабильной и равной примерно R_b ? 0,75R. Как и для кубиков, это явление объясняется различной степенью влияния сил трения по торцам образцов - чем больше размер образца и больше расстояние между его торцами, тем меньше влияние сил трения. Влияние гибкости бетонного образца становится ощутимым при .

Кривая, приведенная на рис. 2.6, иллюстрирует зависимость от по усредненным опытным данным.

Таким образом, призменная прочность R_b - это временное сопротивление осевому сжатию призмы R_bu с отношением сторон .

Рис. 6. График зависимости призменной прочности бетона от отношения размеров испытываемого образца

4. Прочность бетона на осевое растяжение

Согласно опытным данным прочность бетона на растяжение R_bt в 10 - 20 раз меньше, чем при сжатии, причем относительная прочность на растяжение уменьшается с увеличением класса бетона. Истинное сопротивление растяжению узнать тяжело. На практике используют опытные образцы в виде восьмерок с размером поперечного сечения 100 Ч 100 мм (рис. 2.7). Причиной низкой растяжимости бетона является неоднородность структуры бетона, наличие внутренних напряжений, слабое сцепление между цементным камнем.

Рис. 7. Схема испытания образца для определения прочности бетона при осевом растяжении на разрыв

Временное сопротивление бетона осевому растяжению определяют по формуле:

где разрушающий момент;

момент сопротивления образца прямоугольного сечения;

коэффициент, учитывающий криволинейный характер эпюры напряжений в бетоне растянутой зоны вследствие упруго-пластических свойств бетона

5. Прочность бетона на срез и скалывание

Чистый срез - это разделение элемента на части по сечению, к которому приложены перерезывающие силы.

При этом возникает напряженное состояние, когда главные напряжения , , а максимальное касательное напряжение .

Существенное сопротивление срезу оказывают зерна крупных заполнителей, работающие как шпонки в плоскости среза. При срезе распределение напряжение по площади сечения считается равномерным.

В железобетонных конструкциях чистый срез встречается редко; обычно он сопровождается действием нормальных сил (рис. 8).

Рис. 8. Схема испытания бетонного образца на срез

1 - испытуемый образец;

2 - неподвижные стальные опоры;

3 - плоскость среза

Временное сопротивление бетона на срез можно определить по эмпирической зависимости:

R_sh = 2ЧR_bt

Чистое скалывание - взаимное смещение (сдвиг) частей элемента между собой под действием скалывающих (сдвигающих) усилий.

Сопротивление скалыванию возникает при изгибе железобетонных балок до появления в них наклонных трещин (рис. 9).

Рис. 9. Схема испытания бетонного образца на скалывание

1 - рабочая арматура;

2 - прорези (щели);

3 - участки, где происходит скалывание бетона

Скалывающие напряжения по высоте сечения изменяются по квадратной параболе. Временное сопротивление бетона скалыванию можно определить по эмпирической зависимости:

R_скал ? (1,5ч2)ЧR_bt

Размещено на Allbest.ru