Определение основных строительных показателей бетона

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Бетон для железобетонных конструкций

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.

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 суток 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, 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 1,12 R, а с ребром 20 см - 0,93 R. Поскольку реальные конструкции по форме отличаются от кубов, кубиковая прочность непосредственно в расчетах не используется, а служит только для контроля качества бетона.

Рис. 1. К определению прочности бетона: а - характер разрушения бетонных кубов; б - схема испытания призмы для определения Rb в - зависимость Rb, IR от соотношения размеров образца; I1 - обкладка пресса; 2 - стандартный образец для испытаний

Призменная прочность Rb - временное сопротивление осевому сжатию бетонных призм (рис. 1, 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, б). Значение Rb применяют в расчетах прочности сжатых и изгибаемых элементов. Призменная прочность:

Rb = цbR, (1)

где цb - экспериментальный коэффициент; цb = 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:

Rbt = 5R/(45 + R). (2)

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 = цbRb, (3)

где цb = ?Aloc2/Aloc1; Aloc1 - площадь смятия; Aloc2 - расчетная площадь, включающая площадку смятия и дополнительный участок, определяемый в соответствии с рис. 1, б .

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:

Rb,sh = 0,7vRbRb (4)

Прочность при повторных нагрузках (несколько миллионов циклов) под влиянием структурных изменений снижается.

Прочность при длительных и быстрых погружениях. При испытании бетонных образцов в лабораторных условиях нагружение осуществляют достаточно быстро [х = 20...30 H/(см2·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.

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 месяца.

Ползучестью называют свойство бетона увеличивать неупругие деформации при длительном действии постоянной нагрузки. Различают ползучесть линейную и нелинейную. Линейная ползучесть имеет место при уb < 0,5Rb 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 уb > 0,5Rb в бетоне возникают микротрещины, линейная зависимость уb - еpl нарушается, наступает нелинейная ползучесть.

Ползучесть бетона затухает во времени, так как вследствие перераспределения усилий напряжения в геле снижаются, а упругость кристаллического сростка возрастает.

Мера ползучести Ct представляет собой относительную деформацию ползучести в момент времени t, соответствующую приращению напряжения 0,1 МПа. При напряжениях в бетоне уb:

еpl(t) = уbCt (5)

Характеристика ползучести цt равна отношению деформаций ползучести в момент времени t к мгновенной деформации:

цt = еpl(t)/еe (6)

Предельные деформации бетона, т.е. деформации перед разрушением, зависят от многих причин и изменяются в значительных пределах.

Для расчетов принимают:

· при осевом кратковременном сжатии еbси = 2·10-3;

· при длительном сжатии еbси = 2,5· 10-3;

· при изгибе и внецентренном сжатии еbси = 3,5· 10-3;

· при центральном растяжении еbtи = 1,5·10-4.

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.

4. Температурно-влажностные деформации бетона

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. Определение температурных деформаций бетона производят по формулам сопротивления материалов, принимая средний коэффициент линейной температурной деформации при - 50°С < t < +50°С равным 1·10-5 град-1.

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 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 появлению "собственных" напряжений (внутренние слои препятствуют свободной усадке поверхностных слоев, в результате чего в последних возникает растяжение) и возникновению усадочных трещин, что нежелательно. Особенно существенно влияние усадки в массивных конструкциях.

5. Классы и марки бетонов

бетонный неупругий осевый ползучесть

Классы бетона по прочности на сжатие (для тяжелых бетонов): В3.5; В5; В7.5; В10; В12.5; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В55; В60) - основная характеристика, устанавливаемая в результате испытаний кубов с ребром 15 см после выдержки в течение 28 суток в нормальных условиях (t = 20±2 °C, W ? 60 %).

Класс бетона по прочности на растяжение (Вt0.8; Bt2; Вt1.6; Вt2; Вt2.4; Вt2.8; Вt3.2) 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-WI2) 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.

Литература

1. Бойко М.Д. Диагностика повреждений и методы восстановления эксплуатационных качеств зданий. - Л.: Стройиздат, 1975.

2. СНиП 2.03.11-85. Защита строительных конструкций от коррозии. - М.: Стройиздат, 1986.

3. СНиП П-22-81. Каменные и армокаменные конструкции. - М.: Стройиздат, 1983.

4. Хило Е.П., Попович Б.С. Усиление железобетонных конструкций с изменением расчетной схемы и напряженного состояния. - Львов: Высш. школа, 1976.

5. Ануфриев Н.М. Усиление железобетонных конструкций промышленных зданий и сооружений. - Л. - М.: Изд-во литературы по строительству, 1965.

6. Гильман Я.Д., Гильман Е.Д. Усиление и восстановление зданий на лессовидных просадочных грунтах. - М.: Стройиздат, 1989.

7. Далматов Б.И., Бронин Б.Н. и др. Особенности устройства фундаментов на пылевато-глинистых грунтах в условиях реконструкции // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1986. № 5. С.16.

8. Кутуков В.Н. Реконструкция зданий. - М.: Высш. школа, 1981.

9. Соколов В.К. Реконструкция жилых зданий. - М.: Московский рабочий, 1982.

10. Ануфриев Н.М. Исправление дефектов изготовления и монтажа сборных железобетонных конструкций промышленных зданий. - Л. - М.: Изд-во литературы по строительству, 1971.

Размещено на Allbest.ru