Міцнісні й деформативні характеристики бетонів

 

Міцність бетонів залежить від багатьох факторів:марки і виду це-менту, водоцементного відношення, виду і міцності великих заповнювачів, структури бетону, умов зберігання та виготовлення. Міцність бетону зрос-тає з часом. Наростання міцності найбільш інтенсивно відбувається в по-чатковий період твердіння бетону, в перші 28 діб. Надалі воно сповільню-ється, але продовжується протягом багатьох років.

 

Величину міцності бетону оцінюють на підставі результатів випро-бувань зразків спеціальної форми (кубів, циліндрів, призм) заданих розмі-рів, регламентованих у різних країнах своїми нормами.

 

Практичним і надійним способом оцінки міцності бетону в реальних конструкціях є випробування на пресі зразків кубів або циліндрів бетону, виготовлених у тих же умовах, що і реальні конструкції. Позначається мі-цність бетону буквою R. Розміри куба відповідно до норм України прий-мають рівними 15х15х15 см, циліндра 6х12'' (15х 30 см). При осьовому сти-ску куби (як і інші стиснуті зразки) руйнуються внаслідок розриву бетону в поперечному напрямку. Наявність сил тертя, що розвиваються по опор-них гранях (рис.1.1, а) перешкоджає розвитку вільних поперечних дефор-мацій кубів поблизу їхніх торців.

 

Досліди показують, що зі збільшенням висоти призми h/a вплив тертя на міцність зразка зменшується (рис.1.1, б, в). При h/a = 4 воно практично зникає, а міцність стає рівною R_b = (0,75–0,8) R. Поряд з кубиковою (R) та призмовою міцністю (R_b) для бетонів важливо знати інші міцнісні характе-ристики й у першу чергу міцність бетону на розтяг R_bt. Дослідним шляхом R_bt визначають випробуванням на розтяг зразків у вигляді вісімок або на згин бе-тонних брусків, або на розколювання зразків у вигляді циліндрів. Всі отри-мані при випробуваннях міцнісні характеристики піддають статистичній об-робці, а потім вже визначається осереджена величина міцності.

 

Крім основних міцнісних параметрів R, R_b, R_bt існує ряд інших параме-трів, що характеризують властивості бетону: міцність при зрізі й сколюванні, міцність при тривалій дії навантаження, міцність при багаторазово повтор-ному навантаженні, динамічна міцність, опір проникаючій радіації та ін.

 

У нормативних документах України основні характеристики бетонів описуються показниками якості бетону, до яких відносяться: 1) клас бето-ну за міцністю на стиск В; 2) клас бетону за міцністю на розтяг В_t; 3) марка бетону за морозостійкістю F; 4) марка бетону за водонепроникністю W; 5) марка бетону за самонапруженням S_p; 6) марка бетону за середньою щільністю Д.

 

в

 

 

б

 

а

 

 

Рис.1.1 – До визначення міцності бетону

 

 

Для кожного з перерахованих вище видів бетонів існують усі шість значень показників якості. Виняток складає п'ятий параметр, що вводиться тільки для бетонів, які самонапружують.

 

Встановлені такі класи важких бетонів за міцністю на осьовий стиск:

 

В 3,5; В 5; В 7,5; В 10; В 12,5; В 15; В 20; В 25; В 30; В 35; В 40; В 45; В 50; В 55;

В 60.При цьому під класом бетону на осьовий стиск розуміється міцніснахарактеристика, одержана при стиску зразків розміром 15 х15х15 см, ви-триманих у нормальних умовах і випробуваних у віці 28 діб з обов'язковою статистичною обробкою результатів випробувань. Ступінь надійності зна-чень міцності повинен складати не менше 95%.

Деформативність бетонів. Бетон має властивість змінювати розмірі форму під впливом зовнішніх навантажень і температурно-вологісних факторів, що виникають у результаті взаємодії бетону із зовнішнім середо-вищем. Якщо випробувати призму зі співвідношенням сторін h:а = 1:4 на стиск, то можна отримати діаграму залежності деформації ε цієї призми від зовнішніх напружень σ, скорочено: діаграму σ–ε (рис.1.2). Ця діаграма яв-но має криволінійний характер і умовно характеризується двома ділянка-ми: перша – це лінійна залежність між напруженнями і деформаціями; дру-гий –це нелінійна ділянка,де зв'язок між σ і ε не підпорядковується ліній-ній залежності. На підставі цього розрізняють і два модулі деформацій бе-тону: модуль пружності і справжній модуль деформацій у точці.

Модуль пружності можна інтерпретувати як тангенс кута α₀ нахилу лінії σ –ε на початку координат (пряма ОК). Позначається модуль пружнос-ті Е_b. Модуль деформацій (Е^'_b), який у літературі називають ще модулем пружньо -пластичності, який відповідає вже не пружним, а повним дефор-маціям і інтерпретується як тангенс кута α нахилу січної в точці С із зада-ним напруженням σ_x (Е^'_b = tg α). Ці модулі зв'язані між собою співвідно-шенням Е^'_b = ν Е_b, де ν = ε_{е l} /ε – коефіцієнт пружньо-пластичності. Він змі-нюється від 1 при пружних деформаціях до 0,45÷0,15 при врахуванні не-пружних деформацій. Дане співвідношення можна одержати з розгляду двох трикутників ОАВ і ОСД.

 

 

Рис. 1.2

 

 

Слід відзначити ще дві специфічні властивості деформування бето-нів – це усадка і повзучість. Під усадкою розуміють властивість бетону зменшуватися в об’ємі в часі під впливом зовнішнього температурно-вологісного середовища. Процес усадки пов'язаний з фізико-хімічними процесами, що виникають при твердінні бетону, і з випаром води, що зна-ходиться в порах бетону. Усадка підвищує зчеплення бетону з арматурою, викликаючи її стиск, а в бетоні – розтяг. Нерівномірність розвитку усадко-вих деформацій викликає появу в бетоні тріщин.

 

Якщо прикласти до бетону постійно діюче тривале навантаження, то в бетоні з часом деформації не залишаються однаковими, а продовжують розвиватися. Явище збільшення деформацій у часі без зміни прикладеного навантаження називається повзучістю бетону. Ця властивість особливо ін-тенсивно виявляється в молодому віці бетону і згасає з часом. Усі процеси, що відбуваються в бетоні з часом, звуться реологічними процесами. Дефо-рмації повзучості залежать від багатьох факторів, зокрема, від вологості навколишнього середовища, величини водоцементного відношення, кіль-кості цементу, рівня напруженого стану та багатьох інших факторів.

 

Для розрахунків залізобетонних конструкцій важливо знати граничні деформації бетонів у стадії руйнування. При стиску приймають ε_R = 2·10^-3, при тривалому стиску ε_R = 2,5·10^-3, при розтягу ε_Rt = 1,5·10^-4, при згині ε_R = 3,5·10^-3,деформації усадки приймають у середньому ε_sl = 0,3·10^-3.