Види деформацій в бетоні. Об’ємні деформації

Розрізняють деформації двох основних видів: об’ємні, які виникають у всіх напрямках під впливом усадки, зміни температури та вологості, і силові, які розвиваються головним чином в напрямку дії сил. Силові поздовжні деформації супроводжуються, як правило, поперечними (початковий коефіцієнт Пуассона для бетону n=0.2).

Бетон — пружно-пластичний матеріал, і тому в ньому поряд з пружними виникають непружні або пластичні (такі, що не відновлюються після зняття навантаження) деформації.

Силові деформації залежно від характеру навантаження та його тривалості поділяються на три види: при одноразовому завантаженні короткочасним навантаженням, при довгочасній дії навантаження і при багаторазово повторюваній дії навантаження.

Об’ємні деформації від усадки бетону для важких бетонів становлять e_sh=3*10^-4 і більше, а для бетонів на пористих заповнювачах - e_sh»4,5х10^-4.

Об’ємні деформації, що пов’язані зі зміною температури залежать від коефіцієнта лінійної температурної деформації бетону a_bt. При зміні температури від -50⁰С до +50⁰С для важкого бетону a_bt=1*10^{-5 0}С^-1. Цей коефіцієнт залежить від виду цементу, заповнювачів, вологості бетону і може змінюватися в межах ±30%.

Деформації в бетоні при одноразовому завантаженні

Короткочасним навантаженням

При навантаженні призми одноразовим короткочасним навантаженням (рис. 1.6) повні деформації складаються з пружних і пластичних: e_b=e_l+e_pl. Невелика частка пластичних деформацій на протязі деякого проміжку часу після розвантаження відновлюється (біля 10%). Ця частка називається деформаціями пружної післядії e_lp.

 

 

Рис. 1.6. Залежність між напруженнями та деформаціями в бетоні: 1 — область пружних деформацій; 2 — область пластичних деформацій

 

Якщо зразок навантажувати етапами і заміряти деформації на кожному етапі двічі (відразу після навантаження і через деякий час), на діаграмі s_b-e_b отримаємо ступінчасту лінію (рис. 1.7, а). Деформації, заміряні відразу після завантаження, пружні і зв’язані з напруженнями лінійним законом, а деформації, що розвиваються під час витримки зразка під навантаженням, пластичні. Величина цих пластичних деформацій збільшується із збільшенням рівня напружень. На діаграмі вони мають вигляд горизонтальних ділянок. При достатньо великому числі етапів залежність s_b-e_b має вигляд плавної кривої. Так само, при поетапному розвантаженні зразка, отримаємо плавну криву, але вигнуту в протилежний бік (рис. 1.6).

Таким чином, пружні деформації виникають в момент навантаження зразка, а пластичні деформації збільшуються з часом і залежать від швидкості навантаження. Із збільшенням швидкості при напруженнях у бетоні s_в=const непружні деформації зменшуються (рис. 1.7,б).

Рис. 1.7. Діаграма s_b-e_b при стисканні бетону залежно від: а — числа етапів завантаження; б — швидкості завантаження

 

 

При розтяганні бетонного зразка також виникають пружні та пластичні деформації і повні деформації будуть e_bt=e_lt+e_plt.

 

Деформації в бетоні при тривалій дії навантаження.

Повзучість бетону

При тривалій дії навантаження непружні деформації в бетоні з часом зростають. Найінтенсивніший ріст непружних деформацій спостерігається на протязі перших 3-4 місяців і може продовжуватися навіть декілька років.

На діаграмі s_b-e_b (рис. 1.8) крива 0-1 характеризує деформації, що виникають при завантаженні зразка. Кривина її залежить від швидкості завантаження зразка. Пряма 1-2 характеризує ріст непружних деформацій при сталому напруженні s_b.

Властивість бетону накопичувати непружні деформації при тривалій дії навантаження називається повзучістю бетону. Деформації повзучості можуть у 3...4 рази перевищувати пружні.

Якщо при тривалій дії сталого навантаження деформації повзучості проявляються вільно, напруження в бетоні залишаються незмінними. При наявності в бетоні внутрішніх зв’язків (наприклад арматури), які не дозволяють вільно проявлятися деформаціям повзучості, напруження в бетоні уже не будуть залишатися сталими, а з часом будуть зменшуватися. Таке явище називають релаксацією напружень в бетоні.

 

	Рис. 1.8. Діаграма sb–eb при довготривалому завантаженні зразка		Рис. 1.9. Деформації повзучості бетону залежно від швидкості початкового завантаження

 

 

Експерименти з бетонними призмами показали, що, незалежно від швидкості навантаження зразка до рівня напружень в бетоні s_b1, кінцеві деформації повзучості будуть однаковими (рис. 1.9). З ростом рівня напружень s_b1 повзучість бетону також зростає. Завантажений в ранньому віці бетон має більшу повзучість ніж старий. Повзучість бетону в сухому середовищі значно більша ніж у вологому. На повзучість бетону впливають також технологічні фактори. Повзучість зростає зі збільшенням водоцементного відношення В/Ц та кількості цементу на одиницю об’єму бетонної суміші. Із збільшенням міцності зерен заповнювачів, а також із підвищенням міцності бетону повзучість зменшується.

Природа повзучості пояснюється структурою бетону, тривалими процесами кристалізації та зменшенням кількості гелю при тужавленні цементного каменю. Під дією зовнішнього навантаження напруження, що виникають в бетоні, перерозподіляються із в’язкої гелевої структури на кристалічні зростки та зерна заповнювачів. З часом процес перерозподілу напружень стихає і деформування припиняється.