Деформативные характеристики бетона

 

Деформативность материала при действии на него внешних силовых воздействий характеризуется модулем упругости (Е_p), при действии температуры окружающей среды — температурным модулем упругости (E_t). Относительные линейные деформации в зависимости от степени загружения приведены в табл. 4.2.1.

Таблица 4.2.1

Состав	Температура бетона °С	Rпр кг/см2	Относительные деформации ε∙10^5 при напряжениях в долях от Rпр
0;2	0,4	0,6	0,8
I	-20 -35 -45 -60		16,2 20,2 22,2 24,3 25,7	36.0 42.7 46,8 49,3 53.0	61,0 71,2 74,4 83,0 85,9	96,2 113,9 122,8 130,6 135,9	167,2 202,6 213,9 225,3 232,4
	-20 -35 -45 -60		11,5 14,4 16,0 17,0 18,2	26,1 31,3 35,3 37,2 39,6	45,0 53,8 60,2 61,0 66,3	71,2 86,6 96,1 99,6 106,2	129,6 152,6 173,3 178,2 183,5
	-20 -35 -45 -60		10,8 12,5 15,2 15,9 16,9	24,2 28,5 33,5 24,2 27,2	40,8 50,5 55,7 57,9 62,0	67,3 81,5 90,5 85,5 99,6	116,2 146,2 161,2 165,9 168,2
	-20 -35 -45 -60		10,4 12,9 14,3 15,0 16,2	22,9 28,6 31,4 32,8 24,8	39,4 39,1 54,0 55,8 60,0	62,6 79,6 89,1 91,8 98,1	114,0* 125,9 152,2 160,0 168,8
	-20 -35 -45 -60		8,8 10,6 12,4 13,7 13,9	19,8 24,3 26,1 28,3 29,2	31,8 40,5 36,4 50,0 52,6	55,1 67,3 76,2 83,2 85,4	95,0 121,2 139,2 143,8 146,9

 

Как следует из этих данных, относительные деформации бетонов всех составов возрастают при понижении температуры, но прирост их величины неодинаков и зависит как, от состава бетона, так и от степени загружения. При нагрузке 0,2 Rпр величина прироста относительных деформаций бетона любого состава практически одинакова. По мере увеличения степени загружения прирост деформаций несколько снижается, при чем тем больше, чем выше удельный объем растворной части. Для бетона состава 1 и 5 первой серии, отличающихся удельным объемом растворной части на 70%, охлажденного до —60°С при разрушающей нагрузке отличие прироста относительных деформаций составило 12%. Величина относительных деформаций не прямо пропорциональна нагрузке во всем диапазоне отрицательных температур, т. е. бетон при изменении температуры остается не упругим материалом. Однако, при увеличении прочности бетона (за счет составляющих его или за счет снижения температуры) функциональная зависимость f (σ, ε) при степени загружения до 0,7—0,8 Rпр приближается к прямолинейной.

Для бетона определенного состава при постоянной нагрузке относительные деформации с понижением температуры уменьшаются, т. е. охлаждение снижает его деформативные свойства. Например, для бетонов 1—5 составов первой серии при нагрузке 0,5 Rпр охлаждение с 20°С до — 60°С вызывает снижение деформативных свойств его соответственно составу на 159, 163, 178, 183 и 228 %.

Данные табл. 4.2.1 позволяют определить значения модуля упругости (Е_р) и проследить влияние температуры на его динамику. Понижение температуры до —60°С вызывает значительный рост модуля упругости (115—150%). Однако следует подчеркнуть, что температура влияет на модуль упругости бетона через его прочность. С понижением температуры прочность возрастает, что влечет за собой увеличение модуля упругости. Действительно, бетон состава 4 первой серии при понижении температуры до —60°С изменяет прочность с 130 до 287 кг/см², соответственно изменяется и величина модуля упругости, достигая значения 3,54 кг/см², равного модулю упругости бетона состава один первой серии при температуре 20°С, имеющего прочность 291 кг/см2. С другой стороны, для бетона с одной и той же температурой модуль упругости тем больше, чем выше его прочность.

Рис. 4.2.1 Динамика модуля упругости бетона, приготовленного на обычном тяжелом заполнителе (а) и на керамзитовом гравии при степени нагружения 0,2R (1), 0,4Rпр (2), 0,6Rпр (3), 0,8Rпр (4) и 1,0Rпр (5).

 

Модуль упругости независимо от температуры является функцией только прочности. Эта рабочая гипотеза убедительно подтверждается и графиками функции f (σ, E), представленными на рис. 4.2.1, из которых следует, что все значения модулей упругости, соответствующие определенной степени нагружения, независимо от температуры бетона, укладываются на одну кривую.

На рис. 4.2.2 представлены данные, из которых видно, что характер кривой f (E_t; t) совпадает с характером изменения модуля упругости (Е_р).

Для облегчения расчетов величину температурного модуля упругости (Е_t) бетона различной прочности с некоторым приближением можно принять одинаковой, изменяющей свое значение только от температуры бетона по закону

 

Рис. 4.2.2 Динамика температурного модуля упругости бетона, приготовленного на обычном тяжелом заполнителе.

 

Значения коэффициентов линейного температурного расширения (КЛТР) бетона представлены на рис. 4.2.3. Анализ этих данных показал, что величин КЛТР может быть принята по усредненной кривой (4). При эксплуатации конструкций наихудшим случаем, т. е. когда имеет место максимальное значение КЛТР, следует считать случай, соответствующий максимальному водонасыщению материала. Поэтому наибольший интерес представляет верхняя часть поля разброса функции f (d t, t, W).

Рис. 4.2.3 Верхняя и нижняя границы коэффициента линейного температурного расширения (КЛТР) для бетона в зависимости от его влажности.

1 — КЛТР при полном водонасыщении; 2 — КЛТР при естественной влажности; 3 — расчетное значение КЛТР; 4 — среднее значение КЛТР.

 

Зная величину модуля упругости бетона (Е_р) и его температурный модуль (E_t), легко установить коэффициент пропорциональности между температурой и напряжением, названный В.И. Мухой термосиловым коэффициентом и обозначаемый далее d_p^t. Последний определяется отношением модуля упругости (Е_р) к температурному модулю упругости (Е_t).

Значения термосилового коэффициента d_t^Р приведены в приложении 3. Как видно из этих данных, влияние температуры на величину d_t^Р невелико и в диапазоне отрицательных температур она остается практически постоянной. Для облегчения расчетов без ущерба их точности, можно принять термосиловой коэффициент равным средневзвешенному значению для температур от 20°С до —60°С (табл. 4.2.2). В качестве примера на рис. 4.2.4 показана взаимосвязь деформативных характеристик бетона третьего состава первой серии, из которой следует, что бетон обладает высокими потенциальными возможностями противодействовать отрицательному влиянию низких температур.

Рис. 4.2.4 Взаимосвязь деформативных характеристик бетона третьего состава первой серии.

1 — силовой модуль упругости; 2 — температурный модуль упругости 3 — термосиловой коэффициент.

 

Таблица 4.2.2

Нагрузка в %	Значение термосилового коэффициента бетона в кг/см2 град при проектной марке бетона по прочности на сжатие
						| 300
	-	-	0,72	0,86	0,96	1,05	1,14	1,27	1,38	1,52
0,23	0,29	0,33	0,39	0,44	0,49	0,52	-	-	-
	-	-	1,02	1,20	1,34	1,46	1,59	1,79	1,92	2,08
0,33	0,40	0,45	0,53	0,61	0,66	0,71	-	-	-
	-	-	1,23	1,47	1,64	1,78	1,91	2,13	2,28	2,44
0,40	0,49	0,55	0,64	0,72	0,79	0,84	-	-	-
	-	-	1,42	1,69	1,86	2,02	2,15	2,38	2,52	2,67
0,46	0,55	0,62	0,73	0,82	0,88	0,94	-	-	-
	-	-	1,59	1,87	2,04	2,22	2,34	2,55	2,71	2,84
0,51	0,61	0,69	0,80	0,89	0,97	1,04	-	-	_