Свойства бетона

Предел прочности при сжатии

1. Зависимость от размера образцов.

Для измерения прочности бетона используются образцы, размер которых зависит от наибольшей крупности заполнителя. В России, как правило используется образцы – кубы с размером ребра 70,7 мм , 100 мм, 150 мм, 200 мм, 300 мм, каждый из которых соответствует определенной фракции:

70,7 мм – фракция 5-10 мм;

100 мм – фракция 5-20 мм (контроль прочности ЖБ конструкций);

150 мм – фракция5-40 мм (базовый размер ребра);

300 мм – фракция 5-70 мм.

где R_i - предел прочности.

Все образцы приводятся к базовому: R₁₅₀ =β* R_i

где β – коэффициент приведения к базовому размеру.

Для образца-куба с размером ребра 100 мм коэффициент приведения к базовому размеру β=0,95. Значение прочности бетона представляются до одной цифры после запятой.

2. Зависимость предела прочности от геометрических образцов.

Н /а = 4; Н/d =2; R_c=0,8*R_к

R_рr- призменная прочность

R_к - кубическая прочность

R_рr=0,787* R_к

С увеличением высоты образца по сравнению с основанием, прочность R уменьшается

Разрушение бетона при осевом сжатии (на рисунке образец в виде куба) происходит вследствие разрыва его в направлении, перпендикулярном оси приложенной нагрузки. При испытании образцов- кубов из-за наличия сил трения между поверхностью образцов и плитами пресса возникают усилия, препятствующие разрыву образца. В связи с этим отношение высоты образца h к ребру основания a влияет на значение предела прочности: с увеличением h/a оно уменьшается. При h/a≥4 предел прочности бетона перестает зависеть от h/a и более достоверно, чем кубиковая прочность, характеризует работу бетона в конструкции. Предел прочности бетона, полученный при испытании образцов со значением h/a=4, называется призменной прочностью, которая численно равна нормативному сопротивлению бетона осевому сжатию R_{bn .}

Непосредственное определение предела призменной прочности производится при проведении исследовательских работ. В инженерной практике для перехода от кубиковой к призменной прочности бетона используется коэффициент призменной прочности бетона k_pr . Значение k_pr для различных бетонов изменяются в широком диапозоне – от 0,6 до 1,0. Многочисленные литературные данные содержат противоречивые выводы о зависимости k_pr от кубиковой прочности бетона. Согласно нормам проектирования железобетонных конструкций коэффициент призменной прочности определяется по формуле:

k_pr = R_pr / R= 0,8-0,001R> 0,72,

где: R – кубиковая прочность бетона, МПа;

R_pr – призменная прочность бетона, МПа.

При оценке прочности бетона в реальной конструкции используются цилиндрические образцы, выбуренные из массива конструкции с помощью специального инструмента.

В России для испытаний используются кубы, призмы, цилиндры. Кубические и цилиндрические образцы широко применяются для контроля прочности бетона в зарубежной практике. Отношение высоты цилиндра h к диаметру основания d обычно равно 2. Величину диаметра выбирают согласно нормативным документам. Для приведения результатов испытаний образцов- цилиндров к базовому образцу- кубу используют коэффициенты приведения.

Образцы-кубы изготавливаются для контроля прочности при производстве, а образцы-цилиндры – для измерения деформативных свойств, прочности.

П ри осевом сжатии образцы – кубы и образцы – призмы раскалываются в следующем направлении:

3. Зависимость предела прочности бетона от скорости нагружения.

Динамическая прочность материала: R_d = K_d *R₀; K_d- коэффициент динамического упрочнения (1,05 - 2).

Длительная прочность: Rη = η * R₀; η – уровень длительной прочности (η= 0,8).

[dσ/dτ] – скорость приложения нагрузки ;

τ – время;

R₀ – стандартная прочность при лабораторных испытаниях (или кратковременная прочность);

R_d – прочность материала – динамическая

Таким образом, можно сделать вывод, что с увеличением скорости приложения нагрузки возрастает и прочность материала. Кратковременная прочность возникнет при τ≥30с и численно будет равна 0,2…0,8 МПа/с.

4. Измерение прочности бетона во времени.

1

R_τ = R₂₈ * (lgτ/lg28), τ≥3

формула:

2 формула:

Прочность нарастает медленно в нормальных условиях:

- для быстротвердеющих цементов К=0,2;

- для нормально твердеющих К=0,25;

- для медленно твердеющих К=0,38.

При К=0,16 – бетоны можно считать особо быстродействующими, та как в суточном возрасте получается 50% проектной прочности, т.е. отпуская прочность при без- обогревном твердении.

При решении задач необходимо пользоваться определенной формулой:

А) до проектного возраста – лучше пользовать логарифмическую зависимость.

Б) после проектного возраста – ехр зависимостью

Влияние температуры твердения на формирование прочности

А) Температура больше, чем при нормальных условиях.

`

При ТВО за 12-15 часов, материал набирает прочность от 50 до 70% от проектной прочности.

Тепловое воздействие на бетон, как правило, по сравнению с нормальными условиями, ухудшает прочность бетона ( это наглядно видно из графика).

Б) температура ниже нормальной, но положительная

При температуре ниже нормальной прочность бетона в 28- суточном возрасте меньше прочности бетона при нормальной температуре. Но затем при увеличении температуры ( после 28 суток) прочность бетона увеличивается до 20%.

В) температура отрицательная (даже на короткое время в ранний период)

Согласно графику, при температуре выше 0°С прочность бетона постепенно увеличивается. Далее при отрицательной температуре прочность практически не увеличивается, но затем с ростом температуры прочность бетона заметно увеличивается. В сравнении с прочностью бетона при нормальных условиях твердения, прочность бетона при отрицательной температуре ( даже на короткое время в ранний период) будет на 50% ниже.

Например, критической прочностью на Западе считается прочность в 5 МПа.

В России согласно разнице между прочностью бетона, твердеющего при нормальных условиях, и прочностью бетона, твердеющего при температуре отрицательной ( даже на короткое время в ранний период), устанавливаются марки бетона и критические прочности:

30% М400

40% М300 10-12 МПа

20% М200