2. Физико-механические свойства бетона. Общие сведения о сопротивлении бетона.

С труктура бетона содержит начальные дефекты и повреждения, определяю­щие в значительной мере его поведение под нагрузкой, а также при различных физических и хи­мических воздействиях.

Исследования бетона, выполненные под электронным микроскопом, показывают, что микро-трещины, ориентированные по границе контакта между зернами заполнителя и цементной матри­цей, регистрируются уже до того, как образец подвергается нагружению. Эти микротрещины яв­ляются, главным образом, результатом действия раствгивающих напряжений, вызванных темпера-турно-усадочными явлениями, сопровождающими процесс твердения цементного камня.

На рис. 4.2а показаны характерные стадии формирования микро- и макротрещин в модель­ной структуре бетона при осевом кратковременном сжатии, установленные в опытных образцах при помощи электронного сканирующего микроскопа.

В бетонах, имеющих прочность при сжатии до 60 Н/мм², начальный участок зависимости (при

б_с < (0,3..0,5)fc (f_с' - напряжения в пиковой точке диаграммы деформирования) можно считать практически линейными. На этой стадии наблюдается незначительное увеличение числа контактных микрстрещин на границе частиц заполнителя и матрицы. Опыты показывают, что при уровне сжи­мающих напряжений б_с = 0,4 f'_c прирост суммарной длины трещин (контактных, в матрице и ком­бинированных или обьедннительных) в выделенной единице объема структуры бетона не превышает 29 % от начальных, существующих до нагружения - в случве бетонов средней и низкой прочности -и 13 % - при испытании высокопрочных бетонов. Из рис. 4.26 следует, что увеличение суммарной длины так называемых контактных микротрещин в структуре высокопрочного бетона является не­значительным вплоть до напряжений, составляющих (0,6..0,7)fc.

На второй стадии микротрещинообразования (при 0,3..0,5 fc < б_с < (0,7..0,9)f'_c) наблюдается интенсивное увеличение длины, ширины раскрытия и числа контактных микротрещин, что приводит к появлению нелинейного участка на графике зависимости «напряжения - относительные деформа­ции» (см. рис. 4.2в). Эта стадия характеризуется незначительным количеством микротрещин в мат­рице. Вместе с тем на второй стадии начинают появляться комбинированные микротрещины, пере­секающие прослойки матрицы между зернами заполнителя и формирующие глобальные трещины, объединяющие, главным образом, контактные микротрещины вокруг зерен заполнителя. Следует отметить, что формирование этих трещин, хотя и не нарушает стабильного состояния системы, при­водит к скольжению зерен заполнителей относительно матрицы. Этим обусловлено проявление ярко выраженных неупругих свойств бетона на участке Π диаграммы деформирования (см. рис. 4.2в). Для бетонов средней и низкой прочности вторая стадия завершается при уровне напряжений {0,7. -0y5)f'_c , а для высокопрочных - может достигать {0,85..0,9)f'_c.

В третьей стадии увеличивается число и суммарная длина комбинированных трещин, возрас­тает ил ширина раскрытия. На этой стадии начинают формироваться ярко выраженные микротре­щины в матрице. Однако интенсивное развитие комбинированных микротрещин не ведет к неза­медлительному исчерпанию прочности материала. Это связано с тем, что структура бетона, прони­занная микротрещинами, ведет себя подобно много раз статически неопределимой системе, в ко­торой постоянно происходит перераспределение внутренних напряжений ,

Появление нисходящей ветви на диаграмме деформирования бетона (участок IV, рис. 4.2в) обусловлено интенсивным развитием глобальных или магистральных трещин, приводящих, в ко­нечном итоге, к физическому разрушению материала.

В общем случае можно отметить, что прочность и деформативность бетона зависят от целого ряда факторов, основными из которых являются: структура бетона, вид напряженного состояния, длительность действия нагрузки, ее цикличность и знакопеременность, скорость нагружения, по­рядок приложения усилий разных знаков и направлений, условия эксплуатации. Однако из пере­численных факторов наибольшее влияние имеет вид напряженно-деформированного состояния.