Билет №30. Структура бетона.

Структура оказывает решающее влияние на прочностные и деформативные характеристики бетона. Она грубо неоднородна и зависит от многочисленных факторов: зернового состава крупных и мелких заполнителей, объемной концентрации цементного камня, водоцементного отношения, способов уплотнения, условий твердения, степени гидратации цементного камня и др.

Структура бетона формируется в виде пространственной решетки из цементного камня, заполненной зернами крупных и мелких заполнителей и пронизанной многочисленными микропорами и капиллярами, содержащими химически несвязанную воду, водяные пары и воздух. Поэтому бетон представляет собой капиллярно-пористый каменный материал, в котором нарушена сплошность и присутствуют все три фазы - твердая, жидкая и газообразная.

Структура цементного камня в бетоне также сложна и неоднородна. Цементный камень состоит из упругого кристаллического состава и наполняющей его вязкой массы - геля. Сочетание упругой и вязкой структурных составляющих цементного камня наделяет бетон свойствами упругопластично-ползучего тела. Эти свойства проявляются в поведении бетона под нагрузкой и в его взаимодействии с внешней средой. Для гидратации зерен клинкера и затвердения цементного камня в бетоне достаточно В/Ц не более 0,2. Для лучшей удобоукладываемости бетонной смеси В/Ц увеличивают до 0,5...0,6. Излишек воды испаряется и образует в цементном камне многочисленные поры и капилляры, что снижает прочность бетона и увеличивает его деформативность. Общий объем пор в цементном камне при нормальных условиях твердения составляет 25...40% от объема цементного камня. Размеры их весьма малы: 60...80% объема пор приходится на долю капилляров с радиусом до 1 мкм (104 см). С уменьшением В/Ц пористость цементного камня уменьшается и прочность бетона увеличивается. Поэтому на предприятиях сборного железобетона применяют преимущественно жесткие бетонные смеси (В/Ц = 0,3...0,4). Бетоны из жестких смесей обладают меньшей деформативностью, требуют меньшего расхода цемента.

Теории прочности (максимальных нормальных напряжений, максимальных касательных напряжений и др.), предложенные для других материалов, к бетону неприменимы. Прочностные и деформативные характеристики бетона в зависимости от его структуры устанавливают экспериментальным путем.

Билет №31. Особенности поведения бетона под нагрузкой.

Качество бетона и его работа в конструкциях и сооружениях определяются его свойствами. Важнейшее свойство материала — прочность.

Под прочностью понимают способность сопротивляться разрушению от действия внутренних напряжений, возникающих в результате нагрузки или других факторов. Материалы в сооружениях могут испытывать различные внутренние напряжения: сжатие, растяжение, изгиб, срез и кручение. Бетон относится к материалам, которые хорошо сопротивляются сжатию, значительно хуже— срезу и еще хуже — растяжению (в 5 ... 50 рая хуже, чем сжатию). Поэтому строительные конструкции обычно проектируют таким образом, чтобы бетон в них воспринимал сжимающие нагрузки. При необходимости восприятия растягивающик усилий конструкции армируют. В железобетонных конструкциях напряжения растяжения и среза воспринимаются стальной арматурой, обладающей высоким сопротивлением этим видам нагрузки. Поэтому одной из важнейших характеристик бетона является его прочность при сжатии. Однако имеются отдельные типы конструкций (дорожные покрытия, полы и др ), в которых бетон должен воспринимать напряжения растяжения при изгибе. В этом случае при проектировании состава бетона исходят из необходимости получения заданной прочности бетона при изгибе или растяжении

Разрушение в физическом понимании состоит в отделении частей тела друг от друга. Дефекты в материале приводят к облегчению процесса разрушения, т. е. поних. пот прочность материала.

Особенностью поведения под нагрузкой хрупких материалов, а следовательно, и бетона является то что при сжатии они разрушаются от растягивающих напряжений, возникающие в направлениях, перпендикулярных действию сжимающей нагрузки, или от наппяя ец!ну среза, действующих по определенным плоскостям.

Прочность бетона является интегральной характеристикой, которая зависит от свойств компонентов бетона, его состава, условий приготовления, твердения, эксплуатации и испытания. В свою очередь, с прочностью бетона связан и ряд други его свойств

Для правильного проектирования бетонпы\ и железобетонных онструкнин, организации н> производства, назначения требований к бетону и контроля его качества необходимо представлять особенности поведения бетона под нагрузкой, роль методики испытаний структуры бетона при определении его прочности.

Поведение бетона под нагрузкой не тольки определяет его прочность— итоговый результат испытания, но существенно ва:« по для определения надежности работы материала в условия эксплуатации для оценки его долговечности, трешипостоГп.ости и других свойств бетона.

На основе многочисленные опытов было установлено, что при разрешении бетона наблюдаются два вида разрушения поверхности. В первом случае, когда прочность заполнителя при растяжении выше прочности раствора или цементного камня, разрушение происходит по раствору и в об\пд зерен заполнителя. Во итором случае, когда прочность заполнителя ниже прочности раствора, разрушение происходит по раствору и по зернам заполнителя. Может быть и смешанный характер разрушения, когда прочность зерен заполнителя и прочность раствора близки между собой и в разных участках структуры более прочным оказывается либо заполнитель, либо раствор.

Микроскопические и ультразвуковые методы исследований, получившие развитие в последнее время, показали, что задолго до разрушения бетона в нем образуются микротрещины разрыва, возникающие из-за неоднородности структуры бетона.

По взаимному расположению раствора и крупного заполнителя можно представить две различные схемы макрострутуры бетона последовательно и параллельно составленные. Соответственно можно различить два простейших неоднородных напряженных состояния в бетоне напряжения в составляющих структуры равны, а деформации обратно пропорциональны их модулям деформации; 2) деформации в составляющих струн туры равны, а напряжения прямо пропорциональны их модулям деформации Прочность материала в первом случае определяется прочностью более слабого элемента или сцепления между составляющими, во втором — прочностью элемента, у которого меньше предельная деформация.