Лекция №2. Физико-механические свойства бетона: прочность бетона, классы и марки бетона, деформативность бетона, модуль деформаций бетона. Физико-механические свойства арматуры.

2.1. Прочность бетона.

Так как бетон – неоднородный материал, то в нем при силовых воздействиях возникает сложное напряженное состояние. При сжатии напряжения концентрируются на более жестких частицах, вследствие чего по плоскостям соединения этих частиц возникают усилия, стремящиеся нарушить их связь. В то же время происходит концентрация напряжений в порах и пустотах. Вследствие этого растягивающие напряжения у одного отверстия или поры накладываются на соединение, в результате чего кроме продольных сжимающих напряжений возникают и поперечные растягивающие напряжения (вторичное поле напряжений).

	Рис. 2.1. Трещины разрыва бетона в поперечном на-правлении при осевом сжатии призмы.

Разрушение сжимаемых образцов происходит вследствие разрыва в поперечном направлении. Сначала по всему объему возникают микроскопические трещины отрыва, которые с ростом нагрузки соединяются и образуют видимые трещины, параллельные (или с небольшим наклоном) направлению действия сжимающих сил (рис. 2.1). Затем трещины раскрываются, что сопровождается кажущим увеличением объема (дилатация), и наступает разрушение бетона. Граница образования таких структурных микроразрушений под действием нагрузки можно определить по результатам ультразвуковых измерений.

Вследствие неоднородности структуры и различия способов приготовления бетонной смеси при испытании бетонных образцов получаются неодинаковые показатели прочности.

Прочность – способность сопротивляться действию нагрузок и других факторов не разрушаясь.

Прочность бетона зависит от ряда факторов: возраста и условий твердения, формы и размеров образца; технологических; вида напряженного состояния и длительности воздействия и др.

Прочность бетона на осевое сжатие.

Кубиковая прочность бетона R определяется испытанием на осевое сжатие бетонных кубов возрастающей нагрузкой до разрушения, которое происходит вследствие разрыва бетона в поперечном направлении. В качестве эталонных образцов приняты кубы с ребром 150 мм.

Вследствие влияния сил контактного трения между поверхностями плит пресса и гранями куба разрушенный образец приобретает форму 2-х усеченных пирамид, обращенных друг к другу вершинами (рис. 2.2а). При устранении трения поперечные деформации проявляются свободно, трещины разрыва параллельны действию сжимающей силы (рис. 2.2б). Согласно стандарту кубы испытывают без устраняющей трение смазки контактных поверхностей.

а)	б)
		Рис. 2.2. Характер разру-шения бетонных кубов (а – при трении по опорным плоскостям, б – при отсутствии трения): 1 – силы трения; 2 – трещины; 3 – смазка.

При испытании образцов-кубов из одного и того же состава, но имеющих различные размеры, кубы с большей стороной ребра имеют меньшую прочность. Так, образцы-кубы с ребром 100 мм имеют прочность примерно 1,1R, а кубы с ребром 200 мм – 0,93R (R – прочность эталонного куба с ребром 150 мм).

Рис. 2.3. Общий вид ис-пытания на осевое сжатие призмы высотой h и стороной основания а.

Призменная прочность R_b является основной характеристикой прочности бетона сжатых элементов и определяется путем испытания на осевое сжатие бетонных образцов-призм с соотношением высоты призмы к стороне основания h/a  4, поскольку в этом случае вследствие уменьшения влияния сил трения величина R_b становится практически стабильной и примерно равна 0,75R (R – кубиковая прочность бетона). В качестве эталонных принимаются образцы размерами 150×150×600 мм.

Прочность бетона на растяжение R_bt зависит от прочности на растяжение цементного камня и сцепления его с зернами заполнителя (повышение прочности на растяжение достигается увеличением расхода цемента, уменьшением В/Ц, применением щебня с шероховатой поверхностью).

Значения R_bt определяют испытаниями: на разрыв – образцов в виде восьмерок, на раскалывание – образцов в виде цилиндров, на изгиб – бетонных балок (рис. 2.4). По разрушающему моменту бетонной балки определяют:

(2.1)

где W = bh²/6 – момент сопротивления прямоугольного сечения;

 = 1,7 – множитель, учитывающий криволинейный характер эпюры напряжений в бетоне растянутой зоны сечения вследствие развития неупругих деформаций.

Влияние времени и условий хранения на прочность бетона.

При благоприятных условиях для бетона реакция гидратации будет происходить в течение длительного времени, следовательно, прочность бетона будет нарастать. Но наиболее интенсивный ее рост наблюдается в начальный период твердения.

а)			б)
в)		Рис. 2.4. Схемы испытания образцов для определения прочности при осевом растяжении (а – на разрыв; б – на раскалывание; в – на изгиб).

Нарастание прочности бетона на портландцементе при положительной температуре твердения (+15С) и влажной среде может быть выражено эмпирической зависимостью:

Rt = Rlgt / lg28 = 0,7Rlgt,

(2.2)

где: R_t – временное сопротивление сжатию бетонного куба в возрасте t суток;

R – то же, в возрасте 28 сут.

Процесс твердения бетона значительно ускоряется при повышении температуры и влажности среды. С этой целью железобетонные изделия на заводах подвергают тепловой обработке при температуре до +90С и влажности до 100% или же специальной автоклавной обработке при высоком давлении пара и температуре до +170С. В результате этого уже через сутки можно получить бетон, прочность которого составляет около 70% от проектной. Твердение бетона при отрицательной температуре резко замедляется или прекращается.