Структура бетона и ее влияние на прочность и деформативность

Бетон представляет собой капилярно-пористый каменный материал, в котором нарушена сплошность и присутствует три фазы: - жидкая

- твердая

- газообразная.

Для гидротации зерен клинкера и затвердение цементного камня достаточно водоцементное соотношение В/Ц = 0,2, но в основном используют 0,4- 0,6. Чем больше водоцементное соотношение, тем меньше прочность бетона и тем деформативнее он становится, т.к. излишки воды испаряются и в цементном камне образуются многочисленные поры.

Бетон имеет различную прочность при разных силовых воздействиях:

- сжатие

- растяжение

- изгиб

- срез.

В зависимости от этого различают кубиковую и призменную прочность при срезе и скалывании, при кратковременном длительном и динамическом действии нагрузок.

Кубиковая прочность

П роверяемые характеристики – прочность на осевое сжатие. Проверка заключается в раздавливании на прессе кубов бетона, изготовленных в тех же условиях, что и реальные конструкции. Размеры кубов так же влияют на их прочность, соответственно чем меньше куб, тем больше прочность. ГОСТовские кубы: 100х100х100; 150х150х150см.

Призменная прочность

Временное сопротивление осевому сжатию призмы с отношением высоты призмы h к поперечному размеру b = 4, при h\b=8 появляется гибкость, несущая способность уменьшается.

R_в – призменная прочность

R- кубиковая прочность.

Прочность на сжатие, местное сжатие

При действии сжимающей силы напряжение в толщу бетона распространяется под углом 45 градусов, при этом бетон под площадкой смятия может выдерживать напряжения значительно превышающие призменную прочность.

Сопротивление бетона на местное сжатие определяется по формуле:

- коэффициент условия работы бетона

- коэффициент условного увеличения прочности бетона

- площадь бетонного элемента

- площадь загруженной части

- призменная прочность бетона

Прочность бетона на растяжение

Испытываются цилиндры на изгиб. Прочность в 15-20 раз меньше, чем при сжатии.

Момент сопротивления прямоугольного сечения определяется по формуле:

Прочность равна:

Причинами низкой прочности при растяжении является неоднородность структуры бетона, наличие внутренних напряжений, слабое или нарушенное сцепление между цементным камнем и заполнителем.

Прочность бетона при срезе и скалывании

Под срезом понимается разделение элемента на части по сечению, к которому приложена перерезывающая сила F₂.

Скалывание – взаимное смещение или сдвиг частей элемента между собой под действием скалывающих усилий. Нижние волокна направляются влево, а верхние вправо. Срез сопровождается действием продольных сил, а скалывание действием поперечных сил. Временное сопротивление бетона срезу и скалыванию принимают равным призменной площади.

Прочность бетона при длительном действии нагрузки

Пределом длительного сопротивления бетона называют наибольшие статические напряжения, которые он может выдержать неограниченно долгое время без разрушения.

При длительном действии нагрузки образец разрушается, при напряжениях меньших, чем при кратковременной нагрузке. Это обуславливается влиянием развивающихся неупругих деформаций и изменением структуры бетона зависит от режима нагружения начальной прочности образца. Длительное сопротивление может составлять 90 % кратковременному.

Прочность бетона при расчете вводит коэффициент условия работы учитывающий влияние вероятной длительности действия расчетных усилий.

Прочность бетона при многократно повторяющихся нагрузках

Напряжение при котором количество циклов необходимых для разрушения образца составляет не менее 10⁶, предел выносливости бетона снижается с уменьшением коэффициента о симметрии:

минимальное и максимальное напряжение

Чем меньше коэффициент, тем меньше прочность материала. Предел выносливости связан с нижней границей образования микротрещин. Если при многократно повторяющейся нагрузке вызываются в бетоне напряжения выше границы трещинообразования, то при большом количестве циклов наступает его разрушение.

Предел выносливости принимается равным:

Влияние возраста и условий твердения на прочность.

При благоприятных условиях естественного твердения бетона прочность постепенно увеличивается, при этом чем меньше тонкость помола цемента, тем выше скорость и меньше продолжительность роста прочности бетона. Наиболее интенсивно бетон набирает прочность в первые 28 суток. Поэтому все испытания проводят по истечении этого срока.

Прочность бетона:

- прочность бетона в семидневный возраст или любой другой день

- время твердения в сутках

Твердение бетона значительно ускоряется с повышением температуры и влажности. При температуре ниже +5 градусов твердение замедляется, а при температуре ниже -10 градусов останавливается, поэтому на заводах изготовителях используют тепло-влажностную обработку, при температуре до 100 градусов.

Лекция 4

Если бетон подвергается замерзанию, имея 60 % прочности, то после оттаивания в течении 28 суток набирает проектную прочность.

При бетонировании в условиях низких температур до -35 С охлажденную смесь перед укладкой посредством электроподогрева нагревают до +70 С. Применение быстротвердеющих цементов или утепления конструкций позволяет набирать бетону в конструкциях до 70% прочности, прежде чем он замерзнет.

Противоморозные добавки (хлористые соли, углекислый калий, азотисто-кислый натрий) обеспечивают твердение бетона до -10 С. Добавку применяют не более 15% от массы цемента.