4.2. Кубиковая прочность
При осевом сжатии кубы разрушаются вследствие разрыва бетона в поперечном направлении (рис. 2,а). Наклон трещин разрыва обусловлен силами трения, которые развиваются на контактных поверхностях — между подушками пресса и гранями куба. Силы трения, направленные внутрь, препятствуют свободным поперечным деформациям куба и создают эффект обоймы. Удерживающее влияние сил трения по мере удаления от торцевых граней куба уменьшается, поэтому после разрушения куб приобретает форму четырех усеченных пирамид, сомкнутых малыми основаниями. Если при осевом сжатии куба устранить влияние сил трения смазкой контактных поверхностей, поперечные деформации проявляются свободно, трещины разрыва становятся вертикальными, параллельными действию сжимающей силы, а временное сопротивление уменьшается примерно вдвое (рис. 2,б). Согласно стандарту кубы испытывают без смазки контактных поверхностей.
Рис. 2. Характер разрушения бетонных кубов
а- при трении по опорным плоскостям; б – при отсутствии силы трения;
1 – силы трения; 2 – трещины; 3 – смазка
Опытами установлено, что прочность бетона одного и того же состава зависит от размера куба: если временное сопротивление сжатию бетона для базового куба с ребром 150 мм равно R, то для куба с ребром 200 мм оно уменьшается приблизительно до 0,93 R, а для куба с ребром 100 мм — увеличивается до 1,1 R. Это объясняется изменением эффекта обоймы с изменением размеров куба и расстояния между его торцами.
4.3. Призменная прочность
Поскольку железобетонные конструкции по форме отличаются от кубов, в расчетах их прочности не может быть непосредственно использована кубиковая прочность бетона. Основной характеристикой прочности бетона сжатых элементов является призменная прочность Rb — временное сопротивление осевому сжатию бетонных призм. Опыты на бетонных призмах со стороной основания а и высотой h показали, что призменная прочность бетона меньше кубиковой и она уменьшается с увеличением отношения h/а (рис. 3).
Рис.3. График зависимости призменной прочности бетона от отношения размеров испытываемого образца.
Влияние
сил трения на торцах призмы уменьшается
с
увеличением е` высоты и при отношении
h/а=4
значение
Rb
становится
почти стабильным и равным примерно
0,75R.
Влияние гибкости бетонного образца
при этом не
сказывается; оно ощутимо лишь при h/а
8.
Рис. 4. Напряженное состояние бетона сжатой зоны при изгибе железобетонной балки
В качестве характеристики прочности бетона сжатой зоны изгибаемых элементов (рис. 4) также принимают Rb; при этом вместо действительной криволинейной эпюры напряжений бетона сжатой зоны в предельном состоянии принимают условную прямоугольную эпюру напряжения.
4.4. Прочность при осевом растяжении
Она зависит от прочности цементного камня на растяжение и сцепления его с зернами заполнителями. Согласно опытным данным, прочность бетона на растяжение в 10...20 раз меньше, чем при сжатии, причем относительная прочность на растяжение уменьшается с увеличением класса бетона. Повышение прочности бетона на растяжение может быть достигнуто увеличением расхода цемента, уменьшением W/С, применением щебня с шероховатой поверхностью.
Временное сопротивление бетона осевому растяжению (МПа) можно определить по эмпирической формуле
Rbt
=
0,233
(1)
Вследствие неоднородности структуры бетона эта формула не всегда дает правильные значения Rbt. Более точно значение Rbt определяют испытаниями: на разрыв — образцов в виде восьмерки, на раскалывание — образцов в виде цилиндров, на изгиб — бетонных балок (рис. 5). По разрушающему моменту бетонной балки определяют
Rbt = M/W = 3,5М/bh2, (2)
где W = bh2/6 — момент сопротивления прямоугольного сечения;
χ=1,7 — множитель, учитывающий криволинейный характер эпюры напряжений в бетоне растянутой зоны сечения вследствие развития неупругих деформаций.
Рис. 5. Схемы испытания образцов для определения прочности бетона при осевом растяжении
а – на разрыв; б – на раскалывание; в – на изгиб