2 Міцність бетону
Якість бетону і його робота в конструкціях та спорудах визначаються його властивостями. Однією з основних властивостей бетонів є його міцність.
Під міцністю розуміється здатність матеріалу чинити опор руйнуванню від внутрішніх напружень, які виникають в результаті зовнішніх механічних навантажень. В матеріалах будівельних конструкцій та споруд можуть виникати різні види механічних напружень: стиск, розтяг, згин, зріз тощо.
Особливістю цементних бетонів є те, що вони краще чинять опір при стиску, гірше при згині та найгірше розтягу (в 5-50 разів менше ніж при стиску), тому будівельні конструкції з цементних бетонів проектуються таким чином, щоб під навантаженням у бетонних елементах виникали в основному навантаження на стиск.
В практиці підбору складу бетонів основним критерієм їх якості прийнято вважати міцність на стиск. Ця характеристика визначається МАРКОЮ або КЛАСОМ бетону.
Марка бетону при стиску визначається як межа міцності при стиску стандартних зразків-кубів розміром ребра 15 см, виготовлених з бетонної суміші та витриманих до випробування у віці 28 діб в нормальних умовах (при температурі 15÷20 оС та відносній вологості повітря не менше 90÷100%).
Марка бетону (кг/м2 або МПа) при стиску визначається за формулою:
где: P – руйнівне навантаження, кгс;
F – площа зразка, см2
α – коефіцієнт, що залежить від розміру зразка.
Коефіцієнт α приймає наступні значення: 1 – для зразків розміром 15х15х15 см; 0,91 – для зразків 10х10х10 см; 0,85 – для зразків 7х7х7 см; 1,05 – для зразків 20х20х20 см, 1,10 – для зразків 30х30х30 см.
Для бетонних конструкцій, при проектуванні міцність бетону характеризується класом бетону по міцності на стиск (табл.1).
Клас бетону – це числова характеристика гарантованої міцності на стиск забезпеченістю 0,95. Це значить, що встановлена класом міцність на стиск забезпечує не менше ніж в 95 випадках з 100 і тільки в 5-ти випадках можливо очікувати його не виконання.
Між класом бетону (В) та його маркою існує залежність, яка визначається формулою:
де: В – клас бетону за міцністю;
R – середня міцність яку необхідно забезпечити при виробництві конструкції, МПа;
t – коефіцієнт, що характеризує прийняту при проектуванні забезпеченість класу бетону, (при 95% , t = 1,64)
ν – коефіцієнт варіації міцності бетоні – 0,135.
Формула 1 після підстановки вказаних значень має наступний вигляд:
Відповідно для розрахунок марки бетону за значенням класу бетону використовується формула:
Приклад розрахунку:
а) Розрахувати міцності бетону необхідну для одержання бетону за значенням класу В20:
б) Розрахувати клас бетону, якщо міцності бетону на стиск мала значення 50,0 МПа:
Основні фактори, які впливають на міцність бетону – активність цементу, співвідношення маси води та цементу в складі бетонної суміші (водоцементне відношення ( В/Ц) або зворотне йому – цементноводне відношення – Ц/В).
Залежність міцності бетону від вказаних параметрів у загальному вигляді виражається формулою Боломея − Скрамтаева:
де: Rб – міцність бетону, МПа;
Rц − активність цементу, МПа;
А – коефіцієнт, який враховують якість матеріалів (див. табл.1 пр.№1).
Використання вказаної формули дозволяє попередньо встановити вимоги до активності цементу, що використовується та інші властивості бетону та бетонної суміші.