Матеріали для залізобетонних і кам’яних конструкцій та їх фізико-механічні властивості Лекція № 3 фізичні властивості, міцність бетону

3.1 Види бетону. Структура бетону та її вплив на міцність і деформативність.

3.2 Міцність бетону: загальні відомості, вік бетону та умови його твердіння, міцність бетону при стисканні (кубикова і призмова міцність), міцність при місцевому стискання (зминанні), міцність бетону при зрізі й сколюванні, вплив на міцність бетону багаторазово повторюваних та тривало діючих навантажень, клас бетону за міцністю.

Література: 1, С. 17 – 21, 26 – 28.

3.1 Види бетону. Структура бетону та її вплив на міцність і деформативність

Бетоном називають штучний комплексний матеріал, у якому великі та дрібні кам’яні заповнювачі з’єднуються в’яжучим й опираються навантаженню як єдине монолітне тіло. Хоч бетон і являє собою неоднорідний матеріал, він може мати наперед визначені міцнісні, деформативні та фізичні властивості: необхідний опір стиску і розтягу; добре зчеплення з арматурою; достатню щільність для її захисту від корозії. Із фізичних якостей виділяють морозостійкість, водонепроникність, вогне-, жаро- й корозійну стійкість.

Залежно від вихідних матеріалів, структури та складу розрізняють такі види бетонів: важкі; легкі; крупнопористі; ніздрюваті; спеціальні.

Бетони класифікуються за:

– призначенням (конструкційні та спеціальні);

– структурою (щільні, крупнопористі, ніздрюваті, поризовані);

– середньою щільністю (особливо важкі з γ>2500 кг/м³, важкі – γ=2000 – 2500 кг/м³, полегшені – γ=1800 – 2000 кг/м³, легкі – γ=800 – 2000 кг/м³);

– за видом в’яжучого (цементні, полімерцементні, вапняні, на гіпсовому або змішаному в’яжучому, спеціальні (шлаколужні));

– видом заповнювачів (на щільних природних, пористих природних, пористих штучних, спеціальних заповнювачах);

– умовами твердіння (природного, підданого тепло-вологісній обробці при атмосферному тиску, автоклавній обробці).

Структура бетону формується у вигляді просторової решітки із цементного каменю, що заповнена зернами великих і дрібних заповнювачів, пронизана багатьма мікропорами та капілярами, в яких міститься вода, водяні пари й повітря (рис. 6, а).

Затверділий бетон є за своєю структурою складним композитним матеріалом, у якому різко порушена суцільність середовища та наявні всі три фази: тверда, рідинна і газоподібна. Цементний камінь теж неоднорідний, він складається з пружного кристалічного утворення та гелю, що наповнює його.

а б

Рисунок 6 – Структура бетону (а) і схема напруженого стану стиснутого бетонного зразка: 1 – цементний камінь; 2 – щебінь; 3 − пісок; 4 – пори, в яких міститься повітря та вода

При змішуванні заповнювачів і цементу з водою починається хімічна реакція, в результаті якої утворюється гель − пориста драглеподібна маса, насичена водою та частками цементу, котрі не встигли вступити в реакцію, а також невеликими кристалічними утвореннями, що з часом збільшуються. При перемішуванні бетонної суміші гель з’єднує зерна заповнювачів, і поступово твердіючи, перетворює всю масу в монолітне тіло. Відбувається процес кристалоутворення, що триває роками і має згасаючий характер. Явище кристалізації й зменшення за рахунок цього об’єму гелю з часом змінює стан бетону та суттєво впливає на його міцність і деформативність.