2.1. Прочность бетона
Неоднородность структуры бетона приводит к тому, что прочность бетона при сжатии, растяжении, срезе и скалывании различна. Кроме того, при испытании одинаковых образцов при одинаковом нагружении происходит разброс показателей прочности. Прочность бетона повышается во времени в зависимости от условий твердения. Так при естественном твердении во влажной среде прочность бетона растет медленно достигая максимального значения (рис. 2.1). При твердении в сухой среде прочность в начальный период растет быстро и не достигает максимального значения. В сухой среде прочность прекращает расти через год, а во влажной – через десять лет. Наиболее интенсивный набор прочности происходит в первые 28 суток (рис. 2.2.).
Для проектирования ЖБК приняты следующие виды прочности бетона: кубиковая прочность, призменная прочность, прочность на растяжение. За эталон прочности бетона при сжатии принята кубиковая прочность R, получаемая испытанием на прессе до разрушения бетонных кубиков с размерами ребер 15х15х15 см. Установлено, что с изменением размеров изменяется и прочность кубиков. Так для куба размером 20х20х20 см прочность составляет 0,93R, размером 10х10х10 см – 1,1R. Это объясняется тем, что при сжатии между гранями кубика и подушками пресса возникают силы трения, препятствующие деформациям в поперечном направлении, создавая тем самым эффект обоймы. Разрушение происходит по наклонным плоскостям пирамид (рис. 2.3). С увеличением размеров куба эффект обоймы снижается. ЖБК отличаются от кубов, поэтому кубиковая прочность не может служить расчетной характеристикой. Основной наиболее стабильной характеристикой прочности бетона при сжатии является призменная прочность Rb – временное сопротивление осевому сжатию бетонных призм. Эксперименты показали, что прочность призм с размером стороны основания а и высотой h меньше прочности кубиков размерами а х а х а (рис. 2.4). Призменная прочность уменьшается с увеличением отношения h/a согласно графику (рис. 2.5).
В
лияние
сил трения на торцах призм уменьшается
с увеличением ее высоты и при h/a=4
значение Rb
стабилизируется и становится равной
0,75R.
Прочность бетона на растяжение Rbt зависит от прочности цементного камня, сцепления его с заполнителями. Эта прочность в 10 … 20 раз меньше, чем при сжатии. При испытании наблюдается еще больший разброс прочности, чем при сжатии. Временное сопротивление бетона осевому растяжению можно определить по эмпирической формуле
(2.1)
где
кубиковая прочность.
Эта формула может давать большие погрешности. Величину Rbt определяют испытаниями на разрыв образцов в виде восьмерки или бетонных балок на изгиб (рис. 2.6). По разрушающему моменту бетонной балки определяют Rbt по формуле
(2.2)
где
разрушающий момент;
размеры
поперечного
сечения бетонных балок.
При срезе одна
часть элемента перемещается относительно
другой по нормальному к оси сечению
(рис. 2.7). Чистый срез в ЖБК практически
не встречается. Прочность бетона на
срез
Значительно чаще происходит скалывание
бетона по наклонному сечению (рис. 2.8).
Прочность бетона при скалывании
При динамических
нагрузках большой интенсивности, но
малой продолжительности наблюдается
увеличение временного сопротивления
бетона. Чем меньше длительность нагружения
,
тем больше повышение временного
сопротивления, характеризующегося
коэффициентом динамической прочности
где
временное сопротивление при динамическом
нагружении. Так при
сек -
Это объясняется тем, что при динамическом
нагружении проявляются упругие
деформации.
При сложном напряженном состоянии прочность бетона определяется с учетом предельной поверхности (рис. 2.9). Согласно экспериментальным данным прочность бетона при двухосном сжатии обычно больше, чем при одноосном, а при двухосном растяжении – может быть как больше, так и меньше, чем при одноосном растяжении. Это, очевидно, объясняется большим разбросом прочности и многообразием видов бетона.
