book_23313

рассчитанного на получение бетона класса В15, принят недельный объем продукции. Для контроля прочности бетона используют схему А. Результаты контроля прочности бетона каждой партии в анализированныйпериодприведенывтабл.2.19

Для вычисления среднеквадратического отклонения используем формулу (2.69). Среднее значение коэффициента вариации прочности бетоназаанализируемыйпериоднаходятзаформулой(2.71).

Поскольку в рассмотренном примере в каждой партии было одинаковое количество результатов, то формула (2.71) может быть заменена на более простую:

Требуемая прочность бетона в проектном возрасте в соответствии с формулой (2,72 ) и табл.2.18 для бетона класса В15 должна быть:

RT =1,08·15=16,2 МПа.

Учитывая, что фактические значения прочности Rm выше требуемой для всех партий бетонной смеси они подлежат приемке.

131

2.4. Деформативные свойства бетона

Деформативные свойства характеризуют способность материала изменять свою форму и размеры под воздействием внешних нагрузок, или температуры и влажности окружающей среды, различных физико-химических процессов. К первому виду деформаций относятся силовые деформации, возникающие при кратковременной или длительной нагрузке (упругость, ползучесть), второму виду - тем- пературно-усадочные (собственные) деформации.

Упругость. Упругие свойства бетона характеризуются модулем упругости - отношением нормального напряжения (σ) к соответствующей относительной деформации (ε).

Для бетона характерны упруго-пластические свойства, поэтому модуль упругости определяют при уровне нагрузки, который соответствует участку диаграммы σ-ε, приближающемуся к линейному (рис. 2.31). Согласно ГОСТ 24452-80 модуль упругости бетона находят при нагрузке, составляющей 30% от разрушающей.

Для определения модуля упругости бетона применяют серию образцов-призм квадратного сечения или цилиндров с отношением высоты и ширины (диаметра) равным 4. За базовый принимают образец призму размерами 150 × 150 × 600 мм. Возможно также применение образцов шириной (диаметром) 70, 100,150, 200 и 300 мм с учетом наибольшей крупности заполнителя.

Серия включает три образца, выдерживаемые до испытания в нормальных температурно-влажностных условиях. Для измерения деформаций на боковых поверхностях образцов устанавливают тензометры или тензорезисторы, позволяющие определять относительные деформации с точностью не ниже 1· 10-5 (рис. 2.32).

Различают механические и электрические тензометры. Из механических тензометров наиболее известны тензометры рычажного типа. Действие электрических тензометров базируется на применении датчиков, в которых деформации вызывают изменение электрических характеристик-сопротивления, индуктивности и др.. Наиболее универсальным тензодатчиком является тензодатчик сопротивления или тензорезистор (рис. 2.32). Он представляет собой несколько петель тонкой (константановой, нихромовой или др.) проволоки, к которой приклеиваются полоски основы - бумаги, пленки или фольги.

132

σ

R, МПа

εп= εу+ εпл

εу

αо α1

Рис. 2.31. Зависимость "напряжение-деформация" при сжатии бетона:

εу – упругая деформация; εпл – пластическая деформация; εп – полная деформация; R-предел прочности

База измерений должна в 2,5 раза и более превышать наибольший размер зерен заполнителя и быть не менее 50 мм при применении тензорезисторов и 100 мм - других приборов. При замере продольных деформаций база должна быть не более 2/3 высоты образца и располагаться на одинаковом расстоянии от его торцов. Для установки индикаторов деформаций применяют специальные устройства в виде стальных рамок, которые крепятся на образце с помощью упорных винтов или опорных вставок, приклеиваемых к поверхности образца (рис. 2.33).

До испытаний образец с устройствами для замера деформаций устанавливают центрально по разметке плиты пресса.

Нагрузку образца осуществляют ступенями до уровня (40±5)% от разрушающего усилия. Начальной нагрузкой ("условным нулем") считают нагрузку, которая не превышает 2% ожидаемого разрушающего усилия. Каждая ступень составляет 10% ожидаемой разрушающей нагрузки, скорость нагружения – (0,6±0,2) МПа / с, продолжительность выдержки - 4 ... 5 мин.

133

Модуль упругости Еб рассчитывают для каждого образца по формуле:

где Σσ - суммарное приращение нагрузки от условного нуля до нагрузки, равной 30% от разрушающей; Σε - суммарное приращение относительной упругой продольной деформации образца.

Модуль упругости бетона тесно скоррелирован с его прочностью.

При проектировании конструкций для прогнозирования модуля упругости бетона при загружении его в возрасте τ наибольшее применение имеют зависимости типа:

где Rτ – кубиковая прочность бетона на сжатие при определенной про-

должительности твердения (τ); Еm и S – эмпирические константы. В строительныхнормахрекомендуютсязначенияЕm = 52000; S = 23.

Наряду с модулем упругости параметром, характеризующим упругие свойства материалов, является коэффициент Пуассона – (коэффициент поперечной деформации), вычисляемый по формуле:

где Σε1пр и Σε2пр – суммарное приращение соответственно относительной продольной и поперечной деформации образца.

Европейским комитетом по бетону и нормами некоторых стран рекомендуется зависимость:

где С=1900; γ= 0,5.

Различными авторами предложены различные модификации формул (2.75 и 2.77) и значения коэффициентов.

Расхождения между значениями Еб , вычисленными по формулам (2.75) и (2.77), растут (до 35%) по мере повышения прочности бетона.

134

При значительных колебаниях содержания цементного камня с модулем упругости Ец.к для бетонов с различным модулем упругости заполнителей Ез справедлива более общая формула:

где Ец. к – предельное значение модуля упругости цементного камня (Ец. к≈5.104МПа); Р ц.к –содержание цементного камня в бетоне по

= Ез/Ец.к.; ρц.к – плотность цементного камня.

При использовании высококачественных крупных заполнителей из изверженных пород типа гранита в сочетании с кварцевым песком Ез = 5,5.104 МПа. Е.Н.Щербаковым показано, что для широкой области составов бетона выражение (2.78) превращается в формулу:

Несмотря на высокий уровень корреляции, имеется ряд особенностей влияния факторов структуры и состава бетона на его модуль упругости по сравнению с прочностью. Экспериментально установлено, например, что снижение сцепления цементного камня с заполнителями не приводит к существенному снижению модуля упругости бетона в отличие от прочности.

При колебаниях модуля упругости заполнителей и различном содержании цементного камня при постоянной прочности бетона его модуль упругости, как следует из уравнения (2.79), может находиться в определенной области и изменяться в 1,5 раза и более. Нормирование величины модуля упругости бетона только в зависимости от прочности является ориентировочным и может давать существенную погрешность.

Упругие свойства бетона могут характеризоваться как статиче-

ским (Еб) так и динамическим модулем упругости (Ед), учитываю-

щим напряжения, возникающие при колебаниях образца. Динамический модуль упругости наиболее часто определяют ре-

зонансным методом на основе измерений частоты собственных колебаний бетонного образца призматической или цилиндрической формы. Опытная установка состоит из генератора звуковых частот,

135

возбудителя и приемника механических колебаний. Ед, можно определить, зная частоту собственных продольных колебаний fп образца длиной l и плотностью ρ:

Динамический модуль упругости может быть определен также

где ρ – плотность бетона; µ – коэффициент Пуассона.

С достаточной для практических целей точностью можно принять:

где К=0,805...0,837

Величина Ед связана с прочностью бетона при сжатии (Rб) зависимостью:

Взаимосвязь между статическим и динамическим модулями упругости, а также зависимость между Ед и прочностью бетона приведены на рис. 2.34 и 2.35.

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

Прочность при сжатии, МПа

Рис. 2.34. Отношение статического модуля упругости к динамическому для бетонов различной прочности

136

Рис. 2.36 Схема устройства для определения деформаций усадки образцов с размерами поперечного сечения

40×40 мм:

1 – стояк; 2 – кронштейн; 3 – конусоподобный выступ; 4 – нижняя опора; 5 – индикатор; 6 – образец; 7 – репер; а – размер стороны поперечного сечения образца; Н – высота образца

При подготовке образцов к испытаниям определяют их линейные размеры и на торцевые поверхности приклеивают реперы (рис.2.36) (для образцов 40 × 40 × 160 мм) или металлические пластины (рис. 2.37). На боковых поверхностях образцов размечают базу измерения продольных деформаций, устанавливают крепежные приспособления и измерительные приборы. Испытание проводится в помещении или в климатической камере, где постоянно поддерживается температура (20 ± 2) ° С и относительная влажность воздуха (60 ± 5)%. Измерение деформаций усадки начинают не позднее чем через 4 ч после распалубки образцов, а образцов из ячеистого бетона - после насыщения водой. Отсчет показателей усадки обычно выполняют через сутки, затем на 3, 7, 14 сутки и далее один раз в 2 недели до конца испытаний. Одновременно с измерением деформаций усадки рекомендуется определять потери влаги путем периодического взвешивания образцов. Испытания прекращают, если три последовательных измерения показывают увеличение деформаций, не превышающее погрешность измерительного прибора. По результатам испытаний вычисляют средние значения

138

абсолютных деформаций ∆l(τ) для каждого образца за промежуток времени τ как среднее арифметическое значение (относительно начального отсчета) показаний приборов по четырем граням.

По средним абсолютным значениям деформаций вычисляют относительные величины

деформаций усадки каждого образца по формуле:

где l – база измерения деформаций, мм.

По результатам определения относительных величин деформаций усадки отдельных образ-

1,5а цов определяют средние значения относительных деформаций усадки для серии образцов:

динат. По полученным точкам графически или аналитически строят прямую регрессии, котангенс угла которой принимают за предельное значение деформаций усадки εус (∞).

139

Полученные числовые параметры деформаций используют при необходимости для вычисления относительных деформаций усадки бетона при длительности твердения, превышающей общую продолжительность испытаний. Для этого используют формулу:

где аs – длина отрезка, который отсекается линией регрессии на продолжении оси абсцисс

При проведении испытаний на образцах, отличных от базовых, предельные значения деформаций усадки следует умножать на коэффициент К. При размере ребра поперечного сечения образца 7см

К = 0,90; 10 см - К = 0,95; 20 см - К = 1,05.

Для прогнозирования усадки тяжелого бетона в атмосферных условиях предложен ряд эмпирических формул, связывающих величину εус с водоцементным (В / Ц), или цементно-водным (Ц / В) отношением, расходом цемента (Ц) и воды (В) (табл. 2.20).

Таблица 2.20 Основные расчетные формулы для прогнозирования усадки

смесей (Ц/В>1/1,68Кн.г, где Кн.г - нормальная густота цементного

140