3. Материалы железобетонных конструкций.
Железобетон следует рассматривать как композитный материал, состоящий из упруго-пластично-ползучего бетона и упруго-пластичной арматуры (на структуре бетона подробнее остановимся ниже).
Каждый из этих материалов определяет совокупность качеств, необходимых для производства, хранения, транспортирования, монтажа и эксплуатации любого элемента конструкции, а также всей конструкции в целом. Поэтому вначале необходимо рассмотреть физико-механические свойства бетона и арматуры в отдельности, используя полученные характеристики впоследствии при расчетах по 1-й группе предельных состояний (расчеты на прочность, устойчивость, выносливость), а также по 2-й группе предельных состояний (расчеты на раскрытие трещин и деформативность).
3.1 Бетоны
Рассмотрим основные технические требования, предъявляемые к бетонам (согласно ГОСТ 25192-82, с попр. 1991г.). Кроме того, установим методику определения основных физико-механических характеристик бетонов, которые обеспечивают выполнение условий безопасной работы и эксплуатации на всех стадиях периода службы.
3.1.1 Классификация бетонов
Классификацию
бетонов выполняют с целью учета
особенностей конкретного вида бетона
при его работе в различных условиях,
классифи- кация определена стандартом
(ГОСТ 25.192-82 Бетоны. Классификация и
основные технические требования) и
приведена на рис. 1.10.
По основному назначению бетоны подразделяют:
1 – конструкционные;
2 – специальные (жаростойкие, декоративные, теплозащитные, химически стойкие и т.д.)
По виду вяжущего бетоны подразделяют:
3 – на цементных вяжущих;
4 – на известковых вяжущих;
5 – на гипсовых вяжущих;
6 – на шлаковых вяжущих;
7 – на специальных вяжущих.
По виду заполнителя бетоны подразделяют:
8 – на плотных заполнителях;
9 – на пористых заполнителях;
10 – на специальных заполнителях.
По структуре бетоны подразделяют:
11 – плотной структуры;
12 – поризованной структуры;
13 – ячеистой структуры;
14 – крупнопористой структуры.
По условиям твердения бетоны подразделяют:
15 – твердение в естественных условиях;
16 – твердение в условиях тепловлажностной обработки при атмосферном давлении;
17 - твердение в условиях тепловлажностной обработки при давлении (автоклавная обработка).
Все признаки, перечисленные выше, как правило, должны быть включены в наименование бетонов.
В наименованиях специальных видов бетонов указывают их основное назначение. В наименованиях конструкционных бетонов слово «конструк- ционный», как правило, не используют.
При необходимости уточнения характеристики бетона в его наименовании можно указать конкретные виды вяжущих, заполнители или условия твердения.
В рабочих чертежах следует указывать наименование основных видов бетонов в соответствии с рекомендациями ГОСТ 25192-82 (с попр. 1991г.), отмечая это в разделе «технические требования».
3.1.2 Общие технические требования к бетонам
При проектировании бетонных и железобетонных конструкций в соответствии с требованиями к проектируемой конструкции должны быть установлены:
- вид бетона (согласно классификации);
- основные нормируемые и контролируемые показатели бетона (согласно ГОСТ 25.192-82 и ГОСТ 4.212 – 80).
В зависимости от назначения, характеристик и условий работы проектируемой конструкции требования должны быть записаны:
- в стандартах на бетоны определенного вида;
- в стандартах и технических условиях на сборные бетонные и железобетонные изделия;
- в стандартах и технических условиях на монолитные бетонные и железобетонные конструкции.
К основным нормируемым и контролируемым показателям качества бетонов относят:
- классы по прочности на сжатие (В);
- классы по прочности на осевое растяжение (Вt);
- марку по морозостойкости (F);
- марку по водонепроницаемости (W);
- марку по средней плотности (D).
Кроме того, для напрягающих бетонов устанавливают марку по самонапряжению (Sp).
Под классом бетона следует понимать нормируемое значение унифицированного ряда показателей, определенное по стандартной методике с обеспеченностью (доверительной вероятностью) 95 процентов.
Под маркой бетона следует понимать нормируемое значение унифицированного ряда показателей, определенное по стандартной методике с обеспеченностью (доверительной вероятностью) 50 процентов.
Для бетонных и железобетонных конструкций следует предусматривать бетоны нижеследующих классов и марок.
- классов по прочности на сжатие:
В10; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60;
- классов по прочности на осевое растяжение:
Вt0,8; Вt1,2; Вt1,6, Вt2,0; Вt2,4; Вt2,8; Вt3,2;
- марок по морозостойкости:
F50; F75; F100; F150; F200; F300; F400; F500;
- марок по водонепроницаемости:
W2; W4; W6; W8; W10; W12.
- марок по средней плотности:
D2200, D2300, D2400, D2500.
- марок по самонапряжению от Sp 0,6 до 4.
Следует отметить, что определение показателей можно осуществить различными методами (разрушающими и неразрушающими), предусмо- тренными стандартами на различные виды бетонов.
Как следует из сказанного, количество показателей, характеризующих качество бетонов, достаточно велико. Это связано с их сложной композитной структурой, независимо от вида вяжущего, вида заполнителей и т.д. Структура любого бетона в общем виде может быть представлена как сложная и неоднородная (рис. 1.11).
Рис. 1.11. Структура бетона (внешний вид)
1 – камень цементный; 2 – заполнитель; 3 – пора насыщенная; 4 – пора воздушная; 5 – пора с водой; 6 – трещина.
Несмотря на многокомпозитную структуру бетона, как показали экспериментальные исследования и практика эксплуатации бетонных и железобетонных конструкций, необходимо и достаточно для любого вида бетона определять 2 группы показателей:
1-я группа – показатели по надежности материала, а также изделий из него изготовленных;
2-я группа – показатели по обеспечению эксплуатационных характеристик материала, а также изделий из него изготовленных.
Аналогично стандартами предусмотрены 2 вида расчета:
- по предельным состояниям 1 группы;
- по предельным состояниям 2 группы.
В указанной последовательности и будут рассмотрены основы проектирования бетонных и железобетонных конструкций.