Прочность бетона. Физико-химические основы прочности бетона

Прочность - это свойство материала сопротивляться, разрушению от действия внутренних напряжений, возникающих в результате нагрузки или других факторов.

По характеру воздействия внешней нагрузки различают следующие виды прочности: на сжатие, растяжение, изгиб, срез, смятие, кручение.... Одной из важнейших характеристик бетона является его прочность при сжатии.

При сжатии обычного бетона первые трещины возникают вокруг крупною заполнителя. До некоторого напряжения R_т⁰ новые трещины не возникают. Структура уплотняется, и объем бетона несколько уменьшается. R_т^V - соответствует напряжению, при котором объем бетона минимальна. Наибольшее напряжение R_np ( предельное её напряжение в момент разрушения. R₂ зависят от механических свойств элементов структуры бетона. Плоскость разрушения в обычном тяжелом бетоне, где заполнитель прочнее цементного камня, проходит по цементному камню и контакту с заполнителем. В легком бетоне на пористых заполнителях разрушение но цементному камню и зерном заполнителя. В высокопрочных бетонов разрушение возможно по цементному камню, контактной зоне с заполнителем и по зернам заполнителя.

Прочность бетона определяется величиной химических связей и структурой. При идеальной структуре получается наибольшая теоретическая прочность, которая определяется только химическими связями. Теоретическая прочность:

Rт= (0.05...0.16)Е. В среднем R_T = 0,1 Е.

Теоретическая прочность бетона составляет 2400...4000 MПa для бетонов класса В15... В60 соответственно, и она в 1000... 1500 раз больше фактической.

- Бетоны низкой прочности имеют чётко выраженную и достаточно развитую нисходящую ветвь диаграммы.

- Для прочных бетонов характерен очень короткий участок кривой после максимальной.

- Для высокопрочных бетонов лот участок может отсутствовать, т.к. здесь идет хрупкое разрушение материала.

Класс бетона - это минимально возможная стандартная кубиковая прочность бетона в МПа с обеспеченностью 95%. Бетоны делятся на следующие классы В1; В1.5; 2; 2.5; 3,5; 5; 7.5; 10; 12.5; 15; 20; 25; 30; 35; 40; 50; 55; 60, средняя прочность бетона каждою класса R_cp определяется по ГОСТ 25192.

где В - численное значение класса бетона в МПа; 0,0980665 - коэффициент перехода от MПa в кгс/см²: 1,64 - статический коэффициент при 95% обеспеченности: 0,135 - нормативный коэффициент вариации для Ж/Б.

При проектировании бетонных и ЖБК используют не нормируемую среднюю прочность бетона, расчетное сопротивление, учитывающие возможный разброс показателей прочности бетона и включающие, кроме того, определенные коэффициенты, гарантирующие безопасность работы конструкции:

Rрасч=Rн/Кгде R_H - нормативное сопротивление бетона, К коэффициент по безопасности бетона (1,3).

Качество бетона нельзя оценить только средней прочностью бетона. На практике всегда наблюдается отклонение от этой величины. Колебания активности цемента, по НГ. минералогическому составу, состав заполнителей и т.д. Вследствие этого отдельные объемы бетона могут отличаться друг от друга в большей или меньшей степени. Для по на практике используют Rрасч.

v^H коэффициент вариации, оценивающий колебания прочности бетона.

На результаты определения прочности бетона влияет много факторов. Если же имеются отклонения в методике испытания, то различия в прочности могут быть весьма значительные. На результаты испытаний будут влиять факторы, связанные с приготовлением образцов, их качеством, а также параллельность граней, их ровность и шероховатость, условия изготовления. Так при изготовлении образцов из пластичных бетонных смесей под зернами заполнителей возникают ослабленные места, которые имеют горизонтальное направление. При испытании заметное влияние на результаты будет оказывать расположение образца между плитами пресса. Наименьшие результаты получаются при сжатии образцов, положенных на бок, т.е. когда ослабленные плоскости совпадают с направлением усилия сжатия.

Конструкция и особенности пресса, размеры образца, условие взаимодействия образца и пресса все эти факторы могут оказать существенное влияние на окончательный результат- предел прочности бетона.

Также влияет и размер образца. При воздействии нагрузки происходит сжатие и расширение образца. За счет эффекта обоймы прочность образцов завышается на 20 — 30%. При уменьшении h/а (<1) эффект обоймы будет увеличиваться и прочность бетона будет повышаться. При соотношении h/a~ 3(4) практически исчезает влияние эффекта обоймы на прочность бетона.

За нормативную применяется прочность образца размером 15* 15*60 см с соотношением h/a= 4. призменная прочность бетона равна 0,75.. .0,77*Rкуб- для тяжелого бетона. Она зависит от величины сцепления заполнителя с цементным камнем, от прочности материала на растяжение.

Также на прочность бетона влияет состав бетонной смеси. Так при недостатке воды смесь становится неудобоукладываемой. т.е. увеличивается количество пор и пустот, ухудшается качество сцепления между цементным камнем и заполнителем, т.е. прочность уменьшается. При излишке воды начинается расслаивание и прочность опять же уменьшается. Т.е. для получения заданной прочности бетона необходим подбор оптимального В/Ц.

В тяжелом бетоне заполнитель всегда прочнее цементного камня, поэтому разрушение происходит по цементному камню и контактной зоной. В связи с этим прочность бетона определяется в основном активностью вяжущего; Ц,/В и прочность сцепления цементного камня с заполнителем:

Rб=A* R_ц *(Ц/В+Б),

где А и Б - опытные коэффициенты которые учитывают все неучтенные формулой факторы

Длительная прочность бетона - что способность бетона сопротивляться разрушению при воздействии постоянной нагрузки в течение длительного расчетного времени. Для тяжелого бетона Rдл≈(0,75...0,85)*Rпр. На Rдл влияют: стандартная прочность бетона (с повышением Rст, повышается Rдл), возраст бетона (с возрастом Rдл понижается), деформативность материала.

Выносливость бетона - это способность его сопротивляться знакопеременным или много кратно повторяющейся нагрузке. Для оценки выносливости вводят понятие предел выносливости (максимальное напряжение, которое выдерживает бетон до разрушения при воздействии 2 млн. циклов знакопеременной нагрузки). Характеристикой цикла явл. ρ; ρ=Rmin/Rmax

Деформативные свойства бетона учитывают при проектировании конструкции, т. к. они влияют на качество и долговечность бетонной смеси. Характеристиками деформат. свойств явл. модуль упругости, предельная сжимаемость и растяжимость, усадка и ползучесть бетона.