Основные физико-механические свойства бетона

Бетон как материал для железобетонных конструкций должен обладать необходимыми свойствами: прочностью, сцеплением, плотностью для защиты арматуры от коррозии.

В зависимости от назначения ж/бетонные конструкций бетон должен отвечать и специальным требованиям:

-морозостойкостью – наружные конструкции;

-жаростойкостью – при воздействии высоких температур;

-коррозионной стойкостью – при эксплуатации в агрессивных средах.

Бетоны подразделяются по следующим признакам:

а) структуре:

- плотные, на основе цементного вяжущего с заполнением всех пустоты;

- крупнопористые, пространство между заполнителем не полностью занято

вяжущим – малопесчаные и беспесчаные;

- поризованные –пористость образованная искусственными пено-

или газообразующими добавками;

- ячеистые – с искусственными замкнутыми порами.

б) по средней плотности: особо тяжелые - g > 2500 кгс/м³ ;

тяжелые ­­ - g = 2200¸2500 кгс/м³;

облегченные - g = 1800¸2200 кгс/м³;

легкие - g = 500¸1800 кгс/м³.

в) по виду заполнителя: - плотные заполнители;

- пористые заполнители;

- специальные заполнители для биологической

защиты от излучений, химически стойкие.

г) по зерновому составу: - крупнозернистый;

- мелкозернистый.

д) по условиям твердения: - естественного твердения;

- тепловлажностной обработки;

- автоклавной обработки.

Сокращенно для несущих конструкций принята следующая градация:

-тяжелый бетон – бетон плотной структуры на плотных заполнителях, крупнозернистый на цементном вяжущем, при любых условиях твердения;

-мелкозернистый бетон – бетон плотной структуры и т.д.

- легкий бетон – бетон плотной структуры на пористых заполнителях, крупнозернистый, цементном вяжущем, любые условия твердения.

Плотные заполнители: щебень, гранит и т.д.

Пористые заполнители: керамзит, шлак и т.п.

Структура бетона. Структура бетона – это пространственная решетка из цементного камня, заполненная зернами песка и щебня, пронизанная большим числом пор и капилляров. В бетоне присутствуют все три среды – твердая, жидкая и газообразная.

Цементный камень в свою очередь состоит из упругого кристаллического сростка и наполняющей его вязкой массы – геля. Это наделяет бетон упруго пластическими свойствами.

Прочность бетона. Основными расчетными показателями прочности бетона, которые используются в расчетах, являются расчетные значения сопротивления бетона осевому сжатию и осевому растяжению.

Бетон – неоднородный материал и прочность его зависит от многих факторов, наиболее важными являются:

-время и условия твердения;

-вид напряженного состояния;

-технологические факторы;

-форма и размеры образцов.

Прочность нарастает с течением времени – наиболее интенсивные первые 28 дней, далее процесс замедляется. Ускоряют твердение бетона – температура, влажность, давление.

Кубиковая прочность бетона R – напряжения сжатия при которых разрушаются бетонные кубы размером 15х15х15см.

Призменная прочность бетона R_b – величина непосредственно используемая в расчетах - напряжения сжатия при которых разрушается бетонная призма стандартных размеров15 х 15 х 60см (R_b » 0,75 R).

Прочность на растяжение R_bt получают при испытании на растяжение.

Прочность бетона при длительном действии нагрузки – бетон разрушается при напряжениях меньших чем R_b . Предел R_b,l »0,9×R_b .

Прочность бетона при многократно повторных нагрузках - в результате накопления повреждений при многократно повторных нагрузках прочность бетона снижается. Предел выносливости R_r зависит от числа циклов, от асимметрии цикла – соотношения максимальных и минимальных напряжений.

При изменении температуры до 100⁰С свойства бетона практически не изменяются.

При изменении температуры 250-300⁰С происходит заметное снижение прочности. Особенно это сказывается при водонасыщенных бетонах – интенсивно происходит высыхание, образование микротрещин и разрушение.

При температуре выше 300⁰С – меняются объемные деформации заполнителя и цементного камня по их контакту возникают напряжения, происходит разрыв цементного камня.

При замораживании бетона его прочность повышается, при оттаивании снижается

Показатели качества бетона

Основными показателями качества бетона являются:

-класс по прочности на сжатие В;

-класс по прочности на осевое растяжение B_t;

-марка по морозостойкости F;

-марка по водонепроницаемости W;

-марка по средней плотности D.

Деформативность бетона

Деформации различают: не силовые – усадка, температурно-влажностные и силовые – вызванные силовым воздействием на конструкцию.

Свойство бетона уменьшаться в объеме при твердении называется усадкой, а увеличиваться при твердении в воде – набуханием.

Усадка связана с физико-химическим процессом: уменьшением объема цементного геля – потеря избыточной воды на испарение. Усадка наиболее интенсивно происходит в начальный период твердения, затем затухает. Чем меньше влажность, тем быстрее усадка. При сжатии усадка ускоряется.

При неравномерном высыхании происходит неравномерная усадка, тогда возникают начальные напряжения.

Уменьшить усадку:

- конструктивные меры: устройство усадочных швов – снижение размеров единовременно заливаемых конструкций; установка дополнительной арматуры;

- технологические меры: подбор состава бетона; использование специальных цементов; увлажнение поверхности.

Температурные деформации характеризуются коэффициентом температурного расширения: при изменении температуры от -50° до + 50° .

Силовые деформации бетона. Силовые деформации при однократном кратковременном нагружении состоят из упругих и неупругих деформаций

Предельные деформации бетона перед разрушением:

- при кратковременном действии нагрузки- ,

- при длительном действии нагрузки- ,

При растяжении также деформации состоят из упругой и неупругой частей .

Неупругие деформации с течением времени увеличиваются (максимум прироста первые 3-4 месяца и до нескольких лет).

Свойство бетона деформироваться при s_b=const и длительном действии нагрузки называется ползучестью: .

Ползучесть объясняется структурой бетона – перераспределение с гелевой составляющей на кристаллический сросток.

Если имеются связи в бетоне, например арматура, которая стесняет деформации, то s_b ¹ const.

Свойство бетона, характеризующееся уменьшением напряжения, при e = const называется релаксацией.

Начальный модуль упругости бетона соответствует только упругим деформациям, определяемый на участке s ≤ R_b

,

r - масштабный коэффициент.

Начальные модуль упругости при растяжении и сжатии принимаются одинаковыми E_b = E_bt .