2.Основные физико-механические свойства бетона. Механические свойства бетона


МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕТОНА

Добавки в бетон Справочное пособие

8.5.1. Прочность бетона.

Положительное влияние боль­шинства противоморозных до­бавок на микроструктуру це­ментного камня, его поровую структуру и зону контакта с за­полнителем проявляется в улуч­шении физико-механических по­казателей бетона. Однако в свя­зи с тем, что процессы гидра­тации цемента вскоре после укладки бетонной смеси в тече­ние длительного срока протека­ют при пониженной или низ­кой температуре, бетон твердеет медленно, и улучшение его проч­ностных показателей выявляет­ся через отдаленные проме­жутки времени, нередко после оттаивания.

Из данных табл. 8.16 видно, что такие противоморозные до­бавки, как, например, ННХК, НКМ и смесь нитрита натрия с хлоридом кальция, повышают прочность бетона при сжатии, осевом растяжении и растя­жении при изгибе, а также его ударную прочность по сравне­нию с эталоном — бетоном нор­мально-влажного твердения без добавок. Существенно, что при этом не ухудшаются или улуч­шаются коэффициенты, харак­теризующие отношение прочно­сти бетона при растяжении к его прочности при сжатии.

Важно также, что даже рез­кие переходы от низких темпе­ратур—от — 20 до —30 °С (вплоть до —50 °С) к темпера­туре + 20 °С не вызывают в бе­тоне деструктивных процессов при условии, что такие переходы осуществляются после того, как бетон приобрел необходимую критическую прочность (см. п. 8.2). Об этом свидетельству­ют данные рис. 8.10, из которого следует, что кривые, отражаю­щие рост прочности образцов после оттаивания, идут парал­лельно друг другу и через 28 сут превышают прочность эталон­ных образцов.

Введение противоморозных добавок в пониженных дозах, отвечающих их сочетанию с ме­тодом раннего замораживания бетона, не приводит также к снижению его прочности при сжатии и растяжении при замо­раживании до —30... —35° С (табл. 8.17 и 8.18). Если же температура понизится до — 50 °С, то конечная прочность после твердения бетона притемпературе выше О °С сни­жается на 20 %.

Статистическая обработка накопленного за многие годы экспериментального материала по традиционному применению противоморозных добавок поз­волила свести кинетику нарас­тания прочности бетона в зави­симости от температуры (и со­ответственно от дозировки до­бавок, см. п. 8.2) в табл. 8.19. В этой таблице нашли отраже­ние также температурные пре­делы использования противо­морозных добавок. Данными табл. 8.19 руководствуются при назначении добавок и мини­мальных сроков выдерживания бетона до начала возможной эксплуатации конструкций и сооружений. Эти же данные при температуре не ниже — 10° С распространяются и на кинети­ку нарастания прочности бетона с противоморозными добавка­ми, вводимыми в сочетании с ранним замораживанием или методом термоса.

Усредненные данные по про­должительности твердения бе­тона на портландцементе с

Таблица 8.16. ПРОЧНОСТЬ БЕТОНОВ С ДОБАВКАМИ, ТВЕРДЕВШИХ В ТЕЧЕНИЕ 28 СУТ ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ — 20°С + 28 СУТ НОРМАЛЬНО-BJIАЖНОСТНОГО ХРАНЕНИЯ

Добавки

Количество до­бавки, % мас­сы воды за творения

Предел проч­ности при сжатии, МП<

Предел проч­ности на рас­тяжение при изгибе, МПа

Предел проч­ности прн осе­вом растяже­нии, МПа

ННХК

10

38,8

4,3

2,4

15

35,7

4,4

2,4

Ннхкм

10

40

4,7

2,65

15

38,5

4,6

2,6

Нн+хк

10

36

4,5

2,5

15

43,2

4,2

2,4

Нкм

15

36

4,4

2,5

Без добавок

--

36

4,3

2,4

14* противоморозными добавками до достижения им критической прочности приведены в табл. 8.20.

8.5.2. Упругие характери­стики бетона. Улучшение боль-

Рис. 8.10. Кинетика роста относитель­ной прочности R/Rn (в процентах от прочности при сжатии в возрасте 28 сут бетона без добавки) бетона с до­бавкой 15% ННХК при температуре от — 2 до +4 °С после заморажива­ния в течение 56 сут при температуре —30 °С. На кривых указана прочность бетона до замораживания

419

00

Со

Ся

_

СТ5

О

О

О

О"

О

О"

О"

О

О"

О"

О"

О"

СО

Ь

Со

00

00

Со

О

О

О.

О

О

О_

О

О

О

О"

О

О

О

О

О"

О

О"

О

Таблица 8.18. прочность бетонов, твердеющих при различных темп ер атурных режимах

Добавка

Количество добавки, % массы воды за­творения

Прочность на сжатие, % от прочности эталона (38,7 МПа)

14 сут при —35°С+14 сут при —10 °С

14 сут при —35°С + 28сут нормально - влажностного хранения

14 сут при — 35°С + 14сут при — 10°С + +28 сут нор- Мально-влаж - ностного хра­нения

ННХК

7

6

68

85

10

8

118

103

15

13

135

111

20

23

120

102

25

40

112

88

Ннхкм

7

4

81

88

10

8

107

90

15

8

110

91

20

13

103

86

25

23

110

85

Нн+хк

7

9

73

67

10

9

80

75

15

15

86

89

20 '

18

87

79

25

20

79

77

Нкм

7

2

62

67

10

3

67

70

15

4

64

73

20

4

69

80

25

5

68

76

К2СОз

25

22

70

69

NaN02

25

13

55

66

Без добавок

0,5

44

50

Шинством противоморозных до­бавок структурных характе­ристик бетона благоприятно сказывается и на его упругих свойствах, о чем свидетельст­вуют данные табл. 8.21.

Модуль упругости — доста­точно структурно-чувствитель - ный показатель бетона. Это под­тверждается тем, что бетон с добавкой поташа, ухудшаю­щего структуру цементного кам­ня, имеет и более низкий модуль упругости, чем бетон с другими распространенными противоморозными добавками.

8.5.3. Сцепление арматуры с бетоном. Противоморозные до­бавки либо практически не из­меняют сцепления арматуры с бетоном (поташ, нитрит нат­рия) , либо несколько повышают его (на 10—20%). Особенно велика разница в значении сил сцепления при сравнении бетона с противоморозными до­бавками с бетонами без доба­вок, подвергшимися заморажи­ванию в раннем возрасте. В последнем случае в связи с дест­руктивными процессами сцепле­ние арматуры с бетоном снижа-

Таблица 8 20 продолжительность выдерживания бетона с противоморозными добавками до набора им критической прочности

Добавка

Темпера­тура твер­дения бе­тона, °С

Время выдерживания, сут, при марке бетона

М 200

М 300

М 400

Нн, ннк

—5

7

6

4

-10

12

9

7

— 15

19

14

11

Хк+хн

—5

6

5

4

-10 .

9

7

5

-15

19

14

10

-20

58

45

28

Нкм,

—5

7

6

4

Нк+м,

-10

12

9

7

Таблица 8.19. нарастание прочности бетона на портландцементе с противоморозными добавками

Добавка

Температура твердения бетона, °С

Прочность при сжатии, % марочной, при твердении на морозе, сут

7

14

28

90

Нн, ннк

—5

30

50

70

90

—10

20

35

55

70

— 15

10

25

35

50

Хк+хн

—5

35

65

80

100

— 10

25

35

45

70

— 15

15

25

• 35

50

—20

10

15

20

40

Нкм, нк+м,

—5

35

50

80

100

Ннк+м

— 10

20

35

60

80

— 15

15

25

35

60

—20

10

20

30

50

Хк+нн

—5

40

60

90

105

—10

25

40

65

90

—15

20

35

45

70

-20

15

30

40

60

—25

10

15

25

40

Ннхк, ннхк+м

—5

50

70

95

105

— 10

30

45

70 '

90

— 15

20

35

45

70

-20

15

30

40

60

-25

10

15

25

40

Поташ

—5

50

65

75

100

-10

30

50

70

90

-15

25

40

65

80

—20

20

35

55

70

—25

15

30

50

60

Примечание. При использовании высокомарочного шлакопортландцемента зна­чение прочности получают умножением указанных в таблице значений на коэффи­циент 0,8. Марочная прочность—прочность после 28 сут нормально-влажност - ного твердения бетона.

Продолжение табл. 8.20

Добавка

Темпера­тура твер­дения бе тона, °С

Время выдерживания, сут, при марке бетона

М 200

М 300

М 400

Ннк+м

-15

19

14

10

-20

28

19

14

Ннхк,

— 5

5

4

3

HHXK +

—10

9

7

5

+м,

— 15

11

9

7

Хк+нн

—20

14

11

9

-25

40

28

20

—5

3

2

1

Поташ

— 10

7

5

4

— 15

9

7

5

—20

10

8

6

-25

14

10

7

Таблица 8.21. МОДУЛЬ УПРУГОСТИ И УСЛОВНАЯ ПРЕДЕЛЬНАЯ РАСТЯЖИМОСТЬ БЕТОНОВ С ПРОТИВОМОРОЗНЫМИ ДОБАВКАМИ

Добавка

Концен­трация, %

Дина­миче­

Услов­ная

Массы

Ский

Пре­

Воды

Модуль упру­гости £•10-' МПа

Дель­ная растя­жи­мость

ХЮ'

Без добавок

4

5,6

Хк+хн

10

4,25

5,95

НН

15

4,2

5,75

HH + XK(1:1)

15

4,2

6,2

Ca(N03)2

15

4,3

6,8

Нкм

15

4,3

6,5

Ннк

15

4,4

6,8

Ннкм

15

4,25

7,1

Ннхк

15

4,65

6,75

Ннхкм

15

4,3

7,1

Поташ

15

3,5

4,5

Ется на 50—70 %, тогда как противоморозные добавки (в том числе вводимые в пони­женной дозировке для приме­нения в сочетании с методом раннего замораживания, см. п. 8.2) исключают деструкцию и способствуют сохранению хо­рошего сцепления арматуры с бетоном.

9.10.1. Общие положения. Добавки, используемые в тор - крет-бетоне, обычно подразде­ляются на четыре категории: ускорители, воздухововлекаю - щие агенты, замедлители и мелкоизмельченные инертные или активные гидравлические добавки. Однако, поскольку добавки …

Долговечностью бетона на­зывается его способность дли­тельно, в предусмотренных проектами пределах, сохранять свои эксплуатационные свойст­ва. Противоморозные добавки по-разному влияют на долго­вечность бетона. В зависимости от внешней среды, химико-ми- нералогического и веществен­ного …

msd.com.ua

2.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 -   2500 кгс/м3 ;

тяжелые ­­ -  = 22002500 кгс/м3;

облегченные -  = 18002200 кгс/м3;

легкие -  = 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 Rb – величина непосредственно используемая в расчетах - напряжения сжатия при которых разрушается бетонная призма стандартных размеров15 х 15 х 60см (Rb  0,75 R).

Прочность на растяжение Rbt получают при испытании на растяжение.

Прочность бетона при длительном действии нагрузки – бетон разрушается при напряжениях меньших чем Rb . Предел Rb,l 0,9Rb.

Прочность бетона при многократно повторных нагрузках - в результате накопления повреждений при многократно повторных нагрузках прочность бетона снижается. Предел выносливости Rr 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 Bt;

-марка по морозостойкости F;

-марка по водонепроницаемости W;

-марка по средней плотности D.

studfiles.net

Механические свойства бетонов

Прочность — свойство бетона сопротивляться разрушению от действия внешних нагрузок — характеризуется прочностью цементного камня и его сцепления с заполнителем. Как уже отмечалось, бетон относится к материалам, которые хорошо воспринимают сжимающие усилия и плохо сопротивляются растяжению. Поэтому строительные конструкции проектируют таким образом, чтобы бетон воспринимал нагрузки сжатия. Для восприятия растягивающих нагрузок конструкции армируют. Арматура обладает высоким сопротивлением растяжению.

Разрушение бетона начинается с разрушения наименее прочной составляющей — цементного камня или зоны контакта цементного камня и заполнителя. Испытания образцов под нагрузкой показывают, что в зависимости от свойств цементного камня и заполнителя возможны следующие случаи разрушения образцов:

  • если прочность заполнителя выше прочности цементного камня, разрушение происходит по цементному камню и не затрагивает крупный заполнитель;
  • если прочность цементного камня выше прочности заполнителя, разрушение происходит по заполнителю.

Определить прочность бетона можно как на образцах, так и непосредственно в изделиях и конструкциях. Образцы для испытаний могут изготовляться из бетонной смеси, а также извлекаться сверлением и пилением из затвердевшего бетона. Испытания проводят в соответствии с ГОСТ 10180—78.

Образцы изготовляют и хранят в условиях, близких к условиям твердения конструкции или сооружения. Прочность определяют, испытывая кубы с ребрами 7, 10, 15 и 20 см или цилиндры диаметром (D) 7, 10, 15 и 20 см и высотой, равной двум диаметрам (H=2D).

Прочность бетона на сжатие в 28-суточном возрасте при нормальных условиях твердения выражается в МПа. В зависимости от показателя прочности бетоны разделяются на классы (СНиП 2.03. 01—84): В1; В1,5; В2; В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В35; В40; В45; В50; В55; В60. Для перехода от класса бетона В к средней прочности бетона (МПа) необходимо В разделить на коэффициент 0,778. Например, для класса В5 средняя прочность 5/0,778=6,43 МПа.

Рассмотрим факторы, влияющие на прочность бетона.

  1. Водоцементное отношение В/Ц, которое характеризует пористость цементного камня в бетоне. С увеличением количества воды, взятой для приготовления бетонной смеси, при одном и том же количестве цемента прочность бетона снижается. Объясняется это тем, что для твердения цемента требуется 20-25% воды от его массы, что соответствует В/Ц=0,2-0,25. Но такая смесь получается сухой и трудноукладываемой. Поэтому для повышения удобоукладываемости расход воды увеличивают. Избыток воды испаряется, оставляя воздушные поры, которые ослабляют прочность цементного камня. Для монолитного строительства требуется использование бетонных смесей достаточно высокой подвижности. Это позволяет облегчить её укладку. Для бетонов на плотных заполнителях В/Ц принимается 0,4-0,6, а для бетонов на пористых легких заполнителях — 0,5-0,7.
  2. Качество заполнителя и цемента. Материалы подразделяют на высококачественные (щебень из плотных горных пород высокой прочности, песок оптимальной крупности и зернового состава портландцемент высокой активности), рядовые и низкого качества (крупный заполнитель низкой прочности, мелкие пески с содержанием пыли и органических примесей, цементы низкой активности). Высокопрочные бетоны можно получать только с использованием высококачественных заполнителей и высокомарочных цементов. Снижение качества заполнителей непременно приводит к резкому снижению физикомеханических и эксплуатационных характеристик бетонов и конструкций в целом.
  3. Форма зёрен заполнителя. Зёрна с более окатанной поверхностью обладают меньшим cцеплением с цементным камнем по сравнению с зернами остроугольной неправильной формы.
  4. Степень однородного перемешивания составляющих.
  5. Условия транспортирования и уплотнения. При транспортировании и укладке бетонная смесь не должна высыхать, замерзать, чрезмерно увлажняться и расслаиваться, т.е. крупный заполнитель не должен оседать, а цементное тесто и вода подниматься на поверхность.
  6. Условия твердения: влажность и температура окружающей среды. Для нормального твердения бетонов на портландцементе и других гидравлических вяжущих требуется высокая влажность, при которой вода из бетона не будет испаряться. Влажные условия твердения создают поливкой бетонных конструкций водой, покрытием специальными эмульсиями и плёнками, предотвращающими испарение воды из бетона.

Набор прочности во времени происходит за счёт увеличения прочности цементного камня и сил сцепления между цементным камнем и заполнителем. После укладки бетона в конструкцию в начальный период прочность растёт интенсивно, а в последующем замедляется.

Влияние температуры на набор прочности бетона следующее: повышение температуры значительно ускоряет набор прочности, а понижение — замедляет. Особое влияние на набор прочности оказывает раннее замораживание бетонной смеси. Оттаявшая бетонная смесь плохо набирает прочность, что приводит к опасным последствиям: если бетон не наберёт достаточной прочности, конструкция может разрушиться.

Плотность — важная физическая характеристика бетона. С повышением плотности улучшаются такие свойства, как прочность, водонепроницаемость, морозостойкость. Повышают плотность подбором состава заполнителей, качественным уплотнением смеси и введением специальных пластифицирующих добавок.

Следует различать плотность незатвердевшей бетонной смеси и плотность бетона. Плотность бетонной смеси зависит от количества вовлечённого в неё воздуха: чем больше воздуха, тем ниже плотность. При уплотнении смеси большая часть воздушных включений удаляется.

Водонепроницаемость зависит от пористости и структуры пор (замкнутые, капиллярные или сообщающиеся) бетона. Микропоры и капилляры размером более 105 см доступны для фильтрации воды. Пористость бетона уменьшается при понижении В/Ц, увеличении гидратации цемента, применении вибрации при укладке смеси.

Испытания на водонепроницаемость (ГОСТ 1273.5—84) проводят на образцахцилиндрах, диаметр и высота которых равны 150 мм. Подготовленные образцы устанавливают в испы-тательный прибор, в котором к нижней поверхности образца подводится под заданным давлением вода. Наблюдая за верхней плоскостью, фиксируют момент начала просачивания воды через бетон. Испытания начинают при давлении 0,1 МПа, а затем его повышают по 0,1 МПа через каждые 8 ч. По давлению, при котором на поверхности образцов появляется вода, судят о водонепроницаемости бетона. По водонепроницаемости бетоны делят на шесть марок. Каждой марке соответствует определенное давление, при котором наблюдается появление воды на по-верхности образцов:

Марка W2 W4 W6 W8 WI0 W12
Давление, МПа 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

В некоторых случаях к бетонам предъявляют требования по газопроницаемости, так как газы существенно влияют на протекание процессов коррозии бетона и стали.

Морозостойкость — способность бетона выдерживать много-кратное замораживание и оттаивание. Перед испытаниями бетон насыщают водой. При замерзании вода в порах бетона увели-чивается в объеме на 9% и вызывает большие внутренние напряжения, которые постепенно разрушают его структуру: сначала образуются мелкие трещины и разрушаются поверхно-стные слои, а затем и более глубокие.

Морозостойкость оценивают по числу циклов замораживания и оттаивания, при которых масса образца изменяется не более чем на 5%, а его прочность снижается не более чем на 15%.

При испытании кубы замораживают в течение 4 ч (не менее) при температуре —15° С, затем оттаивают их в ванне с водой при ^=15...20° С также не менее 4 ч. Ускоренный способ предусматривает замораживание образцов при /=—50° С. По морозо-стойкости тяжелые бетоны делят на следующие марки: F50; F75; F100; F150; F200; F300; F400; F500 (цифры обозначают число циклов замораживания и оттаивания). Для мелкозер-нистых и легких бетонов кроме указанных введены марки F25 и F35, а для ячеистых — F15.

Hosted by uCoz

ivcem.narod.ru

Основные физико-механические свойства бетона — КиберПедия

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

Прочность на растяжение Rbt получают при испытании на растяжение.

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

Прочность бетона при многократно повторных нагрузках - в результате накопления повреждений при многократно повторных нагрузках прочность бетона снижается. Предел выносливости Rr 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 Bt;

-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 sb=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 sb ¹ const.

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

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

,

r - масштабный коэффициент.

Начальные модуль упругости при растяжении и сжатии принимаются одинаковыми Eb = Ebt .

 

cyberpedia.su

Тема 4. Физико-механические свойства железобетона

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 4Следующая ⇒

 

Физико-механические свойства бетона и арматуры в значительной мере определяют свойства железобетона вместе с тем, вследствие сцепления бетона и арматуры, такие явления как усадка, ползучесть, температурные деформации в железобетоне протекают несколько иначе, чем в неармированном бетоне.

Сцепление арматуры с бетоном

Под сцеплением понимают явление, при котором забетонированный стержень оказывает сопротивление при его выдергивании из бетона или проталкиванию через бетон.

При значительной заделке стержней в бетоне это сопротивление может быть настолько велико, что прежде будет преодолена прочность стальной арматуры на растяжение, чем сцепление ее с бетоном по окружности стержня.

Сцепление арматуры с бетоном обеспечивает их совместную работу. Если сцепление нарушено, то конструкция может разрушиться, даже если ее прочность в сечении, где изгибающий момент достигает максимального значения, обеспечена. Особенно важно обеспечить надежное сцепление арматуры в приопорной зоне, где скалывающие напряжения достигают наибольшего значения, что следует из формулы Журавского τ = QS / Jb. При недостаточном сцеплении к концам стержней приваривают коротыши или делают крюки.

Сцепление существенно влияет на величину раскрытия трещин в растянутой зоне балки и на ее деформации (прогибы)

С повышением прочности арматуры проблема сцепления приобретает особую актуальность. Поэтому стержневая арматура классов А-II, А-III и выше имеет профилированную поверхность, что обеспечивает повышение сцепления арматуры с бетоном.

 

Причины, вызывающие сцепление

1.Склеивание. Его доля составляет около 10 % от полного сопротивления выдергиванию профилированной арматуры и 25 % - для гладкой арматуры.

2. Силы трения, которые возникают при сдвиге стержня относительно бетона и определяются обжатием бетона за счет усадки при его твердении. Для гладкой арматуры - 75 %, для периодической - 15-20 %.

3. Зацепление в бетоне выступов на поверхности арматуры периодического профиля, которое оказывает наибольшее влияние на прочность ее сцепления.

На величину сцепления оказывают влияние следующие факторы:

- сцепление возрастает в уменьшением В/Ц с одновременным хорошим уплотнением бетона при укладке и увлажнении в первый период твердения;

- при благоприятных условиях (влажность и температура окружающей среды) сцепление возрастает с возрастом бетона;

- ранее замораживание железобетона ведет к резкому понижению сцепления арматуры с бетоном;

- хомуты и, особенно, поперечные стержни в сварных каркасах существенно улучшают сцепление;

- применение более тонкой арматуры при заданной площади сечения растянутой арматуры увеличивает сцепление пропорционально корню квадратному из числа стержней.

С увеличением диаметра стержня и напряжения в нем σ1 прочность сцепления при сжатии увеличивается, а при растяжении уменьшается, поэтому диаметр растянутых стержней следует ограничивать.

 

Экспериментально установлено, что напряжение сцепления на длине заделки стержня распределяются неравномерно. Выдергивающая сила воспринимается только определенным участком заделанного в бетоне стержня. Увеличение длины заделки сверх длины участка сцепления не меняет напряженного состояния.

Среднее напряжение можно определить

τm = N / l3 U,

где U – периметр заделанных стержней.

 

 

Наименьшую необходимую длину можно определить из условия равенства усилий растяжения арматуры усилию сопротивления стержня скольжению Nраст = Nсц .

 

Усадка железобетона

 

В железобетонных элементах стальные стержни арматуры вследствие из сцепления с бетоном становятся внутренней связью, препятствующей свободной усадке бетона. Стесненные деформации усадки бетона приводят к появлению в железобетонных элементах начальных внутренних напряжений – растягивающих в бетоне и сжимающих в арматуре.

При усадке железобетона растягивающие напряжения в бетоне зависят от свободной усадки бетона, содержания арматуры и прочности бетона.

С увеличением содержания арматуры в бетоне растягивающие напряжения увеличиваются и если они достигают временного сопротивления растяжению бетона Rbt , возникают усадочные трещины. Начальные напряжения в бетоне от усадки способствуют более раннему образованию трещин в тех зонах железобетонных элементов, которые испытывают растяжение от нагрузки. Однако с появлением трещин влияние усадки уменьшается.

 

Ползучесть железобетона

 

Ползучесть бетона приводит к изменению напряженно-деформированного состояния в железобетоне, поскольку арматура, являясь внутренней связью, препятствует свободным деформациям ползучести бетона. В железобетонных элементах под нагрузкой стесненная ползучесть приводит к перераспределению усилий между арматурой и бетоном. Процесс перераспределения усилий протекает интенсивно в течение примерно 200 дней, а затем постепенно затухает (в течение года).

В центрально сжатых железобетонных элементах при наличии надежной поперечной арматуры, препятствующей выпучиванию продольной арматуры, напряжение в арматуре увеличивается, а в бетоне уменьшается. Причем напряжения в арматуре достигают предела текучести, а в бетоне предела прочности при сжатии (RB).

В изгибаемых железобетонных элементах ползучесть бетона вызывает увеличение прогибов за счет увеличения деформаций в сжатой зоне, что следует из известного выражения

где ε а – деформация арматуры в растянутой зоне;

ε бс – деформация бетона сжатой кромки.

Ползучесть и усадка бетона в железобетоне протекают одновременно и совместно влияют на работу элементов железобетонных конструкций.

 

Влияние температуры на железобетон

Кратковременное действие высоких температур возникает при пожарах. При их длительности до 3 часов и температуре до 1000 – 1100 оС бетон практически не теряет прочность, при этом происходит обезвоживание бетона, что резко увеличивает его термическое сопротивление. Однако, при длительных пожарах из-за достижения арматурой относительно высоких температур (350 – 500 оС) происходит полное разрушение железобетона.

Длительное воздействие высоких температур приводит к снижению прочности бетона (при t = 200 – 250 оС) или к полному разрушению (при t > 500 оС).

Основной причиной разрушения обычного бетона при длительном воздействии высоких температур является превращение гидрата окиси кальция Са (ОН)2 , образующуюся при твердении цемента в окись кальция СаО (известь - «кипелку»), которая при гашении за счет влаги воздуха увеличивается в объеме и разрушает бетон. Причиной разрушения бетона также являются дополнительные напряжения, возникающие вследствие различия в деформациях цементного камня и заполнителя, а также неравномерного изменения объема заполнителя и ослабления самого заполнителя из-за неоднородности минералогического состава.

В статически неопределимых железобетонных конструкциях под воздействием сезонных изменений температуры возникают дополнительные усилия, которые при большой протяженности конструкций достигают больших значений. Чтобы уменьшить эти усилия, здания и сооружения большой протяженности делят на отдельные блоки температурными швами, которые обычно совмещают с усадочными швами.

 

Читайте также:

lektsia.com

Механические свойства бетонов - Строй Спот

Прочность — свойство бетона сопротивляться разрушению от  действия внешних нагрузок — характеризуется прочностью  цементного камня и его сцепления с заполнителем.  Бетон относится к материалам, которые хорошо воспринимают  сжимающие усилия и плохо сопротивляются растяжению.  Для восприятия растягивающих нагрузок конструкции армируют.  Арматура обладает высоким сопротивлением растяжению.

Разрушение бетона начинается с разрушения наименее прочной  составляющей — или цементного камня, или зоны контакта  цементного камня и заполнителя.

Плотность — важная физическая характеристика бетона. С повышением плотности улучшаются такие свойства, как прочность, водонепроницаемость, морозостойкость. Повышают плотность подбором состава заполнителей, качественным уплотнением  смеси и введением специальных пластифицирующих добавок.

Водонепроницаемость зависит от пористости и структуры пор (замкнутые, капиллярные или сообщающиеся) бетона. Микропоры и  капилляры доступны для фильтрации воды. Пористость бетона  уменьшается при понижении водоцементного отношения,  увеличении гидратации цемента, применении вибрации при укладке смеси. Водонепроницаемость бетона оценивают количеством  воды, прошедшей через 1 см. кв. образца в течение часа при постоянном давлении.

В некоторых случаях к бетонам предъявляют требования по газопроницаемости, так как газы играют существенную роль при протекании процессов коррозии бетона и стали.

Для повышения непроницаемости бетоны пропитывают специальными составами; вводят в смеси специальные вещества из термопластичных полимеров; покрывают поверхности бетона пленкообразующими составами; пропитывают бетон мономером с последующей его полимеризацией. Все эти средства существенно  повышают непроницаемость бетонов и повышают их долговечность  и эксплуатационную стойкость.

Морозостойкость — способность бетона выдерживать многократное  замораживание и оттаивание. Морозостойкость оценивают по  числу циклов замораживания и оттаивания.

Для повышения морозостойкости в бетонную смесь вводят воздухововлекающие добавки, которые способствуют образованию  в бетоне воздушных пор. В порах замерзшая вода перераспределяется  и внутреннее давление снижается.

stroyspot.ru

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕТОНА

Добавки в бетон Справочное пособие

2.4.1. Прочность при сжатии.

Хлорид кальция увеличивает прочность бетона и раствора в раннем возрасте, причем кон­кретные данные зависят от его дозировки, водоцементного от­ношения, температуры, условий хранения и типа цемента. СаСЬ повышает прочность бетона на цементах любого типа (табл. 2.5) [56]. Что касается проч­ности бетона в более позднем

Таблица 2.5. ВРЕМЯ, НЕОБХОДИМОЕ ДЛЯ ДОСТИЖЕНИЯ БЕТОНОМ ПРОЧНОСТИ ПРИ СЖАТИИ, РАВНОЙ 13,8 МПа

Тип цемента (по ASTM)

Продолжительность твердения бетона, сут

Без добавки

С 2 % СаСЬ

I

4

1,5

II

5

2

III

1

0,6

IV

10

4

V

11

5,5

Возрасте, то эти данные про­тиворечивы.

Введение смеси СаО и А12 (SO-ib в качестве добавки вос­станавливает прочность бетона [103]. Кинетика изменения прочности бетона зависит от количества первоначально вве­денного СаСЬ. Его оптималь­ные дозировки лежат между 1 и 4 %, однако большинство ис­следователей сходятся на 2 % СаСЬ (т. е. 1,5 % в расчете на безводную соль). Более высо­кое содержание хлорида каль­ция приводит обычно к сниже­нию прочности бетона.

Ускорение твердения наблю­дается и в тех случаях, когда бетон твердеет при температуре ниже обычной, причем относи­тельный прирост прочности в этом случае часто даже воз­растает [56] (рис. 2.18).

Применение ускорителей обеспечивает ряд преимуществ при производстве сборного же­лезобетона. В СССР рекомен­дуют вводить большие дозы К2СО3 или NaN02 + CaCl2 в бе­тон для стыков при безобо - гревном бетонировании [104].

Обычно прочность сопостав­ляют при одинаковом времени выдерживания бетонов. Однако

Для более полной оценки эффек­тивности хлорида кальция важ­ны также данные по прочности бетонов при одинаковой сте­пени гидратации цемента [60] (рис. 2.19). Из приведенных данных видно, что введение 3,5 % СаСІг приводит к сни­жению прочности бетона при одинаковой степени гидратации цемента — при любой полноте процесса гидратации, тогда как добавление 1—2 % СаСЬ обес­печивает бетону большую проч­ность при одинаковой с этало­ном степени гидратации цемен­та, если она выше 60 %. Эти опыты подтверждают не­обходимость учета плотности, пористости и характеристик сцепления частиц, зависящих отособенностей природы продук­тов гидратации цемента.

В советской литературе при­водится большой перечень ком­плексных добавок, например СаСЬ и Ni (NO3) 2, нитрата и ни­трита кальция, а также сочета­ние последних с хлоридом каль­ция [105, 106]. По данным [105], максимальную прочность бетону обеспечивает смесь из 1,1% СаС12+1,2 % Ni(N03)2, что объясняется более полной гидратацией цемента, образо­ванием более низкоосновных гидросиликатов кальция и комп­лексных солей этих добавок с составляющими цементного камня.

20 ЗО 40 50 60 70 80 Степень гидратации, %

Рис. 2.19. Зависимость прочности бе­тона от степени гидратации цементного камня, содержащего хлорид кальция

Прочность бетона нельзя счи­тать линейной функцией степе­ни гидратации цемента в при­сутствии комплексных добавок. Так, при 50 %-ной степени гид­ратации цемента прочность бе­тона с добавкой нитрит—нит­рат—хлорида кальция состави­ла 16—23 МПа, а для бетона без добавки—10 МПа [106].

Известны и результаты ис­следования бетонов с добавка­ми хлоридов с другими катио­нами. Согласно [107], проч­ность бетона в возрасте 1 сут, содержащего 1,6 % ВаС12, была такой же, как с 2 % СаСЬ, однако к 28 сут прочность бе­тона с хлоридом бария была ниже, чем с хлоридом каль­ция. Как ускоритель ВаСЬ уступает СаСЬ при темпера­туре 10—15 °С, что, по-види­мому, связано с разной раство­римостью этих солей.

По данным [108], повыше­ние прочности бетона с добав­кой 3 % СаСЬ в 28-суточном возрасте наблюдается и при его пропаривании при 70 °С в те­чение 20 ч.

2.4.2. Прочность при изгибе. В целом хлорид кальция в мень­шей степени повышает проч­ность бетона при изгибе, чем при сжатии [109]. Долговре­менная прочность бетона при изгибе в присутствии этой до­бавки (при температуре 3,9— 12,8 °С) может быть даже несколько ниже, чем у эталона (рис. 2.20).

2.4.3. Прочность при растя­жении. При введении до 2 % СаСЬ прочность бетона при растяжении возрастает, а при большей дозировке — снижа­ется.

2.4.4. Модуль упругости. В

Присутствии хлорида кальция модуль упругости бетона изме­няется так же, как и его проч­ность при сжатии: в раннем воз­расте имеет большее значение модуль упругости, а в возрасте

Рис. 2.20. Развитие прочности в це­ментном камне, содержащем различ­ные количества хлорида кальция

90 сут этот показатель такой же, как у эталона [110].

2.4.5. Стойкость к истиранию.

Бетон с добавкой 2 % СаСЬ более стоек к истиранию, чем бетон без добавки, как при влажном хранении, так и в су: хих условиях [111]; он также меньше подвергается эрозии.

8.5.1. Прочность бетона. Положительное влияние боль­шинства противоморозных до­бавок на микроструктуру це­ментного камня, его поровую структуру и зону контакта с за­полнителем проявляется в улуч­шении физико-механических по­казателей бетона. Однако в свя­зи с …

9.10.1. Общие положения. Добавки, используемые в тор - крет-бетоне, обычно подразде­ляются на четыре категории: ускорители, воздухововлекаю - щие агенты, замедлители и мелкоизмельченные инертные или активные гидравлические добавки. Однако, поскольку добавки …

Долговечностью бетона на­зывается его способность дли­тельно, в предусмотренных проектами пределах, сохранять свои эксплуатационные свойст­ва. Противоморозные добавки по-разному влияют на долго­вечность бетона. В зависимости от внешней среды, химико-ми- нералогического и веществен­ного …

msd.com.ua