Бетон як матеріал для залізобетонних конструкцій

Основні фізико-механічні властивості бетону, арматури залізобетону.

Бетон – це штучний каменеподібний матеріал, що отримується внаслідок тверднення суміші, що складається з в’яжучого, води і заповнювачів. Властивості складових коливаються в широких межах, тому і характеристики бетонів вельми різноманітні.

Фізико-механічні властивості бетону залежать від складу суміші, виду в’яжучого і заповнювачів, водо-цементного відношення, способів приготування, укладання і обробки бетонної суміші, умов тверднення (природне тверднення, пропарювання, автоклавна обробка), віку бетону тощо. Всі ці особливості потрібно враховувати, вибираючи матеріали для бетону, призначаючи його склад і способи приготування.

Бетон повинен володіти достатньо високою міцністю, хорошим зчепленням з арматурою і щільністю, яка забезпечує захист арматури від корозії і довговічність конструкцій.

Залежно від об'ємної маси (щільності) розрізняють бетони на щільних заповнювачах (важкий бетон) на пористих заповнювачах (легкий бетон), і комірчастий. Найпоширеніші в будівництві важкі бетони щільністю D2200-D2500 кг/м³. Міцність важкого бетону досягає 100 МПа і вище.

Бетони щільністю більше ніж D2500 кг/м³ належать до особливо важких; їх використовують для захисту від радіації і готують із застосуванням особливих видів заповнювачів з підвищеною щільністю.

Бетон середня густина якого менше D2200 кг/м³ є легким.

Міцність такого бетону зазвичай не перевищує 40–50 МПа. Пористими заповнювачами є керамзит, аглопорит, туф, пемза, шунгизит тощо. Завдяки меншій звуко- і теплопровідності бетон на пористих заповнювачах широко застосовують у цивільному будівництві. Мала щільність робить особливо доцільним застосування його під час будівництва інженерних споруд.

До ніздрюватих бетонів належать газо- і пінобетон. Тепловологу обробку виробів з комірчастого бетону виконують в автоклавах за температури 170–200°С і тиску пари 0,8–1,2 МПа. Міцність комірчастого бетону досягає 15 МПа.

Звичайний бетон у разі тривалої дії високих температур руйнується унаслідок обезводнення цементного каменя, відмінності температурних деформацій цементного каменя і заповнювачів і інших причин. У зв'язку з цим звичайний бетон допускається для застосування в конструкціях, що піддаються тривалій дії температури не більше – 50°С, і не нижче – 70°С.

Для конструкцій, що працюють за вищих температур, застосовують жаростійкий бетон, що готується на термічно стійких заповнювачах з малим коефіцієнтом температурного розширення (шамот, металургійні шлаки, хромит тощо) і глиноземнистому цементі або на портландцементі з дрібномолотими добавками (шамот, кварц, вулканічні породи тощо), або ж на рідкому склі з кремнефтористим натрієм і дрібномолотою добавкою. Такі бетони здатні витримати тривалу дію температури до 1200°С.

Жаростійкий бетон застосовують у фундаментах доменних печей, під час футирування мартенівських печей, в димарях і інших спорудах, схильних до дії високих температур.

Останніми роками в Україні, за рубежем в будівництві застосовують армопластбетонні конструкції, які виготовляють з бетону на основі полімерних в’яжучих (полізінілацетат, полівінілхлорид тощо). Такий бетон відрізняється високою хімічною стійкістю і використовується переважно в спорудах, що піддаються діям хімічних речовин (гази, масла, кислоти, луги тощо.).

Міцність бетону. Структура бетону вельми неоднорідна; вона передбачає просторові грати цементного каменя, заповнені зернами піску і щебеня, що містять велику кількість мікропор і капілярів.

У стислому бетонному зразку напруга концентрується на жорсткіших частинках, тому по площинах з'єднання частинок виникає сила, що прагне порушити зв'язок між ними. Одночасно біля порів концентруються напруження – стиску і розтягу. А оскільки в бетоні багато порів, то напруження розтягу накладаються одна на одну. У результаті бетон, що погано працює на розтягування, руйнується унаслідок розриву в поперечному напрямі.

Відсутність закономірності в розташуванні частинок затверділого бетону, а також в розташуванні і розмірах порів призводить до того, що під час випробування зразків з одного і того самого бетону спостерігається витрата показників його міцності.

Міцність бетону з часом зростає, оскільки тверднення бетону відбувається роками. (рис. 17.1)

Рис. 17.1. Наростання міцності бетону в часі:

1 -при вологому зберіганні; 2 - при сухому зберіганні

Як правило, після досягнення бетоном віку 28 днів, збільшення його міцності в часі не значне. Тому, бетон випробовують на міцність при стиску через 28 днів, або результати випробувань приводять до 28-денних результатів, множенням показників міцності на поправкові коефіцієнти, отримані під час порівняльних випробувань.

Міцність бетону залежить від форми і розміру зразків. В Україні за нормальний зразок прийнятий бетонний куб із стороною 15 см; у разі зменшення розмірів куба міцність зростає, у разі збільшення – зменшується, оскільки вірогідність наявності дефектів за великих розмірів збільшується. Перехідні коефіцієнти до нормального куба із стороною 15 см прийнято такими, що дорівнюють: від куба із стороною 10см – 0,91, від куба із стороною 20см – 1,12.

У разі збільшення висоти зразка опір бетону до стиснення зменшується, але при 3< h/a³ 8(де h – висота призми, а – сторона її основи) міцність призм практично стає постійною.

У США за нормальний зразок прийнятий циліндр діаметром 15,2см і заввишки 30,5 см (6x12"). Межа міцності циліндрового зразка дорівнює 0,7–0,75 межі міцності нормального куба.

Необхідно мати на увазі,що хоча міцність куба і взята за еталон показника міцності бетону (її необхідно мати для виробничого констролю), вона є умовною характеристикою і не може бути безпосередньо використана в розрахунках несучої здатності залізобетонних конструкцій.

На результати випробування, а відповідно і на міцність бетону, впливає швидкість завантаження зразків. За сповільненого (тривалого) завантаження міцність бетону може знизитися на 10-15 % порівняно з результатами короткочасного випробування. За швидкого завантаження (протягом 0,2 с і менше) міцність бетону зростає до 20 %.

Бетон має різну міцність у разі різних силових дій: стиснення, розтягування, зрізу. У зв'язку з цим розрізняють декілька характеристик міцності бетону.

Для забезпечення необхідних надійності і довговічності залізобетоних конструкцій при проетуванні, встановлені показники, які називаються класом і маркою бетону.

Залежно від призначення і умов роботи залізобетонних конструкцій встановлюють показники якості бетону, основними з яких є:

а) клас бетону за міцністю на стиск Сповинен бути в проекті у всіх випадках;

б) міцність на осьовий розтяг , повинен призначатися у випадках, коли ця характеристика має визначальне значення і контролюється на виробництві.

в) марка за морозостійкістю F; повинна призначатись для конструкцій, що у зволоженому стані піддаються діям поперемінного замерзання і розтаювання;

г) марка за водонепроникливістю W; повинна призначатися для конструкцій, від яких вимагається водонепроникливість;

д) марка за середньою щільністю D; повинна призначатися для конструкцій, від яких вимагається теплоізоляція;

Для виготовлення залізобетонних конструкцій як правило використовуються наступні класи і марки бетону:

Класи за міцністю на стиск:

важкі бетони – C8/10; C12/15; C16/20; C20/25; C25/30; C30/35; C32/40; C35/45; C40/50; C50/60;

легкі бетони – LC8/9; LC12/13; LC16/18; LC20/22; LC25/28; LC30/33; LC35/38; LC40/44; LC45/50; LC50/60.

Чинними в Україні нормативними документами дозволяється використовувати для залізобетонних конструкцій важкий бетон класів вище С50/60 (С55/67 – С100/115) при виконанні необхідних експериментально-теоретичних досліджень.

Класи легких бетонів за густиною наведено в таблиці 17.1.

Таблиця 17.1 – Класифікація легкого бетону за густиною

Клас густини	D 1.0	D 1.2	D 1.4	D 1.6	D 1.8	D 2.0
Діапазон густини, кг/м^3	≥800 Але ≤1000	≥1000 Але ≤1200	≥1200 Але ≤1400	≥1400 Але ≤1600	≥1600 Але ≤1800	≥1800 Але ≤2000
Примітка. Густина легких бетонів може бути задана як проектна характеристика при визначенні складу бетону.

Марки бетону за морозостійкістю F:

важкий бетон - F50; F75; F100; F150; F200; F300; F400; F500.

легкі бетони – F25; F35; F50; F100; F150; F200; F300.

Марки бетону за водонепроникністю W:

важкі і легкі бетони W2; W4; W6; W8; W10; W12.

Для бетонів інших видів марки за водопоникненістю не призначаються.

Вік бетону, що відповідає його класу за міцністю на стиск, призначається під час проектування враховуючи можливості реальні терміни завантаження конструкції проектними навантаженнями, способу зведення, умови тверднення бетону. За відсутності цих даних клас бетону встановлюється у віці 28 діб.

Значення відпускної міцності бетону в елементах збірних конструкцій встановлюється державними стандартами на збірні вироби.

Для залізобетонних конструкцій не допускається застосування:

- важкого бетону класу за міцністю на стиск нижче С8/10;

- легкого бетону за міцністю на стиск нижче LC 8/9/

Рекомендується приймати клас бетону за міцністю на стиснення:

– для залізобетонних елементів з важкого і легкого бетону, що розраховуються на дію навантаження, що багато разів повторюється, не нижче С12/15 та LC12/13;

– для залізобетонних стиснутих стержневих елементів з важкого, дрібнозернистого і легкого бетону не нижче С12/15 та LC12/13;

– для сильно навантажених стислих стержневих(наприклад, для колон, що сприймають значні навантаження кранів, і для колон нижніх поверхів багатоповерхових будівель) - не нижче С20/25.

Для заповнення стиків елементів збірних залізобетонних конструкцій клас бетону потрібно встановлювати залежно від умов роботи елементів, що з`єднуються, але приймати не нижче С8/10.

Марки бетону за морозостійкістю і водонепроникливістю залізобетонних конструкцій приймаються залежно від режиму їх експлуатації і значень розрахункових зимових температур зовнішнього повітря в районі будівництва.

Так, в будівлях і спорудах I класу за ступенем відповідальності, мінімальна марка бетону за морозостійкістю для умов роботи конструкцій (окрім зовнішніх стін опалювальних будівель) з поперемінним заморожуванням і відтаненням у водонасиченому стані і розрахунковій зимовій температурі зовнішнього повітря – 20...40°С включно, повинна бути F200, CC2 - F150,а за водонепроникливості відповідно W4 і W2.

У разі зміни тільки режиму роботи конструкцій, наприклад, можлива епізодична дія температур нижче 0°С у водонасиченому стані, мінімальна марка бетону за морозостійкістю повинна становити відповідно F75 і F50, а марка бетону за водонепроникності взагалі не нормується.

Клас бетону, або кубикова міцність є умовним показником, оскільки через тертя між опорними гранями зразка і плитами преса у зразку виникає складний напружений стан. Краще уявлення про міцність бетону при одноосьовому стисненні дають випробування призм заввишки, що перевищують сторону основи в 3-4 рази, оскільки в середній їх частині вплив тертя є незначним.

Міцність бетону призми (призмова міцність) може бути визначити за кубиковою міцністю, оскільки між цими характеристиками існує доволі стійка залежність:

для важких бетонів, бетонів на пористих заповнювачах і поризованних

fck,prism= ( 0,77 — 0,001 C) C,

(17.1)

але не менше 0,72C;

Призмову міцність бетону використовують при розрахунку на згин і стиск елементів конструкцій (балок, колон, стиснутих елементів ферм, арок тощо.).

Міцність бетону на розтяг. Міцність бетону під час осьового розтягу у 10-20 разів нижче за міцність при стисненні. Причому із збільшенням кубикової міцності бетону відносна міцність бетону під час розтягуванні знижується. Хоча під час розрахунків міцності конструкцій часто нехтують опором бетону у разі розтягування, визначення цієї характеристики важливе, оскільки з межею міцності під час розтягування зв'язана тріщиностійкість конструкцій.

Міцність бетону на зріз. Експериментальні дослідження опору бетону зрізу ускладнюються, зазвичай, наявністю згинальних моментів, яких не вдається уникнути навіть при найретельнішій постановці досліду. Найбільш розповсюдженні схеми випробування на зріз показані на рис. 17.2.

Рис. 17.2. Схема випробування бетону на зріз

Значний вплив на зріз проявляє опір великих зерен заповнювачів, які, потрапляючи в площину зрізу, працюють як свого роду шпонки. Менша міцність заповнювачів у легких бетонах, наприклад у керамзитобетонах того ж класу, призводить до пониження межі міцності зрізу.

У разі чистого зрізу, що рідко трапляється на практиці, межу міцності визначають за емпіричною формулою

або .

(17.2)

Значно частіше в залізобетонних конструкціях бетон працює на сколювання, що спричиняється, наприклад, дією поперечних сил при згині в похилих перерізах поблизу опор. Сколюючі (дотичні) напруження при згині розподіляються за висотою перерізу за законом параболи; при постійній ширині перерізу сколююче напруження досягає найбільшого значення на рівні нейтрального шару. Опір бетону до сколювання в 1,5-2 рази вищий, ніж опір осьовому розтягу.

Міцність бетону під час різних силових дій має приблизно такі значення:

При стиску кубів:
При стиску призм	(0,7-0,8)
При осьовому розтягу	(0,05-0,1)
При розтягу при згині	(0,1-0,18)
При чистому зрізі	(0,15-0,3)
При сколюванні	(0,1-0,2)

Деформації бетону. Для будь-яких матеріалів крім даних про міцність необхідно мати характеристики деформативності властивості бетону змінювати розмір і форму під впливом діючих на нього факторів, за допомогою яких можна було б визначати деформації, наприклад, прогин. У залізобетонних конструкціях питання деформативності бетону набувають особливого значення.

Дослідження деформацій бетону за умови спільної роботи з арматурою (тобто за наявності зчеплення між ними) дозволяє вирішити питання про розподіл зусиль між бетоном і арматурою. Крім того, вивчення деформацій доволяє задаватися розподілом напружень у бетоні при розрахунках, визначити момент появи тріщин, їх розвиток, врахувати можливий перерозподіл зусиль. Деформації бетону мають суттєве значення також у попередньонапружених конструкціях, в яких кінцеве значення напружень обтиску бетону встановлюється з урахуванням непружних деформацій.

Деформації бетону зазвичай поділяють на дві категорії. До першої відносять деформації, пов’язані зі зміною температури і вологості навколишнього середовища, до другої – деформації визвані силовими впливами, що виникають під дією прикладених навантажень та переміщень.

В залежності від характеру прикладання і тривалості прикладання і тривалості дії навантажень (зусиль) силові деформації бетону розподіляються, в свою чергу, на деформації, що виникають при одноразовому завантажені короткочасним навантаженням при тривалому впливі навантаженя і при впливі багаторазового повторювального навантаження.

Такий поділ є, звичайно, досить умовним, проте, по-перше, він повязується з основними, використовуваними в розрахунках, впливами, а, по-друге, дуже зручний з методологічної точки зору.

Бетон – це матеріал з яскраво вираженими пружно-пластичними властивостями. Вже у разі незначного напруження у бетоні розвиваються пружні і пластичні деформації (рис. 17.3).

Повна деформація бетону ε_c складається з деформації пружної ε_el, яка відновлюється після зняття навантаження, і деформації пластичної ε_pl, яка після зняття навантаження практично не відновлюється:

εc = εel + εpl .

(17.3)

Деформації під час одноразового короткочасного навантаження. Зв’язок деформативних і міцнісних власовостей бетону, як і всякого іншого матеріалу, відображається на діаграмі стиску і розтягу. Розглянемо діаграму короткочасного стиску бетону (рис. 17.3).

Деформації, що розвиваються після у бетоні при витримці зразків у початковий момент навантаження, є близькими до пружних, тобто пропорційними напруженнями. На діаграмі виходить практично пряма лінія, що проходить під кутом до осі навантаженням, є пластичними і збільшуються із зростанням напружень: цьому процесу на діаграмі відповідає крива 2 (рис. 17.4).

Рис. 17.3. Діаграма «напруження-деформації» бетону

Рис.17.4. Діаграма стиску і розтягу бетону:

1-дотична; 2-навантаження (-пружні деформації, -пластичні)

У загальному випадку отримана таким способом діаграма має криволінійний характер. За малих навантаженнях переважають пружні деформації, за великих – пластичні.

Відхилення від лінійної залежності визначаються швидкістю навантаження або тривалістю досліду, класом бетону і напруженнями.

Із збільшенням міцності бетону непружні деформації зменшуються. При бетонах класу С40/50 і вище залежність між деформаціями і напруженнями виходить майже лінійною.

Діаграма розтягу бетону залежить від тих же чинників, що і діаграма стиску. Проте неоднорідність будови і наявність неминучих ексцентриситетів особливо сильно позначається при дослідах на розтяг і приводить до значного розкиду результатів, тому оцінка непружних деформацій під час розтягу затруднено.

Деформації при тривалих навантаженнях. У разі тривалої дії навантажень у бетонних і залізобетонних елементах розвиваються значні пластичні деформації.

Наростання деформацій при тривалих навантаженнях називається повзучістю. Повзучість виявляється при постійних і змінних напруженнях.

Розрізняють лінійну і нелінійну повзучість. Лінійною називається повзучість, за якої деформації приблизно пропорційні напруженням. Такі деформації спостерігаються за напружень, які нижчі за межу появи мікротріщин (за О. Я. Бергом). У разі напруги вище цієї межі починається прискорене наростання деформацій або нелінійна повзучість.

На рис. 17.5. крива АБ показала типову залежність наростання деформацій повзучості від часу за лінійної повзучості, а крива ГД – також залежна за нелінійної повзучості. Оскільки межа між цими двома видами повзучості (границя розвитку мікротріщин) вище напружень під час використовуваних навантаженнях, найбільш практичне значення має лінійна повзучість.

Якщо напруження в бетоні від експлуатаційних навантажень вище межі між двома видами повзучості (межа розвитку мікротріщин) то при розрахунках враховується нелінійна повзучість.

Лінійна повзучість пояснюється наявністю в цементному камені складової гелю, яка має в'язку природу (за И. И. Уліцким). Деформації залежать від часу дії навантаження. Згасання деформацій лінійної повзучості спричинені тим, що під час кристалізації кількість гелю зменшується, відбувається перерозподіл напружень із складовою гелю на кристалічні утворення цементного каменя і заповнювача. Практично деформації повзучості згасають через декілька років разом із закінченням наростання міцності. Отже, повзучість залежить від віку бетону при його навантаження: чим старійший бетон, тим менше гелю в цементному камені і тим менша кінцева деформація.

Рис.17.5. Залежність росту деформацій від часу

при тривалому навантаженні

Обширний експериментальний матеріал, нагромаджений внаслідок досліджень повзучості, дає можливість встановити вплив різних чинників на деформацію бетону.

Основний вплив на повзучість надають розміри зразка, навантаження, вид цемента, водоцементне відношення, вологість середовища, вік бетону в момент навантаження. (рис. 17.6)

Рис. 17.6. Вплив різноманітних факторів на повзучість бетону: а -напруження; b -види цементу; c -водоцементне відношення; d -вологість середовища

У разі тривалого навантаження конструкцій між бетоном і арматурою відбувається перерозподіл внутрішніх зусиль, і арматура значно зменшує пластичні деформації бетону. При стиску напруження у бетоні зменшуються, в арматурі збільшуються. При розтягу, навпаки, напруження в бетоні зростає, а в арматурі зменшується.

Внаслідок повзучості в бетоні відбувається релаксація напружень. Релаксацією називається зменшення напружень з часом без зміни початкової деформації. Так, якщо бетонному зразку надати якісь початкові напруження і початкові деформації, а потім усунути можливість подальшої зміни деформацій, то з часом напруження в бетоні поступово зменшуються.

Деформації під час повторних навантажень. Під час навантажень, що повторяються, деформаційні властивості бетону змінюються. Якщо під час першого завантаженні крива діаграми має опуклість в бік осі напруження, а при розтягу – у протилежний бік (рис.17.7), то при повторенні циклів навантаження криві поступово випрямляються, що свідчить про встановлення пропорційності між напруженнями і деформаціями. Одночасно з цим відбувається нагромадження всезростаючих залишкових деформацій. Лінії навантаження і розвантаження утворюють петлю гістерезису, площа якої являє енергію, витрачену на подолання внутрішнього тертя.

Якщо напруження від навантаження, що багато разів повторюється, не перевищує, наприклад, половини призмової міцності, то таке навантаження не спричиняє руйнування бетону за практично нескінченного числа циклів. Проте під час великих напружень крива деформації, випрямлена на першому етапі багатократного завантаження-розвантаження, у разі подальшого завантаження знову стане криволінійною. Якщо при тому крива деформації стане криволінійною до осі напружень, то це означає що настала втома бетону (що характеризується наростанням пластичних деформацій з кожним циклом), яка призведе до руйнування бетону навіть, якщо напруження значно нижче за межу міцності під час одноразового навантаження. Деякі залізобетонні конструкції (мости, підкранові балки, фундаменти під машини тощо) призначені працювати при повторних навантажень, з числом циклів завантажень, рівних мільйонам.

Деформації усадки. Під час тверднення у звичайному повітряному середовищі бетон зменшується в об'ємі, тобто відбувається його усадка; під час тверднення у воді бетон збільшується в об'ємі, тобто набухає. За абсолютним значенням усадка бетону значно більша від набухання. (рис. 17.8)

Усадка бетону інтенсивно наростає протягом першого року, а потім поволі затухає. Вона залежить переважно від кількості цементної суміші в бетоні: збільшення кількості цементу збільшує усадку, причому найменшою усадкою володіють портландцементи, найбільшою – глиноземнисті цементи.

У реальних умовах усадка відбувається нерівномірно: поверхневі шари засвоюють вологу на багато швидше від внутрішніх, внаслідок чого в поверхневих шарах виникають значні розтягуючі напруження, які можуть призвести до появи усадкових тріщин.

Усадка є причиною появи в бетоні так званих власних напружень, які знижують тріщиностійкість і жорсткість конструкцій і, отже, водонепроникність і довговічність споруд. У попередньо напружених конструкціях усадка бетону призводить до втрат попереднього напруження.

Усадка (набухання) залежить від виду цементу, складу бетону, способів укладання бетону і догляду за ним, температурно-вологих умов середовища і коливається в широких межах. В середньому усадка рівна 0,3, а набухання рівне 0,1 мм/м.

Найефективніші заходи зменшення усадки - зволоження відкритих поверхонь бетону, зменшення вмісту цементу, зниження водоцементного відношення, підвищення щільності бетонів і зменшення поверхні заповнювачів.

Температурні деформації бетонів (так само, як і від усадки) об'ємні.

Рис. 17.7. Деформація бетону при повторних навантаженнях

Рис. 17.8. Вплив повітряного середовища на осадку і води на розбухання бетону та залізобетону

Коефіцієнт лінійної температурної деформації залежить від виду цементу, заповнювачів, складу бетонної суміші, вологості бетону, розмірів перерізу елементу. Найбільше впливає відмінність коефіцієнтів лінійного розширення цементного каменя і заповнювачів.

Практично за температури до 100°С різниця в коефіцієнтах лінійного розширення цементного каменя і заповнювача не створює істотних внутрішніх напружень у бетоні. Тому коефіцієнт лінійного розширення за температури 0-100°С і нормальних умов експлуатації приймається постійним і дорівнює 0,00001 градˉ¹.

За температури вище 250-300 °С об'ємні деформації цементного каменя і заповнювачів змінюються. Тоді як для граніту і пісковика за температури близько 500°С об'ємні деформації різко зростають, для цементного каменя деформації досягають максимуму за температури близько 300°С, потім вони зменшуються, і при температурі близько 500°С спостерігається зменшення об'єму. Тому за тривалих дій високих температур (вище 200°С) звичайні бетони не застосовують.

Внутрішні напруження можна зменшити підбором цементу і заповнювачів. Для жаростійких бетонів застосовують заповнювачі з малим коефіцієнтом лінійного розширення: шматки червоної цеглини, доменні шлаки, діабази тощо. Як в’жуче застосовують глиноземнистий цемент або портландцемент з тонкомолотими добавками з хроміту, цементу або шамоту.

Модуль деформацій бетону. Оскільки в бетоні у загальному випадку. має місце нелінійна залежність між наруженнями і деформаціями як при миттєвому рижимі навантаження, так і при короткочасному, поняття модуля пружності бетону при осьовому стиску, який на діаграмі (рис. 17.3) представляється тангенсом кута нахилу прямої до осі деформації може бути застосованим тільки до ділянок діаграми «», для яких різниця між повними та пружними деформаціями дуже мала. На рис. 17.3 це ділянка з .

Практично модуль пружності бетону визначається як відношення нормальних напружень до відносних пружних деформацій

. (17.4)

При миттєвому режимі навантаження для характеристики деформативних властивостей бетону при криволінійній діаграмі «» можна користуватися поняттям модуля повних миттєвих деформацій, а при короткочасному режимі – модуля повних деформацій. Ці величини геометрично можуть бути виражені тангенсом кута нахилу дотичної до відповідної кривої у точці із заданим напруженням і

Оскільки кути і змінюються в залежності від напружень, значення та також змінні і дорівнюють відповідно

(17.5)

та

(17.6)

при чому завжди виконується нерівність .

З практичною метою припустимо користуватися (дотримуючись традиційної термінологій) середнім модулем «миттєвої» пружно-пластичності бетону і середнім модулем пружнопластичності що становлять собою тангенс кута нахилу січної до кривої відповідно повних миттєвих деформацій і повних деформацій у точці із заданими напруженнями.

Напруження, виражені через пружні деформації а через повні миттєві - тобто і

(17.7)

де - коефіцієнт «миттєвої» пружності бетону при миттєвому прикладанні стискаючого навантаження

Читаючи так само з напруженнями і пружними і повними деформаціями одержимо

(17.8)

де - коефіцієнт пружності при короткочасному режимі навантаження.

При осьовому розтягу модуль пружності бетону можна приймати рівним модулю пружності при осьовому стисненні, маючи на увазі, що відповідний графік має спільну дотичну на початку координат для зони стиснення і зони розтягання. З урахуванням цього модуль «миттєвої» пружно-пластичності бетону при осьовому розтяганні буде визначатися за формулою.

(17.9)

де - коефіцієнт «миттєвої» пружності бетону при миттєвому режимі прикладання розтягального навантаження, а модуль пружно-пластичності – за формулою

(17.10)

де - коефіцієнт пружності при короткочасному режимі навантаження.

У відповідності із сучасними поглядами пружне деформування обумовлюється структурними особливостями цього багатокомпонентного матеріалу. співвідношення елементів структури бетону і характеристика його пружних властивостей зрештою визначають величину деформацій бетону при короткочасному статичному навантаженні. За результатими досліджень мосжна зробити висновки про те, що форма і стійкість кореляційних зв’язків між модулем пружності бетону при завантаженні його в довільному віці і кубиковою міцністю бетону у тому самому віці практично не залежить від змінності таких параметрів, як вік бетону у момент навантаження, властивості портландцементу, гранулометричного складу заповнювачів, умови ущільнення і твірдіння бетону.

Водночас можна вважати встановленим. що основний вплив на характер зв’язків модуля пружності і міцності бетону справляють пружні властивочті заповнювача і кількість вмісту цементного тіста у суміші. у парктичних розрахунках величини модулів пружності важких бетонів природного твердіння рекомендується визначати за формулою

(17.11)

де - середньостатистична кубикова міціність бетону у відповідному віці.

Значення при тепловій обробці бетону менше, ніж при твердінні у природних умовах, прибдлизно на 10%, а при автоклавній обробці – на 20-25%.

Для звичайного бетону класів С16/20-С32/40 модуль пружності коливається в межах 27000-36000 МПа, тобто 6-7 разів нижче модуля пружності сталі.

На підставі встановленої в теорії пружності залежності модуля зсуву для бетону

(17.12)

де - коефіцієнт Пуассона, тобто відношення відносної поперечної деформації до повздовжньої; для бетону Звідси

. (17.13)

Дата добавления: 2014-10-15