Железобетонные и каменные конструкции (стр. 5 )

в) по виду заполнителей: на плотных заполнителях, пористых и специальных заполнителях;

г) по зерновому составу: крупнозернистые (с крупным и мелким заполнителем) и мелкозернистые (только с мелким заполнителем);

д) по виду вяжущего: цементные и силикатные бетоны, бетоны на основе полимеров;

е) по условиям твердения: естественного твердения, подвергнутые тепловлажностной или автоклавной обработке.

Для несущих железобетонных конструкций используются сокращенные наименования бетонов: тяжелый, мелкозернистый, легкий, ячеистый и специальный.

2. Структура бетона

Бетон является неоднородным материалом, его структура формируется из зерен крупного и мелкого заполнителя, связанных цементным камнем, который состоит из упругого кристаллического сростка и вязко-текучего геля. В бетоне есть большое количество микропор и капилляров, заполненных водой и воздухом.

С физической точки зрения бетон является псевдотвердым материалом, так как в нем одновременно присутствуют фазы: твердая (цементный камень и заполнители), жидкая и газообразная (вода и воздух в капиллярах и порах).

Из-за наличия в цементном камне вязко-текучего геля в бетоне при длительных нагрузках развиваются пластические деформации, поэтому бетон является не упругим, а упруго-пластичным материалом. Из-за разных жесткостных характеристик составляющих бетона при действии нагрузок напряжения в нем распределяются неравномерно: они концентрируются на более жестких частицах, в местах ослаблений возникают деформации отрыва.

Теории прочности, разработанные для твердых, однородных и упругих материалов, к бетону не применимы. Теория деформирования и разрушения бетона строится на основе большого числа экспериментальных данных.

3. Проектные классы и марки бетонов

Это контрольные характеристики качества бетона, задаваемые при проектировании. Действующими СНиП 52-01-2003 установлены следующие марки и классы:

−  класс бетона по прочности на сжатие В соответствует значению кубиковой прочности бетона на сжатие в МПа с обеспеченностью 0,95 и принимается в пределах от 0,5 до 120;

−  класс бетона по прочности на осевое растяжение соответствует прочности на осевое растяжение контрольного образца в МПа с обеспеченностью 0,95 и принимается в пределах от 0,4 до 6;

−  марка бетона по морозостойкости соответствует минимальному числу циклов попеременного замораживания и оттаивания, выдерживаемому образцом бетона при стандартных испытаниях (в насыщенном водой состоянии без потери веса и прочности), принимается в пределах от 15 до 1000;

−  марка бетона по водопроницаемости соответствует максимальному давлению воды в МПа, выдерживаемом стандартным бетонным образцом без просачивания, принимается в пределах от до ;

−  марка бетона по средней плотности соответствует среднему значению объемной массы бетона с , принимается в пределах от до ;

−  марка бетона по самонапряжению соответствует значению предварительного напряжения в бетоне в МПа в результате его расширения при наличии продольной арматуры в количестве 1%, принимается в пределах от до ;

При необходимости устанавливают дополнительные показатели качества бетона, связанные с теплопроводностью, огнестойкостью, коррозионной стойкостью и другими свойствами.

4. Зависимость прочности бетона от возраста и условий твердения

Наиболее интенсивно бетон набирает прочность в первые 28 суток после затворения, но ее нарастание продолжается в течение длительного времени из-за продолжающейся реакции цемента с водой и кристаллизации цементного камня (рис. 2).

При твердении бетона в сухой среде после одного года нет заметного нарастания прочности.

При твердении во влажной среде вначале прочность нарастает постоянно и сохраняет эту тенденцию в течение длительного времени.

При значении прочности бетона в возрасте 28 суток его прочность в возрасте дней можно определить по эмпирической формуле:

.

Твердение бетона заметно ускоряется при повышении температуры и влажности среды и давления. Поэтому для сокращения сроков набора прочности бетоном используют его тепловлажностную или автоклавную обработку.

Рис. 2. Нарастание прочности бетона.

При температуре +50С набор прочности бетоном существенно замедляется, а при -100С практически прекращается. Если до замерзания бетон не набрал 60% прочности, его способность к дальнейшему нарастанию прочности после оттаивания снижается.

5. Зависимость прочности бетона от формы и размеров образцов

При сжатии бетонного образца он сокращается в направлении действия силы. Так как при деформировании объем образца остается постоянным, происходит его растяжение в поперечном направлении; из-за низкого сопротивления бетона растяжению происходит его разрыв (рис. 3а). То есть разрушение сжатого бетона происходит от растяжения в направлении, перпендикулярном действию силы.

Рис. 3. Схемы работы бетонных образцов при сжатии.

При испытании кубика (рис. 3, б) силы трения между плитами пресса и поверхностями кубика сдерживают поперечные деформации бетона. В результате испытаний получают не действительное, а завышенное значение прочности. По мере удаления от торцовых граней кубика влияние сил трения уменьшается, разрушенный образец приобретает форму двух усеченных пирамид.

Если влияние сил трения устранить смазкой контактных поверхностей (рис. 3, в), трещины разрыва становятся вертикальными и параллельными. Значение прочности бетона из результатов испытаний соответствует действительной.

При испытании призмы при соотношении (рис. 3, г) влияние сил трения на ее среднюю часть не сказывается, полученные значения прочности соответствуют действительным.

Прочность бетона одного и того же состава зависит и от размеров образца: если прочность кубика с размером ребра 15 см равно , то кубика с ребром 20 см – , а кубика с ребром 10 см – .

6. Зависимость прочности бетона от рода и характера напряженного состояния