Как работает бетон под нагрузкой – Особенности поведения бетона под нагрузкой

Содержание

Бетон под нагрузкой: особенности поведения

 

Качество бетона и то, как он будет работать в сооружениях и конструкциях, определяются свойствами материала. Самым важным и определяющим свойством бетона является прочность. Эта характеристика означает способность бетонного камня сопротивляться разрушению под воздействием внутренних напряжений. Такие напряжения возникают в результате нагрузки, а также некоторых других факторов. По направлению воздействия на конструкцию внутренние напряжения делятся на растяжение, сжатие,изгиб, кручение и срез.

Конечно же, можно создать конструкцию, где нагрузка на бетон будет минимальной. Например, металлопрофильный лист для забора достаточно легок, что позволяем минимизировать нагрузки на бетонное основание строения вцелом. На такие условия не каждый раз выполнимы.

Бетон — это материал, хорошо сопротивляющийся сжатию. Остальным видам нагрузок он сопротивляется намного хуже, особенно срезу и растяжению. Прочность на растяжение у этого материала ниже в разы — от пяти до пятидесяти, в зависимости от вида бетона. Поэтому конструкции нужно либо проектировать так, чтобы бетон воспринимал в них преимущественно лишь сжимающие нагрузки, либо использовать железобетон. В последнем напряжениям растяжения и среза противостоит уже стальная арматура, весьма устойчивая к этим видам нагрузок.

Итак, важнейшая характеристика классического бетона — это его прочность на сжатие. Тем не менее, случаи, когда бетонной конструкции также нужно воспринимать напряжение растяжения тоже нередки — в первую очередь это относится к изгибающимся конструкциям типа полов или дорожных покрытий, к примеру. Поскольку нагрузки этого типа не столь велики, как в тех же зданиях, здесь на помощь приходит состав бетонной смеси, который подбирают так, чтобы добиться необходимой прочности материала также и на растяжение. Стоит заметить, что прочность бетона — это характеристика интегральная, то есть зависящая от свойств и пропорций его компонентов, а также условий затворения, твердения и эксплуатации. С другой стороны, прочность бетона оказывает влияние и на ряд его остальных свойств: надёжность, долговечность, трещиноустойчивость и т.п.

Многочисленные опыты показали, что поверхность бетона разрушается по двум «сценариям». Первый происходит, когда прочность на растяжение заполнителя выше аналогичной прочности цементного камня. В этом случае разрушение и проходит по раствору, обходя включения заполнителя. А вот в случае, когда ниже прочность на растяжения у заполнителя, разрушаются оба компонента. Иногда встречается также разрушение смешанного характера — когда прочность цементного камня и заполнителя мало отличается и в структуре появляются участки, в которых более прочен либо один компонент, либо другой.

Исследования с использованием микроскопа и ультразвука, развившиеся в последнее время, показали, что разрушению бетона предшествует появление в нём микротрещин. Они возникают при разрывах по причине неоднородности структуры материала, причём задолго до того, как бетон начинает разрушаться заметно для традиционных методов наблюдения. В зависимости от взаимного расположения крупного заполнителя и раствора, прочность материала в целом определяется либо прочностью элемента более слабого, либо прочностью элемента с меньшей предельной деформацией.

 

beton-trade.ru

Особенности поведения бетона под нагрузкой

Связь между напряжениями и деформациями бетона, полученная при нагружении бетонных призм, представлена на диаграмме (рис. 13).

Рис. 13. Зависимость s — e при кратковременных испытаниях бетонных призм из бетона прочностью 25-30 МПа. 1 – опытные значения; 2 – рассчитанные теоретически

В работах А. А. Гвоздева отмечается, что бетон при испытании возрастающей нагрузкой обнаруживает ряд интересных особенностей. Полная продольная деформация не пропорциональна напряжению. Напряжение достигает максимума (предела прочности) при некоторой деформации, после чего деформации нарастают при убывающей нагрузке, и в результате возникает нисходящий участок кривой.

При сжатии кратковременной нагрузкой бетонной призмы получают кривую s — e, обращенную вогнутостью к оси деформаций, что обусловлено мгновенными пластическими деформациями бетона epl.

В пределах нисходящей кривой деформации наблюдаются макроскопические нарушения сплошности материала с отслоением целых участков бетона. Процесс накопления повреждений в бетоне предлагается учитывать с помощью двух параметрических уровней RTO и RTV, которые определяют расчетом.

Кривая s — e в пределах уровней RTO и RTV отражает процесс перехода микроразрушений в микротрещины, разуплотнение и разрыхление бетона (рис. 14).

 

Рис. 14. Диаграмма состояния бетона относительно параметрических точек по

О. Я. Бергу

 

Связь между напряжениями и деформациями бетона под нагрузкой, полученная экспериментальным путем, является базовой основой для построения расчетных формул, представленных в нормативных документах, для определения прочности, жесткости и трещиностойкости бетонных и железобетонных конструкций.


Похожие статьи:

poznayka.org

Как ведет себя качественный бетон под нагрузкой

При использовании бетона в строительстве обязательно оценивать его прочность, то есть способность сопротивляться разрушению, устойчивость к внутренним напряжениям, возникающая в результате нагрузок. Считается, что бетонная смесь хорошо сопротивляется сжатию — эта величина и является базовой конструктивной характеристикой материала. В ряде случаев учитывается и величина изгибающих напряжений, особенно, когда из бетона формируются дорожные или напольные покрытия.

Поведение бетона под нагрузкой — особенности

Важно определить, каким будет поведение бетона под нагрузкой. Это позволит спрогнозировать основные характеристики материала в процессе эксплуатации:

  • долговечность;
  • трещиностойкость;
  • надежность.

Оценивая разрушение бетона под нагрузкой, определяют прочность конструкции.

Виды разрушений бетона

Нагрузка на бетон может спровоцировать 2 типа разрушений:

  1. Разрушение только по раствору, зерна при этом не повреждаются. Происходит в случае, когда устойчивость заполнителя к растяжению выше, чем прочность раствора или сформированного цементного камня.
  2. Разрушение и по раствору, и по заполнителю, с разрывами зерен.
  3. Смешанные повреждения, когда на определенных участках слабее оказываются или заполнитель, или раствор.
Особенности разрушений в бетоне

То, как ведет себя бетон под нагрузкой, зависит от его исходной прочности, а на нее, в свою очередь, влияют:

  • минералогический состав в смеси;
  • тонкость помола использованных компонентов;
  • возраст поверхности;
  • условия, при которых смесь была приготовлена затвердела;
  • количество и тип введенных добавок.

Также следует понимать, что разрушения всегда постепенны и начинаются с микроскопических разрывов, но на последней стадии приобретают лавинообразный характер. Также при развитии микротрещин из-за нарушения внутренней сплошности материала увеличивается объем образца. Влияет на процесс разрушения бетонной конструкции и жидкая фаза в растворе — то есть, вода всегда снижает прочность, поскольку ослабляет формирование структурных связей в бетоне и делает развитие пластических деформаций более легким. Также в бетоне, где много воды, быстрее развиваются микротрещины, что нужно учитывать при выборе пропорций для приготовления. Степень влияния жидкой фазы зависит от того, с какой скоростью будут прилагаться нагрузки к конструкции.

betonkharkov.com.ua

Прочность бетона и его разрушение под влиянием внешних и внутренних факторов — Статьи

Прочность — свойство материалов сопротивляться разрушению под действием внешних нагрузок. Мерой прочности является предел прочности — максимальное напряжение, при котором имеет место разрушение образцов бетона или элементов конструкций. Прочность бетона зависит от вида напряженного состояния (сжатия, растяжения, изгиба и др. или совместного влияния нескольких воздействий, т.е. сложного напряженного состояния). Важное значение имеет также характер нагрузки (кратковременная, длительная, повторно-переменная, ударная и др.).

Существующие теории прочности бетона разделяют на три группы: феноменологические, статистические и структурные. Феноменологические теории рассматривают бетон как однородное изотропное упругое тело. Главное внимание в феноменологических теориях уделяется зависимости прочности от внешних нагрузок, они устанавливают законы, по которым можно судить о начале разрушения материала при сложном напряженном состоянии, если известно поведение при простом растяжении, сжатии или сдвиге. Старейшей из классических феноменологических теорий прочности материалов является теория максимальных напряжений (теория Галилея и Ранкина), согласно которой критерием прочности является максимальное напряжение.
Второй теорией прочности является теория максимальных деформаций (теория Мариотта, Сен-Венана), в соответствии с которой текучесть материалов начинается, когда достигается максимальное относительное удлинение. Вторая теория основана на гипотезе, что причиной разрушения материала являются наибольшие линейные деформации в наиболее опасной точке.
Третья теория прочности — теория максимальных касательных напряжений (теория Кулона, Мора и др.), в соответствии с которой разрушение происходит при достижении предельных касательных напряжений либо наибольших нормальных растягивающих напряжений.
Предложен и ряд других феноменологических теорий (гипотез) прочности, однако с помощью математических представлений, развитых для изотропных упругих тел, не удается в достаточной мере объяснить физические явления в сложном капиллярно-пористом неоднородном материале, каковым является бетон.
Феноменологические теории прочности не могут объяснить явления, обусловленные внутренними процессами, протекающими в бетоне (деформации усадки и набухания, контракция, экзотермия и др.). играющими большую роль в прочности и суммарных деформациях. Применение феноменологических теорий прочности возможно применительно к бетону лишь в отдельных случаях при определенных ограничительных условиях. Например, при испытании бетонных образцов, когда их торцы смазаны парафином и на их поверхности практически не возникают силы трения, разрушение вызывается образованием трещин, параллельных сжимающему усилию, что объясняется согласно второй теории прочности тем, что линейные деформации в направлении, перпендикулярном оси образца, достигают наибольших значений.
Согласно статист и чес ким теориям также предполагается существование в бетоне непрерывной изотропной среды, в которой возможны отдельные пустоты и микротрещины, подчиняющиеся статистическим законам. Эти теории позволяют объяснить громадное различие между теоретической и фактической прочностью, определяемое дефектами структуры вещества, без рассмотрения самой структуры.
Борн и Лауэ показали, что теоретическая прочность веществ, рассчитанная с учетом числа и прочности химических связей между атомами, в сотни раз превышает их техническую прочность.
Впервые Гриффите, изучая поведение при растяжении стеклянных нитей с уменьшением их диаметра, объяснил установленный эффект повышения прочности уменьшением количества микротрещин. По Гриффитсу наличие трещин ведет к концентрации напряжений в материале под нагрузкой. Коэффициент концентрации напряжений можно рассчитать по формуле:
где l — длина трещины, идущей от поверхности, или полудлина внутренней эллиптической трещины; R — радиус конца трещины.
Чем больше размеры элемента, тем больше влияние дефектов структуры и тем ниже прочность. Этот вывод подтверждается и при испытании на прочность образцов различных размеров. Статистические теории, позволяя решать задачи в основном на влияние масштабного фактора, также, как и феноменологические, не могут объяснить влияние на прочность бетона многих технологических факторов, которые не приводят к образованию трещин, но существенно изменяют напряженное состояние материала.
Развитие структурной теории прочности бетона началось в конце XIX столетия после установления Р. Фере зависимости прочности бетона от относительной плотности цементного теста, модифицированной позднее Т.К. Пауэрсом с учетом степени гидратации цемента по мере его твердения. Зависимость Р. Фере стала основой для разработки Д. Абрамсом закона (правила) водоцементного отношения — основополагающей закономерности, используемой до настоящего времени при расчетно-экспериментальном проектировании составов бетона.
По Пауэрсу, прочность при сжатии образцов различного возраста из цементного камня, приготовленных при различном водоцементном отношении и твердевших в нормальных температурных условиях, соответствует эмпирическому уравнению:
R = АХП,
где X — отношение объема цементного геля к сумме объемов геля и капиллярного пространства; А — коэффициент, характеризующий прочность цементного геля; n- константа, которая в зависимости от характеристики цемента составляет от 2,6 до 3.
Параметр X можно рассматривать как относительную плотность цементного камня. Представляя зависимость через пористость П, можно записать:
R= А(1-П)П.
Наличие пор и трещин — неотъемлемая особенность строения бетона. В качестве трещин при определенном масштабном уровне могут приниматься капиллярные и другие поры.
Дефекты структуры и прежде всего трещины цементного камня и бетона можно разделить на технологические (или наследственные) и эксплуатационные (по В.Н. Выровому и В.С. Дорофееву).
К первым относят дефекты, образованные при технологической переработке материала. Эксплуатационные дефекты образуются под влиянием эксплуатационных нагрузок. Каждый вид дефектов проходит определенную эволюцию от зарождения до превращения в необратимо развивающуюся трещину.
Полиструктурность бетонов оказывает влияние на работу конструкций при нагрузке. При различных уровнях нагружения поведение бетонов различно. При малых уровнях нагрузки преобладают процессы, связанные с перераспределением усилий, обусловленных технологическими факторами и концентрацией напряжений от внешних воздействий. Эти процессы приводят к переходу технологических микродефектов в эксплуатационные. На средних уровнях нагружения поведение бетона характеризуется взаимодействием и развитием дефектов, объединением их. При нагрузках, близких к разрушающим, основную роль играет перераспределение усилий в конструкции, трансформация микротрещин в магистральные макротрещины.
Зарождение трещин связывают, как правило, с перемещением и видоизменением дислокаций в кристаллических решетках. Для гетерогенного материала, каковым является бетон, на зарождение трещин определяющее влияние имеют объемные деформации, различие температурных и влажностных деформаций отдельных компонентов, стесненные деформационные эффекты, седиментационные явления, температурные и влажностные градиенты, осмотические явления, коррозионные воздействия среды эксплуатации.
Процесс разрушения бетона может рассматриваться как развитие трещин, возникающих обычно по контакту матрицы (цементный камень) и заполнителя при изготовлении и твердении бетона до их слияния в сквозные трещины. Когда прочность заполнителя не превышает прочности матрицы, трещины могут распространяться и в зерна заполнителей.
Исследования, выполненные Ю.М. Баженовым, А.Ф. Щуровым и В.Н. Мамаевским с привлечением электронного сканирующего микроскопа и малоугловой рентгенографии, показали, что процесс разрушения бетона начинается с зарождения и развития микротрещин скола в кристаллитах гидросиликатов — продук-товтвердения цемента, которые расположены вблизи концентраторов напряжений (пор и других технологических дефектов). Распространение трещин от одного зерна к другому до окончательного макроразрушения становится возможным, когда освобождаемая упругая энергия достаточна не только для образования новых поверхностей магистральной трещины, но и для компенсации дополнительной работы, идущей на пластические деформации и образование ступенчатых поверхностей скола.
По гипотезе А.Е. Шейкина прочность и ряд других физико-механических свойств бетона зависят от отношения абсолютного объема, занимаемого кристаллическим сростком в единице объема цементного камня, к абсолютному объему геля. Указанное отношение, в основном, обусловлено минералогическим составом цемента. Гипотеза Шейкина не предусматривает образование и развитие микротрещин отрыва и не выявляет роль заполнителей. А.А. Гвоздев, анализируя экспериментально установленные факты образования микротрещин разрыва, связал их с анализом полей напряжений в бетоне. Поле напряжений, вызванное нагрузкой, взаимодействует с полем напряжений, вызванным неоднородностью материала, в результате чего возникают местные концентрации напряжений, приводящих к трещинам разрыва.
Как показали исследования А.Е. Десова, напряжения в местах концентрации в несколько раз превосходят напряжения, вызванные нагрузкой. Движение дислокаций, с которым сопряжено обра-зование и развитие микротрещин, связано с временем действия нагрузки. С увеличением скорости нагружения процесс протекает с меньшей полнотой, имеет место т.н. «запаздывание деформа-ций», что приводит в конечном счете к необходимости создания большего напряжения для разрушения бетона. На механизм разрушения материала оказывает воздействие окружающая среда. При физической адсорбции молекул воды уменьшается поверхностная энергия, что, согласно уравнению Гриффитса , понижает предельное напряжение. При нагружении бетона влага начинает передвигаться по капиллярам, проникает в устье микро-трещин и облегчает разрушение. При повышении интенсивности нагружения скорость перемещения жидкой фазы отстает от ско-рости трещинообразования и отрицательное влияние влажности на прочность бетона уменьшается. Имеются экспериментальные данные, что при быстром нагружении водонасыщенный бетон может оказаться прочнее сухого.
Прочностные свойства бетона связаны с его деформациями, возникающими при нагружении. По изменению объема бетона в процессе нагружения, установленному тензометрическими измерениями, и по изменению скорости ультразвуковых импульсов О.Я. Бергом определено, что при сжатии происходят последовательные процессы уплотнения, разуплотнения и разрушения структуры бетона.

Уплотнение и упрочнение бетона имеет место при длительно действующих небольших нагрузках на бетон. Как показывают рентгеноструктурные исследования, при таком нагружении образцов повышается степень гидратации цемента, изменяются параметры структуры цементного камня.
В процессе нагружения бетона фиксируются две параметрические точки. Первая из них соответствует напряжению R т , при котором, по мнению О.Я. Берга, возникают микротрещины (граница микроразрушений).

Авторы: Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин

  • Для чего мы проводим проверку бетон-поставщиков — важнейшие принципы нашей работы.
  • Все данные о бетоне в25: цена за 1 м3 с доставкой стоимость, показатели, круг употребления и месторасположение производств
  • Детальные подробности про бетон в 7 5 (стоимость, распространенность, круг использования и карта заводов-изготовителей).

m350.ru

Динамическая прочность бетона

Железобетон

При динамически! нагрузке большой интенсивности, но малой продолжи^ .тельности, развивающейся вследствие ударных и взрыв­ных воздействий, наблюдается увеличение временной сопротивления бетона — динамическая прочность., Че» меньше время т нагружения бетонного образца задан’ ной динамической нагрузкой (или, что то же самое, чел больше скорость роста напряжений МПа/с), тем больци коэффициент динамической прочности бетона kd. Это] крэффициент равен отношению динамического времен? ного сопротивления сжатию Ra к призменной прочцоств! Rb (рис. 1.8, е). Например, если время нагружения ди^ намической разрушающей нагрузкой составляет 0,1, с, Коэффициент ka= 1,2. Это явление объясняют энергопоЗ глощающей способностью бетона, работающего в тече^ ние короткого промежутка нагружения динамической на-; грузкой только упруго.

Деформативность бетона

Виды деформаций. В бетоне различают деформации! двух основных видов: объемные, развивающиеся во всех! направлениях под влиянием усадки, изменения темпера-| туры и влажности, и силовые, развивающиеся главны^5 образом вдоль направления действия сил. Силовым про-‘ дольным деформациям соответствуют некоторые попе — речные деформации, начальный коэффициент попереч^ ной деформации бетона v=0,2 (коэффициент Пуассона).- Бетон представляет собой упругопластический материал.» Начиная с малых напряжений, в нем помимо упругих восстанавливающихся деформаций развиваются неупру­гие остаточные или пластические деформации. Поэтому силовые деформации в зависимости от характера прило­жения нагрузки и длительности ее действия подразделя­ют на три вида: при однократном загружении кратковре­менной нагрузкой, при длительном действии нагрузки и При многократно повторном действии нагрузки.

Объемные деформации. Деформации, вызванные усад­кой бетона, изменяются в довольно широком диапазоне: по данным опытов, для тяжелых бетонов es;«3-10~4 и более, а для бетонов на пористых заполнителях е«і» «4,5-Ю-4. Деформация бетона при набухании в 2—£ раз меньше, чем при усадке.

Деформации бетона, возникающие под влиянием из­менения температуры, зависят от коэффициента линей­ной температурной деформации бетош аы. При измене­ний температуры среды от —-50 до -+5® °С для тяжелого бетона и бетона на пористых заполшт-елях с кварцевым песком a6/=l-10~5 °С-1. Этот коэффициент зависит от вида цемента, заполнителей,, влажюстного состояния бетона и может изменяться в предел-ах ±30 %. Так, а6/=0,7- 10~5°С-1 для бетонюв на пер истых заполнйте — лях с пористым песком.

Деформации при однокра-гном Залужений Кратковре­менной нагрузкой. При одножратном загружении бетон­ной призмы кратковременно приложен иой нагрузкой де­формация бетона

8Ь = 8е+8рЬ (1.5)

Т. е. она образуется из ге — упругой н єрі — неупругой пластической деформаций (рис. 1.9). ІНебольщая доля неупругих деформаций в течение некоторого периода времени после разгрузки восстанавливается (около 10 %). Эта доля называется деформацией упругого пос­ледействия еЕр. Если испытываемый оборазец загружать по этапам и замерять деформации на каждой ступени дважды (сразу после приложения нагрузки и через не­которое время после выдерж:ки под нагрузкой), то на диаграмме оь—еь получим ступенчатую линию, изобра­женную на рис 1.10, а. Деформации измеренные после приложения нагрузки, упругие и связагны с напряжения­ми линейным законом, а дефюрмации, развивающиеся за время выдержки под нагрузкой, неупругие; они увеличи­ваются с ростом напряжений, и на диаграмме оь—Еь Имеют вид горизонтальных площадок. При достаточно большом числе ступеней загр ужения зависимость между напряжениями и деформациями мож ет изображаться плавной кривой. Так же н п ри разгру зке, если на каж­дой ступени замерять дефор мации дважды (после сня­тия нагрузки и через некото>рое времш после выдержки под нагрузкой), то можно по»лучить ступенчатую линию, которую при достаточно большом числе ступеней раз­грузки можно заменить плавной кривой, но только уже вогнутой (см. рас. 1.9).

Таким образом, упругие деформации бетона соответ­ствуют лишь мгновенной скорости заг-ружения образца, в то время как неупругие де:формациш развиваются во

.Область

И деформациями в бетоне

Рис. 1.10. Диаграмма Сть—Еь При сжатии бетона в зависи­мости от

А — чясла этапов загру — жений; б — скорости за — груженин

Рис. 1.11. Диаграмма Оь—еь при длительном загружеиии бе­тонного образца

Времени и зависят от скорости загружения образца V, МПа/с. С увеличением скорости загружения при одном и том же напряжении оь неупругие деформации умень­шаются. Для различных скоростей загружения Vi>v2> >Уз кривые зависимости аь—еь изображены на рис. 1.10,6.

При растяжении бетонного образца также возникает деформация

Ebt — Bet + Bplj, (1.6)

Состоящая из &ET—упругой и EPi,T—пластической частей.

Деформации при длительном действии нагрузки. При длительном действии нагрузки неупругие деформации бетона с течением времени увеличиваются. Наибольшая интенсивность нарастания неупругих деформаций наблю­дается первые 3—4 мес и может продолжаться несколь­ко лет. На диаграмме аь—еь участок 0—1 характеризует деформации, возникающие при загружении, кривизна «этого участка зависит от скорости загружения; участок 1—2 характеризует нарастание неупругих деформаций при постоянном значении напряжений (рис. 1.11). F Свойство бетона, характеризующееся нарастанием не — Іупругих Деформаций при длительном действии нагруз — (ки, называют ползучестью бетона. Деформации ползуче­сти могут в 3—4 раза превышать упругие деформации.

MpH длительном действии постоянной нагрузки, если де — ормации ползучести нарастают свободно, напряжения бетоне остаются постоянными. Если же связи в бето­Не (например, стальная арматура) стесняют свободное ^развитие ползучести, то ползучесть будет стесненной, ?»при которой напряжения в бетоне уже не будут оста­ваться постоянными. К

|{ Есяи бетонному образцу сообщить некоторое началь­ное напряжение оь и начальную деформацию є Ь , а за­ймем устранить возможность дальнейшего деформирова­вши наложением связей, то с течением времени напря­жения в бетоне начинают уменьшаться. Свойство бето­На, характеризующееся уменьшением с течением време­ни напряжений при постоянной начальной деформации, Называют релаксацией напряжений. | Ползучесть и релаксация имеют общую природу и |&казыв ают существенное влияние на работу железобе­тонных конструкций под нагрузкой.

Опыты с бетонными призмами показывают, что не-

Рис. 1.12. Деформации ползучести бетоиа в зависимости от

А — скорости начального загружепия; б — времени выдержки под на­грузкой T и напряжений аь

Рис. 1.13. Диа­грамма 06 — Вб при многократном по­вторном» загруже — нии бетонного об­разца

I» зависимо от того, с какой скоростью загружения v было получено напряжение оы, конечные деформации ползу­чести, соответствующие этому напряжению, будут оди­наковыми (рис. 1.12, а). С ростом напряжений ползу­честь бетона увеличивается; зависимость деформации—■ время при напряжениях оы<оь2<оьз показана на рис. 1.12, б. Загруженный в раннем возрасте бетон обладает большей ползучестью, чем старый бетон. Ползучесть бе­тона в сухой среде значительно больше, чем во влажной. Технологические факторы также влияют на ползучесть бетона: с увеличением W/C и количества цемента на еди­ницу объема бетонной смеси ползучесть возрастает; с повышением прочности зерен заполнителей ползучесть уменьшается; с повышением прочности бетона, его класса ползучесть уменьшается. Бетоны на пористых за­полнителях обладают несколько большей ползучестью, чем тяжелые бетоны.

Природа ползучести бетона объясняется его структу­рой, длительным процессом кристаллизации и уменьше­нием количества геля при твердении цементного камня. Под нагрузкой происходит перераспределение напряже­ний с испытывающей: вязкое течение гелевой структур­ной составляющей на кристаллический сросток и зерна заполнителей. Одновременно развитию деформаций пол­зучести способствуют капиллярные явления, связанные С перемещением в микропорах и капиллярах избыточной воды под нагрузкой. С течением времени процесс пере­распределения напряжений затухает и деформирование прекращается.

Ползучесть разделяют на линейную, при которой за­висимость между напряжениями и деформациями при­близительно линейная, и нелинейную. При напряжениях, превышающих границу образования структурных микро­трещин Rlrc, начинается ускоренное развитие деформа­ций, или нелинейная ползучесть. Такое разделение пол­зучести условно, так как в некоторых опытах наблюда­ется нелинейная зависимость оь—Гь даже при относи­тельно малых напряжениях. Отметим здесь существенно важное значение учета нелинейной ползучести для прак­тических расчетов предварительно напряженных изгиба­емых, внецентренно сжатых и некоторых других элемен­тов.

Ползучесть и усадка бетона развиваются совместно. Поэтому полная деформация бетона представляет — со­бой сумму деформаций: упругой ее, ползучести ГРі и усадки є Si. Однако в то время как усадка носит харак­тер объемной деформации, ползучесть развивается глав­ным образом в направлении действия усилия.

Индустриальные технологии активно развивались в СССР еще с середины прошлого века, а развитие строительной индустрии требовало большого количество различных материалов. Изобретение сборного железобетона стало своеобразной технической революцией в жизни страны, …

Сваебойка или сваебой можно организовать с помощью автомобиля со снятым задним крылом(заднеприводный на механике), поднятый на домкрате и используя вместо колеса только обод. На обод будет наматываться трос — это …

1. Задачи и методы реконструкции зданий Реконструкция зданий может быть связана с расши­рением производства, модернизацией технологического. процесса, установкой нового оборудования и др. При этом приходится решать сложные инженерные задачи, связанные …

msd.com.ua

Ползучесть бетона как результат длительных нагрузок — Статьи

Зависимость между напряжениями и деформациями изменяется от времени приложения нагрузки. Способность бетона деформироваться во времени при длительном действии постоянной нагрузки называют ползучестью. Существует ряд гипотез, рассматривающих механизм деформаций ползучести под действием внешней нагрузки.
Одна из первых гипотез физического механизма ползучести предложена выдающимся французским инженером Е. Фрейсине. Основываясь на представлениях о бетоне как капиллярно-пористом упругом теле, он считал, что ползучесть обусловлена, главным образом, усадкой под действием капиллярных сил. Вода, заполняя мелкие капилляры, воспринимает, по Фрейсине, часть приложенной нагрузки и медленно перемещается. Под действием приложенной нагрузки изменяются размеры пор в бетоне, нарушается гигрометрическое равновесие бетона с окружающей средой, что приводит к капиллярной усадке и развитию деформаций ползучести. Ряд опытных данных противоречит гипотезе Фрейсине. Известно, в частности, что деформации ползучести наблюдаются и при загружении образцов в воде, когда невозможно развитие усадочных деформаций.
Гипотеза, объясняющая ползучесть бетона механическим выдавливанием влаги из цементного камня (Р. Лермит и др.), также предполагает, что ползучесть и усадка бетона имеют одну и ту же физическую природу. В ряде экспериментальных исследований установлено, что нагруженные образцы интенсивнее отдают влагу, включая и адсорбционно-связанную, которая в ненагруженном состоянии обычно остается в бетоне. В результате водопоглощение и набухание образцов, длительное время находящихся под нагрузкой, могут быть значительно большими, чем у ненагруженных разцов. В то же время имеются экспериментальные данные, показывающие, что существенное различие в потерях массы нагруженых и ненагруженных образцов в процессе их высыхания не наблюдается. В настоящее время принято считать, что механическое выдавливание влаги из цементного камня является не причиной, а следствием ползучести.
Ряд исследователей (А.Е. Шейкин, У. Гансен, З.Н. Цилосани) считает основной причиной ползучести пераспределение внутренних усилий в цементном камне. Ими дифференцируются в цементном камне основные структурные составляющие — ультрадисперсный «цементный гель», представленный тоберморитоподобными гидросиликатами, и кристаллический сросток, состоящий из кристаллогидратов, объединенных химическими связями. Компоненты цементного камня отличаются характером контактов срастания (для «геля» коагуляционные, кристаллического сростка — кристаллизационные). По А.Е. Шейкину, благодаря способности «геля» к вязкому течению кристаллический сросток принимает на себя дополнительные усилия, что приводит к развитию деформаций ползучести цементного камня и бетона. У. Гансен считал, что ползучесть обусловлена вязким течением на границах цементных зерен и в точках их контакта.

О.Я. Берг, анализируя изменение времени прохождения ультразвукового импульса через бетон при длительном действии нагрузки, пришел к выводу, что при начальных напряжениях вследствие возникновения и развития микротрещин возникают дополнительные деформации, которые складываются с деформациями ползучести, обусловленными перераспределением внутренних усилий между структурными составляющими цементного камня. Значительная роль микротрещин и накопления локальных микроразрушений в бетоне под действием постоянной статической нагрузки в развитии деформаций ползучести подтверждена исследованиями А.В. Саталкина, X. Рюша, З.Н. Цилосани и других исследователей.
Анализ различных типов деформаций при нагружении бетона может моделироваться реологическими моделями. Такие модели, включающие идеальные пружины, амортизаторы, клапаны и другие элементы, не раскрывая физический механизм ползучести, предлагают ее феноменологическое описание.
Одним из основных факторов, влияющих на ползучесть бетона, является относительная влажность окружающей среды. Высушивание образцов приводит к увеличению ползучести бетона в раннем возрасте. При установлении гигроскопического равновесия между средой и бетоном до загружения образцов влияние относительной влажности воздуха сказывается в значительно меньшей степени. Попеременное увлажнение и высушивание бетона увеличивает величину деформации ползучести.
Влияние возраста бетона в момент приложения нагрузки на величину ползучести сказывается сильнее, чем влияние возраста на прочность бетона. На рис. 5.17 приведена, по данным А.М. Невилля, зависимость между величиной ползучести и его «зрелостью», характеризуемой в градусочасах.
При раннем загружении бетона с повышением температуры окружающей среды удельные деформации ползучести бетона уменьшаются, что объясняется ускорением процесса гидратации цемента и возрастанием жесткости кристаллического сростка цементного камня. Противоположный эффект наблюдается при загружении бетона в «зрелом» возрасте, когда гидратация цемента в основном завершена.
Деформации ползучести бетона существенно интенсифицируются при вибрационном нагружении. Виброползучесть бетона тем выше, чем больше амплитуда динамических напряжений и частота колебаний. Деформации виброползучести могут в 2-4 раза превышать обычные деформации ползучести. Как и последние, они затухают во времени.
Деформации ползучести бетона оказывают различное влияние на работу конструкций, их долговечность. Для неармирован-ного бетона при высоких уровнях нагрузки ползучесть ускоряет достижение предельной деформации и разрушение материала. В массивных бетонных элементах ползучесть уменьшает сжимающие напряжения при быстром подъеме температуры. При дальнейшем охлаждении в бетоне развиваются растягивающие усилия и по мере уменьшения ползучести с возрастом бетона в нем могут образовываться трещины. В то же время во всех конструкциях ползучесть бетона уменьшает внутренние напряжения, обусловленные неоднородностью усадки, что приводит к повышению трещиностойкости.

За счет ползучести бетона увеличиваются прогибы железобетонных балок под действием постоянных нагрузок, в железобетонных колоннах она приводит к постепенному перераспределению нагрузки с бетона на арматуру. В предварительно напряженных железобетонных элементах в результате ползучести бетона возможна потеря напряжения арматуры, что надо учитывать при выборе арматурной стали.

Авторы: Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин

m350.ru

Шесть ошибок при работе с бетоном и как их избежать

Правильно подобранный бетон и строгое соблюдение технологии заливки — два главных условия получения прочной и долговечной конструкции. Отступление от стандартных требований создает проблемы на этапе формирования конструкции, если не учтены особенности твердения бетона с добавками, и впоследствии, когда готовые части монолита оказываются не соответствующими проектным требованиям.

Ошибки при выборе и работе с бетоном

Неприятность может поджидать строителя и там, где поначалу не просматриваются признаки нарушения структуры монолита.

Явные признаки серьезной ошибки в работе с бетоном и неверного выбора раствора:

  • появление трещин в конструкции;
  • возникновение скрытых полостей под слоем бетона;
  • нарушение целостности арматурного каркаса;
  • повышенная пористость монолита, отклонение от нормы по водопроницаемости;
  • длительное время твердения, признаки расслоения на фракции;
  • отсутствие пластичности раствора при заливке.

В большинстве случаев это результат типичных ошибок, которые были допущены при выборе типа бетона и расчетах потребности в растворе, что привело к отступлению от технологических норм.

Неправильный выбор марки бетона

Проблема типична для случаев, когда либо хотели сэкономить, либо неверно оценили реальные потребности и нагрузки на части конструкции. Если исходить только из расчета сколько стоит куб бетона, то можно подобрать слишком низкую марку и получить конструкцию с нерасчетной прочностью, которая прослужит недолго.

Для крупного строительства всегда есть риск значительного перерасхода средств из-за завышения требований к бетону по прочности, морозостойкости и водонепроницаемости. При разработке проекта и технологических карт заливки монолитов учитываются возможности разных растворов, что дает возможность сэкономить за счет оптимальной стоимости закупки.

Ошибка в работе с противоморозными добавками

Наиболее распространенный вариант — попытка сэкономить на стадии закупки бетона в расчете на добавление реагентов после, во время заливки. Это приводит к тому, что раствор начинает мерзнуть еще при перевозке, неправильно заполняет опалубку, не набирает прочность в нормативное время. Использование сомнительных, не предусмотренных технологиями добавок приведет к браку в монолите. Трещины, расслоения, получение излишне пористого монолита — результат неверного подхода к работе с добавками.

Производитель бетона Erkon предлагает закупки материалов со сбалансированным составом. Это означает, что противоморозная добавка вводится в раствор в определенное время, в зависимости от температуры и времени транспортировки, типа бетона и особенностей конструкции. Для получения материала с оптимальными параметрами по твердению в мороз необходимо заранее оговаривать свои требования на этапе заказа.

Неверный выбор раствора по назначению

Замена заливочного, конструкционного бетона на штукатурный приводит к последующей потере прочности монолита. В отделочных смесях используется песок более мелких фракций, не создающий прочной и хорошо связанной структуры при большом объеме. Экономия на составе оборачивается получением трещин в монолите, оседанием наполнителя, выделением большого количества цементного молочка.

Обратная ситуация — выбор конструкционного раствора вместо отделочного. Такая смесь будет отваливаться от стен, отслаиваться от пола, не схватится с поверхностью. Следует сразу указывать тип раствора! Кладочные составы отличаются от штукатурных и конструкционных соотношением песка и цемента, поэтому пренебрежение этой особенностью — путь к получению непрочной кладки кирпичных и блочных стен.

Технологическая ошибка — неправильное использование бетононасоса

Низкие марки бетона, начиная от М200 и ниже, содержат меньше цемента. Это означает, что раствор, проходя через насос и шланги, быстро расслаивается, связующее выделяется в отдельную фракцию в виде цементного молочка, а наполнитель остается в пустоте. В результате раствор теряет свойства еще на этапе заливке, а впоследствии конструкция не набирает прочности. Это может дорого обойтись не только при частном строительстве — ошибка на стадии бетонной подготовки может стать причиной подвижности огромного конструктивного блока.

Вторая неприятность — возникновение пробки в насосе, недостаточная пластичность и текучесть смеси, приводящая к перегрузке и поломке машины.

Организационная ошибка — неправильный расчет времени заливки бетона

Доставка бетона на строительную площадку должна быть организована так, чтобы части конструкции стыковались или заливались непрерывно. Возникновение шва в монолите считается серьезным браком, на устранение которого уйдет много времени и сил. Расчет времени прибытия транспорта с бетоном и очередности заливки имеет решающее значение при создании монолитных оснований и ответственных частей конструкций.

Стыкование залитых в разное время частей монолитной конструкции — это сложная технологическая процедура. Углы наклона плоскостей и характеристики шва закладываются в проект, поэтому нарушение целостности на этапе заливки станет причиной демонтажа монолита. Это дорого обходится в строительстве любого масштаба.

Технологическая ошибка — неверная сборка опалубки

При отступлении от размеров опалубки возникает либо перерасход бетона, либо несоответствие размеров готовой конструкции проектным требованиям. Опытные строители хорошо знают, насколько важно соблюдение технологической карты производства монолитных работ. Дополнительные затраты на устранение подобных ошибок могут быть весьма значительными. 

erkon-beton.ru