Прочность бетона на растяжение: Прочность на растяжение бетона

Содержание

Прочность бетона на растяжение - процесс испытания

Прочность бетона на растяжение существенно изменяется в ходе эксплуатационного срока. Следует рассматривать не её количественное значение, а отношение к аналогичной характеристике на сжатие. Сразу после застывания в монолитную массу (около 28 суток после укладки), показатель максимален. Он составляет приблизительно восьмую часть от прочности на сжатие. С течением времени происходит снижение до 1/20, что должно обязательно учитываться в некоторых ситуациях. Причина заключается в особенности протекающих химических процессов.

Данный параметр не принято учитывать при большинстве типов строительства. Он является достаточно специфическим, поскольку от монолитных конструкций требуется сопротивляемость сжатию. Несмотря на это, характеристика влияет на эксплуатацию в условиях сильных перепадов температур, а также изменения влажности. Чтобы измерить параметр, используется специализированное оборудование, которое не отличается своей распространённостью. Именно по этой причине, предел прочности, связанный с растяжением, измеряется редко.

Процесс испытания бетона на растяжение 

Используется брус заранее определённых размеров. Для бетонов с элементами крупного заполнителя не более 16 миллиметров применяется изделие, габариты которого составляют 400X100X100 мм. Брус помещается на опоры с расстоянием между ними около трети метра. После этого начинает действовать направленная в разные стороны сила. Она продолжает нарастать до тех пор, пока не произойдёт механического разрушения. Для точности измерений необходимо поставить несколько испытаний.

Основу всех вычислений представляет закон Гука. Согласно нему, деформация является пропорциональной напряжению, прикладываемому до момента разрыва. Значения, полученные для бруса одного размера, не могут быть одинаковыми при использовании изделия с другими габаритами. Именно поэтому и применяются стандартизированные размеры.

Если нагрузки в здании являются напряженными и распределяются на значительную площадь, рекомендуется использовать такое значение, как прочность бетона на сжатие, при осуществлении проектирования. Как правило, в условиях стройки применяется брус размерами 400X100X100 мм. Когда он разрушается, то его половинки могут быть применены для исследования прочности на сжатие. Такой подход способствует экономии не только материалов, но и человеческого ресурса.  

1.2.3. Прочность бетона на растяжение

Прочность бетона на растяжение Rbt зависит от прочности цементного камня. При растяжении прочность бетона в 10÷20 раз меньше прочности на сжатие.

Связь между временным сопротивлением бетона на сжатие и растяжение может быть выражена формулами:

(1.1)

Для высокопрочных тяжёлых бетонов

(1.2)

Опытным путём Rbt определяют испытаниями на разрыв образцов в виде восьмёрок, на раскалывание цилиндрических образцов или на изгиб бетонных балок.

1.2.4. Прочность бетона на срез

В реальных конструкциях срез в чистом виде не встречается. Прочность бетона на срез в 1,5-2 раза больше, чем его прочность на растяжение. Объясняется это сопротивлением зёрен крупного заполнителя срезывающим усилиям.

Значение временного сопротивления не нормируется, однако при необходимости оно может быть определено по эмпирической формуле

(1.3)

    1. КЛАССЫ И МАРКИ БЕТОНА

Основной характеристикой прочности бетона является его класс. Классом бетона по прочности на сжатие В (МПа) называется временное сопротивление сжатию бетонных кубов с размером ребра 150 мм, испытанных после выдержки в течении 28 суток при температуре 20°С и относительной влажности воздуха более 90%. Данный показатель характеризует наименьшее контролируемое значение кубиковой прочности бетона R (МПа), с 95% обеспеченностью.

Все остальные показатели прочности бетона (призменная прочность, прочность на сжатие при изгибе, прочность при осевом растяжении и др.) являются величинами, зависящими от кубиковой прочности и определяются с помощью коэффициентов без специальных испытаний.

Для конструкций, работающих преимущественно на растяжение,

устанавливается класс бетона по прочности на растяжение Bt и контролируется на производстве.

Нормами установлены следующие классы бетона:

а) по прочности на сжатие: для тяжёлых бетонов - В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; ВЗО; В35; В40; В45; В50; В55; В60; для лёгких бетонов - ВЗ,5 ÷ В40.

б) по прочности на растяжение: Bt0,8; 1,2; 1,6; 2,0; 2,4; 2,8; 3,2 МПа.

Марка бетона по морозостойкости F назначается для конструкций, подвергающихся в увлажнённом состоянии многократному замораживанию и оттаиванию. Эта марка характеризуется количеством циклов замораживания и оттаивания бетона при снижении его прочности на сжатие не более, чем на 15%. нормами установлены марки F50; 75; 100; 150; 200; 300; 400; 500.

Марка бетона по водопроницаемости W назначается для конструкций, работающих под давлением воды. Марка W характеризует предельное давление в кг/см

2, при котором вода ещё не просачивается через бетонный образец толщиной 150 мм. Нормами установлены марки W 2; 4; 6; 8; 10; 12.

Марка бетона по плотности Д характеризует его среднюю плотность в кг/м3 и назначается для бетонов, к которым предъявляются требования теплоизоляции. Нормами установлены следующие классы тяжёлого бетона - от 22 до 25кн/м3 , лёгкий бетон от 8 до 20кн/м3 и т.п.

Оптимальные класс и марки бетона выбираются на основе технико-экономического анализа и условий эксплуатации. Рекомендуется принимать класс бетона для сжатых и изгибаемых элементов не ниже В15; для колонн - В20; В25; для ферм и арок ВЗО; В35. Для предварительно напряжённых конструкций в зависимости от вида напрягаемой арматуры - В25 - В40.

    1. .ДЕФОРМАТИВНОСТЬ БЕТОНА

При проектировании железобетонных конструкций помимо прочностных свойств необходимо учитывать и деформативные. Деформации бетона бывают двух видов. Объёмные, развивающиеся во всех направлениях под влиянием усадки, изменения температуры и влажности и силовые, развивающиеся вдоль направления действия сил. В свою очередь силовые деформации подразделяются на три вида: при однократном кратковременном нагружении; длительном нагружении и многократно-повторном действии нагрузки.

Прочность бетона на изгиб, растяжение и раскалывание. Прочность бетона на растяжение при изгибе

Для тяжелых бетонов, применяемых в строительстве дорог и аэродромов, устанавливаются марки бетона по прочности на растяжение при изгибе, которые определяют путем испытания балочек квадратного сечения. Балку испытывают с приложением сил в 1/3 пролета.

Предел прочности на растяжение при изгибе RK3r (МПа) вычисляют по формуле

Прочность бетона при изгибе в несколько раз меньше его прочности при сжатии. Марки бетона на растяжение при изгибе: М5, Ml 0, Ml Я] М20, М25, МЗО, М35, М40, М45, М50

Прочность бетона при изгибе зависит от тех же факторов, что и прочность бетона при сжатии, однако ь эличественные зависимости в этом случае получаются другими. Соотношение повышается с увеличением прочности бетона. На практике обычно трудио достигнуть прочности бетона при изгибе более 6 МПа.

Волге точная зависимость прочности бетона при изгибе от качества цемента получается, если в ней учитывается активность цемента на изгиб, киторую определяют в соответствии с ГОСТ 310.4-81. В этом случае можно использовать в расчетах формулу

С увеличением возраста бетона его прочность при изгибе и растяжении возрастает более медленно, чем прочность при сжатии, и соотношение уменьшается.

Призменная прочность бетона

Под призменной прочностью понимают временное сопротивление осевому сжатию призмы с отношением высоты призмы к размеру стороны квадрата, равном 4. Образцы призматической формы, для которых влияние сил трения меньше, чем для кубов, при одинаковом поперечном сечении показывают меньшую прочность на сжатие. В реальных конструкциях напряженное состояние бетона приближается к напряженному состоянию призм. Поэтому для расчета конструкций на осевое сжатие принята призменная прочность бетона, ее величина имеет максимальное значение при мгновенном загружении. При таком соотношении Н/b влияние опорных плит пресса в средней части призмы (участок разрушения), а также гибкости бетонного образца практически не сказывается. При этом имеется в виду, что эталонные призмы набирали прочность в нормальных условиях в течение 28 дней и что условия загружения соответствуют требованиям ГОСТа.

Призменная прочность равняется примерно 0,75 кубиковой прочности для класса бетона В25 и выше и 0,8 для класса бетона ниже В25.

Однородность бетона

Однородность бетона по прочности и другим свойствам - важнейший фактор надежности бетонных и железобетонных конструкций .

Расчетные сопротивления бетона по действующим нормам проектирования конструкций составляют лишь около половины проектных значений прочности, поскольку приходится ориентироваться не на средние показатели, а на статистически вероятную минимальную прочность бетона, качество которого подвержено случайным колебаниям.

Повышение однородности бетона открывает возможность его более, эффективного использования при требуемой обеспеченности его заданных параметров.

Однородность бетона по прочности наряду с другими факторами зависит от содержания и качества применяемых заполнителей, особенно если какие-либо свойства последних ограничивают получение бетона требуемой прочности.

При попытке получить высокопрочный бетон на гладком окатанном гравии слабым местом является контакт цементного камня с заполнителем, и чем больше будет в бетоне заполнителя, тем меньшей окажется прочность бетона. В этом случае неточность дозирования и неравномерное распределение заполнителя по объему бетона будут снижать однородность бетона по прочности и тем значительнее, чем выше проектная прочность бетона.

Если свойства заполнителя обеспечивают надлежащее сцепление с цементным камнем в бетоне, а прочность заполнителя достаточно высока в соответствии с условием (4.6), то возможные колебания содержания такого заполнителя в бетоне, как вытекает из вышеизложенного, сравнительно мало скажутся на прочности бетона и ее изменчивости.

Наконец, если прочность заполнителя недостаточна для получения бетона требуемой прочности, то и колебания содержания, и неоднородность заполнителя могут весьма резко снизить однородность бетона.

Поэтому однородность бетона обычно связывают с его прочностью, хотя имеющиеся опытные данные нередко противоречивы. Долгое время считалось, что чем выше прочность бетона, тем выше его однородность. Это объясняли повышением культуры производства, усилением технологического контроля. Однако последующие исследования (А. Е. Десова, В. А. Вознесенского) показали, что высокопрочные бетоны, наоборот, имеют меньшую однородность. Последнее соответствует и представлениям, вытекающим из вышеприведенного анализа влияния заполнителей на прочность бетона.

Согласно ГОСТ 10268-80, предел прочности горной породы заполнителей для тяжелого бетона должен превосходить проектный предел прочности бетона не менее чем в 1,5 раза, если последний ниже 30 МПа, и не менее чем в 2 раза, если он составляет 30 МПа и выше. Однако здесь имеется в виду средний предел прочности по результатам испытаний пяти контрольных образцов породы на сжатие или двух проб щебня на дробимость по ГОСТ 8269-76. Если исходная горная порода неодородна по прочности, то минимальный статистически вероятный предел прочности заполнителя может оказаться гораздо ниже среднего. Не исключено, что он окажется ниже требуемого по формуле (4.6) и даже ниже проектной прочности бетона, причем вероятность этого с увеличением проектной прочности бетона возрастает.

Однородность легких бетонов помимо общих технологических факторов зависит от того, насколько рационально выбрана область применения того или иного пористого заполнителя. Имеет значение соотношение заданной прочности бетона и прочности заполнителя в бетоне, причем последняя должна оцениваться не только интегрально по средним показателям, но и характеристикой однородности. Если заданный предел прочности бетона превышает минимальное статистически вероятное значение предела прочности заполнителя, а тем более среднее его значение, то однородность бетона снижается.

Нередко стремятся получить легкий бетон как можно более высокой прочности, не учитывая при этом, что при Re>R3 повышение прочности бетона сопровождается снижением его однородности, поэтому расчетное сопротивление нельзя повысить без риска снизить обычный запас прочности конструкций. Отсюда в дополнение к вышеизложенному вытекают повышенные требования к прочности заполнителей для бетона и их однородности.

Повышение однородности заполнителей, т. е. приближение минимального статистически вероятного предела прочности к среднему, столь же важно, как повышение среднего предела прочности. Поэтому в последующих главах даются рекомендации по выбору путей повышения однородности заполнителей методами обогащения.

Для легких теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных бетонов большое значение имеет однородность по теплопроводности . Учитывая связь теплопроводности с плотностью бетона, обычно для упрощения задачи определяют однородность бетона по плотности, причем вычисляют не минимальную, а максимальную статистически вероятную плотность бетона.

На стабильность всех показателей качества бетона влияет однородность применяемых заполнителей также по влажности, крупности, форме зерен и т. д.

Поскольку высокоразвитая цементная промышленность СССР обеспечивает стабильность качества цемента, а механизация и автоматизация процессов приготовления и укладки бетонной смеси позволяют обеспечить требуемые технологические параметры, неоднородность заполнителей остается существенным препятствием повышению однородности бетона. Именно из-за неоднородности заполнителей в основном приходится увеличивать коэффициенты запаса прочности, используя потенциальные возможности бетона в среднем только наполовину.

В научно-технической литературе понятие однородности бетона в последнее время расширяется. Помимо характеристики изменчивости результатов испытания отдельных образцов бетона вводится понятие структурной однородности как характеристики изменчивости прочностных, деформативных и иных свойств в объеме образца. В этом аспекте рассматривается распределение между структурными компонентами бетона внутренних напряжений от внешней нагрузки, усадочных, температурных, примеры которых описаны выше. Мелкозернистый бетон структурно более однороден, чем бетон с крупным заполнителем, что в некоторых случаях дает ему определенные преимущества. Бетон на пористых заполнителях, свойства которых близки к свойствам цементного камня, структурно более однороден, чем обычный тяжелый бетон.

Помимо привычной прочности бетона на сжатие, используемой для определения класса и марки бетона, материал имеет еще одну характеристику прочности - на растяжение. Это прямо противоположная характеристика прочности на сжатие, показывающая способность смеси сохранять целостность при выполнении усилия на разрыв.

Выделяют несколько видов прочности бетона на растяжение:

  • На растяжение при изгибе
  • На осевое растяжение
  • На растяжение при раскалывании

С практической точки зрения, прочность бетона на растяжение показывает способность изделия выдерживать различные деформационные нагрузки при сохранении неизменной геометрии конструкции. Кроме того, показывает устойчивость материала к разрушительному воздействию перепадов температур, а также учитывается при расчёте несущих способностей конструкций, в первую очередь - балок.

Наибольшую значимость имеет прочность бетона на растяжение при строительстве бетонных дорожных покрытий, в частности - взлетно-посадочных полос на аэродромах, так как он этого параметра зависит несущая способность дорожного полотна. Для этих целей применяют тяжелые бетоны, на которые устанавливаются марки по прочности на растяжение.

Показатели прочности бетона на растяжение

Эти марки определяются в лабораторных условиях, аналогично маркам прочности на сжатие, но при других условиях эксперимента. Используют балки длиной 400 - 800 мм и сечением 100х100, 150х150 или 200х200 (т.е. размеры сечения должны быть в 4 раза меньше длины). Балка устанавливается на опору и к ней в двух точках прикладывается сила в третях пролета. В каждой из точки прикладывается равное усилие, равное 50% от суммарной нагрузки. Усилие наращивается до разрушения балки в точке изгиба. В результате, полученный показатель принимается за марку бетона на растяжение. На практике существуют марки от М5 до М50 по прочности на растяжение.

Важным показателем является соотношением прочности на сжатие и прочности на растяжение. Как правило, для большинства бетонных смесей прочность на сжатие значительно превосходит прочность на растяжение, но с повышением прочности бетона этот разрыв постепенно снижается. Также важно учитывать, что для разных составов бетона соотношение между прочностью на растяжение при изгибе и при осевом растяжении также существенно отличается.

Так как сам по себе бетон не является материалом, демонстрирующим высокие показатели по прочности на растяжение как при изгибе, так и при осевом растяжении, применяют армирование. Внедрение в бетонную конструкцию металлической арматуры обеспечивает повышение пластичности и упругости изделия, радикально повышая прочность на растяжение.

Структура бетона, обусловленная неоднородностью состава и различием способов приготовления, оказывает существенное влияние на все физико-механические свойства.

Прочность бетона зависит от ряда факторов:

 технологические факторы: состав, водоцементное отношение, свойства исходных материалов;

 возраст и условия твердения;

 форма и размеры образца;

 вид напряженного состояния и длительность воздействия.

Бетон имеет разное временное сопротивление при сжатии, растяжении и срезе.

Прочность бетона на осевое сжатие.

Различают кубиковую (R ) и призменную (R b ) прочность бетона на осевое сжатие. При осевом сжатии кубы разрушаются вследствие разрыва бетона в поперечном направлении. При этом наблюдается явно выраженный эффект обоймы - в кубе у поверхностей, соприкасающихся с плитами пресса (зоны передачи усилий), возникают силы трения, направленные внутрь куба, которые препятствуют свободным поперечным деформациям. Если этот эффект устранить, то временное сопротивление сжатию куба уменьшится примерно вдвое. Опытами установлено, что прочность бетона также зависит от размера образца. Это объясняется изменением влияния эффекта обоймы на деформации бетона с изменением размеров и формы образца (рис. 4).

Поскольку реальные железобетонные конструкции по форме отличаются от кубов, в расчете их прочности основной характеристикой бетона при сжатии является призменная прочность R b - временное сопротивление осевому сжатию бетонных призм. Опыты на бетонных призмах со стороной основанияа и высотойh показали, что призменная прочность бетона меньше кубиковой и она уменьшается с увеличением отношенияh/a . Влияние сил трения на торцах призмы уменьшается с увеличением ее высоты и при отношенииh/a = 4 значениеR b становится почти стабильным и равным примерно0.75R .

Прочность бетона на осевое растяжение.

Зависит от прочности цементного камня на растяжение и сцепления его с зернами заполнителя. Согласно опытным данным, прочность бетона на растяжение в 10 20 раз меньше, чем при сжатии. Повышение прочности бетона на растяжение может быть достигнуто увеличением расхода цемента, уменьшением W/C, применением щебня с шероховатой поверхностью.

Временное сопротивление бетона осевому растяжению (МПа) можно определить по эмпирической формуле:

3 ___

R bt = 0.233 R 2

Вследствие неоднородности бетона эта формула дает лишь приблизительные значения R bt , точные значения получают путем испытания на разрыв образцов в виде восьмерки.

Прочность бетона на срез и скалывание.

Срез представляет собой разделение элемента на две части по сечению, к которому приложены перерезывающие силы. При этом основное сопротивление срезу оказывают зерна крупных заполнителей, работающих, как шпонки. Временное сопротивление срезу можно определить по эмпирической формуле R sh 2R bt ;

Сопротивление бетона скалыванию возникает при изгибе железобетонных балок до появления в них наклонных трещин. Скалывающие напряжения по высоте сечения изменяются по квадратной параболе. Временное сопротивление скалыванию при изгибе, согласно опытным данным, в 1.5 2 раза большеR bt .

Основы прочности бетона

По своей структуре бетон неоднородный материал и поэтому под действием внешней нагрузки он находится в сложном напряженном состоянии. происходит в течение нескольких недель с его изготовления. При сжатии бетонного образца, воспринимают нагрузку более жесткие частицы, обладающие большим модулем упругости. По плоскостям соединения этих частиц возникают силы, способствующие нарушить их связь. В тоже время в ослабленных пустотами и порами местах происходит концентрация напряжения. Согласно теории упругости вокруг отверстий в материале, находящемся под действием сжатия возникает концентрация уравновешивающих сжимающих и растягивающих напряжений, параллельных сжимающей силе.

Так как бетон содержит много пустот и пор, то растягивающие напряжения у одной поры передаются на соседние, в результате чего в испытываемом образце при сжатии кроме продольных сжимающих напряжений возникают и растягивающие напряжения в поперечном направлении. Именно в поперечном направлении вследствие разрыва бетона происходит разрушение сжимаемого образца. Сначала появляются микроскопические трещины по всему объему сжимаемого образца, которые с возрастанием нагрузки соединяются, образуя трещины параллельные направлению действия сжимающей силы или под небольшим наклоном. Затем трещины раскрываются, и наступает разрушение бетонного образца.

Согласно результатам испытаний опытных образцов, прочность бетона на сжатие в 10 – 15 раз больше, чем прочность бетона при растяжении. Кроме того с увеличением класса бетона уменьшается относительная прочность при растяжении. Так же опыты показывают еще больший разброс прочности при испытании на растяжение по сравнению со сжатием и .

Такие факторы, как увеличение количества цемента в бетонной смеси, применение шероховатого щебня, уменьшение водоцементного соотношения повышают прочность бетона при растяжении, что можно увидеть на .

Класс бетона на сжатие и растяжение

В зависимости от соответствующего подбора состава и последующего испытания контрольных образцов определяют класс и . Бетон имеет высокое сопротивление сжатию, вследствие чего этот материал широко применяют в различных железобетонных конструкциях.
Класс бетона по прочности на сжатие - это временное сопротивление, полученное в результате испытания на сжатие бетонных образцов кубической формы с размером ребра 150 мм, в возрасте 28 дней и при температуре их хранения 200 С.

Согласно ГОСТу установлены следующие классы по прочности бетона на сжатие.

Для легких бетонов: В10; В12,5; В15; В30; В20; В35; В40; где цифры обозначают давление в МПа.
Для тяжелых бетонов: В10; В12,5; В15; В30; В20; В35; В40; В50; В45; В55; В60.
В том же диапазоне до В40 для бетонов мелкозернистой структуры на песке с модулями крупности 2,1 и выше.
До В30 в том же диапазоне для мелкозернистых бетонов с модулем крупности не более 1.

Технологии

Строительство фундамента в зимнее время
Строительство является одной из важнейших отраслей. Эффективность ее прямо пропорционально отражается на развитии страны

Бетонные работы в зимнее время
Самый распространенный материал в современном строительстве - бетон и его производные. Сейчас ведь миром правят деньги, а использование бетона ускоряет процесс строительства с большим выигрышем по времени, и, соответственно, денег

Закладка фундамента для забора
Как красивый бриллиант требует достойной оправы, так и хороший забор требует надёжного фундамента. Недаром мы называем фундаментом то, что лежит в основе, на чём базируется всё остальное

Декоративный штампованный бетон – имитация любых поверхностей
Двор – такая же личная территория, как и дом, и каждому из нас хочется, чтобы он выглядел красиво, уютно и непохоже на другие. Внутренний дворик, подъездная аллея или дорожки, залитые простым белым ровным бетоном, выглядят банально и стандартно

Самовосстанавливающийся бетон
Сегодня самовосстанавливающийся бетон - это единственное реальное решение, способное успешно бороться с явлением, которое называют "бетонный рак", возникающий, когда в поры бетонных конструкций проникает влага

Индикатор прочности бетона "Бетон-70"
Конструктивное исполнение и базовый комплект поставки индикатора прочности бетона "Бетон-70" позволяют проводить ультразвуковое обследование в режимах сквозного и поверхностного измерения прочности бетонов при температурах рабочей среды в диапазоне от –10 до +50 °С

Прочность бетона при растяжении

Бетон плохо работает на растяжение.

Прочность при растяжении составляет 7—10% от его прочности при сжатии. Это (в сочетании с низкой растяжимостью) — один из двух главных недостатков тяжелого бетона (второй — высокая плотность).

Прочность на осевое растяжение наиболее сложно определяется. Один из вариантов — растяжение образцов-восьмерок (призм с утолщениями на концах) на разрывной машине.

Прочность на растяжение при изгибе определяется на призмах 100х 100x400 мм; 150х 150x600 мм и т. д. Образцы испытываются при действии двух сил, приложенных в 1/3 пролета. Разрушение бетона происходит от растягивающих напряжений, достигающих наибольших значений в нижнем слое растянутой зоны.

Прочность на растяжение при раскалывании. В связи со сложностью определения прочности на чистое растяжение и растяжение при изгибе широкое распространение получило определение прочности бетона на растяжение при раскалывании (иногда этот метод, предложенный Ф. Карнейро, называют бразильским). Для него используются стандартные образцы-кубы, раскалываемые на прессах при помощи стальных или фанерных прокладок.

Метод стандартизирован. Прочность при раскалывании несколько выше, чем при чистом растяжении, в среднем на 30%.

Для обычных бетонов, даже в изгибаемых конструкциях, прочность бетона на растяжение не нормируется. Растягивающие напряжения в них воспринимаются арматурой. В бетоне растянутой зоны в связи с его малой растяжимостью допускаются и образуются трещины. Но ограничивается ширина их раскрытия (в пределе — до 0,3 мм).

В то же время в ряде конструкций: дорожные покрытия, резервуары, гидротехнические сооружения, — трещины недопустимы. Для них прочность на растяжение приобретает важное значение и может являться основной нормируемой характеристикой.

Но степень их влияния изменяется. Она в меньшей степени зависит от В/Ц, а также от возраста бетона (после первого месяца твердения).

В то же время прочность при растяжении больше зависит от сцепления цементного камня с заполнителями. Поэтому повышение степени шероховатости и чистоты поверхности зерен, замена гравия на щебень оказывают на нее значительное влияние. Повышается прочность при растяжении при уменьшении НК заполнителей, так как поверхность их сцепления с цементным камнем увеличивается и становится при этом менее дефектной. Так, мелкозернистые бетоны имеют большую прочность при растяжении, чем обычные (при той же прочности при сжатии).

ПРОЧНОСТЬ НА РАСТЯЖЕНИЕ ПРИ ИЗГИБЕ И РАСКАЛЫВАНИИ

ВЫСОКОПРОЧНЫЙ БЕТОН

Анализ опытных данных показывает, что прочность на осевое растяжение меньше прочности на растяжение при изгибе. У обычных тяжелых бетонов отношение величины растяжения при изгибе i? p.и к осевому растяжению Rv ко­леблется в довольно широких пределах:

= 1,5-3.

Яр

Увеличение предела прочности на растяжение при из­гибе объясняется пластической растяжимостью бетона пе­ред его разрывом [84]. Отношение между деформациями в момент излома балочки и в момент достижения бетоном напряжения Яр. и может служить мерой увеличения растя­жимости бетона за счет его пластических свойств. При очень быстром проведении опыта пластическая растяжимость может проявиться не в полную меру. Чем медленнее воз­действует нагрузка на балку, тем более благоприятны ус­ловия для развития пластических деформаций и тем мень­ше окажется изгибающий момент. Поэтому, чтобы получи­лись сравнимые результаты, скорость испытания образцов должна быть одинаковой.

Согласно ГОСТу нагрузка на образец при испытании должна возрастать непрерывно и равномерно со скоростью 0,5±0,2 кГ/см2 в секунду вплоть до разрушения образца. Скорость загружения бетона является решающей для его пластической растяжимости. В связи с этим отношение между полной деформацией, соответствующей моменту разрушения балки, и деформацией, при которой возможно появление трещины (кривая сг — е), колеблется в преде­лах от 1,5 до 3.

Рассмотрим процесс деформирования бетона изгибаемой балки вплоть до ее разрушения ( рис. 24).

А. Е. Голиков испытывал образцы размером 15ХІ5Х Х60 см у приготовленные из бетона марки 800. Балки на­гружали двумя грузами, которые прикладывали в третях пролета. Деформации измеряли тензодатчиками сопротив­ления, наклеенными в растянутой и сжатой зонах. Нижнюю

2 4 6 8 10 12 т 16 18 20 Є10' І 1 і і

> і і >

Рис. 24. Зависимость деформаций бето­на изгибаемого элемента є от действую­щих напряжений а

С

Ii6<9

Щг

33,5 26fi 20,1

- 6,7

A T мкс с к 6

*Ю~5 22

67

Цч 20,1 26,8 33,5

Т

Щ9 а

1 — деформации растянутой зоны по показа­ниям тензодатчиков; 2 — то же, сжатой зоны; 3 — изменение времени прохождения ультра­звука Kt в растянутой зоне

Зону балок прозвучивали вдоль растянутых волокон ультра­звуковым аппаратом УЗП-65.

Из рис. 24 видно, что кривая а — ев растянутой зоне балок при напряжениях а = 40,2 кПсм2 имеет излом. При том же напряжении обнаруживается излом и на кри­вой скорости прохождения ультразвука, что характери­зует появление пластической растяжимости бетона.

Прочность бетона на растяжение при изгибе, согласно ГОСТ, определяют на образцах-балках сечением 20x20, 15x15 и 10X10 см и длиной соответственно 80, 60 и 40 см. За эталон следует принимать балку размером 15 X 15x60 см (ее размеры выбирают исходя из тех же соображений, ко­торые принимались при выборе размеров образцов для испытания на сжатие). Нагрузка на балки прикладывается в третях пролета. Она создается двумя равными сосредо­точенными силами, составляющими половину суммарной нагрузки. При этом в зоне чистого изгиба момент сохраняет­ся постоянным, а поперечная сила равна нулю.

Величину временного сопротивления бетона при изгибе определяют с учетом экспериментальных данных по фор­муле:

Где Р — разрушающая нагрузка в кГ, I — расстояние меж­ду опорами, а и H — ширина и высота балки в см.

Для установления корреляционной зависимости /?ри = = f(R) [177] были использованы данные о высокопрочных [23, 67, 70, 86, 87, 161, 184, 195] и обычных [127, 141, 203] Бетонах.

Растяжение при изгибе определяли на образцах-бал­ках, прикладывая две равные сосредоточенные силы, со­ставляющие половину суммарной нагрузки Р. Силы, при­ложенные в третях пролета, действовали равномерно по всей ширине балки. Пролет балок соответствовал трехкрат­ному размеру ее высоты. Были использованы балки раз­личных размеров как по сечению, так и по длине: в,'опытах [86, 87, 161! — сечением 10X10 см и пролетом 30 см в опы­тах [23, 671 — сечением 15 X15 см и пролетом 45 см, в опы­тах [141 ] — сечением 17,5x25 см и пролетом 75 см.

Результаты статистической обработки данных, приве­денных на рис. 25, позволили установить общую корреля­ционную зависимость между /?ри и R для бетонов марок от 100 до 1200, которая выражается кривой (а). Кривая б

Описывается зависимостью типа (II 1.3) и выражается фор­мулой

Яр. и = 0,8Я*/з. (Ш. З)

Кривые а и б достаточно близко совпадают, поэтому #р. и можно определять по формуле (III.3). Эта формула отличает-

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 11Q0 1200

/?, ИГ/см2

Рис. 25. Зависимость прочности бетона на растяжение при изгибе от его кубиковой прочности R, по данным

/ — Булгакова и Русановой [23]; 2 — Гоннермана и Шумана [1411- 3 — Дульгеру; 4 — Каплана [161]; 5 — Кордона и Джилеспи [ 127]; 6, 7 — Писанко и Голикова [67, 70]; 8 — Роша [184]; 9 — Сытника [86]; 10 — Сытника и Иванова [87]; 11 — Уокера и Блоума [203]; 12 — Щайд - лера [195]; а —по уравнению кривой регрессии; б—по формуле (Ш. З)

Ся от формулы (III.2) только коэффициентом. Для всего диапазона прочностей от 100 до 1200 среднее значение

/Ср=%-И = 1,6

Кр

В отличие от принимаемого по ГОСТу для бетонов марок до 600 /Ср - 1,7.

Как видно из рис. 25, зависимости (III.2) и (Ш. З) обус­ловливаются главным образом прочностью бетона.

В заводских лабораториях, где определять временное сопротивление бетона на растяжение осевое и при изгибе практически невозможно, используется также метод раска­лывания кубов или цилиндров. Растяжение бетона при раскалывании Rv. v целесообразно определять на образ­цах-кубах или цилиндрах.

Чтобы учесть степень уменьшения прочности бетона при его смятии, в общепринятую формулу для оценки растя­жения при раскалывании вводится коэффициент ослаб­ления, который для тяжелого бетона принимается равным: /Ссм = Ы [51. Тогда формула для расчета временного сопротивления бетона растяжению при раскалывании при­мет вид:

Для образцов-кубов

Vp=*cM-gr; (пі.4)

Для образцов-цилиндров

= (ІІІ.5)

Где Р — нагрузка, раскалывающая образец, в кГ; I — Длина ребра в см; а —длина цилиндра в см; D —диаметр цилиндра в см.

Параллельно с исследованиями высокопрочных бетонов на растяжение осевое и при изгибе испытывались образцы - кубы размером 15x15x15 см на раскалывание [67, 70]. Их изготовляли из тех же смесей и теми же методами, как и образцы, испытанные на растяжение осевое и при изгибе. Кроме того, испытывались образцы-цилиндры диаметром 15 см, длиной 30 см [86, 87, 126] и образцы-кубы размером 10 X 10 X 10 см [41, 203] в возрасте от 3 до 360 суток и проч­ностью 100—1050 кГ/см*.

Как видно из рис. 26, полученная корреляционная за­висимость (кривая а [177]) близко совпадает с зависимостью (кривая б)

ДРвР= 0,55і?2/3. (ІІІ.6)

Достаточно высокое значение коэффициента корреля­ции г = 0,926 позволяет считать эту зависимость устой­чивой.

Рассматривая зависимости (III.2), (III.3) и (III.6), прихо­дим к выводу, что все они имеют структуру формулы Фе - ре и отличаются только коэффициентами. Основным фак­тором, влияющим на растяжение бетона марок 100—1200, является прочность на сжатие.

Рис. 26. Зависимость прочности бетона на растяжение при раскалывании /?р. рот его кубиковой прочности R, поданным: 1, 2 — Писанко и Голикова [67, 70]; 3 — Сытника [86]; 4 — Сытника и Иванова [87]; 5 —Слесаревой [41]; 6 — Уокера и Блоума [203]; 7 —Чапмена [126]; а —по уравнению кривой регрессии; б—по фор­муле (III.6)

Размеры и форма образцов, возраст бетона, а также со­ставы бетонной смеси при использовании в них фракцио­нированных заполнителей, эффективность методов укладки бетона влияют менее существенно на прочность при растяжении.

Кольца колодцев были и остаются очень востребованным строительным материалом. К слову, кольца колодцев приобретают не только те, чья деятельность связана с водоснабжением и канализацией, но и телефонисты, Интернет-провайдеры и, конечно …

Полученное выражение (V.15) дает возможность сфор­мулировать общее положение о характере зависимости меж - ду упругими и прочностными свойствами тяжелого бето­на. Особенность этой связи заключается в том, что оца не является …

Об усадке тяжелого бетона имеется не меньше экспе­риментальных данных, чем о его ползучести. Попытки- использовать эти данные для получения общих количест­венных закономерностей явления содержатся в ряде работ. При оценке возможной …

Прочность бетона на растяжение при изгибе

Для тяжелых бетонов, применяемых в строительстве дорог и аэродромов, устанавливаются марки бетона по прочности на растяжение при изгибе, которые определяют путем испытания балочек квадратного сечения. Балку испытывают с приложением сил в 1/3 пролета.

Предел прочности на растяжение при изгибе RK3r (МПа) вычисляют по формуле

Прочность бетона при изгибе в несколько раз меньше его прочности при сжатии. Марки бетона на растяжение при изгибе: М5, Ml 0, Ml Я] М20, М25, МЗО, М35, М40, М45, М50

Прочность бетона при изгибе зависит от тех же факторов, что и прочность бетона при сжатии, однако ь эличественные зависимости в этом случае получаются другими. Соотношение повышается с увеличением прочности бетона. На практике обычно трудио достигнуть прочности бетона при изгибе более 6 МПа.

Волге точная зависимость прочности бетона при изгибе от качества цемента получается, если в ней учитывается активность цемента на изгиб, киторую определяют в соответствии с ГОСТ 310.4-81. В этом случае можно использовать в расчетах формулу

С увеличением возраста бетона его прочность при изгибе и растяжении возрастает более медленно, чем прочность при сжатии, и соотношение уменьшается.

Призменная прочность бетона

Под призменной прочностью понимают временное сопротивление осевому сжатию призмы с отношением высоты призмы к размеру стороны квадрата, равном 4. Образцы призматической формы, для которых влияние сил трения меньше, чем для кубов, при одинаковом поперечном сечении показывают меньшую прочность на сжатие. В реальных конструкциях напряженное состояние бетона приближается к напряженному состоянию призм. Поэтому для расчета конструкций на осевое сжатие принята призменная прочность бетона, ее величина имеет максимальное значение при мгновенном загружении. При таком соотношении Н/b влияние опорных плит пресса в средней части призмы (участок разрушения), а также гибкости бетонного образца практически не сказывается. При этом имеется в виду, что эталонные призмы набирали прочность в нормальных условиях в течение 28 дней и что условия загружения соответствуют требованиям ГОСТа.

Призменная прочность равняется примерно 0,75 кубиковой прочности для класса бетона В25 и выше и 0,8 для класса бетона ниже В25.

Однородность бетона

Однородность бетона по прочности и другим свойствам - важнейший фактор надежности бетонных и железобетонных конструкций.

Расчетные сопротивления бетона по действующим нормам проектирования конструкций составляют лишь около половины проектных значений прочности, поскольку приходится ориентироваться не на средние показатели, а на статистически вероятную минимальную прочность бетона, качество которого подвержено случайным колебаниям.

Повышение однородности бетона открывает возможность его более, эффективного использования при требуемой обеспеченности его заданных параметров.

Однородность бетона по прочности наряду с другими факторами зависит от содержания и качества применяемых заполнителей, особенно если какие-либо свойства последних ограничивают получение бетона требуемой прочности.

При попытке получить высокопрочный бетон на гладком окатанном гравии слабым местом является контакт цементного камня с заполнителем, и чем больше будет в бетоне заполнителя, тем меньшей окажется прочность бетона. В этом случае неточность дозирования и неравномерное распределение заполнителя по объему бетона будут снижать однородность бетона по прочности и тем значительнее, чем выше проектная прочность бетона.

Если свойства заполнителя обеспечивают надлежащее сцепление с цементным камнем в бетоне, а прочность заполнителя достаточно высока в соответствии с условием (4.6), то возможные колебания содержания такого заполнителя в бетоне, как вытекает из вышеизложенного, сравнительно мало скажутся на прочности бетона и ее изменчивости.

Наконец, если прочность заполнителя недостаточна для получения бетона требуемой прочности, то и колебания содержания, и неоднородность заполнителя могут весьма резко снизить однородность бетона.

Поэтому однородность бетона обычно связывают с его прочностью, хотя имеющиеся опытные данные нередко противоречивы. Долгое время считалось, что чем выше прочность бетона, тем выше его однородность. Это объясняли повышением культуры производства, усилением технологического контроля. Однако последующие исследования (А. Е. Десова, В. А. Вознесенского) показали, что высокопрочные бетоны, наоборот, имеют меньшую однородность. Последнее соответствует и представлениям, вытекающим из вышеприведенного анализа влияния заполнителей на прочность бетона.

Согласно ГОСТ 10268-80, предел прочности горной породы заполнителей для тяжелого бетона должен превосходить проектный предел прочности бетона не менее чем в 1,5 раза, если последний ниже 30 МПа, и не менее чем в 2 раза, если он составляет 30 МПа и выше. Однако здесь имеется в виду средний предел прочности по результатам испытаний пяти контрольных образцов породы на сжатие или двух проб щебня на дробимость по ГОСТ 8269-76. Если исходная горная порода неодородна по прочности, то минимальный статистически вероятный предел прочности заполнителя может оказаться гораздо ниже среднего. Не исключено, что он окажется ниже требуемого по формуле (4.6) и даже ниже проектной прочности бетона, причем вероятность этого с увеличением проектной прочности бетона возрастает.

Однородность легких бетонов помимо общих технологических факторов зависит от того, насколько рационально выбрана область применения того или иного пористого заполнителя. Имеет значение соотношение заданной прочности бетона и прочности заполнителя в бетоне, причем последняя должна оцениваться не только интегрально по средним показателям, но и характеристикой однородности. Если заданный предел прочности бетона превышает минимальное статистически вероятное значение предела прочности заполнителя, а тем более среднее его значение, то однородность бетона снижается.

Нередко стремятся получить легкий бетон как можно более высокой прочности, не учитывая при этом, что при Re>R3 повышение прочности бетона сопровождается снижением его однородности, поэтому расчетное сопротивление нельзя повысить без риска снизить обычный запас прочности конструкций. Отсюда в дополнение к вышеизложенному вытекают повышенные требования к прочности заполнителей для бетона и их однородности.

Повышение однородности заполнителей, т. е. приближение минимального статистически вероятного предела прочности к среднему, столь же важно, как повышение среднего предела прочности. Поэтому в последующих главах даются рекомендации по выбору путей повышения однородности заполнителей методами обогащения.

Для легких теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных бетонов большое значение имеет однородность по теплопроводности. Учитывая связь теплопроводности с плотностью бетона, обычно для упрощения задачи определяют однородность бетона по плотности, причем вычисляют не минимальную, а максимальную статистически вероятную плотность бетона.

На стабильность всех показателей качества бетона влияет однородность применяемых заполнителей также по влажности, крупности, форме зерен и т. д.

Поскольку высокоразвитая цементная промышленность СССР обеспечивает стабильность качества цемента, а механизация и автоматизация процессов приготовления и укладки бетонной смеси позволяют обеспечить требуемые технологические параметры, неоднородность заполнителей остается существенным препятствием повышению однородности бетона. Именно из-за неоднородности заполнителей в основном приходится увеличивать коэффициенты запаса прочности, используя потенциальные возможности бетона в среднем только наполовину.

В научно-технической литературе понятие однородности бетона в последнее время расширяется. Помимо характеристики изменчивости результатов испытания отдельных образцов бетона вводится понятие структурной однородности как характеристики изменчивости прочностных, деформативных и иных свойств в объеме образца. В этом аспекте рассматривается распределение между структурными компонентами бетона внутренних напряжений от внешней нагрузки, усадочных, температурных, примеры которых описаны выше. Мелкозернистый бетон структурно более однороден, чем бетон с крупным заполнителем, что в некоторых случаях дает ему определенные преимущества. Бетон на пористых заполнителях, свойства которых близки к свойствам цементного камня, структурно более однороден, чем обычный тяжелый бетон.

Для получения бетона с требуемыми свойствами необходимо отчетливо представить влияние на свойства бетона заполнителей, их содержания и свойств. Понимание всех аспектов этого влияния обеспечивает правильный выбор заполнителей для достижения заданного качества бетона или выбор области рационального применения в бетонах того или иного заполнителя.

Вопрос № 43

Прочность бетона (понятие и определение по действующим нормам)

Основные термины

Согласно СП 63.13330.2018 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. СНиП 52-01-2003 существуют следующие виды показателей прочности бетона:

  • Класс бетона по прочности на сжатие
  • Класс бетона по прочности на осевое растяжение

Класс бетона по прочности на сжатие (В) — это  значению кубиковой прочности бетона на сжатие, МПа, с обеспеченностью 0,95 (нормативная кубиковая прочность) [п.6.1.3 СП 63.13330.2018].

Класс бетона по прочности на сжатие (В) — определяется гарантированным сопротивлением сжатию, МПа, эталонного образца-куба, испытанного согласно требованиям государственных стандартов, со статической обеспеченностью 0,95 или ее гарантированной доверительной вероятностью 95% (не менее 95% испытанных образцов имеют прочность не ниже В) [Голышев А.Б. Проектирование железобетонных конструкций: Справочное пособие. 1990 г.].

Класс бетона по прочности на сжатие является основной характеристикой бетона и должен указываться в проектах во всех случаях [Голышев А.Б. Проектирование железобетонных конструкций: Справочное пособие. 1990 г.].

Разница между классом и маркой бетона состоит в обеспеченности принятого сопротивления: для марки эта обеспеченность составляет 0,5 [Голышев А.Б. Проектирование железобетонных конструкций: Справочное пособие. 1990 г.].

Класс бетона по прочности на осевое растяжение (Bt) — это значению прочности бетона на осевое растяжение, МПа, с обеспеченностью 0,95 (нормативная прочность бетона) [п.6.1.3 СП 63.13330.2018].

Допускается принимать иное значение обеспеченности прочности бетона на сжатие и осевое растяжение в соответствии с нормативными документами для отдельных специальных видов сооружений.

Проектный возраст бетона — это  возраст, в котором бетон должен приобрести все нормируемые для него показатели качества, назначают при проектировании, исходя из возможных реальных сроков загружения конструкций проектными нагрузками, с учетом способа возведения конструкций и условий твердения бетона. При отсутствии этих данных класс бетона устанавливают в проектном возрасте 28 сут [п.6.1.5 СП 63.13330.2018].

Нормируемая прочность бетона — это прочность бетона в проектном возрасте или ее доля в промежуточном возрасте, установленная в нормативном или техническом документе, по которому изготавливают БСГ или конструкцию [п.3.1.1 ГОСТ 18105].

БСГ — это бетонная смесь, готоая к применению

Требуемая прочность бетона — минимально допустимое среднее значение прочности бетона в контролируемых партиях БСГ или конструкций, соответствующее нормируемой прочности бетона при ее фактической однородности [п.3.1.2 ГОСТ 18105].

Фактический класс бетона по прочности -значение класса бетона по прочности монолитных конструкций, рассчитанное по результатам определения фактической прочности бетона и ее однородности в контролируемой партии [п.3.1.3 ГОСТ 18105].

Фактическая прочность бетона — среднее значение прочности бетона в партиях БСГ или конструкций, рассчитанное по результатам ее определения в контролируемой партии [п.3.1.4 ГОСТ 18105].

Разрушающие методы определения прочности бетона — это методы определения прочности бетона по контрольным образцам, изготовленным из бетонной смеси по ГОСТ 10180 или отобранным из конструкций по ГОСТ 28570 [п.3.1.18 ГОСТ 18105].

Прямые неразрушающие методы определения прочности бетона — это методы  определения прочности бетона по «отрыву со скалыванием» и «скалыванию ребра» по ГОСТ 22690 [п.3.1.19 ГОСТ 18105].

Косвенные неразрушающие методы определения прочности бетона — это методы  определение прочности бетона по предварительно установленным градуировочным зависимостям между прочностью бетона, определенной одним из разрушающих или прямых неразрушающих методов, и косвенными характеристиками прочности, определяемыми по ГОСТ 22690 и ГОСТ 17624 [п.3.1.20 ГОСТ 18105].

Определение прочности бетона

Согласно п.5.5.5 СП 70.13330.2012 контроль прочности бетона монолитных конструкций в промежуточном и проектном возрасте следует проводить статистическими методами по ГОСТ 18105, ГОСТ 31914, применяя неразрушающие методы определения прочности бетона по ГОСТ 17624 и ГОСТ 22690 или разрушающий метод по ГОСТ 28570 при сплошном контроле прочности (каждой конструкции).

Примечание — Применение нестатистических методов контроля, а также методов определения прочности бетона по контрольным образцам, изготовленным у места бетонирования конструкций, допускается только в исключительных случаях, предусмотренных в ГОСТ 18105 и ГОСТ 31914.

Испытание на разрыв бетона | Раздельный цилиндр Испытание бетона

Что такое предел прочности бетона ?

Прочность бетона на растяжение - это способность бетона противостоять растягивающей силе или приложенному к нему напряжению. Прочность на растяжение бетона измеряется методом испытания бетона с разрезным цилиндром . Прочность на растяжение бетона измеряется в единицах силы на Cros s-площадь сечения (Н / кв.мм. или МПа).

Как мы знаем, бетон имеет хорошие характеристики при сжатии, но слабый по силе растяжения. В качестве противовеса в этой ситуации предусмотрена арматура в бетоне для предотвращения образования трещин.

Подробнее: Как проверить прочность бетона на сжатие


Почему бетон слаб при растяжении?

Бетон - это не отдельный твердый материал, такой как сталь, который прочен как на растяжение, так и на сжатие.Его изготавливают путем смешивания вяжущих материалов, воды и заполнителя (а иногда и добавок).

Межфазная переходная зона

Межфазная переходная зона


«Зона перехода интерфейса» - самое слабое звено в структуре. Когда к зоне прилагается сжимающее напряжение или сила, агрегат передает нагрузку от одного к другому. Таким образом, сжатый бетон не требует большой прочности, чтобы противостоять сжимающим напряжениям.

В случае растягивающих напряжений, возникающих в бетоне, агрегаты пытаются оторваться друг от друга, поэтому эта межфазная переходная зона должна нести растягивающие напряжения, чтобы удерживать всю систему вместе. Поскольку прочность этой межфазной зоны слабее, чем у агрегатов, разрушение начинается при гораздо меньших напряжениях.

Согласно IS 456: 2000, прочность на разрыв бетона определяется уравнением.

Предел прочности бетона при прямом растяжении примерно принимается как одна десятая прочности бетона при сжатии.

Подробнее: Испытание отбойным молотком и расчет прочности бетона


Факторы, влияющие на предел прочности бетона

Предел прочности бетона при растяжении

Для определения прочности бетона на разрыв мы можем использовать следующие методы испытаний

  1. Испытание на одноосное растяжение : Это испытание на прямое растяжение, при котором образец бетона удерживается за концы и растягивается, вызывая в нем одноосное растягивающее напряжение.Испытание на одноосное растяжение является одним из самых сложных и сложных испытаний для парфюмирования бетона, но дает истинную прочность бетона на растяжение.
  2. Испытание на разделительный цилиндр : В этом испытании бетонный цилиндр помещается горизонтально между поверхностями нагрузки и нагружается по его диаметру. Эта нагрузка приводит к возникновению поперечного растягивающего напряжения в цилиндре и его разрыву при растяжении по диаметру. См. ASTM C 496 для процедуры испытания разделенного цилиндра.
  3. Испытание на изгиб: В этом испытании бетонная балка подвергается четырехточечной нагрузке и нагружается до разрыва.Образец растрескивается из-за растягивающих напряжений, возникающих в нижних волокнах при чистом изгибе. Это дает модуль разрыва бетона. Выполняется в соответствии с ASTM C78. Для испытания на изгиб доступен другой тест, в котором нагрузка прикладывается нагрузкой в ​​центральной точке согласно ASTM C 293. Это испытание также обеспечивает прочность на изгиб, которая будет немного выше, чем испытание на 4-точечную нагрузку.

Испытание на прочность при растяжении

Предел прочности бетона на растяжение измеряется методом испытания бетона с разрезным цилиндром. Метод , и это одно из основных свойств бетона, особенно в случае прокладки дорог и взлетно-посадочных полос.

Прочность бетона на растяжение обычно составляет от 10% до 12% от его прочности на сжатие.

Для определения прочности на сжатие бетона куба используются образцы, а для испытания прочности на разрыв, как правило, отливают цилиндрические образцы.


Спецификация испытания на разрыв

Образец

Цилиндрический образец бетона диаметром 150 мм и длиной 300 мм.

Диапазон нагрузки

Погрузочная машина может применять постоянный диапазон нагрузки 1.От 2 МПа / мин до 2,4 МПа / мин. (Обычно испытание проводится на универсальной испытательной машине)

Возраст испытаний

Тест следует проводить в возрасте 7 дней 28 дней.

Количество образцов

Для лучшего сравнения результатов необходимо протестировать не менее 3 образцов.


Аппарат
  1. Испытательная машина (от 1,2 МПа / мин до 2,4 МПа)
  2. Прижимная штанга (диаметр - 16 мм и длина - 600 мм)
  3. Бетонная форма (изготовленная из стали)
  4. Мастерок

Подготовка образцов
  • Возьмите образец бетонной смеси хорошего качества.
  • Очистите цилиндрическую форму и убедитесь, что на ней нет пыли и ржавчины.
  • Заполнить форму бетоном в три равных слоя путем надлежащего уплотнения с помощью утрамбовки.
  • С помощью шпателя удерживайте верхнюю поверхность бетона гладкой.

Отверждение
  • Форму с образцами бетона следует накрыть мокрыми мешками или выдержать в воде в течение 24 часов при температуре 27 ° C ± 2.
  • По истечении 24 часов выньте образец и удалите образцы бетона из плесень, и его следует погрузить в воду на 7 или 28 дней в зависимости от теста.
  • Выньте образец из воды через 24 часа до теста, и он должен быть в сухом состоянии.

Подробнее: Бетонный куб не прошел испытания через 28 дней


Процедура испытания на разрыв

Порядок определения разделительной прочности бетона на растяжение по 456 приведен ниже,

Испытание разъемного цилиндра
  1. Опорные поверхности станка и загрузочная планка очищены от пыли.
  2. Перед испытанием образец необходимо взвесить в Ньютонах.
  3. Теперь поместите образец по центру между загрузочными полосами и убедитесь, что верхняя плита параллельна нижней плите.
  4. Затем постепенно прикладывайте нагрузку, пока образец не сломается, и запишите значение.
  5. Тот же метод был повторен для других образцов

Предел прочности бетона на разрыв

Формула прочности бетона на разрыв приведена ниже,

Fct - Прочность на растяжение Бетон

P - Максимальная нагрузка, Н / кв.м

л - Длина образца

D - Диаметр образца


Отчет

Отчет об испытаниях должен включать следующую информацию:


Часто задаваемые вопросы: прочность бетона на разрыв

Предел прочности бетона

Прочность бетона на растяжение - это способность бетона противостоять растягивающей силе или приложенному к нему напряжению.Прочность на растяжение бетона измеряется методом испытания бетона с разрезным цилиндром . Прочность на разрыв бетона измеряется в единицах силы на Cros s-площадь сечения (Н / кв. Мм или МПа).

Прочность бетона на растяжение измеряется с помощью

Это испытание бетона с разделенным цилиндром с измерением методом , единицей измерения которого является сила на площадь поперечного сечения (Н / кв. Мм или МПа).

Вам также может понравиться:

Как определить предел прочности бетона на растяжение

Вы когда-нибудь задумывались, как определить предел прочности бетона на разрыв? Что такое прочность на разрыв и почему это важно для вашего следующего проекта? На самом деле это очень важная часть общей структурной прочности и устойчивости бетона, обеспечивающая прочную основу для всего, что вы собираетесь разместить на нем, будь то бассейн для отдыха на заднем дворе или патио, на котором вы хотите оставаться на одном уровне для в следующем десятилетии или около того, или огромный небоскреб, который будет доминировать над горизонтом на многие мили.Вот посмотрите, что такое предел прочности на разрыв, почему он важен и как вы можете определить предел прочности бетона в своем следующем проекте.

Что такое предел прочности на разрыв?

Вообще говоря, предел прочности любого материала - это его способность и прочность против растяжения или разрыва при разрыве. Но когда большинство людей думают о бетонных сооружениях, они думают о плитах и ​​проездах. Зачем вам беспокоиться о разрыве подобных проектов? Когда земля движется и смещается, бетон часто тянется в разные стороны.Если у него нет надлежащего армирования и прочности на разрыв, бетон может потрескаться и потрескаться, оставив неприглядные и опасные зазоры на тротуарах, проездах, плитах и ​​других конструкциях.

Это отличается от прочности на сжатие. Когда кто-то говорит о бетоне на 3000 или 5000 фунтов на квадратный дюйм, они обычно имеют в виду, какой вес он может выдержать. Поскольку предел прочности на растяжение, как правило, намного ниже, используются такие материалы, как арматура и арматурная сетка, чтобы предотвратить растекание бетона.Это помогает создать структуру, которая вместо бетона выдерживает деформацию прочности на разрыв.

Как определить предел прочности бетона на разрыв?

Существуют разные способы испытания бетона. Одна из тех, которые чаще всего рассматриваются при рассмотрении конкретных испытаний, - это то, что называется испытанием на оседание. Он измеряет, насколько бетон деформируется во влажном состоянии. Бетон, который слишком деформируется, часто имеет слишком высокое содержание воды, что ослабляет бетон.Хотя плохое испытание на осадку может быть индикатором плохой прочности на разрыв, его обычно чаще используют для измерения прочности на сжатие.

Американский институт бетона располагает обширной документацией по широкому спектру методов испытаний. Для проверки прочности на разрыв можно провести несколько различных тестов. Первый - это испытание на изгиб, при котором проверяется, сколько движения может выдержать бетон, прежде чем он разорвется. Во втором случае бетон испытывает прямое растяжение, а в третьем - на раскалывание, когда бетон находится под давлением.

Имея твердое представление о том, что такое предел прочности на разрыв и как определять предел прочности бетона, вы можете гораздо лучше оценить прочность, которая необходима этому трудолюбивому материалу для выполнения работы. Но как только вы определились с прочностью бетона, необходимой для вашего проекта, подумали ли вы, какие инструменты вам понадобятся? В BN Products у нас есть широкий спектр инструментов, которые помогут сделать ваш следующий бетонный или цементный проект намного более гладким и легким. Почему бы не взглянуть на то, что у нас есть для вашей следующей работы?

Прочность бетона на разрыв - Процедура [Civil Planets]

Конструкция была спроектирована на основе прочности бетона на сжатие.Поэтому в большинстве случаев испытания бетона на растяжение не требуются для проведения на стройплощадке. Каркасная конструкция, созданная из сочетания хрупкого и пластичного материала.

  • Хрупкий материал - бетон
  • Пластичный материал - армирование

Бетон имеет хорошее усилие сжатия и слабое усилие растяжения. Таким образом, в бетоне предусмотрена арматура для предотвращения образования трещин.

Что такое предел прочности бетона на разрыв?

Способность бетона выдерживать тянущее усилие (растягивающее напряжение) без разрушения называется пределом прочности бетона на растяжение.Прочность бетона на растяжение измеряется в единицах F orce на Cross-Sectional A rea (Н / кв.м или МПа).

Почему бетон слаб при растяжении?

Как было сказано выше, бетон имеет слабую силу растяжения из-за его хрупкости.

Бетон образуется из смеси различных материалов: цемента, мелких и крупных заполнителей. Каждый материал имеет разные свойства, что приводит к свойствам бетона в целом.

Во время заливки бетона градиент водоцементного отношения образует вокруг частиц заполнителя, и цементная паста образует другую микроструктуру вокруг бетона. Эта зона называется транзитной зоной интерфейса .

Интерфейс транзитная зона

ITZ - самая слабая зона бетона, поскольку связь между цементным тестом и заполнителями может быть уменьшена из-за просачивания бетона. При напряжении сжатия нагрузка передавалась от одного агрегата к другому агрегату, и этого не требовалось для обеспечения беспрецедентной прочности.

В то же время под действием силы натяжения агрегаты отталкиваются друг от друга, и его форма легко нарушается.

Предел прочности бетона при растяжении

Прочность бетона на растяжение является важным свойством, когда он будет использоваться для изготовления предварительно напряженных бетонных конструкций, дорог и взлетно-посадочных полос, это испытание должно проводиться в соответствии с IS Code 5816.

Прочность бетона на растяжение обычно находится в диапазоне от 10% до 12% от его прочности на сжатие.

Бетонный куб использовался для определения прочности бетона на сжатие, но для определения прочности бетона на растяжение необходимо использовать цилиндрический образец.

Испытание на прочность при раздельном растяжении

Предел прочности бетона на прямое растяжение трудно измерить. Поэтому мы используем испытания на раздельное сопротивление растяжению.

Косвенный метод определения прочности бетона на растяжение с использованием бетонного цилиндра, который разделяется в вертикальном поперечном сечении, известен как прочность на разрыв при разделении.

Почему?

Поскольку при прямых испытаниях на разрыв невозможно приложить осевую нагрузку к кубу, всегда будет некоторый эксцентриситет. Напряжение, приложенное к бетону, также имеет тенденцию ломать его с концов. Но мы не используем только бетон; мы используем его с армированием, когда нагрузка действует в центре, а не на концах.

Спецификация испытаний

  • Образец - Образец бетона должен иметь цилиндрическую форму диаметром 150 мм и длиной 300 мм.
  • Диапазон нагрузок - Испытательная машина может последовательно прикладывать нагрузки в диапазоне от 1,2 МПа / мин до 2,4 МПа / мин.
  • Возраст испытания - Испытание должно проводиться в период 7 дней и 28 дней. При необходимости могут быть проведены испытания в любом другом возрасте, в котором требуется прочность на разрыв.
  • Количество образцов - По крайней мере, три образца должны быть испытаны за каждый период испытания.

Необходимое оборудование

  1. Испытательная машина (1.От 2 МПа / мин до 2,4 МПа / мин)
  2. Прижимная штанга (диаметр - 16 мм, длина - 600 мм)
  3. Бетонная форма (изготовленная из стали)
  4. Мастерок

Процедура
  • Оцените количество ингредиентов, необходимых для приготовления бетона с надлежащим водоцементным соотношением.
  • Убедитесь, что форма для куба не содержит пыли и ржавчины.
  • Теперь залейте бетон в форму путем надлежащего уплотнения с помощью утрамбовки.
  • Обработайте поверхность шпателем до гладкости.

Отверждение
  • Форма должна быть накрыта влажным мешком и помещена в неподвижном состоянии на 24 часа при температуре 27 ° C ± 2,
  • Через 24 часа образец куба вынимают из формы и погружают в воду на 7 или 28 дней в зависимости от испытания.
  • Образец бетона должен быть взят из воды за 24 часа до испытания, и он должен быть в сухом состоянии.

Тест
  • Опорные поверхности станка и грузовая планка не должны быть запылены.
  • Перед испытанием образец необходимо взвесить в Ньютонах.
  • Теперь поместите образец по центру между загрузочными полосами и убедитесь, что верхняя пластина параллельна нижней пластине.
  • Затем постепенно прикладывайте нагрузку, пока образец не сломается, и запишите значение.
  • Тот же метод был выполнен для других образцов.

Предел прочности бетона по формуле

Приведенная ниже формула рассчитывает предел прочности бетона на разрыв

Fct - Прочность бетона на растяжение

P - Максимальная нагрузка, Н / кв.м

L - Длина образца

D - Диаметр образца

Отчет

Испытание на разрыв при раздельном растяжении дает на 5–10% большее значение, чем испытание на разрыв при прямом растяжении.

В отчете об испытаниях должно быть указано

  1. Возраст испытания
  2. Дата отливки образца
  3. Масса экземпляра
  4. Марка бетона
  5. Предел прочности
Дата Марка Возраст испытаний Образец Масса в Ньютонах Нагрузка (кН) Предел прочности при растяжении кг / кв.см Средняя прочность
ДД / ММ / ГГ 28 дней Образец 1
M25 28 дней Образец 2
28 дней Образец 3

Счастливого обучения 🙂

Инновационный метод испытаний бетона на прочность при растяжении с применением методологии распорок и стяжек

Материалы (Базель).2020 июн; 13 (12): 2776.

Поступила 12 мая 2020 г .; Принято 12 июня 2020 г.

Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья представляет собой статью в открытом доступе, распространяемую в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

Abstract

Прочность на разрыв - одно из важных механических свойств бетона, но его трудно измерить точно из-за хрупкости бетона при растяжении. Каждый из трех широко используемых методов испытаний для измерения прочности бетона на растяжение имеет свои недостатки: оборудование для испытания на прямое растяжение непросто настроить, особенно для выравнивания, и отсутствуют стандартные спецификации испытаний; Прочность на растяжение, полученная с помощью метода испытаний прочности на разрыв (Американское общество испытаний и материалов, ASTM C496) и прочности бетона на изгиб (ASTM C78), значительно отличается от фактической прочности на растяжение из-за механизмов методологии и испытательной установки. .Целью данного исследования является разработка нового метода испытаний бетона на прочность на разрыв, который легко проводить, а результат близок к измерению прочности на прямое растяжение. Путем применения концепции распорок и стяжек и модификации экспериментальной схемы ASTM C78 предлагается новый метод испытания бетона на прочность на растяжение. Результаты испытаний показывают, что предел прочности бетона на растяжение, полученный этим предложенным методом, близок к значению, полученному в результате испытания на прямое растяжение для бетона с прочностью на сжатие от 25 до 55 МПа.Он показывает, что этот инновационный метод испытаний, который является точным и простым в применении, может быть эффективной альтернативой прочности бетона на разрыв.

Ключевые слова: прочность на растяжение, распорка и стяжка, испытание на растяжение, испытание на прямое растяжение, испытание на раскалывание

1. Введение

Прочность на растяжение является важным механическим свойством бетона, хотя его значение составляет всего 7–15 % от его прочности на сжатие [1,2,3]. При проектировании железобетонных элементов предел прочности бетона на растяжение обычно не учитывается.Однако прочность бетона на растяжение по-прежнему имеет значение с точки зрения долговечности и удобства эксплуатации. Например, распространение трещин и борьба с ними во многом зависят от прочности бетона на растяжение. Незнание прочности бетона на разрыв может привести к проблемам с эксплуатационной пригодностью и долговечностью, и это делает прочность на разрыв важным параметром конструкции.

В настоящее время существует три общих метода измерения характеристик бетона на растяжение, а именно: испытание на прямое растяжение, испытание на растяжение при раскалывании и испытание на изгиб.Каждый из этих методов испытаний дает разные результаты для бетона на растяжение. Результаты этих испытаний можно получить непосредственно с помощью испытания на прямое растяжение. Однако существует высокая вероятность образования вторичного изгибающего момента из-за неправильной фиксации и эксцентрического нагружения образцов в испытательной сборке [4,5,6]. Следовательно, применимость этого теста ограничена. Как испытания на растяжение при раскалывании, так и испытания на изгиб являются косвенными методами измерения прочности бетона на растяжение, поэтому они не отражают фактических результатов и дают завышенную оценку прочности бетона на растяжение [7].Кроме того, применимость испытаний на изгиб обычно связана с моделированием эффекта изгиба и может использоваться при проектировании бетонного покрытия в условиях движения транспортных средств [8]. Некоторые исследователи пытались измерить прямую прочность бетона на растяжение с помощью механизма вытягивания, и результаты оказались в соответствии с литературой [9]. Другая попытка была предпринята с использованием эпоксидного клея [10], и экспериментальные результаты были подтверждены численным анализом в ANSYS [11]. Авторы обнаружили трудность для прогнозирования возможного места разрушения из-за внутренних свойств конкретной микроструктуры.Используя концепцию двухосного напряженного состояния, аналогичную той, что используется в модели стойки и стяжки, была разработана уникальная форма образца для оценки прочности бетона на растяжение [4]. Этот метод переоценивает и занижает результаты, соответственно, с бразильским испытанием и испытанием на изгиб, и в образцах наблюдались различные механизмы разрушения.

показывает диапазон прочности на разрыв, полученный тремя различными методами, где fc '- прочность бетона на сжатие.Между ними также могут наблюдаться большие различия. Кроме того, можно понять, что предел прочности при растяжении, полученный при испытании на растяжение разделением и испытании на изгиб, представляет более высокие значения предела прочности при растяжении по сравнению с испытанием на прямое растяжение.

Таблица 1

Примерный диапазон прочности бетона на разрыв, полученный разными методами [6].

Методы испытаний Диапазон прочности на разрыв (МПа)
Испытание на прямое растяжение (0.25fc ′ ~ 0,41fc ′)
Испытание на растяжение при раскалывании (0,5fc ′ ~ 0,66fc ′)
Испытание на изгиб (0,66fc ′ ~ 1.0fc ′)

Учитывая сложность отражения фактической прочности бетона на растяжение существующими методами, в этом исследовании предлагается новый метод испытаний для преодоления недостатков трех вышеуказанных методов. Вышеупомянутые недостатки были устранены путем изменения конструкции испытания на изгиб и передачи напряжения в образце, а также были изучены с помощью программного обеспечения конечных элементов ABAQUS [12].В этом методе применяется метод подкоса и стяжки для получения относительно однородного растягивающего напряжения в спроектированном элементе стяжки. Из-за конструкции стяжного элемента, выдерживающего почти равномерное растягивающее напряжение, ожидается, что результаты испытаний будут аналогичны результатам испытания на прямое растяжение. Кроме того, предлагаемый метод является тестом на уровне материала, и его основная цель - преодолеть ограничения других тестов.

Испытываемый образец состоит из стандартной балки, изогнутой на изгиб, с отверстием в среднем пролете.Проем был проделан там, где натяжная сторона балки представляла собой тонкую плиту. Поскольку это испытание является продолжением испытания на изгиб, испытательная установка напоминает установку для испытания на изгиб. Форма проста и легко отливается, а метод нагружения такой же, как и при испытании на изгиб.

2. Существующий метод испытаний бетона на растяжение

2.1. Испытание на прямое растяжение

При испытании на прямое растяжение оба конца образца прочно зажимаются, что вызывает локальную концентрацию напряжений и возможный эксцентриситет нагрузки.Из-за неоднородного поведения бетона также возможно повреждение образца с обеих сторон и в других неожиданных местах [4,5,13,14,15]. Некоторые виды испытаний на прямое растяжение были предложены ранее, в том числе решение с тремя домкратами [16], метод встроенного резьбового стержня [17], испытание на склеивание и захват [18] и метод треугольной нагрузочной рамы [19]. Однако сложная конструкция пресс-формы, трудоемкие процессы и трудность убедить в отсутствии эксцентриситета нагрузки затрудняют использование вышеуказанных тестов в лабораториях материалов [20,21].Эти факторы влияют на результаты экспериментов и вызывают большие отклонения. Поэтому не существует стандартных спецификаций, выпущенных Американским обществом испытаний и материалов (ASTM) для непосредственного измерения прочности бетона на растяжение. Академики и исследователи в основном предпочитают использовать испытание на растяжение при раскалывании и испытание на изгиб, а не испытание на прямое растяжение для измерения прочности бетона на растяжение.

2.2. Испытание на растяжение при раскалывании (ASTM C496)

Испытание на растяжение при расколе является косвенным способом оценки испытания бетона на растяжение.В этом испытании стандартный цилиндрический образец укладывают горизонтально, и сила прикладывается к цилиндру радиально на поверхности, что вызывает образование вертикальной трещины в образце по его диаметру. Экспериментальная установка для этого теста показана на. Растягивающее напряжение увеличивается с увеличением радиальной сжимающей силы, и образцы ухудшаются в направлении приложенной силы. Этот тест относительно прост и требует только стандартного цилиндрического испытательного образца и нагружающего устройства.

Комплект образцов для испытания на раскалывание [22].

Неравномерное распределение напряжений под действием радиальной сжимающей силы делает этот метод невыгодным. Из этого следует, что интенсивность сжимающего напряжения больше на верхней и нижней поверхности цилиндра. Первоначально трещина растяжения появляется в центральной части цилиндрического образца, а затем она проникает, пока образец не достигнет максимального растягивающего напряжения. Кроме того, поскольку образец в этом испытании подвергается сжатию, результаты испытания на растяжение, полученные в результате этого испытания, являются завышенными по сравнению с испытанием на прямое растяжение.Испытание на растяжение при раскалывании завышает предел прочности бетона на 10–15% [23]. Кроме того, различный максимальный размер агрегатов приводит к разному распределению напряжений [24,25,26,27,28,29]

Распределение напряжений на вертикальном диаметре образца при испытании на раскалывание [24].

2.3. Испытание на изгиб (ASTM C78)

Испытание на изгиб или модуль разрыва - еще одна форма испытания на непрямое растяжение. В этом методе к балке прилагаются две нагрузки на равном расстоянии от центра для создания чистого изгибающего момента до тех пор, пока самое внешнее волокно образца балки при растяжении не достигнет максимального растягивающего напряжения.Схема экспериментального тестирования представлена ​​на рис. Верхняя половина балки, то есть часть выше нейтральной оси, подвергается сжатию, а часть ниже нейтральной оси подвергается растяжению. Также предполагается, что существует линейное треугольное изменение напряжения по сечению, но фактическое распределение напряжений должно быть параболическим, а не линейным, как показано на. Следовательно, значение прочности на растяжение, полученное в результате испытания на изгиб, выше, чем фактическое испытание бетона на растяжение на 50–100% [2].Более того, в этом испытании единственное самое нижнее волокно образца подвергается максимальному растягивающему напряжению, и это указывает на то, что максимальная концентрация напряжения ограничена нижней частью образца. Следовательно, нет равномерного распределения напряжений. Тем не менее, этот тест широко используется из-за его простой экспериментальной установки и легкости отливки образцов.

Расположение образцов для испытания на изгиб [30].

Распределение напряжений по глубине образца при испытании на изгиб [2].

3. Экспериментальная программа

Весь эксперимент включает в себя испытание и сравнение прочности на растяжение, полученной в результате вышеупомянутого испытания на прямое растяжение, прочности на разрыв при разделении, испытания на изгиб и нового метода крепления стойки и стяжки, разработанного в этом исследовании. Первые три теста проводятся в соответствии с каждым стандартом тестирования. Размер испытательного образца, используемого в испытании на стойку и стяжку, упомянут в разделе 3.1, а для оптимизации ширины отверстия в образце используется программа конечных элементов ABAQUS.

3.1. Конструкция образца балки с распоркой и стяжкой

Новый метод, предложенный для этого извлечения, основан на испытании на изгиб, и тот же самый инструмент для нагружения использовался без каких-либо дополнительных принадлежностей. Для отливки образцов в штатную форму были внесены небольшие изменения.

В среднем пролете стандартного образца изгибаемой балки предусмотрено отверстие для модификации механизма передачи напряжений. Как показано на, отверстие выполнено таким образом, что нижняя часть среднего пролета образца напоминает тонкую плиту, которая представляет собой стяжной элемент в образце для испытаний; в то время как обе стороны образца имеют поперечное сечение балки, такое же, как и при испытании на изгиб.На обжимной кромке образца сделана канавка для размещения стальной пластины. Распределение агрегатов во время литья образца может вызвать неравномерное распределение напряжений во время испытаний, и, следовательно, для равномерного распределения напряжений со стороны сжатия выбирается высокопрочный стальной лист.

Силовой механизм подкосно-стяжной балки.

Использовалась стальная пластина с модулем упругости 200 ГПа и размером 300 × 150 × 10 мм. Для получения более точных результатов рекомендуется минимальная толщина бетонной стяжки.Следовательно, максимальная толщина стяжного элемента в этом исследовании ограничена 30 мм, что в 3 раза превышает максимальный размер крупного заполнителя.

Поведение испытуемого образца при разной ширине проема и разной прочности бетона было изучено с помощью программного обеспечения для моделирования методом конечных элементов ABAQUS для понимания распределения напряжений. Путем ввода в программное обеспечение свойств бетона на сжатие и растяжение и граничных условий образец был разделен на несколько элементов, а поля деформации и напряжений были рассчитаны и проанализированы.

Цель анализа - минимизировать разницу в растягивающем напряжении между верхней и нижней поверхностями стяжного элемента, чтобы стяжной элемент почти достиг состояния равномерно распределенного напряжения. имитирует изменение растягивающих напряжений по поперечному сечению стяжного элемента. Для анализа в ABAQUS были приняты три разные длины стяжных элементов: 150, 175 и 200 мм. Результат анализа отображается в формате. Настоящее исследование не включает влияние размера конечных элементов на распределение напряжения.Целью проведения анализа методом конечных элементов является определение ширины проема и толщины стяжного элемента.

Разница напряжений при растяжении бетонной стяжки в ABAQUS.

Таблица 2

Разница в растягивающем напряжении на стяжном элементе, полученная в результате анализа ABAQUS для разной ширины проема.

Напряжение (МПа) 9059 0,25
Ширина проема (мм) Расчетная прочность бетона на сжатие (МПа) Результат анализа
20 40 60 80 100
150 0.13505 0,13516 0,10999 0,10200 0,14929
175 0,00758 0,05074 0,06396 0,03996 0,07586 Лучшее
200 0,10303

Обращаясь к, можно заметить, что модель с шириной проема 175 мм дает хорошие результаты.Это явление можно объяснить тем, что разница между распределением напряжений на верхней и нижней поверхностях стяжного элемента относительно мала, чем напряжения, наблюдаемые в двух других ширинах проема. Принимая ширину проема стяжного элемента равной 175 мм, была определена геометрия испытательного образца. Геометрия образца и отлитых образцов, использованных для испытаний, показана на и соответственно.

Геометрия проектируемого образца подкосно-стяжной балки.

Отвержденный образец распорной балки.

3.2. Материалы

Для изучения чувствительности теста к прочности бетона на сжатие были рассмотрены три различных пропорции обычной бетонной смеси с расчетной прочностью на сжатие 30, 40 и 60 МПа. Цемент, соответствующий стандарту ASTM типа 1, использовался для приготовления бетонной смеси, а другие ингредиенты включают крупные заполнители с максимальным размером заполнителя 10 мм, мелкие заполнители, воду и суперпластификатор. Подробные пропорции показаны на.

Таблица 3

Подробная информация о пропорциях смеси (кгс / м 3 ).

9059 903 3 9059 9048 906 903 905
ID Целевое значение прочности на сжатие (МПа) Цемент Песок Крупнозернистый заполнитель Вода SP
293 2,25
C40 40 450 1000 700 225 5.85
C60 60 450 1000 700 149 9,9

3.3. Установка для испытаний

Отливка образцов проводилась путем рассмотрения не менее трех образцов для каждого расчетного сопротивления сжатию для каждого метода испытаний. Для проведения испытаний использовалась универсальная испытательная машина с усилием 1000 кН, адаптируя интенсивность нагрузки 0,01 мм / с, и образцы были нагружены при испытании в соответствии со спецификациями ASTM.Конфигурация всех других установок для испытания на растяжение, которые включают испытание на прямое растяжение, испытание на расщепление, испытание на изгиб и испытание на стойку и стяжку, обозначена буквами a – d.

Испытательная установка для различных испытаний: ( a ) испытание на прямое растяжение, ( b ) испытание на расщепление, ( c ) испытание на изгиб и ( d ) испытание балки с распоркой и стяжкой.

4. Расчет прочности бетона на растяжение

4.1. Легкодоступные формулы для интерпретации прочности на разрыв в табличной форме ()

Таблица 4

Формулы прочности на разрыв [27].

Название теста Формула Описание
Испытание на прямое растяжение fDT = Pbt , где fDT - прочность на прямое растяжение, P - максимальная нагрузка, b - ширина и t - толщина критического поперечного сечения образца.
Испытание на раскалывание fSP = 2Pπld , где fSP - прочность на разрыв при раскалывании, l - длина, а d - диаметр образца цилиндра.
Испытание на изгиб R = PLbd2 где R - модуль разрыва, L - длина пролета образца, b - ширина и d - глубина образца, равная L3.

4.2. Метод подкосов и стяжек

Для расчета напряжений в нижнем стяжном элементе в образце опорно-стяжной балки использовалась формула механики материалов для изгиба, которая представлена ​​в уравнении (4). Для дальнейших расчетов используются те же допущения, что балка подвергается чистому изгибу, поперечное сечение балки остается плоским до и после изгиба, распределение деформации линейно изменяется по сечению, а материал балки изотропен и линейно упруг.Секция балки включает комбинацию двух материалов, бетона и стали, и для расчета момента инерции секции необходимо сначала вычислить глубину нейтральной оси. Для расчета глубины нейтральной оси следует учитывать модуль упругости обоих материалов. После получения значений глубины нейтральной оси и момента инерции предел прочности бетона на растяжение может быть получен из следующего соотношения, приведенного в уравнении (1). представляет собой распределение напряжений и деформаций в образце стержневой балки.

где σ - растягивающее или сжимающее напряжение, M - момент, приложенный к середине пролета образца, y - расстояние от нейтральной оси до заданной точки, а I - момент инерции.

Анализ сечений, распределение деформаций и напряжений в образце подкосно-стяжной балки.

В этом методе со стойкой и стяжкой нижний стяжной элемент неравномерно находится под растягивающим напряжением и по-прежнему имеет небольшой градиент напряжений. В соответствии с этим можно выявить, что для бетона с прочностью на сжатие в диапазоне 20–100 МПа и с раскрытием 175 мм.Разница в растягивающих напряжениях между верхней и нижней поверхностями стяжного элемента образца подкосно-стяжной балки составляет менее 0,1 МПа. Следовательно, можно сказать, что градиент напряжений не очевиден, а распределение напряжений практически однородно.

Образец, использованный для этого испытания, такой же, как образец, использованный в испытании на изгиб, в контексте с внешними размерами. Следовательно, в лабораториях возможно относительно простое изготовление балок. В следующей процедуре описан метод расчета прочности на растяжение поперечно-стяжной балки.

Геометрия образца стойки и стяжки показана на рис. Изгибающий момент и модуль упругости были рассчитаны с использованием уравнения (2) и уравнения (3) соответственно. Последовательно, используя уравнения (4) и (5), была получена эквивалентная ширина стального листа. Позже по уравнениям (6) и (7) были оценены глубина нейтральной оси и момент инерции. Наконец, предел прочности бетона на разрыв был определен с использованием уравнений (8).

y¯ = ∑yi¯Ai∑Ai = tsbs × ts2 + tcb × (d − tc2) tsbs + tcb (мм)

(6)

I = 112bsts3 + tsbs × (y¯ − ts2) 2+ 112btc3 + tcb × (d − tc2 − y¯) 2 (мм4)

(7)

где Ls - расстояние между точкой нагружения и опорой, Ec - модуль упругости бетона, Es - модуль упругости стальной пластины, fc ′ - прочность бетона на сжатие, n - коэффициент эквивалентной ширины, bs - ширина стальной пластины, ts - толщина стальной пластины, tc - толщина бетонной тонкой пластины, y¯ - нейтральная ось, рассчитанная по верхнему волокну, а fST - предел прочности при растяжении, испытанный методом распорок и стяжек.

Геометрия подкоса (ширина b).

5. Результаты тестирования

5.1. Тест на сжатие

дает сводку результатов теста на сжатие. Каждое испытание проводилось на бетоне с тремя различными пропорциями смеси. Из таблицы можно сделать вывод, что результаты испытаний на образцах с идентификационным номером C30 работают хорошо, в то время как C40 и C60 немного ниже 40 МПа и 60 МПа.

Таблица 5

Сводка результатов испытаний на сжатие.

3
Пропорции ID Прочность бетона на сжатие (МПа)
Испытание на прямое растяжение C30 32,15
C40 40,51
C30 35,03
C40 37,84
C60 59,80
Испытание на изгиб C30 35.28
C40 38,56
C60 61,76
Метод со стойкой и стяжкой C30 24,94 C30 24,94

5.2. Испытание на прямое растяжение

Результаты испытания на прямое растяжение показаны в и. Из рисунка видно, что прочность на разрыв бетонных смесей различных пропорций находится в пределах общего диапазона (0.25fc ′ ~ 0,41fc ′) [6] испытания на прямое растяжение со средним значением 0,34fc ′. Хотя его средняя производительность хороша, стоит отметить большое отклонение в экспериментальных результатах. С учетом пропорции C40 средняя прочность на разрыв составляет 0,33fc ', но разница между максимальным и минимальным значениями прочности образца составляет 0,26fc', что достигает 80% от средней прочности. То же явление наблюдалось в пропорции C30, и разница также составляла 50% от средней прочности.Это еще раз показывает, что в испытании на прямое натяжение есть много неопределенностей.

Предел прочности на разрыв, полученный в результате испытания на прямое растяжение.

fc ′ Коэффициент прямого испытания на растяжение.

Характеристики бетона при растяжении зависят от прочности связи между заполнителем и раствором. Граница раздела между заполнителем и раствором более важна в высокопрочном бетоне, на который может легко повлиять неправильное перемешивание и экспериментальный процесс. Распределение крупных агрегатов может сильно повлиять на результаты теста [4,26].Поэтому испытание прямым натяжением не имеет широкого распространения.

a показывает типичную картину отказа при испытании на прямое растяжение. Поверхность разрушения расположена в центральной части образца. Эта часть называется критическим сечением с наименьшей площадью поперечного сечения. Однако, как объяснялось выше, на прочность бетона на разрыв в значительной степени влияют силы сцепления между цементным раствором и заполнителями. Следовательно, отказ образца может произойти в неожиданном месте, как показано на b.Согласно b, можно сказать, что материал начинает разрушаться в области крепления, где площадь больше для захвата. Его большая площадь сечения также может снизить вероятность того, что образец здесь не выдержит. Однако ясно, что такая конструкция не способна избежать неожиданных отказов. Эти отказы могут произойти из-за эксцентриситета нагрузки или вторичных изгибающих моментов, а вышеуказанные факторы приводят к большим отклонениям и снижению надежности этого метода.

Режим отказа при прямом испытании на растяжение.( a ) Типичный сбой и ( b ) неожиданный сбой.

5.3. Испытание на расщепление

Результаты испытания на растяжение при расщеплении показаны в и. На рисунке также указаны верхний и нижний пределы прочности бетона на разрыв. Средняя прочность на разрыв при расщеплении для всех трех различных пропорций смеси была зафиксирована 0,48fc '. Из трех пропорций смеси C30 и C40 дают результат немного ниже, чем нижний предел прочности на разрыв. Все результаты соответствуют среднему значению 0.5fc 'и не наблюдалось значительного изменения прочности на разрыв с увеличением расчетной прочности бетона на сжатие. Кроме того, по сравнению с испытанием на прямое растяжение, испытание на растяжение при раскалывании со средним значением 0,48fc 'выше, чем среднее значение при прямом растяжении 0,34fc' с разницей в 40%. Испытание на раздельное растяжение связано с сжатием, поэтому результаты не могут показать предел прочности бетона на растяжение.

Предел прочности при растяжении, полученный в результате испытания на раскалывание.

fc ′ коэффициент испытания на расщепление.

Образец разрушения при испытании на растяжение при раскалывании показан в. Трещина растет в радиальном направлении и в конечном итоге повреждает образец, разделяя его на две части диаметрально. Иногда трещина может появиться не идеально по диаметру цилиндрического образца из-за экспериментальных ошибок, но результат испытания на растяжение такой же, как и ожидалось.

Режим отказа теста на расщепление.

5.4. Испытание на изгиб

и приведите результаты испытания на изгиб.Они раскрывают, что наблюдения, записанные для различных пропорций смеси бетона в испытании на изгиб, ниже нижнего диапазона прочности на разрыв, то есть 0,66fc ', что указывает на среднее значение 0,58fc'. Результаты испытаний символизируют то, что вариабельность результатов испытаний на изгиб относительно невелика по сравнению с результатами предыдущих испытаний. Это связано с тем, что в испытании на изгиб используются критерии четырехточечной нагрузки, а испытуемый образец имеет большую площадь поперечного сечения, что позволяет более равномерно нагружать для развития эффективных зон растяжения и сжатия.Напротив, испытание на изгиб по-прежнему является испытанием на сжатие. Результаты, полученные при испытании на изгиб (0,58fc '), значительно выше, чем результаты испытания на прямое растяжение (0,34fc'), в процентном отношении эта разница достигает 70%. Результат, полученный в результате этого испытания, называется модулем разрыва и отличается по смыслу от испытания на растяжение. Кроме того, результаты необходимо было преобразовать из модуля разрыва в предел прочности. показывает разрушение образца во время испытания на изгиб.Трещина появилась на центральном участке натяжной поверхности, а затем распространилась к вершине с увеличением нагрузки, и эти результаты согласуются с результатами Велча [31].

Предел прочности при растяжении, полученный в результате испытания на изгиб.

fc ′ коэффициент испытания на изгиб.

Увеличенное изображение режима разрушения при испытании на изгиб.

5.5. Метод распорок и стяжек

В этом разделе представлены результаты метода распорок и стяжек, разработанного в данном исследовании. Из и можно заметить, что значения прочности на растяжение для всей расчетной прочности на сжатие бетона, рассматриваемой в этом исследовании, находятся в пределах верхнего и нижнего диапазона прочности бетона на растяжение со средней прочностью на разрыв 0.37fc ′. Разница в результатах испытаний C30 и C60 составляет всего около 0,1fc ', что намного меньше, чем разница, наблюдаемая при испытании на прямое растяжение.

Предел прочности при растяжении, полученный при испытании балок с распорками и стяжками.

fc ′ Коэффициент испытания распорной балки.

Измеренная прочность на растяжение с помощью метода распорок и стяжек (0,37fc ′) довольно близка к значению, полученному при использовании прямого испытания на растяжение (0,34fc ′), с разницей только в 9%. Следовательно, можно сказать, что этот метод измеряет прочность бетона на растяжение с той же точностью, что и при прямом испытании на растяжение, но с меньшим количеством вариаций.

В, коэффициент относительно стабилен при изменении расчетной прочности бетона на сжатие. В этом методе деформация в среднем пролете балки происходит из-за изгибающего момента, а не из-за силы сдвига, это явление также наблюдается при испытании на изгиб, и, следовательно, ожидается, что это приведет к образованию трещин в средний пролет испытуемого образца. Типичный режим разрушения в стойке и стяжной балке показан на a, а ожидаемый критический участок разрушения находится в стяжном элементе с меньшей площадью поперечного сечения.Однако из-за того, что форма растягиваемого элемента сильно меняется от квадратной до тонкой, растягивающие напряжения возникают мгновенно, и это может привести к неожиданному разрушению образца, как показано на рисунке b. b также показывает, что место разрушения все еще находится в стяжном элементе, но оно близко к границе раздела между поперечным сечением балки и стяжным элементом.

Режим отказа метода подкоса и стяжки: ( a ) типичный отказ и ( b ) непредвиденный отказ.

Небольшая кривизна была предусмотрена на пересечении секции балки и стяжного элемента, чтобы избежать концентрации напряжений.Тем не менее, поскольку бетон является анизотропным материалом и распределение заполнителей не всегда равномерно, наличие гладких и кольцевых крупных заполнителей может повлиять на прочность связи между заполнителем и цементным тестом [24,28]. Дело в том, что наличие максимального размера агрегата и его расположение может повлиять на результаты теста. Около 20% образцов были повреждены вблизи межфазной зоны.

суммирует результаты испытаний четырех различных методов испытаний в этом исследовании и их соответствующий коэффициент к fc '.

Таблица 6

2,5 0,34 3,3
Методы испытаний ID Испытание на прочность при растяжении (МПа) Коэффициент fc ′ Средний коэффициент
Испытание на прямое растяжение C30 1,94 0,34 0,34
C40 2,103
C40 2,106
Испытание на раскалывание C30 2.57 0,43 0,48
C40 2,86 0,46
C60 4,11 0,53
9015 C40 3,67 0,59
C60 4,66 0,59
Метод распорки и стяжки C30 1,83 0.37 0,37
C40 2,16 0,36
C60 2,78 0,38

6. Анализ результатов испытаний

6,1. Сравнение анализа ABAQUS и результата теста

показывает результаты моделирования компьютерной программы. Моделирование было выполнено для оценки прочности бетона на разрыв в диапазоне от 20 до 100 МПа с использованием компьютерного программного обеспечения. Результаты экспериментов представлены в и.Данные, приведенные в таблице, демонстрируют результаты ABAQUS для бетона с различной расчетной прочностью на сжатие. Фактические значения прочности бетона на сжатие () для опорно-стяжной балки использовались для интерполяции с результатами прочности на растяжение из ABAQUS для получения значения прочности на растяжение. Эта интерполяция дает новое значение, которое представляет фактическую прочность бетона на растяжение для данной конкретной прочности бетона на сжатие, как показано на. Из него можно заметить, что результаты, полученные для распорок и анкерных балок, ниже, чем результаты моделирования после интерполяции.Однако эти результаты находятся в верхнем и нижнем диапазоне значений прочности на разрыв. Нижняя граница и верхняя граница значений растягивающего напряжения были получены в соответствии с.

Таблица 7

Результат анализа ABAQUS методом распорок и стяжек.

Прочность бетона на сжатие (МПа)
20 40 60 80 100
Результат анализа ABAQUS (МПа) 2.05 2,84 3,51 4,06 4,55

Таблица 8

Сравнение напряжений при различной прочности бетона на сжатие.

903

Метод испытаний Прочность бетона на сжатие (МПа)
24,94 36,10 54,34
Испытательное напряжение (МПа)

Это несоответствие может возникать из-за входных данных, требуемых в ABAQUS, таких как свойства материалов и точность свойства материала, в конечном итоге влияет на точность моделирования.Для бетона при растяжении сложнее получить кривую «напряжение-деформация», чем для бетона при сжатии, а линейность и численная стабильность также плохие, что делает результаты моделирования завышенными. В этом исследовании только кривая напряжения-деформации, полученная на основе прошлых результатов испытания на прямое растяжение, использовалась в качестве входных данных в программном обеспечении для анализа. При ширине проема в распорке и стяжке 175 мм разница между напряжениями на верхней и нижней поверхности стяжного элемента была меньше, как показано на рис.

6.2. Сравнение различных методов тестирования

В, результаты всех методов представлены в графической форме. Из рисунка можно снова увидеть, что результаты, полученные при испытании на изгиб и испытание на растяжение при раскалывании, завышают результаты испытаний на прямое растяжение. Разница в результатах испытания на растяжение составляет около 40% и 70%, соответственно, в испытании на растяжение при раскалывании и испытании на изгиб, и эти вариации согласуются с литературными данными. Кроме того, в этих испытаниях образцы не подвергаются чистому растягивающему напряжению, и результаты необходимо преобразовать в предел прочности при растяжении с помощью эмпирических формул.Поскольку эмпирические формулы также выводятся из экспериментальной регрессии, при преобразовании все же могут быть ошибки.

Сравнение моделей коэффициента fc ′.

Предложенный метод распорки и стяжки дает результаты, близкие к результатам испытания на прямое растяжение с минимальными отклонениями. Разница между результатами испытания на прямое растяжение и метода подкоса составляет всего около 9% и показывает, что предлагаемый метод имеет хороший уровень точности.

7. Выводы

В этой статье было проведено сравнение результатов различных испытаний на растяжение с инновационным методом испытаний с применением методологии распорок и стяжек.На основании результатов испытаний и анализа этого исследования можно сделать следующие выводы:

  1. Были изучены три различных вида испытаний на растяжение для бетона, и был предложен новый метод оценки характеристик бетона при растяжении. В этом новом методе в основном используется методология распорок и стяжек. Характеристики бетона при растяжении оценивались с использованием всех четырех методов, и результаты сравнивались для определения возможности каждого испытания. Результаты показали, что новый предложенный тест дает хорошие результаты.

  2. Реализация метода распорок и стяжек очень проста, и результаты, полученные с помощью этого метода, почти аналогичны фактическому пределу прочности бетона на растяжение. Этот метод имеет следующие преимущества: испытание не требует специальной формы для отливки образца, легкое обслуживание испытательного образца, оборудование для загрузки и испытательная установка такие же, как при испытании на изгиб.

  3. Оптимальная ширина проема 175 мм в распорной балке была оценена с помощью программного обеспечения, основанного на методе конечных элементов (ABAQUS).Толщина стяжного элемента 30 мм была выбрана исходя из максимального размера заполнителя, используемого в бетоне. Ширина проема была выбрана для обеспечения достаточно равномерного распределения растягивающих напряжений в бетонном стяжном элементе как на верхней, так и на нижней поверхностях, как при испытании на прямое растяжение.

  4. Результаты испытаний на растяжение, полученные с использованием других трех методов, имеют свои недостатки, например, испытание на прямое растяжение подвержено эксцентриситету и вторичному изгибающему моменту и дает вариации результатов.Кроме того, испытание на раздельное растяжение и испытания на изгиб являются косвенными способами измерения прочности на растяжение, и образцы не подвергаются исключительно растяжению, и результаты испытаний, полученные в результате этих испытаний, дают завышенную оценку прочности бетона на растяжение.

  5. При ширине проема 175 мм результаты, полученные методом распорок и стяжек, (0,37fc ′) очень близки к результатам, полученным при прямом испытании на растяжение (0,34fc ′) с минимальным расхождением результатов. Экспериментальная стабильность и надежность метода распорок и стяжек делают его более согласованным для оценки прочности бетона на растяжение.

Вклад авторов

W.-C.L .: Концептуализация, методология, управление проектом, проверка, написание - первоначальный проект, проверка и редактирование, надзор; P.-S.C .: Исследование, Проведение экспериментальных работ, Обработка данных; C.-W.H .: Формальный анализ, Визуализация, Проведение экспериментальной работы, Написание - просмотр и редактирование; S.K.W .: Написание - просмотр и редактирование. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.

Финансирование

Эта работа была поддержана Министерством науки и технологий Тайваня в рамках проектов MOST 108-2221-E-002-019 -MY3 и Национального Тайваньского университета 109L893203.Мнения, выраженные в этом документе, принадлежат авторам и не обязательно отражают точку зрения спонсора.

Конфликт интересов

Все названные авторы подтверждают, что эта рукопись или какие-либо части ее содержания в настоящее время не рассматриваются и не публикуются в другом журнале. Кроме того, насколько нам известно, указанные авторы не имеют конфликта интересов, финансового или иного.

Ссылки

1. Кантильо В., Гусман А. Испытание под давлением жидкости для измерения прочности бетона на растяжение.J. Mater. Civ. Англ. 2014; 26: 776–780. DOI: 10.1061 / (ASCE) MT.1943-5533.0000849. [CrossRef] [Google Scholar] 2. Мехта П.К., Монтейро П.Дж.М. Бетон: микроструктура, свойства и материалы. 3-е изд. Макгроу-Хилл; Нью-Йорк, Нью-Йорк, США: 2006. С. 67–80. [Google Scholar] 3. Олуокун Ф.А.Предсказание прочности бетона на растяжение по его прочности на сжатие: Оценка существующих соотношений для бетона с нормальным весом. ACI Mater. J. 1991; 88: 302–309. [Google Scholar] 4. Ресан С.Ф., Чассиб С.М., Земам С.К., Мадхи М.J. Новый подход к испытаниям прочности бетона на растяжение. Case Stud. Констр. Матер. 2020; 12: e00347. DOI: 10.1016 / j.cscm.2020.e00347. [CrossRef] [Google Scholar] 5. Элвери Р.Х., Харун В. Прямое испытание бетона на растяжение при длительной или кратковременной нагрузке. Mag. Concr. Res. 1968; 20: 111–116. DOI: 10.1680 / macr.1968.20.63.111. [CrossRef] [Google Scholar] 6. Попович С. Соотношение между различными значениями прочности бетона; Материалы 46-го Ежегодного собрания портлендского цемента и бетона; Вашингтон, округ Колумбия, США. 1967 г.[Google Scholar] 7. Нильсон А.Х., Дарвин Д., Долан К.В. Проектирование бетонных конструкций. 14-е изд. Макгроу-Хилл; Нью-Йорк, Нью-Йорк, США: 2010. С. 46–48. [Google Scholar] 8. Равиндра К.Д., Хорхе Б., Руи В.С., Чао К.Л. Устойчивые строительные материалы: переработанные заполнители. 1-е изд. Издательство Woodhead Publishing; Кембридж, Великобритания: 2019. Использование переработанных заполнителей в дорожных покрытиях; С. 451–494. [Google Scholar] 9. Хан М.И., Мурад С. Новое предложенное прямое испытание бетона на прочность на разрыв. В: Эколу С.О., Дунду М., Гао X., редакторы. Строительные материалы и конструкции, Труды Первой международной конференции по строительным материалам и конструкциям, Йоханнесбург, Южная Африка, 24–26 ноября 2014 г. 1-е изд. IOS Press; Амстердам, Нидерланды: 2014. С. 436–444. [Google Scholar] 10. Ким Дж. Дж., Таха М. Р. Экспериментальная и численная оценка испытания на прямое растяжение цилиндрических образцов бетона. Adv. Civ. Англ. 2014; 2014: 8. DOI: 10.1155 / 2014/156926. [CrossRef] [Google Scholar] 11. ANSYS. Руководство пользователя ANSYS.ANSYS; Канонсбург, Пенсильвания, США: 2015. Выпуск 16. [Google Scholar] 12. ABAQUS. Руководство пользователя Analysis 6.10EF. Dassault Systems Simulia Corp .; Провиденс, Род-Айленд, США: 2010. [Google Scholar] 13. ван Майер Дж.Г.М., ван Влит М.Р.А. Испытание на одноосное растяжение для определения параметров разрушения бетона: современное состояние. Англ. Фракт. Мех. 2002; 69: 235–247. DOI: 10.1016 / S0013-7944 (01) 00087-X. [CrossRef] [Google Scholar] 14. Каттанео С., Розати Г. Влияние различных граничных условий в прямых испытаниях на растяжение: экспериментальные результаты.Mag. Concr. Res. 1999. 51: 365–374. DOI: 10.1680 / macr.1999.51.5.365. [CrossRef] [Google Scholar] 15. Нгуен Д.Х., Дао В.Т.Н., Лура П. Свойства бетона при растяжении в очень раннем возрасте. Констр. Строить. Матер. 2017; 134: 563–573. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2016.12.169. [CrossRef] [Google Scholar] 16. Карпинтери А., Марадеи Ф. Решение с тремя домкратами для получения действительно стабильного и симметричного испытания бетона на растяжение. Exp. Мех. 1995; 35: 19–23. DOI: 10.1007 / BF02325829. [CrossRef] [Google Scholar] 17. Альхуссайни Ф., Хасан Х.А., Шейх М.Н., Хади М.Н.С. Новый метод прямого испытания бетона на растяжение. J. Test. Eval. 2019; 47: 708–718. DOI: 10.1520 / JTE20170067. [CrossRef] [Google Scholar] 18. Уэда М., Хасебе Н., Сато М., Окуда Х. Механизм разрушения простого бетона при одноосном растяжении. Exp. Мех. 1994; 24: 31–45. [Google Scholar] 19. Кацарагакис Э.С. Новый тест на растяжение для бетона. Матер. Struct. 1987. 20: 463–466. DOI: 10.1007 / BF02472499. [CrossRef] [Google Scholar] 20. Уорд М.А., доктор философии Тезис. Имперский колледж науки и технологий; Лондон, Великобритания: март 1964 г.Испытание бетонных материалов с помощью точно контролируемого одноосного растяжения. [Google Scholar] 21. Чжэн В., Кван А.К.Х., Ли П.К.К. Испытание бетона прямым растяжением. ACI Mater. J. 2001; 98: 63–71. [Google Scholar] 22. ASTM. Стандартный метод испытаний на прочность на разрыв цилиндрических образцов бетона. ASTM; Вест Коншохокен, Пенсильвания, США: 2017. ASTM C496 / C496M. [Google Scholar] 23. Лин З., Вуд Л. Испытание на прочность на одноосное растяжение и раскалывание цилиндров. J. Struct. Англ. 2003. 129: 692–698. DOI: 10.1061 / (ASCE) 0733-9445 (2003) 129: 5 (692). [CrossRef] [Google Scholar] 24. Ханнант Д.Дж., Бакли К.Дж., Крофт Дж. Влияние размера заполнителя на использование теста на разрезание цилиндра в качестве меры прочности на разрыв. Матер. Struct. 1973; 6: 15–21. [Google Scholar] 25. Цискреки Г.Д., Джавахидзе А.Н. Влияние размера заполнителя на прочность и деформацию бетона. Hydrotech. Констр. 1970; 4: 448–453. DOI: 10.1007 / BF02376145. [CrossRef] [Google Scholar] 26. Уайт Дж. К., МакГрегор Дж. Г. Механика и проектирование железобетона.6-е изд. Пирсон; Хобокен, Нью-Джерси, США: 2012. С. 59–63. [Google Scholar] 27. Тасдемир М.А., Лайдон Ф.Д., Барр Б.И.Г. Деформационная способность бетона при растяжении. Mag. Concr. Res. 1996. 48: 211–218. DOI: 10.1680 / macr.1996.48.176.211. [CrossRef] [Google Scholar] 28. Дэн Д.К., Конецки Х., Хербст М. Испытания на разрыв некоторых анизотропных пород в Бразилии. Int. J. Rock Mech. Мин. Sci. 2013; 58: 1–7. DOI: 10.1016 / j.ijrmms.2012.08.010. [CrossRef] [Google Scholar] 29. Ма Т., Пэн Н., Чжу З., Чжан К., Ян К., Чжао Дж.Бразильская прочность на разрыв анизотропных горных пород: обзор и новые идеи. Энергии. 2018; 11: 304. DOI: 10.3390 / en11020304. [CrossRef] [Google Scholar] 30. ASTM. Стандартный метод испытания прочности бетона на изгиб (с использованием простой балки с нагрузкой в ​​третьей точке) ASTM; Вест Коншохокен, Пенсильвания, США: 2018. ASTM C78. [Google Scholar] 31. Уэлч Г. Б. Деформации растяжения в неармированных бетонных балках. Mag. Concr. Res. 1966; 18: 9–18. DOI: 10.1680 / macr.1966.18.54.9. [CrossRef] [Google Scholar]

Прочность бетона на сжатие и растяжение: соотношение

В этой статье мы обсудим соотношение между прочностью бетона на сжатие и растяжение.

Теоретическая прочность бетона на сжатие в восемь раз превышает его предел прочности. Это подразумевает фиксированное соотношение между прочностью бетона на сжатие и растяжение. На самом деле существует тесная связь, но не прямая пропорциональность. Отношение прочности на разрыв к прочности на сжатие ниже для более высоких значений прочности на сжатие.

Экспериментальные результаты также показали, что бетон при сжатии и растяжении (как прямое растяжение, так и растяжение при изгибе) тесно связаны, но соотношение не является прямым пропорциональным.Отношение прочности на разрыв к прочности на сжатие зависит от прочности бетона. Таким образом, чем выше прочность на сжатие, тем выше предел прочности на разрыв, но скорость увеличения прочности на разрыв идет в убывающем порядке. Прочность бетона на растяжение более чувствительна к неправильному отверждению, чем прочность на сжатие.

Это может быть связано со следующими двумя причинами:

(a) Образование геля низкого качества из-за неправильного отверждения.

(b) Появление большего количества усадочных трещин из-за неправильного отверждения.Использование пуццолановых материалов показало увеличение прочности на разрыв.

Центральный научно-исследовательский институт дорог Дели провел обширное исследование для установления связи между прочностью на растяжение и сжатие бетона для строительства бетонных дорог. Рис.13.7.

На основе данных испытаний, проведенных в исследовании, CRRI предложил следующее соотношение между прочностью на изгиб и прочностью бетона на сжатие:

у = 11 х - 3.4

где y - прочность бетона на сжатие в МПа, а x - прочность на изгиб. Это соотношение зависит от размера крупного заполнителя. Установлено, что прочность зависит от природы и размера заполнителя.

Соотношение воспроизводится ниже:

(a) Для щебня диаметром 20 мм y = 15,3 x - 9,0

(b) Для 20 мм Natural Graval y = 14,3 x - 10,4

(c) Для щебня диаметром 40 мм y = 9,9 x -5,5

(d) Для 40 мм Natural Graval y = 9.8 х - 2,5

Было установлено, что прочность на изгиб бетона составляет от 8 до 11% от прочности на сжатие бетона из более прочного бетона порядка 25 МПа (250 кг / см 2 ) и от 9 до 12,8% для бетона меньшей прочности. более 25 МПа (250 кг / см 2 ) см. таблицу 13.1:

Отношение прочности на изгиб к прочности на сжатие оказалось выше для заполнителя с максимальным размером 40 мм, чем для заполнителя с максимальным размером 20 мм. В целом это соотношение оказалось немного выше для природного гравия, чем для щебня.

Было замечено, что прочность на изгиб или модуль разрыва получается намного ниже двухточечным методом, чем центральная точечная нагрузка, как показано на рис. 13.8.

Испытание может быть выполнено в соответствии с IS 516-1959 или 1964 на образце балки 10 x 10 x 50 см в пределах пролета 40 см. Модуль разрыва определяется соотношением.

f b = 2p x a / bd 2

где,

f b = модуль разрыва

p = нагрузка, приложенная к образцу, кг,

a = расстояние между трещиной и ближайшей опорой

b = ширина балки в см

d = глубина образца в точке разрушения, см

Значение модуля разрыва варьируется от 11% до 23% прочности на сжатие того же бетона.Среднее значение может быть принято равным 15% от прочности на сжатие, использование заполнителя с угловатой структурой или заполнителя с грубой текстурой приводит к более высокому модулю разрыва, чем заполнители с гладкой текстурой.

Таким образом, модуль разрыва выше, чем предел прочности при прямом растяжении для того же бетона по следующим причинам:

1. Предположение о форме блока напряжений. При расчете модуля разрыва предполагается, что напряжение пропорционально расстоянию от нейтральной оси балки, в то время как форма фактического напряженного блока при нагрузках, приближающихся к разрушению, как известно, является нетреугольной, а параболической.Таким образом, модуль разрыва переоценивает предел прочности бетона на растяжение и дает более высокое значение, чем было бы получено при прямом испытании на растяжение или испытании на раскалывание.

2. Случайный эксцентриситет при прямом испытании на растяжение приводит к более низкой кажущейся прочности бетона.

3. При прямом растяжении весь объем образца подвергается максимальному напряжению, поэтому вероятность появления слабого элемента высока.

4. Максимальное достигаемое напряжение волокна может быть выше из-за того, что распространение трещины блокируется менее напряженным материалом ближе к нейтральной оси.Однако фактические значения могут отличаться в зависимости от свойств бетона.

Взаимосвязь между пределом прочности при сжатии, растяжении и модулем разрыва показана в Таблице 13.2 ниже:

Загрузка центральной точки и двух или третьей точки :

Центральный научно-исследовательский институт автомобильных дорог Дели провел обширное исследование, чтобы выяснить связь между нагрузкой в ​​центральной точке и значением модуля разрыва при нагрузке в третьей точке.Отношение пролета к глубине образца оставалось постоянным.

На основании экспериментальных данных установлено следующее соотношение:

x 1 = x 2 + 0,72

Где,

x 1 = прочность бетона на изгиб в МПа при центральной точечной нагрузке

x 2 = прочность бетона на изгиб в МПа при нагрузке в третьей точке

В ходе исследования было замечено, что центральная точечная нагрузка дает более высокое среднее значение прочности на изгиб, чем третья точечная нагрузка, независимо от размера образца.

Более высокая прочность, полученная при центральной точечной нагрузке, может быть связана со следующими фактами:

1. Балка подвергается максимальному напряжению в заданной точке, не обязательно в самой слабой.

2. Отношение пролета к глубине образца было сохранено 4. Было обнаружено, что изменение этого отношения приводит к изменению прочности на изгиб. Изменение отношения пролета к глубине на 1% вызвало 3% -ное изменение прочности на изгиб при испытании третьей точечной нагрузкой и 2.Изменение на 5% при испытании центральной точечной нагрузкой. Было обнаружено, что с увеличением отношения пролета к глубине прочность на изгиб снижается.

3. Было обнаружено, что скорость приложения напряжения в значительной степени влияет на прочность на изгиб. Если скорость приложения напряжения увеличивается со стандартной скорости приложения 0,7 МПа в минуту, было обнаружено, что прочность на изгиб увеличивается до 25%. Увеличение было обнаружено в большей степени с более бедными смесями.

Существует множество эмпирических соотношений между прочностью бетона на растяжение и сжатие.

Одно из наиболее распространенных соотношений задается следующим соотношением:

Прочность на разрыв = K (прочность на сжатие) n .

Значение К можно принять равным 6,2 для гравия и 10,4 для щебня. Среднее значение для обоих можно принять равным 8,3, а значение n может варьироваться от 0,5 до 0,75.

I.S. 456-2000 предложил следующее соотношение между прочностью бетона на сжатие и изгибом.

Прочность на изгиб = 0,7 √ f ck

, где f ck - цилиндр прочности бетона на сжатие в МПа (Н / мм 2 ).

Взаимосвязь между прочностью бетона на сжатие и растяжение, предложенная Ассоциацией лабораторий портландцемента, показана в Таблице 13.3. ниже:

Факторы, влияющие на соотношение или соотношение прочности на растяжение и сжатие:

На соотношение прочности на растяжение и сжатие влияют следующие факторы:

1.Свойства крупного заполнителя:

Свойства крупного заполнителя очень сильно влияют на растрескивание бетона. Было замечено, что вертикальное растрескивание в образце, подвергнутом одноосному сжатию, начинается под нагрузкой, равной от 50 до 75% предельной нагрузки. Напряжение, при котором образуются трещины, в значительной степени зависит от свойств крупного заполнителя. Было замечено, что бетон, сделанный из гравия с гладкой поверхностью, трескается при гораздо меньшем напряжении, чем бетон, сделанный из грубого и угловатого щебня.Это может быть связано с механической связью и формой крупного заполнителя.

Кроме того, было замечено, что свойства крупного заполнителя влияют на предел прочности при растяжении или растрескивающую нагрузку при сжатии больше, чем на прочность на сжатие бетона. Влияние типа крупного заполнителя на прочность бетона варьируется по величине и зависит от воды / цементный коэффициент смеси. При соотношении вода / цемент ниже 0,4 использование измельченного заполнителя привело к увеличению прочности до 38% по сравнению с использованием гравия.

При соотношении вода / цемент выше 0,5 влияние водоцементного отношения уменьшается, а при 0,65 вода / цемент разницы в прочности не наблюдается. Было обнаружено, что свойства крупного заполнителя мало влияют на предел прочности при прямом и раскалывающем растяжении, но прочность на изгиб оказывается выше при использовании щебня и щебня угловой формы, чем при использовании окатанного гравия.

2. Свойства мелкого заполнителя:

Свойства мелкого заполнителя также влияют на соотношение прочности бетона на растяжение и сжатие.

3. Классификация заполнителя также влияет на это соотношение.

4. Влияние влаги:

Влажность бетона влияет на соотношение между прочностью на изгиб и сжатие. Если один бетон непрерывно затвердевает в воде, а другой изгибается во влажном состоянии, а затем хранится в сухой среде и испытывается. Установлено, что сухой бетон дает большую прочность на сжатие, чем бетон непрерывного влажного отверждения.Прочность на разрыв при прямом и разделительном растяжении не изменяется аналогичным образом. Однако прочность на изгиб высыхающего бетона ниже, чем у влажного бетона. Это может быть связано с развитием в бетоне усадочных трещин.

5. Возраст бетона на момент испытания:

Повышение прочности на разрыв через месяц происходит медленнее, чем прочность на сжатие. Следовательно, возраст экземпляра влияет на это соотношение.

6. Методы испытаний:

Предел прочности на разрыв определяют по методике:

(а) Метод прямого натяжения.

(б) Метод растяжения при раскалывании.

(c) Метод растяжения при изгибе.

Все три метода дают разные результаты. Наименьшее значение дает метод прямого натяжения. Таким образом, значения даны в следующем порядке: прямое растяжение <растяжение при раскалывании <растяжение при изгибе.

7. Размер образца:

Чем меньше размер испытательного образца, тем меньший объем бетона подвергается растягивающему напряжению, что снижает вероятность того, что слабый элемент подвергнется растягивающему напряжению и, в конечном итоге, приведет к разрушению.С другой стороны, чем больше размер образцов, тем больше объем бетона, имеющий больше шансов на наличие слабого элемента и, в конечном итоге, приводящего к разрушению; таким образом, чем больше размер образца, тем выше вероятность разрушения.

Во-вторых, методы испытаний на раскалывание и изгиб включают неоднородное распределение напряжения, которое уменьшает распространение трещины, что приводит к задержке окончательного разрушения. образуется, он может быстро распространяться по сечению образца.

8. Эффект недостаточного отверждения:

Прочность бетона на растяжение более чувствительна к недостаточному отверждению, чем прочность на сжатие. Это может быть связано с неравномерной усадкой балок для испытаний на изгиб. Поскольку балки для испытаний на изгиб очень чувствительны к усадочным трещинам и очень серьезны для испытаний.

Трудности при проведении прямого испытания прочности бетона:

Проведение испытания на одноосное растяжение затруднено из-за следующих проблем:

1.Проблема захвата образца:

Отсутствует подходящее и удовлетворительное оборудование для захвата испытуемого образца, т. Е. Оборудование для захвата должно быть таким, чтобы не происходило преждевременное разрушение вблизи концов приспособления. Как правило, образец имеет тенденцию ломаться возле концов, что приводит к ошибкам в результатах.

2. Из-за эксцентриситета приложенной нагрузки:

В прилагаемой нагрузке не должно быть эксцентриситета.Однако в системе приложенной нагрузки всегда присутствует некоторый эксцентриситет. Напряжения изменяются из-за эксцентриситета нагружения, что может привести к большой погрешности в возникающих напряжениях независимо от размера и формы образца. Поэтому прямое испытание на растяжение не стандартизировано и используется редко.

Таким образом, из-за этих трудностей предел прочности при растяжении определяется косвенными методами, такими как испытание на изгиб и испытание на раскалывание. Однако эти методы испытаний дают более высокие значения прочности на разрыв, чем истинная прочность на разрыв, определяемая одноосной нагрузкой.

Как указано выше, различные методы испытаний дают численно разные результаты в следующем порядке:

(a) Прямое или одноосное растяжение дает наименьшее значение прочности на разрыв.

(b) Испытание на растяжение при раскалывании дает более высокое значение, чем метод прямого растяжения, но более низкое, чем испытание на растяжение при изгибе.

(c) Испытание на растяжение при изгибе дает наибольшее значение прочности при растяжении из всех методов, т.е. прямое растяжение <растяжение при раскалывании <растяжение при изгибе.

Причины разницы в результатах:

Ниже приведены причины разницы в значениях прочности на разрыв, определяемые разными методами:

1. При обычном размере лабораторного образца объем бетона, подверженного растягивающему напряжению, уменьшается в том же порядке, как указано выше, т.е. площадь, подверженная прямому растяжению <площадь растяжения при расщеплении <площадь растяжения при изгибе. Таким образом, статистически существует большая вероятность того, что слабый элемент в большем объеме, чем меньший объем, и, следовательно, больше отказов в большем объеме.

2. И методы испытания на расщепление, и на изгиб предполагают неравномерное распределение напряжений, которое ограничивает распространение трещины и, таким образом, задерживает окончательное разрушение. С другой стороны, при прямом испытании распределение напряжений является равномерным, так что после образования трещины она может быстро распространяться по сечению образца. Соотношение между прочностью бетона на сжатие и растяжение показано на рис. 13.4.

Испытание бетона на растяжение

Вернуться на главную

Прочность на разрыв - важное свойство бетона. потому что бетонные конструкции очень уязвимы к растрескиванию за счет различного рода эффектов и самой приложенной нагрузки.Однако при растяжении Прочность бетона очень низкая по сравнению с его прочностью на сжатие.

Из-за сложности приложения к бетону одноосного растяжения образца предел прочности бетона на растяжение определяется косвенным Методы испытаний: (1) Испытание на разделенный цилиндр (2) Испытание на изгиб.

Следует отметить, что оба этих метода дают более высокое значение прочности на разрыв, чем одноосное сопротивление разрыву.

Испытание разделенного цилиндра

Это стандартный тест для определения прочности на разрыв. бетона косвенным способом.Этот тест может быть выполнен в соответствии с с IS: 5816-1970.

Стандартный испытательный цилиндр образца бетона (300 мм X 150 мм в диаметре) размещается горизонтально между загрузочными поверхностями машины для испытаний на сжатие (Рис-4). Сжимающая нагрузка приложена диаметрально и равномерно по длине цилиндра до разрушения цилиндра по вертикальному диаметру. Для равномерного распределения этой приложенной нагрузки и уменьшить величину высокой сжимающей напряжения в местах приложения этой нагрузки, полосы фанеры помещаются между образцом и загрузочными плитами испытательной машины.Бетонные цилиндры разделены на две половины вдоль этой вертикальной плоскости из-за к косвенному растягивающему напряжению, создаваемому эффектом Пуассона.

Рис-4 (Прочность на разрыв при расщеплении Испытание: Цилиндр с компрессионной нагрузкой по вертикальному диаметру)

Из-за этой сжимающей нагрузки элемент, лежащий по вертикали диаметр цилиндра подвергается вертикальному сжимающему напряжению и горизонтальное напряжение (Рис-4).Условия нагружения создают высокую степень сжатия напряжение непосредственно под точками нагружения. Но большая часть цилиндра, соответствующая до его глубины подвергается равномерному растягивающему напряжению, действующему по горизонтали. Это По оценкам, сжимающее напряжение действует примерно на 1/6 глубины а оставшаяся глубина 5/6 подвергается растяжению из-за эффекта Пуассона.

Предполагая, что бетонный образец ведет себя как упругое тело, равномерное поперечное растягивающее напряжение f t , действующее вдоль вертикальной плоскости, вызывает разрушение образца, которое можно рассчитать по формуле as,

Приведенный выше результат теста представляет собой "Расщепление Прочность на растяжение »бетона, которая варьируется от 1/8 до 1/12 от прочность на сжатие куба.

Испытание на изгиб

После испытания на растяжение при раскалывании еще одно обычное испытание Для определения прочности на разрыв выполняется испытание на изгиб.

Испытание может быть выполнено в соответствии с BS 1881: Часть 118: 1983. Простая бетонная балка нагружена на одну треть. точки пролета. Нормальный стандартный размер образца 150х150х750 мм. Если наибольший номинальный размер агрегата не превышает 25мм, размер 150х150х500 мм также можно использовать.Пролет балки в три раза больше ее глубины.

Фиг-5 (Предел прочности при изгибе Испытание: балка с двухточечной нагрузкой на одну треть ее пролета)

Типичное расположение для испытания показано на Рис-5. выше. Равные нагрузки применяются на расстоянии одной трети от обоих. балочных опор. Он вызывает такую ​​же реакцию, как и нагрузка при обе опоры. Нагрузка на балку увеличивается таким образом, чтобы скорость увеличения напряжения в нижнем волокне находится в диапазоне 0.02 МПа и 0,10 МПа. Меньший показатель для бетона низкой прочности. и более высокий показатель для высокопрочного бетона.

Из приведенной выше конфигурации загрузки ясно, что в средней трети части, в промежутке между двумя нагрузками, балка подвергается чистому изгибу. В этой части не возникает поперечной силы. это эта часть балки, где создается максимальный чистый изгибающий момент Pd / 2 сопровождается нулевой поперечной силой.

По мере увеличения нагрузки, если в пределах в средней трети балки достигнуто максимальное растягивающее напряжение, называемое «модуль разрыва» f bt вычисляется по стандартной формуле изгиба,

Если перелом происходит за пределами средней трети, тогда, согласно BS 1881: Часть 118: 1983, результат теста не следует принимать.

Напряжение в бетоне - статья

Гэри К. Мункельт, PE

30 октября 2018 г.

ОБЗОР

Известно, что способность бетона к растяжению намного ниже, чем способность к сжатию, и редко используется без арматурных стальных стержней, когда требуется растяжение. Заявление в ACI 318 Строительный кодекс для конструкционного бетона предполагает, что для большинства условий натяжение должно приниматься равным нулю (ACI Committee 318, 2014).Однако есть условия, при которых важна сила натяжения. Пределы растрескивания и диагонального сдвига связаны с растяжением. В подземной промышленности сборного железобетона толщина стен и плит должна быть тонкой, чтобы уменьшить вес. Одним из таких продуктов является сборная усыпальница, в которой стена с коротким пролетом подвергается средним нагрузкам и выдерживает нагрузку только за счет прочности бетона на растяжение. В следующем обсуждении будут установлены значения прочности бетона на растяжение на основе имеющихся данных испытаний. Он также включает обсуждение коэффициента безопасности применительно к монолитному бетону и подземным сборным железобетонным изделиям.


ВВЕДЕНИЕ

Строительные нормы ACI 318 - это руководство для общего проектирования бетона (Комитет 318 ACI, 2014). Он написан, чтобы охватить наихудшие условия, которые могут возникнуть во время строительства с плохим контролем качества, когда бетон заливается на место. Формулы включают фактор безопасности, превышающий тот, который потребовался бы при наличии строгой программы «контроля качества» во время строительства.

Промышленность сборного железобетона освоила контроль качества из-за необходимости производить продукт намного более надежный, чем вариант с заливкой на месте.Чтобы быть конкурентоспособными, сборные железобетонные изделия должны удаляться из форм без трещин, когда бетону всего 24 часа. Для этого требуется высокопрочный бетон и хорошие системы твердения. Натяжение изделий, изготовленных таким образом, можно считать более надежным, чем бетон, залитый на место, чтобы оправдать более низкий коэффициент безопасности.

В настоящее время кодекс рекомендует использовать низкий коэффициент натяжения для наихудших ситуаций и более высокий коэффициент натяжения для ситуаций, которые включают «положительные эффекты».Чем ниже значение, тем выше коэффициент безопасности. Данные и обсуждение в этом документе демонстрируют, что конструкции для подземных сборных железобетонных изделий, произведенных из высокопрочного бетона и сертифицированных процедур контроля качества, имеют дополнительный «положительный эффект», чтобы гарантировать использование большего значения для расчета допустимой прочности на сдвиг при растяжении (). Применение более высокого значения из кода все равно приведет к коэффициенту безопасности, приемлемому для защиты безопасности населения.


МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА НА РАЗРЫВ

Бетонная промышленность с начала -х годов века пыталась определить надежный метод прогнозирования прочности на разрыв бетона.Для получения данных использовались три метода. Два метода описаны в стандартах Американского общества испытаний и материалов (ASTM). Третий метод не регулируется стандартом ASTM. Три метода создания данных:

  1. ИСПЫТАНИЕ НА ЧИСТОЕ НАПРЯЖЕНИЕ
  2. ИСПЫТАНИЕ НА ГИБКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ
  3. ИСПЫТАНИЕ РАЗДЕЛЕННОГО ЦИЛИНДРА

Данные этих методов испытаний могут быть полезны, когда инженеру необходимо учесть условия при проектировании балок и круглых конструкций.

ПРИМЕР БАЛКА ИЛИ СТЕНЫ:

Рисунок 1 - Вид сбоку балки, подверженной нагрузке

ПРИМЕР КРУГЛЫЙ КОНСТРУКЦИИ:

Рисунок 2 - Вид сверху мокрой скважины

ЧИСТЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ данные доступны из прямых испытаний на растяжение.Прайс (1951) опубликовал данные испытаний на растяжение, проведенных в исследовательской лаборатории Portland Cement Association. Те же данные были также опубликованы в документе комитета ACI 224.2R под названием «Растрескивание бетонных элементов при растяжении» (1992).

Рисунок 3 - Испытание бетонного образца

В документе ACI 224.2R говорится: «Из-за трудностей, связанных с приложением чистого растягивающего усилия к образцу простого бетона, не существует стандартных испытаний на прямое растяжение» (Комитет ACI 224, 1992, стр.3). Однако данные, предоставленные Портлендской цементной ассоциацией, полезны, поскольку они обеспечивают взаимосвязь между прочностью на сжатие и пределом прочности при растяжении.

ТАБЛИЦА 1 - ОБРАЗЕЦ ДАННЫХ PCA Примечание. Данные комитета ACI 224.2R, 1993; Цена, 1951 г.
Прочность на сжатие ( f'c ) x Коэффициент = Прочность на растяжение ( f't )
3000 фунтов на кв. Дюйм x 9.2% = 275 фунтов на кв. Дюйм
5000 фунтов на кв. Дюйм x 8,0% = 400 фунтов на кв. Дюйм

ГИБКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ данные могут быть созданы с использованием стандарта ASTM C78. Стандарт, первоначально созданный в 1930 году, называется «Стандартный метод испытаний бетона на прочность на изгиб (с использованием простой балки с нагрузкой в ​​третьей точке)» (Комитет ASTM C 09, 2018).Он используется для определения прочности на изгиб простой бетонной балки. Результаты были использованы для подтверждения конструкции смеси и контроля качества строительства плит и дорожного покрытия.

Рисунок 4 - Вид сбоку испытательной балки

Этот метод испытаний заключается в приложении нагрузки к прямоугольной балке до ее разрушения. Максимальная приложенная нагрузка (P) используется в формуле для создания «теоретической максимальной прочности на разрыв», также называемой «модулем разрыва».Это полезно для проектировщиков изгибных балок, поскольку дает указание на то, когда обычный бетон потрескается.

Напряжение при изгибе = Модуль разрыва = R (psi) = Pl ÷ bd 2

Где P = нагрузка, зарегистрированная испытательной машиной при отказе (фунт-фут)
l = длина пролета (дюймы)
b = ширина балки (дюймы)
d = глубина балки (в.)

Чтобы отличить растяжение при изгибе от чистого растяжения, используйте терминологию:

ЧИСТЫЕ НАТЯЖЕНИЯ - f 't
ГИБКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ - f' r (модуль разрыва)

Поскольку эта формула основана на предположении, что бетон является эластичным материалом, а напряжение изгиба локализовано в самых внешних волокнах, f'r может быть больше f't .Данные испытаний этого метода будут полезны при выполнении расчетов, связанных с изгибом балок или плит, а не чистым растяжением, как в круглых конструкциях, содержащих жидкости.

ТАБЛИЦА 2 - ОБРАЗЕЦ ДАННЫХ PCA
Прочность на сжатие ( f'c ) x Коэффициент = Прочность на растяжение ( f't )
3000 фунтов на кв. Дюйм x 16.2% = 485 фунтов на кв. Дюйм
5000 фунтов на кв. Дюйм x 13,5% = 675 фунтов на кв. Дюйм

Примечание. Данные комитета ACI 224.2R, 1993; Цена, 1951 г.

ИСПЫТАНИЕ ЦИЛИНДРОВ НА РАЗДЕЛЕНИЕ Данные были впервые доступны в 1962 году, когда ASTM создал Стандарт C496 под названием «Стандартный метод испытаний на прочность на разрыв цилиндрических образцов бетона» (Комитет ASTM C 09, 2017).Этот метод испытаний предоставляет инженерному сообществу значение «прямого» натяжения для бетона в отличие от значения «изгибного» натяжения, определенного согласно ASTM C78. В части 4 C496 говорится:

«Прочность на растяжение при раскалывании обычно больше, чем прочность на прямое растяжение, и ниже, чем прочность на изгиб (модуль разрыва)». (стр.1).

Рисунок 5 - Разрез цилиндра

В методе испытаний используется цилиндр такой же формы, который обычно изготавливают для испытания бетона на прочность на сжатие.Вместо приложения сжатия к концам цилиндра оно применяется к продольной оси. Прочность бетона на растяжение рассчитывается по формуле:

Прочность на растяжение при разделении T = 2P ÷ π ld = f 'sp (psi)

Где P = максимальная приложенная нагрузка, указанная испытательной машиной (фунты)
l = длина (дюймы) образца
d = диаметр (дюймы) образца

Разумная оценка прочности разъемного цилиндра ( f 'sp ) предложена Винтером (1964).

Для малопрочных песчано-гравийных бетонов получается f 'sp = 7 √f' c

Для высокопрочных песчано-гравийных бетонов получается f 'sp = 6 √f' c

ТАБЛИЦА 3 - ПРИМЕР ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ФОРМУЛЫ
Пример: для прочности бетона на сжатие Натяжение цилиндров с разрезом f 'sp
3000 фунтов на кв. Дюйм f 'sp = 7√3000 = 383 фунтов на кв. Дюйм
5000 фунтов на кв. Дюйм f 'sp = 6√5000 = 424 фунтов на кв. Дюйм

Примечание: данные зимы 1964 года


Теперь доступен третий термин для обозначения напряжения:

ЧИСТЫЕ НАТЯЖЕНИЯ - f 't
ГИБКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ - f' r (модуль разрыва)
НАПРЯЖЕНИЕ ЦИЛИНДРА РАЗДЕЛЕНИЯ - f 'sp


ЗАЛИВНЫЙ БЕТОН

Инженеры используют формулы, рекомендованные ACI 318 (Комитет ACI 318, 2014) для определения прочности на сдвиг при проектировании бетонных конструкций.Эти формулы уже много лет успешно используются при проектировании монолитного бетона, где не всегда используются методы контроля качества. Формулы обеспечивают коэффициент безопасности для покрытия непредвиденных условий, которые могут возникнуть при отсутствии процедур контроля качества.

Коэффициент безопасности можно получить, сравнив «окончательные результаты испытаний» с рекомендованными формулами ACI 318. В главе 11 рассматривается прочность бетона на сдвиг ( Vc только для элементов, подверженных сдвигу и изгибу) с упрощенной формулой и более подробной формулой.Вторая формула учитывает положительные эффекты для процента арматурной стали ( p ), предельного момента ( Mu ) и предельного сдвига ( Vu ).

Взгляд на факторы безопасности, основанный на этих значениях, показывает, что они очень консервативны. Это необходимо для бетона, уложенного без контроля качества. Рассмотрим бетон, используемый во многих проектах с заливкой на месте:

ACI 318 УПРОЩЕННАЯ ФОРМУЛА 11-3 (используется по умолчанию, когда подробности недоступны).

Vc = 2√f 'c x b x d , где 2 √f' c = коэффициент

Для чистого напряжения:
      Коэффициент сравнения 2√3000 = 110  фунтов на кв. Дюйм
  для данных разделенного цилиндра  f 'sp  = 383  psi
 
Коэффициент безопасности = 383 ÷ 110 =  3,5  

ACI 318 ПОДРОБНАЯ ФОРМУЛА 11-5 (используется, когда известны положительные эффекты).

Vc = [ 1.9√f 'c + 2500p (Vu x d ÷ Mu)] b x d
Но не более 3.5√f 'c x b x d , где 3.5√f' c = коэффициент

Для чистого напряжения:
      Коэффициент сравнения 3,5√3000 = 192  фунтов на кв. Дюйм
  для разделения цилиндров  f 'sp  = 383  psi  
Коэффициент безопасности = 383 ÷ 192 =  2,0  


ПОДЗЕМНЫЕ БЕТОННЫЕ ИЗДЕЛИЯ

Промышленность сборного железобетона в течение 50 лет производит продукцию для подземных сооружений.Сборные мокрые колодцы, хозяйственные хранилища, септики и могильники - вот некоторые из продуктов, которые используются сегодня. Они производятся на заводах-изготовителях из высокопрочного бетона и проходят сложные процедуры контроля качества.

Контроль качества осуществляется по необходимости, так как производителю сборного железобетона необходимо за один день залить бетон, а через 24 часа вынуть изделие из формы. Если бетон в это время окажется непрочным, удаление изделия из формы приведет к браку из-за разрушения или трещин.Производители ЖБИ не остаются в бизнесе с обилием неудач.

Контроль качества на заводах-изготовителях применяется двумя способами. Один из способов - это соблюдение программы инспекции «сертифицированного предприятия», предоставленной третьей стороной. Это программа, выполняемая Национальной ассоциацией сборного железобетона (NPCA) и Институтом предварительно напряженного бетона (PCI). Он включает письменные процедуры и внеплановые проверки третьей стороной.

Второй способ является автоматическим, так как сборный железобетон (в отличие от бетона, залитого по месту) должен быть извлечен из формы, транспортирован вилочным погрузчиком и грузовиком и установлен на строительной площадке.Слабый продукт при этом треснет или выйдет из строя.

«Результаты испытаний на окончательное растяжение» по сравнению с формулами ACI 318 могут использоваться для определения коэффициента безопасности для контроля качества производимого сборного железобетона:

ACI 318 УПРОЩЕННАЯ ФОРМУЛА 11-3

Vc = 2√f 'c x b x d , где 2 √f' c = коэффициент

Для чистого напряжения:
      Сравните коэффициент 2√5000 = 141  фунтов на кв. Дюйм
  для разделения данных цилиндра 6√5000 =  f 'sp  = 424  psi
 
Коэффициент безопасности = 424 ÷ 247 =  1.7  

ACI 318 ПОДРОБНАЯ ФОРМУЛА 11-5

Vc = [ 1,9√f 'c + 2500p (Vu x d ÷ Mu)] b x d
Но не более 3,5√f' c x b x d , где 3,5√f 'c = коэффициент

Для чистого напряжения:
      Коэффициент сравнения 3,5√5000 = 247  фунтов на кв. Дюйм
  для разделения данных цилиндра 6√5000 =  f 'sp  = 424  psi  
Коэффициент безопасности = 424 ÷ 247 =  1.7  


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Инженеры, незнакомые с этими факторами безопасности, будут применять консервативный коэффициент к проектам сборных железобетонных изделий. Таблица 4 предполагает, что для этих продуктов можно использовать менее консервативный коэффициент в формуле, не ставя под угрозу безопасность продукта или населения. Все это возможно благодаря сложным процедурам контроля качества, используемым на заводах по производству сборного железобетона.

ТАБЛИЦА 4 - КОЭФФИЦИЕНТ ДАННЫХ БЕЗОПАСНОСТИ НА ОСНОВЕ ФИЗИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ
Формула ACI 11,3
2√f 'c
Формула ACI 11,5
3,5√f 'c

p.i.p Бетон
@ 3000 psi

3,5 2,0 *

Сборный бетон
@ 5000 фунтов на кв. Дюйм

3.0 1,7 *

* Более низкий коэффициент запаса прочности 1,7 для сборного железобетона по сравнению с 2,0 для монолитного бетона оправдан. Коэффициент безопасности = 2,0 предназначен для формулы, которая предназначена для более низкого контроля качества строительства, тогда как коэффициент безопасности = 1,7 предназначен для контроля высокой прочности и качества сборного железобетона.


ССЫЛКИ

Комитет ACI 224.(1992). 224.2R - 92: Растрескивание бетонных элементов при прямом растяжении. Фармингтон-Хиллз: Американский институт бетона.

Комитет 318. ACI (2014). 318-14: Требования строительных норм и правил для конструкционного бетона и комментарии. Фармингтон-Хиллз: Американский институт бетона.

Комитет ASTM C 09. (2017). ASTM C496 / C496M - 17: Стандартный метод испытаний для определения прочности на разрыв цилиндрических образцов бетона. West Conshohocken, PA: Американское общество испытаний и материалов.

Комитет ASTM C 09. (2018). C78 / C78M - 18: Стандартный метод испытания прочности бетона на изгиб (с использованием простой балки с нагрузкой в ​​третьей точке) (том 4.02). Вест Коншохокен, Пенсильвания: Американское общество испытаний и материалов.

Прайс, У. Х. (1951, февраль). Факторы, влияющие на прочность бетона. Журнал американского бетона, 47 (2), 417-432.

Винтер, Г., & Нильсон, А. Х. (1964). Проектирование бетонных конструкций [7-е изд. произведения, первоначально написанного Л.К. Уркхарт и К. Э. О'Рурк]. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Книжная компания Макгроу-Хилл.

.