Міцність бетону. Фактори міцності бетону. Процес руйнування бетону при стиску.
Основні фактори міцності бетону:
Властивості цементного каменю в бетоні (міцність, щільність);
Міцність і деформативність заповнювачів;
Зчеплення цементного каменю із заповнювачем;
Щільність макроструктури бетону;
Властивості цементного каменю впливають на формування механічних властивостей бетону. Виконує 2 функції:
Сприймає частину навантаження;
Склеює зерна заповнювача і втягує їх у роботу при навантаженні бетону;
Когезія цементного каменю залежить від активності цементу і від В/Ц, що характеризує щільність його структури.
Адгезія цементного каменю також залежить від активності цементу і В/Ц, але на неї впливають властивості заповнювача.
В/Ц
визначає щільність і міцність цементного
каменю. Формула Боломея – Скрамптаєва
.
Міцність і деформативність заповнювача безпосередньо впливають на міцність бетону.
Зчеплення цементного каменю із заповнювачем забезпечує їх спільну роботу і взаємовплив при стиску та розтягу, а також визначає здатність зерна заповнювача чинити опір вириванню зі свого місця.
Щільність макроструктури бетону недостатнє ущільнення бетонної суміші істотно знижує щільність і міцність бетону.
Руйнування при стиску:
Руйнування бетону відбувається поступово. Спочатку виникають перенапруження, а потім мікротріщини в окремих мікрооб’ємах структури. Розвиток цього процесу супроводжується перерозподілом напружень і втягненням у тріщино утворення все більшого об’єму матеріалу, до утворення суцільного розриву, що залежить від форми зразка або конструкції, їх розмірів і інших факторів. Руйнування бетону при стиску обумовлено розвитком міктротріщин відриву, спрямованим паралельно діючій силі. Відбувається немов би збільшення об’єму зразка, але насправді порушується суцільність матеріалу. Процес розвитку мікротріщин визначається структурою бетону, зокрема розміром і числом дефектів у ній, а також видом і режимом прикладеного навантаження. Великий вплив на руйнування має рідка фаза в бетоні. Полегшуючи розвиток пластичних деформацій, деформацій повзучості і мікротріщин, послаблюючи структурні зв’язки в бетоні, вода знижує його міцність. Мікротріщини з’являються в першу чергу в слабких місцях. Коли кількість дефектів, які існували до навантаження, і тих, що з’явилися , стане достатнім для утворення суцільної тріщини – бетон руйнується.
Деформативні властивості бетону. Усадка. Деформація бетону в процесі тверднення.
Деформативність – здатність матеріалу змінювати свою форму і розміри під дією зовнішніх навантажень і інших фізичних факторів.
Деформації бетону розділяють на 2 види: 1) силові, виникають під дією зовнішніх навантажень – при короткочасному і тривалому навантаженні;2) температурно-усадочні, виникають в результаті хімічних і фізико-хімічних процесів тверднення і структуроутворення бетону, зміни його вологісного стану і температури – усадка, набухання, температурні деформації.
Після укладання бетонної суміші у форму відбуваються деформації, пов’язані із седиментацією в структурі суміші, що призводить до зміни об’єму. Величина початкової усадки залежить від складу бетонної суміші і властивостей вихідних матеріалів. Початкова усадка зменшується із зниженням водовмісту бетонної суміші і витрат цементу, при застосуванні тонкомелених добавок, при високому вмісті крупного заповнювача.
Структуроутворення і тверднення бетону супроводжується зміною його в об’ємі. До об’ємних деформацій відносять контракцію, усадку, набухання, температурні деформації.
Контракція – явище стиску системи «цемент+вода» в процесі їх взаємодії. В результаті загальний об’єм системи зменшується, бо об’єм новоутворень менше об’єму вихідних речовин.
Капілярна контракція – від’ємний капілярний тиск у рідкій фазі, яка знаходиться в порах і капілярах. Цей тиск викликає усадку свіжо відформованого бетону в початковий період, коли бетон має ще тільки пластичну міцність.
Усадка твердну чого бетонного каменю є наслідком виведення із системи води, висихання, що призводить до зменшення об’єму.
Після закінчення процесів усадки першого періоду після замішування, бетон набухає під час зберігання у воді. Усадочні деформації цементного каменю в бетоні в основному визначаються гелевидною складовою. При підвищенні В/Ц збільшується усадка. Підвищення дисперсності цементу збільшує усадку лише в початкові строки тверднення. Добавка прискорювача тверднення також збільшує усадку.
Температурні деформації. В процесі структуроутворення і тверднення бетону в початковий період відбувається тепловиділення через екзотерію реакцій між водою та мінералами. Температурні деформації впливають на процес структуроутворення, цей вплив є негативним, тому що збільшує пористість структури. Виникають внутрішні напруження при найбільшому тепловиділенні і при охолодженні, що може викликати появу тріщин. Це особливо небезпечно при бетонуванні масивних конструкцій.