8.Основы прочности бетона

Так как бетон представляет собой неоднородный материал, внешняя нагрузка создает в нем сложное напряженное состояние. В бетонном образце, подвергнутом сжатию, напряжения концентрируются на более жестких частицах, обладающих большим модулем упругости, вследствие чего по плоскостям соединения этих частиц возникают усилия, стремящиеся нарушить их связь. В то же время происходит концентрация на­пряжений в местах, ослабленных порами и пустотами. Из теории упругости известно, что вокруг отверстий в ма­териале, подвергнутом сжатию, наблюдается концентра­ция самоуравновешенных растягивающих и сжимающих напряжений, действующих по площадкам, параллельным сжимающей силе. Поскольку в бетоне много пор и пустот, растягивающие напряжения у одного от­верстия или поры накладываются на соседние. В резуль­тате в бетонном образце, подвергнутом осевому сжатию, кроме продольных сжимающих напряжений возникают и поперечные растягивающие напряжения (вторичное поле напряжений).

Разрушение сжимаемого образца, как показывают опыты, возникает вследствие разрыва бетона в попереч­ном направлении. Сначала по всему объему возникают микроскопические трещины отрыва, которые с ростом нагрузки соединяются, образуя видимые трещины, парал­лельные (или с небольшим наклоном) направлению дей­ствия сжимающих сил.Затем трещины рас­крываются, что сопровождается кажущимся увеличением объема, и, наконец, наступает разрушение бетона. Гра­ница образования таких структурных микроразрушений под действием нагрузки можно определить по результа­там ультразвуковых измерений. Скорость распростране­ния ультразвуковых колебаний v, направленных поперек линий действия сжимающих напряжений, уменьшается с развитием микротрещин в бетоне. Началу уменьшения скорости ультразвука соответствует сжимающее напря­жение в бетоне R_crc (сопротивление сжатию), при ко­тором начинается образование микротрещин. По значению напряжения R°_(rc судят о прочностных и деформативных свойствах бетона.

Структура бетона, обусловленная неоднородностью состава и различием способов приготовления, приводит к тому, что при испытании образцов, изготовленных из одной и той же бетонной смеси, получают неодинаковые показатели прочности. Прочность бетона зависит от ряда факторов, основными из которых являются:

технологические факторы; возраст и условия тверде­ния; форма и размеры образца; вид напряженного со­стояния и длительность воздействия.

I-зона уплотнения;

II-зона микротрещинообразования; III-зона макротрещинообразования

9. Марки и классы бетона

При проектировании железобетонных конструкций в зависимо­сти от их вида и условий работы назначаются требуемые характе­ристики бетона, именуемые классами и марками.

Класс бетона — одно из нормируемых значений унифици­рованного ряда данного показателя качества бетона, принимаемое с гарантированной обеспеченностью 0,95.

Марка бетона — одно из нормируемых значений унифи­цированного ряда данного показателя качества бетона, принимае­мое по его среднему значению с доверительной вероятностью 0,5.

Для бетонных и железобетонных конструкций должны преду­сматриваться следующие проектные классы и марки бетонов:

а) классы бетонов по прочности на осевое сжатие тяжелых бето­нов на плотных заполнителях — В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; ВЗО; В35; В40; В45; В50; В55; В60; бетонов на пористых заполнителях — В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; ВЗО; В35; В40; бетонов ячеистых — В1,5; В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10.

б) классы бетонов по прочности на осевое растяжение — Вt0,8; Вt1,2; Вt1,6; Вt2; Вt2,4; Вt2,8; Вt3,2.

в) марки бетона по морозостойкости — F50; F75; F100; F150; F200; F300; F400; F500;

г) марки бетона по водонепроницаемости — W2, W4, W6, W8, W10, W12; д) марки бетона по плотности: тяжелые бетоны — D2200; D2300; D2500; легкие бетоны — D800; D900; D1000; D1200; D1300; D1400; D1500; D1600; D1700; D1800; D1900; D2000; D2100; D2200.

Для железобетонных конструкций следует применять тяжелый бетон класса не ниже В10 и бетон на пористых заполнителях не ниже В3,5.

Для предварительно напряженных конструкций необходим бо­лее прочный бетон. Выбор класса бетона производится на основа­нии технико-экономического анализа в зависимости от назначения конструкции, вида и класса напрягаемой арматуры, ее диаметра. При арматуре из высокопрочной проволоки и стальных канатов применяется преимущественно бетон классов ВЗО, В40, а иногда В50, а при стержневой арматуре — классов В20, ВЗО. Для предва­рительно напряженных элементов из тяжелого и легкого бетонов класс бетона, в котором расположена напрягаемая арматура, дол­жен приниматься в зависимости: от вида и класса напрягаемой ар­матуры, ее диаметра и наличия анкерных устройств.