Деформативность бетона

Деформативность бетона

Классы и марки бетона

В зависимости от назначения железобетонных конструкций и условий их эксплуатации нормы проектирования СП 52-101-2003 устанавливают показатели качества бетона (их несколько). Важнейшим из них является класс бетона по прочности на осевое сжатие В. Он указывается в проектах во всех случаях как основная характеристика бетона.

Классом бетона по прочности на осевое сжатие В называется наименьшее контролируемое значение временного сопротивления сжатию бетонных кубов с размером ребра 150 мм, испытанных после 28 суток твердения при температуре t = 20 ± 2°С и относительном влажности воздуха более 60% с соблюдением всех требований стандарта, которое принимается с доверительной вероятностью 0,95.

Для бетонных и железобетонных конструкций нормами проектирования СНиП 52-01-2003 по прочности на сжатие предусмотрены следующие классы тяжёлого бетона: В3,5; В5; В7,5; B10; B15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60; В65; В70; В75; В80; В85; В90; В95; В100; В105; В110; В115; В120.

Число, стоящее после буквы «В» в обозначении класса бетона, соответствует гарантированной прочности бетона на осевое сжатие, выраженной в МПа, с обеспеченностью 95%. Например, классу бетона В20 соответствует гарантированная прочность бетона 20 MПa.

Чтобы оценить количественно изменчивость прочности бетона и обеспечить её гарантированное для заданного класса бетона значение используют методы теории вероятностей.

Классы бетона по прочности на осевое растяжение (Вt0,4; Вt0,8; Вt1,2; Вt1,6; Вt2; Вt2,4; Вt2,8; Вt3,2; Вt3,6; Вt4; Вt4,4; Вt4,8; Вt5,2; Вt5,6; Вt6) устанавливаются для конструкций, работающих преимущественно на растяжение (например, стенок резервуаров и водонапорных труб).

Кроме того, при необходимости для более полной характеристи­ки качеств бетона могут устанавливаться марки бетона по морозо­стойкости F, по водонепроницаемости W и по средней плотности D.

В п. 5.1.3. СНиП 52-01-2003 предусмотрены бетоны следующих ма­рок:

— по морозостойкости F15, F20, F25, F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500, F600, F700, F800, F900, F1000, они характеризуются числом циклов попеременного заморажи­вания и оттаивания в насыщенном водой состоянии, которые вы­держивает бетон без снижения прочности более чем на 15%;

— по водонепроницаемости W2, W4, W6, W8, W10, W12, W14, W16, W18, W20;

число — величина давления воды в кгс/см2, при котором еще не наблюдается просачивания ее через испытуемый стандартный об­разец толщиной 15 см;

— по средней плотности от D 200 до D 5000, соответствует среднему значению объемной массы бетона в кг/м3.

Для напрягающих бетонов устанавливают марку по самонапряжению.

При необходимости устанавливают дополнительные показатели качества бетона, связанные с теплопроводностью, температуростойкостью, огнестойкостью, коррозионной стойкостью (как самого бетона, так и находящейся в нем арматуры), биологической защитой и с другими требованиями, предъявляемыми к конструкции.

Виды деформаций. Под деформативностью бетона понимается изме­нение его формы и размеров под влиянием различных воздействий (в том числе в результате взаимодействия бетона с внешней средой).

Бетон является упруго-пластическим материалом, в котором, на­чиная с малых напряжений, помимо упругих деформаций, появля­ются и неупругие остаточные или пластические, т. е. полная дефор­мация без учёта усадки равна:

eb = ee+epl.

В бетоне различают деформации двух основных видов: объём­ные, развивающиеся во всех направлениях под влиянием усадки или изменения температуры, и силовые, развивающиеся главным образом в направлении действия сил. Силовым продольным деформациям также соответствуют некоторые поперечные деформации бетона; начальный коэффициент поперечной деформации бетона v равен 0,2 (коэффициент Пуассона). Причём v остаётся практически по­стоянным вплоть до напряжений . При этом относительная продольная деформация будет , апоперечная деформация .

Силовые деформации в зависимости от характера приложения нагрузки и длительности её действия подразделяются на следующие три вида:

— при однократном первичном загружении кратковременной на­грузкой;

— при длительном действии нагрузки;

— при многократном повторном действии нагрузки.

Наибольший практический интерес представляют продольные деформации бетона при осевом сжатии. Для изучения деформативности бетона при сжатии используют бетонные призмы с h/a = 4, чтобы исключить влияние на получаемые результаты сил трения, возникающих между опорными гранями образца и плитами пресса. На боковые грани призм в средней их части по высоте устанавли­вают приборы для замера деформаций (рис. 2.4а) или наклеивают электротензодатчики.

Нагрузка к призме прикладывается постепенно по этапам или ступеням (ступень обычно составляет 1/10…1/20 от ожидаемой раз­рушающей нагрузки). Если деформации на каждой ступени прило­жения нагрузки замерять дважды: первый раз сразу после приложе­ния нагрузки и второй раз через некоторое время после выдержки под нагрузкой (обычно около 5 минут), то на диаграмме полу­чим ступенчатую линию, изображенную на рис. 1.7б. Деформации, измеренные сразу после приложения нагрузки, упругие и связаны с напряжениями линейным законом, а деформации, развивающие­ся за время выдержки под нагрузкой, неупругие и на диаграмме имеют вид горизонтальных площадок. При достаточно боль­шом числе ступеней загружения зависимость между напряжениями и деформациями может изображаться плавной кривой (рис. 2.4б).

Рисунок 2.4 — К определению продольных деформаций бетона при сжа­тии: а — опытный образец (призма) с наклеенными на боковых по­верхностях электротензодатчиками; б — диаграмма при при­ложении нагрузки ступенями; 1 — прямая упругих деформаций, 2 — кривая полных деформаций

Деформации бетона при однократном первичном загружении кратковременной нагрузкой. Его длительность обычно не превышает 60 минут. Диаграмма для этого случая показана на рис. 2.5. Степень её криволинейности зависит от продолжительности действия нагрузки, уровня

напряжений и класса бетона, т. е. .

Полная относительная деформация при однократном загружении бетонной призмы кратковременно приложенной нагрузкой без учёта усадки бетона равна:

Рисунок 2.5 — Диаграмма зависимости между напряжениями и деформациями бетона при сжатии и растяжении: I — область упругих деформаций; II — область пластических деформаций; 1 — нагрузка; 2 — разгрузка; — предельная сжимаемость; — предельная растяжимость; — максимальная сжимаемость при нисходящей ветви диаграммы

т. е. она состоит из упругой части, равной и неупру­гой , которая после снятия нагрузки практически не исчезает. Точнее небольшая доля неупругих деформаций (около 10%) в течение некоторого времени после разгрузки исчезает. Эта часть пластической деформации называется деформацией упруго­го последействия εер. Кроме того, исчезает упругая составляющая пластической деформации εе1характеризующая обратимое сплю­щивание пустот цементного камня. Таким образом, после разгрузки бетона окончательно остается остаточная деформация, возникаю­щая из-за необратимого сплющивания пустот цементного камня и излома их стенок εрl1(рис. 2.5). R2- напряжение в момент, пред­шествующий началу интенсивного разрушения бетона (условная ве­личина).

При невысоких напряжениях () превалируют упругие деформации (), а при бетон можно рассмат­ривать как упругий материал. При осевом растяжении диаграмма имеет тот же характер что и при сжатии.

Деформации бетона при длительном действии нагрузки. При длительном действии нагрузки (t > 60 минут), даже постоянной, неупругие деформации с течением времени значительно увеличива­ются. В реальных же условиях в процессе строительства зданий и сооружений идёт постепенное ступенчатое нагружение элементов.

Нарастание неупругих деформаций при длительном действии на­грузки называется ползучестью бетона. Деформации ползуче­сти состоят из двух частей: пластической, протекающей почти од­новременно с упругой, и вязкой, для развития которой требуется определённое время. Деформации ползучести развиваются, главным образом, в на­правлении действия усилий и могут превышать упругие в 3…4 раза.

Загруженный в раннем возрасте бетон (при прочих равных усло­виях) обладает большей ползучестью, чем старый бетон. Ползучесть бетона в сухой среде значительно больше, чем во влажной. Техно­логические факторы также влияют на ползучесть бетона: с увели­чением W/C и расхода цемента на единицу объёма бетонной смеси ползучесть возрастает; с повышением прочности зёрен заполнителя ползучесть уменьшается; с повышением класса бетона ползучесть уменьшается. Бетоны на пористых заполнителях обладают несколь­ко большей ползучестью, чем тяжёлые бетоны. Ползучесть зависит от вида цемента.

1.2. Деформативность бетона

Виды деформаций. В бетоне различают деформации двух основных видов: объемные, развивающиеся во всех направлениях под влиянием усадки, изменения температуры и влажности, и силовые, развивающиеся главным образом вдоль направления действия сил. Силовым продольным деформациям соответствуют некоторые поперечные деформации, начальный коэффициент поперечной деформации бетонаν=0,2 (коэффициент Пуассона); Бетон представляет собой упругопластический материал. Начиная с малых напряжений, в нем помимо упругих восстанавливающихся деформаций развиваются неупру­гие остаточные или пластические деформации. Поэтому силовые деформации в зависимости от характера прило­жения нагрузки и длительности ее действия подразделя­ют на три вида: при однократном загружении кратковре­менной нагрузкой, при длительном действии нагрузки и при много кратно повторном действии нагрузки.

Объемные деформации.Деформации, вызванные усад­кой бетона, изменяются в довольно широком диапазоне: по данным опытов, для тяжелых бетонов εsl≈ 3-10-4и более, а для бетонов на пористых заполнителях εsl≈ 4,5*10-4. Деформация бетона при набухании в 2-5 раз меньше, чем при усадке.

Деформации бетона, возникающие под влиянием из­менения температуры, зависят от коэффициента линей­ной температурной деформации бетона. При измене­ний температуры среды от -50 до -500С для тяжелого бетона и бетона на пористых: заполнителях с кварцевым песком αbt=1*10-5°С-1. Этот коэффициент зависит от вида цемента, заполнителей,, влажностного состояния бетона и может изменяться в пределах ±30 %. Так, αbt=0,7*10-5°С~1 для бетонов на пористых заполните­лях с пористым песком.

Деформации при однократном загружении кратковре­менной нагрузкой. При однократном загружении бетон­ной призмы, кратковременно приложенной нагрузкой де­формация бетонаεb = εe+εpl (I.1)

т. е. она образуется из εе- упругой и εpt- неупругой пластической деформаций

(рис, 1.5). Небольшая доля неупругих деформаций в течение некоторого периода времени после разгрузки восстанавливается (около 10 %). Эта доля называется деформацией упругого пос­ледействия εер. Если испытываемый образец загружать по этапам и замерять деформации на каждой ступени дважды (сразу после приложения нагрузки и через не­которое время после выдержки под нагрузкой), то на диаграмме σb-εbполучим ступенчатую линию.

Рис. 5. Общая диаграмма зависимости между напряжениями и деформациями в бетоне

С увеличением скорости загружения при одном и том же напряжении σb неупругие деформации умень­шаются. Для различных скоростей загружения σb>σ2> >Vs кривые зависимости σb-εbизображены на рис. 1.10,6. При растяжении бетонного образца также возникает деформация εbt=εet+εpl,t (I.6) состоящая из εet — упругой и εpl,t- пластической частей.

Деформации при длительном действии нагрузки.При длительном действии нагрузки неупругие деформации бетона с течением времени увеличиваются. Наибольшая интенсивность нарастания неупругих деформаций наблю­дается первые 3-4 мес. и может продолжаться несколь­ко лет. На диаграмме σb-εbучасток 0-1 характеризует деформации, возникающие при загружении, кривизна этого участка зависит от скорости загружения; участок /-2 характеризует нарастание неупругих деформаций при постоянном значении напряжений.

Свойство бетона, характеризующееся нарастанием неупругих деформаций при длительном действии нагрузки, называют ползучестью бетона. Деформации ползучести могут в 3-4 раза превышать упругие деформации. При длительном действии постоянной нагрузки, если деформации ползучести нарастают свободно, напряжения бетоне остаются постоянными. Если же связи в бето­не (например, стальная арматура) стесняют свободное развитие ползучести, то ползучесть будет стесненной, при которой напряжения в бетоне уже не будут оста­ваться постоянными.

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

Рис. 6 Диа­грамма σb-εbпри многократном по­вторном загружении об­разца

.

Деформации бетона при многократно повторном дей­ствии нагрузки.Многократное повторение циклов загружения и разгрузки бетонной призмы приводит к посте­пенному накапливанию неупругих деформаций. После достаточно большого числа циклов эти неупругие де­формации, соответствующие данному уровню напряже­ний, постепенно выбираются, ползучесть достигает свое­го предельного значения, бетон начинает работать упру­го. На рис. 1.6 показано, как с каждым последующим циклом неупругие деформации накапливаются, а кривая σb-εbпостепенно выпрямляясь, становится прямой, ха­рактеризующей упругую работу. Такой характер дефор­мирования наблюдается лишь при напряжениях, не превышающих предел выносливости σb≤Rr.

При боль­ших напряжениях после некоторого числа циклов не­упругие деформации начинают неограниченно расти, что приводит к разрушению образца, при этом кривизна линии σb-εb меняет знак, а угол наклона к оси абсцисс последовательно уменьшается.

Предельные деформациибетона перед разрушением — предельная сжимаемость εubи предельная растяжимость εubt- зависят от прочности бетона, его класса, состава, длительности приложения нагрузки. В опытах при осевом сжатии призм наблюдается предельная сжимаемость бетона εub= (0,8…3) 10-3, в среднем ее принимают равной: εubt= 2*10-3. Сжимаемость бетона значительно возрастает, если при его загружении происходит пропорциональное воз­растание деформаций; в этом случае на диаграмме напряжения — деформации появляется ни­сходящий участок. Учет работы бетона на нисходящем участке диаграммы имеет существенно важное значение для расчета ряда конструкций.

Предельная растяжимость бетона в 10-20 раз мень­ше предельной сжимаемости, в среднем ее принимают равной: εubt=1,5-10-4; бетоны на пористых заполните­лях имеют несколько большую предельную растяжи­мость. Предельная растяжимость бетона существенно влияет на сопротивление образованию трещин в растя­нутых зонах железобетонных конструкций.

1.2. АРМАТУРА

1. Назначение и виды арматуры

Арматура в железобетонных конструкциях устанав­ливается для восприятия растягиваю­щих усилий и усиления бетона сжатых зон конструкций. Необходимое количество арматуры определяют расчетом элементов конструкций на нагрузки и воздействия.

Арматура, устанавливаемая по расчету, носит назва­ние рабочей арматуры; устанавливаемая по конструк­тивным, технологическим соображениям, по условиям монтажа, носит назва­ние конструк­тивной арматуры. Конструк­тивная арматура обеспе­чивает проектное положение рабочей арматуры в конструкции и более равномерно распределяет усилия между отдельными стержнями рабочей арматуры. Кроме того, конструк­тивная арматура может воспринимать обычно не учитываемые расчетом усилия от усадки бетона, из­менения температуры конструкции и т. п.

Рис. 7. Железобетонные элементы и их арматура

а -сетка; б -плоские карка­сы; в — пространственный кар­кас; 1 -плита; 2 — балка; 3 -колонна

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #