Прочностные характеристики бетонов

Качество бе и его работа в конструкциях и сооружениях опр-ся его св-вами, важнейшее св-во - прочность. Прочн – это механическое св-во м-ла, выражающееся в его способности в опр-х условиях и пределах, не разрушаясь, сопротивляться внутренним напряжениям и деформациям, возникающим под влиянием механических, тепловых и других факторов. М-лы в сооруж. м. испытывать различные внутренние напряжения: сжатие, растяжение, изгиб, срез и кручение. Бе относится к м-лам, кот хорошо сопротивляются сжатию, значительно хуже срезу, и еще хуже растяжению (в 5-50раз). Поэтому с.к. обычно проектируют так, чтобы бе воспринимал сжимающие нагрузки; при необх-ти восприятия растягивающих напряжений к-ции армируют. В ЖБК напряжения растяжения, изгиба и среза воспринимают стальной арматурой, поэтому одной из важнейших характеристик явл-ся его прочн при сжатии. Разрушение в физическом понимании состоит в отделении частей тела друг от друга. Дефекты в м-лах приводят к облегчению процесса разрушения, т.е. понижают прочн м-ла. При разрушении бе наблюдается 2 вида разрушения поверхности:

1. Прочн зап-ля больше прочности р-ра или ц-го камня. Разрушение происходит по р-ру в обход зерен заполнителя.

Рис. Хар-р разрушения бе:

а) по ц-му р-ру без разрушения зап-ля; б) с разрывом зерен зап-ля;

в) смешанное разруш-ие.

2. Прочн зап-ля меньше прочности р-ра. Разруш. происходит по р-ру и по зернам зап-ля. М. б. и смешанный характер разрушения, когда прочн зап-ля и р-ра близки между собой и в разных участках структуры более прочными оказывается либо зап-ль, либо р-р.

Задолго до разруш. бе в нем образ-ся микротрещины, возникающие из-за неоднородности структуры бе, поэтому разрушение бе происходит постепенно по мере развития микротрещин отрыва и достижения опр-ой предельной деформации. Большое значение для прочн бе имеет сцепление ц-го камня с поверхностью зап-ля, т.е. прочн контактной зоны. Разрушение бе начинается с контактного слоя, поэтому ухудшение его св-в резко повышает вероятность разрыва и снижает прочн бе. Опр-мый испытаниями показатель прочн бе явл-ся хар-кой, кот зав-т не только от св-в м-ла, но и от методики испытаний, поэтому необх-мо строго придерживаться соответ-щих рекомендаций по методикам испытаний и добиваться максимального единообразия в их проведении.

Прочность бетона при сжатии

В рабочих чертежах к-ций или в стандартах на изд обычно указывают требования к прочн бе, его класс или марку. При проектировании к-ций прочн бе на сжатие хар-ся классами. Класс бе опр-ся величиной гарантированной прочности на сжатие с обеспеченностью 95% (0,95).

ГОСТ 26633-91 «Бе тяжёлые и мелкозернистые. ТУ» устан-т 19 классов бе В3,5-В80. Для ячеистых бетонов ГОСТ 25485-89 «Бетоны ячеистые. ТУ» уст-т 12 классов В0,5…В15. На пр-ве контролир-т среднюю прочн или марку бе. Между классом бе и его ср прочн имеется зав-ть: где В — класс бе по прочн, МПа; R—средняя прочн, кот следует обеспечить при пр-ве к-ций, МПа; t — коэффициент, характеризующий принятую при проектировании обеспеченность класса бе (при обеспеченности 95% t=1,64); v — коэфф. вариации прочн бе. Для перехода от класса бе (В) к средней прочн бе (R) в МПа, контролируемой на пр-ве для образцов 15x15x15 см (при нормативном v=13,5% и t = 1,64 при обеспеч-ти 95%) следует прим-ть формулу: Н-р, для класса В25:

Средняя прочн (марка) тяже­лого бе опр-ся пределом прочн (МПа) при сжатии стандартных бетонных кубов 15x15x15 см, изготовленных из ра­бочей бе смеси в металлических формах и испытанных в возр 28 сут после твердения в нормальных усл (t=15-20°С, W_относ=90-100%). В стр-ве исп-т 17 марок М50…М1000 (кг/см²). На пр-ве необходимо обеспечить среднюю прочн или заданную марку бе. Пре­вышение заданной прочн допускается не более чем на 15%, так как это ведет к перерасходу ц-а. Кубы размером 15x15x15 см прим-ся в том случае, когда наибольшая крупность зерен зап-ля 40 мм. При другой круп­ности зап-ля м. исп-ть кубы иных размеров, но размер ребра контрольного бе-го образца д.б. примерно в три раза больше максимальной крупности зерен за­п-ля. Для опр-ия марки бе на кубах с другими размерами вводят следующие переходные коэфф-ты, на кот умножают полученную в опытах прочн бе:

Размер куба, см	7х7х7	10х10х10	15х15х15	20х20х20
Коэф-т	0,85	0,95		1,05

Прочн бе в опр-ый срок при тв-ии в норм усл зав-т от прочн или активности ц-а и В/Ц: повышается с ↑ прочности ц-а и с ↓ В/Ц. Эта зав-ть выражается формулой: гдеR₂₈ — прочн бе после 28 сут норм-го тв-ия; Rц — активность ц-а, т.е. 28суточная прочн ц-го р-ра в тромбованных образцах сотава 1:3 естественного тв-ия; к — коэф-т качества зап-ля (для Щ к=3,5, для Г=4); В/Ц — водоцементное отношение (по массе). Эта расчётная формула (формула Абрамса-Беляева) предложена Беляевым на основании з-на в/ц отношения, установленного в 1895г профессором Малюгой и выраженного графической зав-тью: R_б = f (В/Ц), из кот следует, что прочн бе не зависит от его состава, а опр-ся величиной В/Ц. Мах-ой прочн соответ-т оптимальное значение В/Ц. С ↑ В/Ц ↑ кол-во свободной Н₂0, не участвующей в структурообразовании; она испаряется, оставляя поры, снижая прочн тем значительнее, чем больше В/Ц. С ↓ В/Ц возникает недоуплатнение бе смеси, сохраняются поры, снижающие прочн бе тем больше, чем меньше В/Ц.

Рис. Зав-ть прочн бе от В/Ц при обычных (1) и оптимальных (2) структурах.

Величина R₀ и (В/Ц)₀ - при оптимальной структуре бе. Только при оптимальной В/Ц бе имеет слитное строение с min пористостью и обладает мах прочностью.

В практических целях ф-ле Абрамса-Беляева придали выражение прямой завис-ти, приняв вместо «В/Ц» обратную величину - «Ц/В»:

- формула Боломея-Скрамтаева, где А-коэфф. качества зап-лей (ср знач. А=0,6). При введении нового ГОСТа на испытания ц-а (переход с жесткого р-ра на подвижный) была проведена большая коллективная работа рядом НИИ и крупных строй лабораторий по испытанию различных составов бе, изготовленных на разных цементах, разных заводов и большом кол-ве мелкого и крупного зап-ля. Опыты подтвердили, что при значении Ц/В=1,4..2,5 сущ-т прямолинейная зав-ть м/у R_б, активностью ц-а и Ц/В. А формула Боломея-Скромтаева сегодня имеет уточненный вид: для бе с В/Ц≥0,4, Ц/В≤2,5 для бе с В/Ц≤0,4, Ц/В≥2,5 Если В/Ц=0,4 – по любой формуле. Знач. коэф. А и А₁ приведены в таблице:

М-лы для бе	А	А,
Высококачественные Рядовые Пониженного качества	0,65 0,6 0,55	0,43 0,4 0,37

Примечание. Высококачественные м-лы: щебень из плотных г.п. высокой прочн, песок оптимальной крупности и ПЦ высокой активности, без добавок или с минимальным кол-вом гидравличе­ской добавки; зап-ли чистые, промытые, фракционированные с оптималь­ным зерновым составом смеси фракций. Рядовые м-лы: зап-ли сред­него качества, в т.ч. гравий, ПЦ средней активности или вы­сокомарочный ШПЦ. М-лы пониженного качества: круп­ные зап-ли низкой прочн и мелкие пески, ц-ты низкой активности.

В коллективном эксперименте было изучено также влияние пропаривания на прочн бе. Образцы пропаривали по режиму 2+3+8+4 ч при t изотермического прогрева 80°С и ис­пытывали в возрасте 1 сут. Перед пропариванием образцы выдер­живали 2 ч при нормальной температуре. Прочн образцов при сжатии после пропаривания в среднем составила 81% (от марки бе) при В/Ц=0,3; 75% при В/Ц=0,4; 71% при В/Ц=0,5 и 63% при В/Ц=0,6-0,7. На основании этих данных прочн бе сборных ЖБК, под­вергающихся пропариванию, м. ориентировочно опр-ть по приведеннымвышеформулам, умножая полученную расчетную Rб₂₈ на 0,7.

Прочность бетона на растяжение при изгибе.

Для тяжелых бе, применяемых в стр-ве дорог и аэродромов, устанавливаются марки бе по прочн на рас­тяжение при изгибе, кот опр-т путем испытания балочек квадратного сечения и вы­числяют по формуле: МПа, где F — разрушающая нагрузка, Н; а - ширина образца, см; b — высота попер сечения призмы, см; l — расстояние между опорами, мм; α- масшатбный коэф (в зависим-ти от квадратного сечения образца): 10×10см → α=0,92; 15×15→ α=1; 20×20→ α=1,15; 7×7→ α=0,86. Размеры стандартных балочек:

Наиб. крупность зерен зап-ля, мм	Размеры балочки, мм
Сечение (aхb)	Длина	Расстояние м/у опорами (l)
	100ХЮ0 150X150 200X200

Прочность при изгибе меньше предела прочности при сжатии!!!

ГОСТ 26633-91 устан-т 19 марок бе по прочн при изгибе от Р_tb 5 до P_tb100 и 19 классов на растяжение при изгибе от B_tb 0,4 до B_tb 8,0. Rизг зав-т от тех же факторов что и Rсж, но соотнош Rсж/Rизг ↑ с ↑ Rcж (рис.1). Эта завис-ть м.б. выражена формулой: где R_ц - активность ц-а при изгибе; A_п - коэф качества: для высококачеств-х м-лов Aп=0,42; для рядовых м-лов Ап=0,4; для м-лов понижен-го кач-ва Ап=0,37. С ↑ возраста бе его Rизг и Rрастяж возрастает боле медленно, чем Rcж и соотнош. Rраст/Rсж ↓.

Однородность бетона по прочности

Качество бе нельзя оценить только его средней прочно­стью. На практике всегда наблюдаются отклонения от этой ве­личины. Колебания активности ц-а, НГ, минералог-го состава, св-в зап-лей, дозировки м-лов, режимов перемешивания и тв-ия - всё это приводит к неоднородночти структуры бе. Соответ-но будут колебаться и показатели св-в бе: ρ, прочн, проницаемость и мрз. Поэтому качество бе опр-ся не только его ср. прочностью, но и его однородностью, кот оценивается по коэф вариации прочности бе. Как уже известно, класс прочн бе связан с его ср прочн: При изменении коэфф вариации опр-му классу по прочн бетона будет соответ-ть различная средн прочн (R). В кач хар-ки однородности бе исп-т ср коэф вариации прочн бе (v_п) по всем партиям за анализируемый период. Прочн бе в партии: где R_i — единичное значение прочн бе, МПа; n — общее число единичных значений прочн бе в партии. За R_i принимают ср прочн бе в одной се­рии образцов или ср прочн бе контролируемого участка к-ции при прим-ии неразрушающих методов контроля.

По коэф вариации прочн бе м. судить о стабильности кач-ва бе, выпускаемого предприятием. Чем ниже показ-ль коэф вариации прочн бе каждой i-ой из n партий бе, тем стабильнее кач-во бе!!!

ГОСТом 18.105-86 уст-но 11 значений v_п: от 6 до 16%. Нормативный коэф. вариации = 13,5%.