Характеристики бетона
Характеристики бетона должны выбираться в соответствии с его качеством, требуемым для тех или иных строительных целей. Приближение каждого из качеств бетона к совершенству дает экономию при многих прочих условиях, и наилучшей конструкцией будет такая, в которой должное внимание уделено всем многочисленным свойствам бетона, а не только одному из них, например максимальной возможной прочности.
Хотя получение максимальной прочности не может служить критерием при проектировании бетона, измерение прочности бетонных кубиков помогает поддерживать в конструкции однородные стандартные качества бетона (как обычно и делается на практике). Поскольку другие свойства данной бетонной смеси некоторым образом связаны с пределом прочности бетона на сжатие, то последнее свойство наиболее удобно в качестве однозначного метода оценки качества бетона.
Испытание затвердевшего бетона в бетонных деталях заводского изготовления не вызывает затруднений, так как для него можно брать образцы готовых изделий. В монолитных бетонных конструкциях образцы могут быть взяты из тела конструкции путем колонкового бурения, однако это связано с некоторыми затратами и иногда приводит к ослаблению конструкции. Поэтому обычно принято производить испытания свойств бетона на образцах, изготовленных из бетонной смеси во время ее укладки. Взятые образцы трамбуются и выдерживаются в определенных стандартных условиях.
Сопротивление сдвигу
На практике напряжения сдвига в бетоне всегда сопровождаются сжатием и растяжением, вызванными изгибом; даже при лабораторных испытаниях невозможно избежать элемента изгиба. Разрушение бетона при сдвиге происходит, следовательно, от напряжения растяжения. Проведенные испытания показали, что сопротивление бетона сдвигу равно примерно половине его прочности на сжатие.
Деформация бетона под нагрузкой
Бетон, так же как и сталь и другие материалы, под нагрузкой испытывает деформацию, причем величина деформации растет по мере увеличения нагрузки. Однако сталь до предела упругости испытывает упругие деформации, так что образец после снятия нагрузки возвращается в исходное состояние. В противоположность этому деформация бетона слагается частично из упругих деформаций и частично из пластических или деформаций ползучести. Если бетон подвергается действию постоянно действующей нагрузки, то деформация, вызываемая этой нагрузкой, включает упругую деформацию, которая возникает сразу же после приложения нагрузки, и пластическую деформацию, или деформацию ползучести, которая также возникает в момент приложения нагрузки и постепенно возрастает, несмотря на то, что нагрузка все время остается постоянной. После снятия нагрузки происходит также медленное уменьшение пластической деформации, однако значительно меньшее, чем деформации ползучести. Высказанные выше положения о зависимости между напряжением и деформацией относятся преимущественно к той зоне, в которой обычно бетон работает, т. е. к напряжениям, при которых пластическая деформация невелика. При повышении нагрузки выше рабочей зоны бетона кривая напряжение — деформация значительно отклоняется от прямой линии. Это указывает на то, что напряжения и деформации перестают быть пропорциональными. Предел пропорциональности может составлять 25—75% от предела прочности, в среднем он составляет 40% от него.
Модуль упругости
Обычной мерой упругих свойств материала является модуль упругости, выражаемый отношением приложенного напряжения к полученной относительной деформации.
.Модуль упругости может быть определен для условий сжатия, растяжения или сдвига. У бетона модуль упругости при сжатии и при растяжении можно считать одинаковым.
Необходимость нагружать бетон с определенной скоростью вызвана тем, что от скорости нагружения зависит величина деформации ползучести. При малых скоростях нагружения явление ползучести сказывается сильнее.
Модуль упругости не связан непосредственно с другими свойствами бетона, однако чем больше прочность бетона, тем больше его модуль упругости. Следовательно, с увеличением возраста бетона модуль упругости также увеличивается.
Это имеет значение, например, в бетонном элементе с заделанными концами; при охлаждении его, происходящем после окончания периода начального интенсивного твердения, появляются растягивающие напряжения, величина которых увеличивается со временем.
Коэффициент Пуассона
Подвергнутый сжатию бетон сокращается в продольном направлении и расширяется в поперечном. Отношение поперечной деформации к продольной называется коэффициентом Пуассона и при обычных нагрузках бетона составляет от 0,08 до 0,18. В этих пределах коэффициент Пуассона растет с ростом содержания цемента, среднее его значение для бетона состава 1:2:4 равно 0,11. Этот показатель также меняется в зависимости от факторов, изменяющих другие свойства материала.
Температурные напряжения
(Коэффициент температурного расширения или сжатия — это изменение единицы длины при изменении температуры на один градус. Его значения для бетона несколько меняются в зависимости от жирности и влагосодержания бетонной смеси. Для всех практических целей можно принять коэффициент температурного расширения бетона. При оценке температурных деформаций в больших массивах бетона обычно принимают половину указанного значения коэффициента, считая, что остальная часть компенсируется ползучестью бетона.
Температурное расширение и сжатие бетона не всегда одинаковы по всей его толще. Химическая реакция между цементом и водой сопровождается выделением значительного количества тепла, которое отводится только через поверхность бетона. Поэтому в большом бетонном массиве температура внутри его всегда значительно выше, чем на поверхности, следовательно, температурное расширение в толще и на поверхности будет различным. Все это приводит к созданию растягивающих напряжений на поверхности бетона и, следовательно, к образованию трещин.
В большинстве готовых бетонных конструкций и дорожных покрытий разность температур возникает вследствие искусственного нагревания или под действием солнечных лучей. В результате происходит температурное расширение, которое в определенных условиях может вызвать деформацию поверхности бетона и его растрескивание.
Учитывая возможность температурных деформаций бетона, при проектировании бетонных конструкций в необходимых случаях следует предусматривать температурные швы.
Долговечность бетона
Срок службы бетона обычно сокращается из-за разрушающих действий следующих факторов:
1) выветривания под действием дождя и холода и в результате многократного расширения и сжатия при увлажнении и высыхании;
2) химической агрессии морской воды, болотных и сточных вод, растительных и животных масел и жиров, молока, сахара;
3) истирания вследствие движения пешеходов и транспорта, ударного действия волн и влияния частиц, переносимых водой и воздухом.
Выветривание под действием дождя и холода зависит главным образом от степени водонепроницаемости или проницаемости бетона, так как агрессия углекислоты и других кислот, присутствующих в дождевой воде, и разрывающее действие замерзшей воды связаны с проникновением воды в толщу бетона. Влияние дождя, холода и химической агрессии различных веществ не относится, собственно, к свойствам бетона и будет более подробно описано в другой главе.
Количество цемента в бетоне почти не влияет на его сопротивляемость выветриванию, если только этого количества достаточно для полного заполнения пустот между частицами заполнителя. Глэнвилл исследовал влияние содержания цемента на водопроницаемость бетона и обнаружил, что при достаточной удобоукладываемости смеси применение более жирных смесей, чем в пропорции 1:2:4, не дает заметного преимущества. Для получения той же степени водонепроницаемости смеси с большим содержанием воды требуют повышенного содержания цемента, соответствующего пропорции 1:1,6:3,2.
Сопротивление истиранию
Сопротивление истиранию непосредственно связано с прочностью бетона на сжатие. Бетон, обладающий высокой прочностью на сжатие, как правило, имеет высокую сопротивляемость истиранию. Испытание бетона на этот вид сопротивления производится путем истирания его стальными шарами в течение 48 час. и последующего определения потери веса.
В качестве заполнителя для бетона дорожных покрытий прочный щебень изверженных пород часто предпочитается более твердой и хрупкой кремневой гальке.
Самозалечивание бетона
Результаты многих испытаний показывают, что тонкие трещины в бетоне могут при определенных условиях влажности полностью залечиваться. Очевидно, в результате возникновения трещины открываются частицы цемента, не вступившие в гидратацию, которые в присутствии влаги гидратируются и заполняют трещину.
Размещено: 23.03.2010
|
