Найважливішим властивістю бетону є міцність.Найкраще бетон чинить опір стисненню. Тому конструкції проектують таким чином, щоб бетон сприймав стискають навантаження. І тільки в деяких конструкціях враховується міцність на розтягнення або на розтяг при згині.
Міцність при стисканні. Міцність бетону при стисненні характеризується класом або маркою (які визначають у віці 28 діб). Залежно від часу навантаження конструкцій міцність бетону може визначатися і в іншому віці, наприклад 3; 7; 60; 90; 180 діб.
Аналіз проводився шляхом чисельного моделювання трьох блоків залізобетону на трьох частках з додатковою діагональною арматурою, що проходить через проекцію колони. Блоки аналізованих живців взяті з роботи. На додаток до характеристик матеріалів підтримувалися оригінальні геометричні та арматурні конфігурації, які змінюють тільки характеристичний опір стисненню бетону.
Для визначення структурного поведінки деформованої частини використовуються формулювання Лагранжа або Ейлера. Обчислювальний аналіз ділиться на три основні частини: попередню обробку, обробку і пост-обробку. При попередній обробці визначаються геометрична модель структури, типи арматури, опори, зовнішні дії, сітка кінцевих елементів, точки моніторингу і метод аналізу. При обробці виконується обчислювальний аналіз і моніторинг дій і реакцій в структурі. У постобробці аналіз отриманих результатів виконується за допомогою графічних елементів, які показують поведінку структури під різними кутами і ситуаціями.
З метою економії цементу, отримані значення межі міцності не повинні перевищувати межу міцності, відповідної класу або марці, більш ніж на 15%.
Клас являє собою гарантовану міцність бетону в МПа з забезпеченістю 0,95 і має наступні значення: В b 1; В b 1,5; В b 2; В b 2,5; В b 3,5; В b 5; B b 7,5; В b 10; В b 12,5; В b 15; В b 20; В b 25; В b 30; В b 35; В b 40; В b 50; В b 55; В b 60. Маркою називається нормоване значення середньої міцності бетону в кгс / см 2 (МПах10).
Важкий бетон має наступні марки при стисненні: М b 50; М b 75; М b 100; М b 150; М b 200; М b 250; М b 300; М b 350; М b 400; М b 450; М b 500; М b 600; М b 700; М b 800.
Поведінка конкретного в пружному режимі слідує закону Гука, який встановлює лінійні відносини між компонентами стану напруженості і стану деформування. У режимі натягу після розтріскування площину розриву структури визначається критеріями пластичності Друкера-Прагера і розриву Ренкина.
Конкретна енергія руйнування, певна з рівняння 1, спочатку була запропонована Ірвіном і відповідає швидкості вивільнення потенційної енергії, що зберігається в системі на одиницю площі. В даний час це важливий параметр для чисельного моделювання конкретних структур, що дозволяє розробляти більш складні форми моделювання.
Між класом бетону і його середньої міцністю при коефіцієнті варіації міцності бетону n = 0,135 і коефіцієнті забезпеченості t = 0,95 існують залежності:
В b = R b х0,778, або R b = В b / 0,778.
При проектуванні конструкцій зазвичай призначають клас бетону, в окремих випадках - марку. Співвідношення класів і марок для важкого бетону по міцності на стиск наведені в табл. 1.
Критерій сталевого стоку заснований на визначеннях фон Мізеса. Контрольні точки для завантаження і переміщення рами були відповідно закріплені в центрі верхньої частини колони і в центрі нижньої частини блоку. Ставки були обмежені вертикальним переміщенням по всьому нижньому поперечному перерізі, як показано на рис.
У трьох проаналізованих моделях було інтенсивне розтріскування блоку в нижній частині і в бічних гранях між шатунами, як показано на малюнку 6. Крім того, тендітна загибель сталася через дроблення бетону в нижніх вузлових областях і розщеплення блоку з потоком броню підтяжок.
Міцність при розтягуванні . З міцністю бетону на розтяг доводиться мати справу при проектуванні конструкцій і споруд, в яких не допускається утворення тріщин. Як приклад можна привести резервуари для води, греблі гідротехнічних споруд та ін. Бетон на розтягнення поділяють на класи: В t 0,8; B t 1,2; B t 1,6; В t 2; B t 2,4; В t 2,8; В t 3,2 або марки: Р t 10; B t 15; B t 20; B t 25; B t 30; B t 35; В t 40.
Остання сила, чинити опір блоками, як показано в таблиці 6, була дуже близька у всіх трьох моделях, демонструючи, що збільшення міцності на стиск і міцність на розтягнення бетону не зробили істотного впливу на несучу здатність блоку. Представлена крива сили і зсуву, в якій можна помітити велику схожість поведінки між трьома моделями, а не спостерігається зміна жорсткості блоків. Сила була отримана в верхній частині абатмента, а зміщення вимірювалося в середині прольоту блоку на його нижній стороні.
У всіх трьох моделях перші тріщини поверхні з'являлися в центральній області нижньої частини блоку з розширенням через середину зазору між штифтами до верхньої поверхні блоку. В останній силі інтенсивне розтріскування в нижній частині блоків і на бічних гранях, як показано на малюнку 6.
Міцність на розтяг при згині. При влаштуванні бетонних покриттів доріг, аеродромів призначають класи або марки бетонів на розтяг при згині.
Класи: В bt 0,4; У bt 0,8; У bt 1,2; B bt 1,6; У bt 2,0; В tb 2,4; У bt 2,8; У bt 3,2; У bt 3,6; У bt 4,0; B bt 4,4; У bt 4,8; У bt 5,2; У bt 5,6; У bt 6,0; У bt 6,4; У bt 6,8; У bt 7,2; У bt 8.
Таблиця 1. Співвідношення класів і марок при стисканні для важкого бетону
Збільшення міцності на стиск бетону викликало зниження інтенсивності крекінгу, про що свідчить збільшення межі міцності бетону. Важливо пам'ятати, що процес крекінгу починається в області, де структура досягає граничного растягивающего напруги, де відбувається процес мікротріщин зі зменшенням напружень до тих пір, поки матеріал не досягне критичного отвори тріщини - Малюнок 4а, в цей момент відбувається повне розділення між гранями. Таким чином, чим більше міцність на розтягнення бетону, тим більше опір блоку тріщин.
|
клас |
R b, МПа |
Марка |
клас |
R b, МПа |
Марка |
Марки: Р bt 5; Р bt 10; Р bt 15; Р bt 20; Р bt 25; Р bt 30; Р bt 35; Р bt 40; Р bt 45; Р bt 50; Р bt 55; Р bt 60; Р bt 65; Р bt 70; Р bt 75; Р bt 80; Р bt 90; Р bt 100.
У таблиці 8 показана кореляція між процентним зменшенням інтенсивності крекінгу блоку і збільшенням межі міцності бетону. У всіх проаналізованих блоках було освіту стислих шатунів, причому потік напружень рівномірно розподілявся по трьом сваям з нижнього поперечного перерізу колони, як показано на малюнку 8.
У всіх трьох моделях спостерігалася концентрація напруженості в зоні кола, найближчої до абатменту, що доводить твердження Делалібера про те, що в нижніх вузлових областях розподіл напружень стислих шатунів на голову паль не є однорідним. Збільшення міцності на стиск бетону викликало пропорційне збільшення інтенсивності напружень стиску, що діють на шатуни, як показано в таблиці 9. Однак, як можна бачити на малюнку 8, не спостерігалося помітного зміни потоку активних напружень в блоках.
Технологічні фактори, що впливають на міцність бетону. На міцність бетону впливає ряд факторів: активність цементу, вміст цементу, ставлення води до цементу по масі (В / Ц), якість наповнювачів, якість перемішування і ступінь ущільнення, вік і умови тверднення бетону, повторне вібрування.
активність цементу. Між міцністю бетону і активністю цементу існує лінійна залежність R b = f (R Ц). Більш міцні бетони виходять на цементах підвищеної активності.
У вузлових областях в трьох моделях напруги в нижніх вузлових областях перевищували характерне опір стисненню, що вказувало на виникнення розриву бетону, як показано на рис. Було також розвинене розтяжне напруга в вузлових областях і в шатунах, які досягли значень, що перевищують характерну міцність на розтягнення бетону, як показано на малюнку, що підтверджують розщеплення блоку.
Сталеві стрижні стрижнів досягли виходу при останньої силі в трьох проаналізованих моделях. Крім того, відбулося різке зменшення напруг, що розтягують стрижнів в нижніх вузлових областях через сприятливого дії напружень стиску стрижнів на сталевих стрижнях. Це не вимагає використання кріпильних гаків для блоків на палях, оскільки анкеровка виконується практично за всіма сваям в залежності від растягивающего напруги шатунів.
водо-цементне відношення. Міцність бетону залежить від В / Ц. Зі зменшенням В / Ц вона підвищується, зі збільшенням - зменшується. Це визначається фізичною суттю формування структури бетону. При твердінні бетону з цементом взаємодіє 15-25% води. Для отримання ж удобоукладиваемой бетонної суміші вводиться зазвичай 40-70% води (В / Ц = - 0,4 ... 0,7). Надлишкова вода утворює пори в бетоні, які знижують його міцність.
Підвищена міцність на стиснення бетону не викликала змін в розтягують напружених, що діють на стрижні в нижніх вузлових областях і на кінцях стрижнів, що видно з, наприклад. Зміна міцності на стиск бетону не викликало значного зміни несучої здатності і структурного поведінки блоків без якої-небудь зміни ступеня жорсткості блоків.
У трьох проаналізованих моделях крихке руйнування відбувалося через дроблення бетону в нижніх вузлових областях і розщеплення блоку з дренажем арматури стяжок. Хоча невелике збільшення граничної міцності блоку спостерігалося через збільшення міцності на стиск бетону, дія високих напруг, що розтягують уздовж сполучних стрижнів і вузлових областей було вирішальним для руйнування моделей.
При В / Ц від 0,4 до 0,7 (Ц / В = 2,5 ... 1,43) між міцністю бетону R в, МПа, активністю цементу R ц, МПа, і Ц / В існує лінійна залежність, виражається формулою:
R b = A R ц (Ц / В - 0,5).
При В / Ц 2,5) лінійна залежність порушується. Однак в практичних розрахунках користуються іншою лінійною залежністю:
R b = A1 R ц (Ц / В + 0,5).
Помилка в розрахунках в цьому випадку не перевищує 2-4% вищенаведених формулах: А і А 1 - коефіцієнти, що враховують якість матеріалів. Для високоякісних матеріалів А = 0,65, А1 = 0,43, для рядових - А = 0,50, А1 = 0,4; зниженої якості - А = 0,55, А1 = 0,37.
Не було відчутних змін в крекирующей панорамі проаналізованих моделей. Однак спостерігалося більше відсоткове зменшення інтенсивності відкриття тріщини блоків в зв'язку зі збільшенням межі міцності бетону. У всіх трьох моделях була концентрація напружень стиску в області паль, найближчої до абатменту.
Сталеві стрижні стрижня досягли межі потоку. У всіх блоках спостерігалося значне зниження натягу стрижнів в нижніх вузлових областях через сприятливого дії деформацій стиснення стрижнів. На кінцях сталевих стрижнів і гачків напруженість була практично нульовою, що доводить необхідність використання анкерних гачків для блоків на палях.
Міцність бетону при вигині R bt, МПа, визначається за формулою:
R bt = A` R` ц (Ц / В - 0,2),
де R ц - активність цементу при вигині, МПа;
А "- коефіцієнт, що враховує якість матеріалів.
Для високоякісних матеріалів А "= 0,42, для рядових - А" = 0,4, матеріалів зниженого якості - А "= 0,37.
якість заповнювачів. Чи не оптимальність зернового складу заповнювачів, застосування дрібних заповнювачів, наявність глини і дрібних пилоподібних фракцій, органічних домішок зменшує міцність бетону. Міцність великих заповнювачів, сила їх зчеплення з цементним каменем впливає на міцність бетону.
Чисельний і експериментальний аналіз тришарових шапок. Методи посилення залізобетонних конструкцій. Критерії проектування для уніфікованих моделей зчеплення і краватки. Проектування бетонних конструкцій. Стандарти Австралія. Стандарти Нова Зеландія, Веллінгтон.
Поведінка і дизайн пальових шапок з чотирма палями. Асоціація цементу і бетону, Лондон, Технічний звіт № 489. Експериментальний аналіз на пальових головах під вертикальними навантаженнями. Обчислювальний аналіз ковпачків. Аналіз напруг і деформацій поблизу кінця тріщини, що перетинає пластину.
Якість перемішування і ступінь ущільнення бетонної суміші істотно впливають на міцність бетону. Міцність бетону, приготовленого в бетоносмесителях примусового змішування, вібро - і турбосмесітелях вище міцності бетону, приготовленого в гравітаційних змішувачах на 20-30%. Якісне ущільнення бетонної суміші підвищує міцність бетону, так як зміна середньої щільності тонною суміші на 1% змінює міцність на 3-5%.
Дійсно, оскільки бетон виготовлений з гетерогенних матеріалів, які можуть змінюватися протягом усього терміну будівництва і використовуватися в різних умовах, його опір може змінюватися під час будівельного майданчика. На малюнку 1 показана, наприклад, гістограма опорів, виміряна під час будівництва мосту Нормандії. Це співвідношення вказує на те, що коефіцієнт варіації зменшується з опором. Таким чином, дисперсія невелика при використанні високоефективних бетонів ніж зі звичайними бетонами.
Вимірювання міцності на стиск. Перевага кубічних зразків полягає в тому, що завантажувальні поверхні безпосередньо отримують, змушуючи тестовий зразок вийти з форми на чверть обороту, тоді як для циліндра поверхні підшипника повинні бути спливти, однак, з рівною гнучкістю до одного слідству того, що вплив граничних умов відчувається у всьому обсязі.
Вплив віку і умов твердіння. При сприятливих температурних умовах міцність бетону зростає тривалий час і змінюється за логарифмічною залежності:
R b (n) = R b (28) lgn / lg28,
де R b (n) і R b (28) - межа міцності бетону через n і 28 діб, МПа; lgn і lg28 - десяткові логарифми віку бетону.
Ця формула осредненная. Вона дає задовільні результати для бетонів, які тверднуть при температурі 15-20 ° С на рядових среднеалюмінатних цементах у віці від 3 до 300 діб. Фактично ж міцність на різних цементах наростає по-різному.
Усадка також пояснює утворення розривних конусів під опорними опорами. Вимірювання міцності на розтягнення. Це опір визначається за трьома типами випробувань: пряме тягове зусилля, изгибная тяга, тягове зусилля. Дуже часто міцність на розтягнення оцінюється за допомогою випробування на розтягнення при розтягуванні.
Тому в останньому тесті є велика ймовірність мати слабший план. Нарешті, слід зазначити, що «Контейнер єврокодів» визначає межу міцності при розтягуванні з двома фракталами: 5% і 95%. Дійсно, в залежності від додатків ми поставимо себе на сторону безпеки, взявши той чи інший з фракталів.
Зростання міцності бетону в часі залежить, в основному, від мінерального і речового складів цементу. За інтенсивністю твердіння портландцемент підрозділяють на чотири типи (табл. 2).
Інтенсивність твердіння бетону залежить від В / Ц. Як видно з даних, наведених в табл. 3, більш швидко набирають міцність бетони з меншим В / Ц.
Міцність на розтяг часто розраховується з міцності на стиск. Ці стали не можуть бути враховані при визначенні розмірів. Тому вони практично не використовуються в залізобетоні, за винятком особливих випадків: коли очікується багато що розгортаються складок і підйомних гачків збірних елементів або металевих платинових анкерів.
Залізобетонні стали поставляються у вигляді підкріплень або сіток, що складаються з зварних підкріплень. З урахуванням замків і поглиблень поперечний переріз арматури з високою адгезією не є повністю круглим, тому номінальний діаметр відповідає діаметру кола, що має такий же поперечний переріз, що і арматура.
На швидкість затвердіння бетону великий вплив робить температура і вологість середовища. Умовно-нормальною вважається середа з температурою 15-20 ° С і вологістю повітря 90-100%.
Таблиця 2. Класифікація портландцементов за швидкістю твердіння
|
Тип цементу Таблиця бажаних номінальних діаметрів, номінальних перетинів і номінальних мас. Це високе співвідношення значно впливає на постійне навантаження конструкції. При однаковій механічної міцності деревина є найлегшим конструкційним матеріалом. Опір деревини варіюється в залежності від таких факторів, як напрям і тривалість завантаження, щільність, вміст вологи і бензин і природні дефекти. Коли дерев'яний конструкційний елемент повинен бути просвердлений або зазубрений, це зменшення поперечного перерізу, очевидно, призводить до ослаблення елемента, як і інші матеріали. |
Мінеральний і речовинний склади портландцементов |
К = R bt (90) / R bt (28) |
К = R bt (180) / R bt (28) |
|
Алюмінатний (С3А = 1 2%) |
|||
|
Алітовий (С3S > 50%, С3А = 8) |
|||
|
Портландцементу складного мінерального і речового складу (пуццолановий портландцемент c змістом в клінкері С3А = 1 4%, шлакопортландцемент з вмістом шлаку 30-40%) |
|||
|
Белітовий портландцемент і шлакопортландцемент з вмістом шлаку понад 50% |
|||
|
Для порівняння межа міцності бетону, визначений за формулою: R b (n) = R b (28) lgn / lg28 |
Таблиця 3. Вплив В / Ц і віку на швидкість твердіння бетону на цементі III типу
|
В / Ц |
Відносна міцність через добу. |
|||||
|
1 |
3 |
7 |
28 |
90 |
360 |
|
|
За формулою |
||||||
Як видно з графіка, наведеного на рис. 1, міцність бетону в 28-добовому віці, тверділи при 5 ° С, склала 68%, при 10 ° С - 85%, при 30 ° С - 115% від межі міцності бетону, тверділи при температурі 20 ° С. Ті ж залежності спостерігаються і в більш ранньому віці. Тобто інтенсивніше набирає міцність бетон при більш високій температурі і, навпаки, повільніше - при її зниженні.
При мінусовій температурі твердіння практично припиняється, якщо не знизити температуру замерзання води введенням хімічних добавок.
Мал. 1.
твердіння прискорюється при температурі 70-100 ° С при нормальному тиску або при температурі близько 200 ° С і тиску 0,6-0,8 МПа. Для твердіння бетону потрібно середа з високою вологістю. Для створення таких умов бетон вкривають водонепроникними плівковими матеріалами, покривають вологою тирсою і піском, пропарюють в середовищі насиченої водяної пари.
повторне вібрація збільшує міцність бетону до 20%. Воно повинно виконуватися до кінця схоплювання цементу. Підвищується щільність. Механічні дії зривають плівку гідратних новоутворень і прискорюють процеси гідратації цементу.
Застиглий бетон має специфічний склад, різноманітні компоненти якого відносять його до конгломератних матеріалами. Дана властивість свідчить про особливості розчину, а саме його якості. Надійність бетонної конструкції визначається його сумісністю з іншими матеріалами. Залежно від цього, існують різні класи і марки бетонного розчину, Застосування яких характерно певного виду будівництва. Пропонуємо детально ознайомитися з кожним класом і маркою бетону по його міцності на осьовий розтяг і стиск.
У вузькому розумінні в класах бетонної суміші визначається навантаження, яке може витримати одна одиниця площі поверхні при відсутності пошкоджень. Одиниці виміру встановлювали протягом багатьох років. На сьогоднішній момент показники класу визначаються в МПа.
Спосіб визначення міцності розчину однаковий як для його класу, так і для марки. При випробуваннях використовуються в спеціальних лабораторіях, шляхом експериментів зі зразками матеріалів. За допомогою спеціальних пристосувань проводиться робота по встановленню максимального зусилля на зразок, при якому починається його руйнування. Виходячи з отриманих даних, зусилля прирівнюється до тиску.
Для досягнення правильних результатів необхідно враховувати співвідношення вектора навантаження і осі зразка. З цією метою нижні сторони поверхні преса і бетону позначаються осями, які повинні збігатися. Згідно ГОСТам, виділяють 18 видових класів бетонного розчину, залежно від міцності на стиск. Наприклад, бетон В35. Дане позначення означає його міцність при тиску 35 МПа.
Марка бетону - суть і загальна характеристика
У разі якщо клас вироби, як показник міцності не враховується, використовується стандарт надійності за допомогою марки розчину. Суть даного визначення полягає в відображенні певного властивості матеріалу. Як і в попередньому випадку, це властивість визначається за допомогою випробувань над зразками. Розрізняють два загальних значення визначення марки:
- мінімальне: застосовується для визначення міцності, стійкості до вологи і низьких температур;
- максимальне: використовується для позначення щільності.
Однак слід запам'ятати, що за допомогою марки неможливо визначити коливання фортеці на всій бетонної поверхні.
Відповідність марки бетону класу
Певний клас бетону по міцності на стиск має свою відповідну марку. На практиці була складена таблиця цього співвідношення. Наприклад, згідно з таблицею, марці М50 відповідає клас В3,5.
Коефіцієнт перекладу класу бетону в відповідну марку - 13,1.
Найчастіше при будівництві для визначення міцності застосовується термін «клас». На відміну від марок в цьому параметрі обчислена гарантована фортеця матеріалу.
вибір бетону
Будівництво певної бетонної конструкції вимагає чітко встановленої фортеці бетонного розчину. Серед них виділяють:
- подбетонное покриття - В7,5;
- фундамент: в приміщеннях з низькою вологістю - від В15; в приміщеннях з високою вологістю - від В22,5;
- стіни, а також інші конструкції на вулиці - враховується морозостійкість: для районів зі стабільно теплою температурою повітря - F150; для районів з температурою повітря нижче 40С - F200;
- внутрішні поверхні - від В15;
- залізобетонні конструкції - від В15 (попередньо напружені) - від В20.
Всі перераховані вище правила встановлені будівельними стандартами. Однак вони можуть відрізнятися в залежності від технічних розрахунків. Так, одна будівля може бути побудовано на бетоні різної міцності - матеріали на нижніх поверхах повинні бути значно вище від матеріалів верхніх поверхів.
Одним з швидких і зручних способів визначення міцності бетону є випробування шляхом стиснення склерометри або молотком Шмідта. Принцип його роботи полягає в ударі бойка по бетону і його відскоку. Внаслідок цього спеціальний покажчик переміщається на певну висоту, яка відповідає встановленій марці бетону.
Незважаючи на простоту у використанні, дане пристосування не користується популярністю, оскільки не може дати точних значень. Це виникає від впливу на випробування інших факторів, таких як характер поверхні зразка, його товщина, структура і ущільнення.
висновок
Показники марки і класу бетонних матеріалів - це самі важливі показники їх опору стисненню і осьової розтяжці. На відміну від якостей щодо стійкості до низьких температур, вологи, саме вони враховуються в першу чергу при покупці матеріалів.
Слід запам'ятати, що міцність - це не стабільна величина. В процесі твердіння бетон міцнішає. Всі ці правила слід обов'язково враховувати при будівництві.
