Для тяжелых бетонов, применяемых в строительстве дорог и аэродромов, устанавливаются марки бетона по прочности на растяжение при изгибе, которые определяют путем испытания балочек квадратного сечения. Балку испытывают с приложением сил в 1/3 пролета.

Предел прочности на растяжение при изгибе RK3r (МПа) вычисляют по формуле

Прочность бетона при изгибе в несколько раз меньше его прочности при сжатии. Марки бетона на растяжение при изгибе: М5, Ml 0, Ml Я] М20, М25, МЗО, М35, М40, М45, М50

Прочность бетона при изгибе зависит от тех же факторов, что и прочность бетона при сжатии, однако ь эличественные зависимости в этом случае получаются другими. Соотношение повышается с увеличением прочности бетона. На практике обычно трудио достигнуть прочности бетона при изгибе более 6 МПа.

Волге точная зависимость прочности бетона при изгибе от качества цемента получается, если в ней учитывается активность цемента на изгиб, киторую определяют в соответствии с ГОСТ 310.4-81. В этом случае можно использовать в расчетах формулу

С увеличением возраста бетона его прочность при изгибе и растяжении возрастает более медленно, чем прочность при сжатии, и соотношение уменьшается.

Призменная прочность бетона

Под призменной прочностью понимают временное сопротивление осевому сжатию призмы с отношением высоты призмы к размеру стороны квадрата, равном 4. Образцы призматической формы, для которых влияние сил трения меньше, чем для кубов, при одинаковом поперечном сечении показывают меньшую прочность на сжатие. В реальных конструкциях напряженное состояние бетона приближается к напряженному состоянию призм. Поэтому для расчета конструкций на осевое сжатие принята призменная прочность бетона, ее величина имеет максимальное значение при мгновенном загружении. При таком соотношении Н/b влияние опорных плит пресса в средней части призмы (участок разрушения), а также гибкости бетонного образца практически не сказывается. При этом имеется в виду, что эталонные призмы набирали прочность в нормальных условиях в течение 28 дней и что условия загружения соответствуют требованиям ГОСТа.

Призменная прочность равняется примерно 0,75 кубиковой прочности для класса бетона В25 и выше и 0,8 для класса бетона ниже В25.

Однородность бетона

Однородность бетона по прочности и другим свойствам - важнейший фактор надежности бетонных и железобетонных конструкций .

Расчетные сопротивления бетона по действующим нормам проектирования конструкций составляют лишь около половины проектных значений прочности, поскольку приходится ориентироваться не на средние показатели, а на статистически вероятную минимальную прочность бетона, качество которого подвержено случайным колебаниям.

Повышение однородности бетона открывает возможность его более, эффективного использования при требуемой обеспеченности его заданных параметров.

Однородность бетона по прочности наряду с другими факторами зависит от содержания и качества применяемых заполнителей, особенно если какие-либо свойства последних ограничивают получение бетона требуемой прочности.

При попытке получить высокопрочный бетон на гладком окатанном гравии слабым местом является контакт цементного камня с заполнителем, и чем больше будет в бетоне заполнителя, тем меньшей окажется прочность бетона. В этом случае неточность дозирования и неравномерное распределение заполнителя по объему бетона будут снижать однородность бетона по прочности и тем значительнее, чем выше проектная прочность бетона.

Если свойства заполнителя обеспечивают надлежащее сцепление с цементным камнем в бетоне, а прочность заполнителя достаточно высока в соответствии с условием (4.6), то возможные колебания содержания такого заполнителя в бетоне, как вытекает из вышеизложенного, сравнительно мало скажутся на прочности бетона и ее изменчивости.

Наконец, если прочность заполнителя недостаточна для получения бетона требуемой прочности, то и колебания содержания, и неоднородность заполнителя могут весьма резко снизить однородность бетона.

Поэтому однородность бетона обычно связывают с его прочностью, хотя имеющиеся опытные данные нередко противоречивы. Долгое время считалось, что чем выше прочность бетона, тем выше его однородность. Это объясняли повышением культуры производства, усилением технологического контроля. Однако последующие исследования (А. Е. Десова, В. А. Вознесенского) показали, что высокопрочные бетоны, наоборот, имеют меньшую однородность. Последнее соответствует и представлениям, вытекающим из вышеприведенного анализа влияния заполнителей на прочность бетона.

Согласно ГОСТ 10268-80, предел прочности горной породы заполнителей для тяжелого бетона должен превосходить проектный предел прочности бетона не менее чем в 1,5 раза, если последний ниже 30 МПа, и не менее чем в 2 раза, если он составляет 30 МПа и выше. Однако здесь имеется в виду средний предел прочности по результатам испытаний пяти контрольных образцов породы на сжатие или двух проб щебня на дробимость по ГОСТ 8269-76. Если исходная горная порода неодородна по прочности, то минимальный статистически вероятный предел прочности заполнителя может оказаться гораздо ниже среднего. Не исключено, что он окажется ниже требуемого по формуле (4.6) и даже ниже проектной прочности бетона, причем вероятность этого с увеличением проектной прочности бетона возрастает.

Однородность легких бетонов помимо общих технологических факторов зависит от того, насколько рационально выбрана область применения того или иного пористого заполнителя. Имеет значение соотношение заданной прочности бетона и прочности заполнителя в бетоне, причем последняя должна оцениваться не только интегрально по средним показателям, но и характеристикой однородности. Если заданный предел прочности бетона превышает минимальное статистически вероятное значение предела прочности заполнителя, а тем более среднее его значение, то однородность бетона снижается.

Нередко стремятся получить легкий бетон как можно более высокой прочности, не учитывая при этом, что при Re>R3 повышение прочности бетона сопровождается снижением его однородности, поэтому расчетное сопротивление нельзя повысить без риска снизить обычный запас прочности конструкций. Отсюда в дополнение к вышеизложенному вытекают повышенные требования к прочности заполнителей для бетона и их однородности.

Повышение однородности заполнителей, т. е. приближение минимального статистически вероятного предела прочности к среднему, столь же важно, как повышение среднего предела прочности. Поэтому в последующих главах даются рекомендации по выбору путей повышения однородности заполнителей методами обогащения.

Для легких теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных бетонов большое значение имеет однородность по теплопроводности . Учитывая связь теплопроводности с плотностью бетона, обычно для упрощения задачи определяют однородность бетона по плотности, причем вычисляют не минимальную, а максимальную статистически вероятную плотность бетона.

На стабильность всех показателей качества бетона влияет однородность применяемых заполнителей также по влажности, крупности, форме зерен и т. д.

Поскольку высокоразвитая цементная промышленность СССР обеспечивает стабильность качества цемента, а механизация и автоматизация процессов приготовления и укладки бетонной смеси позволяют обеспечить требуемые технологические параметры, неоднородность заполнителей остается существенным препятствием повышению однородности бетона. Именно из-за неоднородности заполнителей в основном приходится увеличивать коэффициенты запаса прочности, используя потенциальные возможности бетона в среднем только наполовину.

В научно-технической литературе понятие однородности бетона в последнее время расширяется. Помимо характеристики изменчивости результатов испытания отдельных образцов бетона вводится понятие структурной однородности как характеристики изменчивости прочностных, деформативных и иных свойств в объеме образца. В этом аспекте рассматривается распределение между структурными компонентами бетона внутренних напряжений от внешней нагрузки, усадочных, температурных, примеры которых описаны выше. Мелкозернистый бетон структурно более однороден, чем бетон с крупным заполнителем, что в некоторых случаях дает ему определенные преимущества. Бетон на пористых заполнителях, свойства которых близки к свойствам цементного камня, структурно более однороден, чем обычный тяжелый бетон.

Помимо привычной прочности бетона на сжатие, используемой для определения класса и марки бетона, материал имеет еще одну характеристику прочности - на растяжение. Это прямо противоположная характеристика прочности на сжатие, показывающая способность смеси сохранять целостность при выполнении усилия на разрыв.

Выделяют несколько видов прочности бетона на растяжение:

• На растяжение при изгибе
• На осевое растяжение
• На растяжение при раскалывании

С практической точки зрения, прочность бетона на растяжение показывает способность изделия выдерживать различные деформационные нагрузки при сохранении неизменной геометрии конструкции. Кроме того, показывает устойчивость материала к разрушительному воздействию перепадов температур, а также учитывается при расчёте несущих способностей конструкций, в первую очередь - балок.

Наибольшую значимость имеет прочность бетона на растяжение при строительстве бетонных дорожных покрытий, в частности - взлетно-посадочных полос на аэродромах, так как он этого параметра зависит несущая способность дорожного полотна. Для этих целей применяют тяжелые бетоны, на которые устанавливаются марки по прочности на растяжение.

Показатели прочности бетона на растяжение

Эти марки определяются в лабораторных условиях, аналогично маркам прочности на сжатие, но при других условиях эксперимента. Используют балки длиной 400 - 800 мм и сечением 100х100, 150х150 или 200х200 (т.е. размеры сечения должны быть в 4 раза меньше длины). Балка устанавливается на опору и к ней в двух точках прикладывается сила в третях пролета. В каждой из точки прикладывается равное усилие, равное 50% от суммарной нагрузки. Усилие наращивается до разрушения балки в точке изгиба. В результате, полученный показатель принимается за марку бетона на растяжение. На практике существуют марки от М5 до М50 по прочности на растяжение.

Важным показателем является соотношением прочности на сжатие и прочности на растяжение. Как правило, для большинства бетонных смесей прочность на сжатие значительно превосходит прочность на растяжение, но с повышением прочности бетона этот разрыв постепенно снижается. Также важно учитывать, что для разных составов бетона соотношение между прочностью на растяжение при изгибе и при осевом растяжении также существенно отличается.

Так как сам по себе бетон не является материалом, демонстрирующим высокие показатели по прочности на растяжение как при изгибе, так и при осевом растяжении, применяют армирование. Внедрение в бетонную конструкцию металлической арматуры обеспечивает повышение пластичности и упругости изделия, радикально повышая прочность на растяжение.

Структура бетона, обусловленная неоднородностью состава и различием способов приготовления, оказывает существенное влияние на все физико-механические свойства.

Прочность бетона зависит от ряда факторов:

 технологические факторы: состав, водоцементное отношение, свойства исходных материалов;

 возраст и условия твердения;

 форма и размеры образца;

 вид напряженного состояния и длительность воздействия.

Бетон имеет разное временное сопротивление при сжатии, растяжении и срезе.

Прочность бетона на осевое сжатие.

Различают кубиковую (R ) и призменную (R b ) прочность бетона на осевое сжатие. При осевом сжатии кубы разрушаются вследствие разрыва бетона в поперечном направлении. При этом наблюдается явно выраженный эффект обоймы - в кубе у поверхностей, соприкасающихся с плитами пресса (зоны передачи усилий), возникают силы трения, направленные внутрь куба, которые препятствуют свободным поперечным деформациям. Если этот эффект устранить, то временное сопротивление сжатию куба уменьшится примерно вдвое. Опытами установлено, что прочность бетона также зависит от размера образца. Это объясняется изменением влияния эффекта обоймы на деформации бетона с изменением размеров и формы образца (рис. 4).

Поскольку реальные железобетонные конструкции по форме отличаются от кубов, в расчете их прочности основной характеристикой бетона при сжатии является призменная прочность R b - временное сопротивление осевому сжатию бетонных призм. Опыты на бетонных призмах со стороной основанияа и высотойh показали, что призменная прочность бетона меньше кубиковой и она уменьшается с увеличением отношенияh/a . Влияние сил трения на торцах призмы уменьшается с увеличением ее высоты и при отношенииh/a = 4 значениеR b становится почти стабильным и равным примерно0.75R .

Прочность бетона на осевое растяжение.

Зависит от прочности цементного камня на растяжение и сцепления его с зернами заполнителя. Согласно опытным данным, прочность бетона на растяжение в 10 20 раз меньше, чем при сжатии. Повышение прочности бетона на растяжение может быть достигнуто увеличением расхода цемента, уменьшением W/C, применением щебня с шероховатой поверхностью.

Временное сопротивление бетона осевому растяжению (МПа) можно определить по эмпирической формуле:

3 ___

R bt = 0.233  R 2

Вследствие неоднородности бетона эта формула дает лишь приблизительные значения R bt , точные значения получают путем испытания на разрыв образцов в виде восьмерки.

Прочность бетона на срез и скалывание.

Срез представляет собой разделение элемента на две части по сечению, к которому приложены перерезывающие силы. При этом основное сопротивление срезу оказывают зерна крупных заполнителей, работающих, как шпонки. Временное сопротивление срезу можно определить по эмпирической формуле R sh  2R bt ;

Сопротивление бетона скалыванию возникает при изгибе железобетонных балок до появления в них наклонных трещин. Скалывающие напряжения по высоте сечения изменяются по квадратной параболе. Временное сопротивление скалыванию при изгибе, согласно опытным данным, в 1.5 2 раза большеR bt .

Основы прочности бетона

По своей структуре бетон неоднородный материал и поэтому под действием внешней нагрузки он находится в сложном напряженном состоянии. происходит в течение нескольких недель с его изготовления. При сжатии бетонного образца, воспринимают нагрузку более жесткие частицы, обладающие большим модулем упругости. По плоскостям соединения этих частиц возникают силы, способствующие нарушить их связь. В тоже время в ослабленных пустотами и порами местах происходит концентрация напряжения. Согласно теории упругости вокруг отверстий в материале, находящемся под действием сжатия возникает концентрация уравновешивающих сжимающих и растягивающих напряжений, параллельных сжимающей силе.

Так как бетон содержит много пустот и пор, то растягивающие напряжения у одной поры передаются на соседние, в результате чего в испытываемом образце при сжатии кроме продольных сжимающих напряжений возникают и растягивающие напряжения в поперечном направлении. Именно в поперечном направлении вследствие разрыва бетона происходит разрушение сжимаемого образца. Сначала появляются микроскопические трещины по всему объему сжимаемого образца, которые с возрастанием нагрузки соединяются, образуя трещины параллельные направлению действия сжимающей силы или под небольшим наклоном. Затем трещины раскрываются, и наступает разрушение бетонного образца.

Согласно результатам испытаний опытных образцов, прочность бетона на сжатие в 10 – 15 раз больше, чем прочность бетона при растяжении. Кроме того с увеличением класса бетона уменьшается относительная прочность при растяжении. Так же опыты показывают еще больший разброс прочности при испытании на растяжение по сравнению со сжатием и .

Такие факторы, как увеличение количества цемента в бетонной смеси, применение шероховатого щебня, уменьшение водоцементного соотношения повышают прочность бетона при растяжении, что можно увидеть на .

Класс бетона на сжатие и растяжение

В зависимости от соответствующего подбора состава и последующего испытания контрольных образцов определяют класс и . Бетон имеет высокое сопротивление сжатию, вследствие чего этот материал широко применяют в различных железобетонных конструкциях.
Класс бетона по прочности на сжатие - это временное сопротивление, полученное в результате испытания на сжатие бетонных образцов кубической формы с размером ребра 150 мм, в возрасте 28 дней и при температуре их хранения 200 С.

Согласно ГОСТу установлены следующие классы по прочности бетона на сжатие.

Для легких бетонов: В10; В12,5; В15; В30; В20; В35; В40; где цифры обозначают давление в МПа.
Для тяжелых бетонов: В10; В12,5; В15; В30; В20; В35; В40; В50; В45; В55; В60.
В том же диапазоне до В40 для бетонов мелкозернистой структуры на песке с модулями крупности 2,1 и выше.
До В30 в том же диапазоне для мелкозернистых бетонов с модулем крупности не более 1.

Технологии

Строительство фундамента в зимнее время
Строительство является одной из важнейших отраслей. Эффективность ее прямо пропорционально отражается на развитии страны

Бетонные работы в зимнее время
Самый распространенный материал в современном строительстве - бетон и его производные. Сейчас ведь миром правят деньги, а использование бетона ускоряет процесс строительства с большим выигрышем по времени, и, соответственно, денег

Закладка фундамента для забора
Как красивый бриллиант требует достойной оправы, так и хороший забор требует надёжного фундамента. Недаром мы называем фундаментом то, что лежит в основе, на чём базируется всё остальное

Декоративный штампованный бетон – имитация любых поверхностей
Двор – такая же личная территория, как и дом, и каждому из нас хочется, чтобы он выглядел красиво, уютно и непохоже на другие. Внутренний дворик, подъездная аллея или дорожки, залитые простым белым ровным бетоном, выглядят банально и стандартно

Самовосстанавливающийся бетон
Сегодня самовосстанавливающийся бетон - это единственное реальное решение, способное успешно бороться с явлением, которое называют "бетонный рак", возникающий, когда в поры бетонных конструкций проникает влага

Индикатор прочности бетона "Бетон-70"
Конструктивное исполнение и базовый комплект поставки индикатора прочности бетона "Бетон-70" позволяют проводить ультразвуковое обследование в режимах сквозного и поверхностного измерения прочности бетонов при температурах рабочей среды в диапазоне от –10 до +50 °С