Упругость бетона

[Filippcha]

Как известно, модулем деформации бетона, пескобетона называется отношение напряжения к относительной деформации. Величина, особенно для напряжений, превышающих 0,2Япр, может колебаться в довольно значительных пределах, в зависимости от наклона кривой е/а/, т. е. от принятой методики эксперимента. Но поскольку такая неопределенность в значениях модуля деформации не может быть допущена, упругие свойства бетона, пескобетона условились характеризовать тангенсом угла а касательной к кривой деформации, проведенной через начало координат.
Эту характеристику упругих свойств бетона называют начальным модулем упругости. Вследствие того что точно нанести касательную к кривой деформации в точке 0 на практике затруднительно, для стран — членов СЭВ установлена единая методика экспериментального определения Е6,

Согласно этой методике производят циклично-ступенчатое на-гружение призматического образца, а скорость нагружения и раз-гружения принимают по графику, приведенному на рис. 8. При этом продолжительность испытания одного образца должна составлять ровно 1 ч.
Начальный модуль упругости £6 вычисляют с округлением до 1000 кГ/см2 по формуле где Да — приращение напряжения при увеличении нагрузки со ступени 0,05/?пр до ступени 0,ЗЯпр, кГ/см2; Де — разность между полной деформацией, измеренной после выдержки под нагрузкой, равной 0,3^пр , и остаточной деформацией, измеренной после сброса нагрузки и выдержки под напряжением 0,05# пр мм/м.
Начальный модуль упругости бетона £б зависит от его структуры и прочности; чем плотнее бетон и чем выше его прочность, тем выше значение Е6. Нормативные величины этого модуля колеблются от 110000 до 400000 кГ{см2 для тяжелых, от 30000 до 180000 для легких и от 14000 до 100000 для автоклавных ячеистых бетонов.
Предельная сжимаемость бетона при разрушении по данным опытов, изменяется в значительных пределах. На ее величину влияет не только структура и прочность бетона, но также и методика испытания. Обычно эта величина колеблется в пределах 1,5 — 2 мм/м, достигая в отдельных случаях 3 мм/м, причем с увеличением прочности бетона предельная сжимаемость также увеличивается. В сжатой зоне балок в стадии разрушения относительные деформации достигают 3—7 мм/м, а в отдельных случаях 10 мм/м. Деформации бетона при растяжении значительно меньше, чем при сжатии. Поэтому предельная растяжимость его составляет 0,1—0,15 MMJM, т. е. в 15—20 раз меньше, чем при сжатии Влияние повторного нагружения. Поведение бетона при действии на него повторных сжимающих нагрузок зависит от их величины.
Если повторные напряжения не превосходят 40% предела прочности при сжатии, то после нескольких циклов повторения нагрузки диаграмма деформаций становится прямолинейной, величины деформаций стабилизируются, т. е. бетон как бы риобретает свойство вполне упругого тела. В этом случае число клов нагружении может быть практически неограниченным без ущерба для прочности бетона.
Если напряжения от повторной нагрузки достигают 50% почсти при однократном нагружении или превосходят эту величину, « на диаграмме «Деформация — напряжение» начинает наблюдаться следующее. 1осле нескольких первых циклов повторения нагрузок зависит в /о/ становится прямолинейной и деформации стабилизи, нако после некоторого дополнительного повторения нагружения диаграмма е/гт/ начинает искривляться. Это идетельствует о появлении в бетоне микротрещин и начале разрушения.
Напряжение, при котором число циклов, необходимых для разрушения, достигает 2 млн., называется пределом выносливости /усталости/ бетона. Оно составляет примерно 50% от его призменной прочности. Ползучесть бетона.
Ползучесть бетона объясняется коллоидным происхождением цементного камня, так как заполнители при нагрузках, допускаемых на бетон, обычно не проявляют ползучести. По мере увеличения в цементном камне числа кристаллов ползучесть бетона уменьшается; процесс этот носит затухающий характер. На процесс ползучести бетона влияют факторы, перечисленные ниже.
Возраст бетона в момент загружения. Опыты показывают, что чем старше бетон, тем меньше деформация ползучести. Уменьшение ее с возрастом бетона объясняется тем, что в более зрелом бетоне процессы кристаллизации структуры в цементном камне получили большее развитие, чем в более молодом бетоне.
Величина нагрузки. С увеличением напряжения ползучесть бетона возрастает, оставаясь до некоторого предела При напряжении 0,5 ^пр эта пропорциональи деформации ползучести становятся непропорциональность нарушается нейными.
Род цемента. Высокомарочные цементы, у которых процесс образования кристаллических структур протекает быстро, уменьшают ползучесть бетона.
Величина водоцементного отношения. С ростом В/Ц растет и ползучесть бетона. Это связано с тем, что кинетика нарастания прочности бетона неразрывно связана с величиной В/Ц. Расход цемента. При прочих равных условиях увеличение содержания в бетоне цемента приводит к увеличению ползучести.
Подвижность бетонной смеси.
Последняя при неизменном расходе цемента связана с повышением В/Ц, а следовательно, ведет к увеличению ползучести. Род и содержание крупного заполнителя. Он уменьшает ползучесть бетона, причем в тем большей степени, чем больше его в бетоне и чем выше модуль упругости заполнителя. Это свидетельствует о том, что в процессе ползучести в бетоне происходит перераспределение усилий с цементного камня на крупный заполнитель.
Влажность среды. Ползучесть бетона при испытании в сухой среде большая, чем во влажной /рис. 13/. Опыты показали, что твердение бетона в воде более чем вдвое уменьшает деформации ползучести бетона по сравнению с твердением его на воздухе.
Масштабный фактор. У малых образцов при воздушном твердении проявляется большая ползучесть, чем у больших, что объясняется большой скоростью сушки малых образцов. Ползучесть бетона имеет большое практическое значение, так как она приводит к перераспределению усилия в статически неопределимых железобетонных конструкциях, к существенной релаксации /затухающему падению напряжений при заданной постоянной деформации/ температурно-усадочных напряжений.
Вместе с тем она оказывается в некоторых случаях невыгодной, так как приводит к развитию прогибов балок и снижению натяжения арматуры в предварительно напряженных железобетонных конструкциях.