Файл: Черкасов, Г. И. Введение в технологию бетона.pdf

Начиная с определенного значения напряжений (предела трещинообразования RT), объем бетонного образца возрастает за счет развития поперечной деформации, вызванной образо­ ванием несмыкающихея микротрещин в направлении дейст­ вия нагрузки (рис..37). Это состояние характеризуется увели­ ченными значениями коэффициента Пуассона. При прослуши­ вании бетона наблюдаются вместо равномерных шумов резкие потрескивания. С указанного значения напряжений фактически и начинается снижение прочности и разрушение бетона. При дальнейшем повышении напряжений от RT floRa развитие трещин приобретает лавинный характер, микротре­ щины переходят в сплошные макроразрывы и образец раз­ рушается.

Рис. 37. Изменение объема и коэффициента поперечной дефор­ мации при разрушении бетона.

109

Образование и развитие продольных трещин, разрушаю­ щих образец, вызвано растягивающими напряжениями в на­ правлении, перпендикулярном к действию сжимающих сил, возникающими из-за неоднородности сидовых полей и попе­

ствие развития пустот и разрыва структурных элементов рез­ ко повышается неоднородность полей напряжений, появляю­ щиеся трещины быстро соединяются в сквозную поверхность разрушения. Поэтому значения предела прочности бетона на растяжение примерно в 10 раз меньше предела прочности на сжатие.

Детально исследовавший причины разрушения бетонных образцов О. Я. Берг пришел к выводам, что разрушение мо­ жет быть только от разрыва, каково бы ни было напряженное состояние бетона; процесс разрушения динамичен и начина­ ется при достижении напряжений в бетоне величины RT, кото­ рая наряду с пределом прочности является важнейшей физической характеристикой напряженного состояния бетона.

В структуре бетона можно выделить три главнейших эле­ мента, от механических свойств которых зависит прочность бетона: раствор, заполнитель и контактную зону между ними.

А. С. Дмитриев исследовал прочностные и деформатнвныесвойства растворных образцов и бетонных, состоящих из того же раствора, в который введено различное количество щебня разного качества. Предел трещинообразования растворных образцов RT имел более высокое значение, нежели бетонных, что объясняется большей неоднородностью и большей кон­ центрацией напряжений в бетонных образцах, что связано е присутствием щебня.

Однако при применении прочных крупных заполнителей (R3= 1,5—2,5 Rs), имеющих хорошее механическое и хемосорбционное сцепление с цементным камнем, предел прочнос­ ти бетонных образцов был выше, чем растворных. Объясняет­ ся это тем, что щебень, занимая в бетоне значительный объем, тормозит развитие трещин, которым по растворным прослой­ кам бетона предстоит проделать гораздо больший путь, чем

вобразцах чистого раствора. Увеличение содержания щебня

вбетоне удлиняет путь развития трещин и, следовательно, увеличивает прочность образцов. Такая картина наблюдалась при введении в растворы щебня из прочных известковых по­ род. При введении в бетон прочного гранитного щебня, имею­ щего только механическое сцепление с цементным камнем,

н о

т,рения между плитами пресса и горизонтальными гранями образца. Предел прочности образца характеризуется значе­ нием Rg.

При испытании такого же образца в тех же стандартных условиях, но при смазке плит пресса, устраняющей опорное трение, разрушение имеет вид, представленный на рис. 39, а значение предела прочности R'r меньше, чем Кб.

В первом случае развитию деформаций по объему образ­ ца мешали силы трения образца у плит пресса, во втором разрушение произошло в результате превышения предельных деформаций в перпендикулярном к оси сжатия направлении.

Суммарные опорные силы трения 2 Т = 2 а2т* упрочняющие образец бетона по горизонтальным площадкам со стороной а, должны быть распределены на весь объем образца V = a 2h (при высоте образца h). Тогда относительное упрочнение об­ разца может быть выражено упрочняющим напряжением з единице объема

упр__ 2 Т _ 2т

°об

Из установленной зависимости можно сделать следующие выводы.

1. При h= a относительное упрочнение образца будет расти при уменьшении его размеров и уменьшаться при уве­ личении их

vnp 2т

°об — а *

Эта зависимость может быть выражена формулой

R2-lgai = R2-lga2,

где ai и а2— размеры ребер кубических образцов бетона в см\ Ri и R2 — соответственно прочности образцов бетона при сжатии в кГ/см2;

или, учитывая, что размер стороны стандартного куба равен

20 см,

RMg20=RMg'x,

где х — размер стороны испытываемого образца в см. Испытав кубический о б р а з е ц бетона со стороной х и полу­

чив прочность Rx, по этой формуле можно вычислить мароч­ ную прочность бетона Re.

Для практически используемых при изготовлении бетон­ ных образцов стандартных форм-кубов в ГОСТ 10180-67 при­

112

3. При h < a высота призмы меньше стороны её основания. В этом случае особенно значительно сказывается упрочняю­ щее действие сил трения на объем бетона.

В качестве примера приведены результаты испытания об­

При расчете изгибаемых и внецентренно сжатых элемен­ тов пользуются прочностью бетона на сжатие при изгибе RH> которую определяют по зависимости

RH= 1,25 Rnp-

Прочность бетона при растяжении может быть определена через кубиковую прочность по эмпирической формуле Фепе

Rp= 0,5|/ Щ".

Однородность бетона по прочности

При массовом приготовлении бетонных конструкций и из­ делий на заводах ЖБИ или крупных стройках технология приготовления, укладки и твердения бетона в среднем обес­ печивает проектную марку (нормативное сопротивление). Но можно ли использовать это значение как расчетную величину?

Фактически прочность бетона в изделиях за период работ отклоняется от нормативного сопротивления в ту и другую сторону, что можно установить испытанием контрольных об­ разцов. Очевидно, в качестве расчетного нужно брать не нор­ мативное сопротивление, а наименьшее, обеспечив конструк­ ции надлежащий запас прочности.

В настоящее время расчетное сопротивление вычисляют умножением нормативного сопротивления на. коэффициент однородности бетона

RpacM^S-RHOpM" К •

Коэффициент однородности бетона — это нормируемое

114

значение показателя однородности. Показатель однородности получают как частное от деления минимально вероятной

прочности на нормативное сопротивление К— Rmln--.Таким об­

разом, значения расчетного сопротивления берутся меньше или равными минимально вероятной прочности бетона в изго­ товляемых конструкциях.

Минимально вероятным в технике считают событие, кото­ рое повторяется не более чем три раза из тысячи. Для расчета Rmin достаточно иметь 160—200 значений прочности бетона, например испытаний контрольных образцов на сжатие. При этом нужно брать данные испытаний всех образцов, без осред­ нения значений прочности в сериях образцов одного состава.

По полученной выборке прочности образцов, используя положения теории вероятности, можно установить закономер­ ность распределения их прочностей.

Кривая распределения вероятных событий Гаусса — Лап­ ласа выражается уравнением

2х,

_х1+х2+ хз+. • • +Xn_ 1_

пп ’

XI — текущее значение прочности . (данные испытания об­ разцов);

и— количество образцов;

а— среднее квадратичное отклонение прочности образ­ цов, называемое стандартом,

П

£(М—xj)2

а=

} п

Как видно из уравнения Гаусса — Лапласа, кривая рас­ пределения вполне определяется параметрами М и or, которые могут быть вычислены по имеющимся данным . испытаний образцов.

Общий вид кривой распределения с указанием ее пара­ метров представлен на рис. 4.1.

Лапласа соответствует площади, заключенной между кривой и осью абцисс в интервале от 0 до х.

У

Рис. 41. Кривая Гаусса — Лапласа.

Приравняв значение этой площади 0,997 и произведя ин­ тегрирование, получим значение минимально вероятной проч­

ности х = М —Зет.

Исходя из этой зависимости, имея значения М и а, опре­

деляют

R m ln = М— ЗсГ

и показатель однородности К

116

ние коэффициента вариации или изменчивости.

Если Cv^0,12, то вычисление производят по приведенной формуле. Если Cv>0,12, то расчет К надо производить'с уче­ том возможностей асимметрии кривой. В этом случае вычис­ ляют значение S, называемое мерой асимметрии,

Е(а—М)3

S = —---- 5-------- • ° 2 п-с3

По отношению S/Cv, пользуясь номограммой, определяют коэффициент q (рис. 42) и показатель однородности по фор­ муле

!

Рнс. 42. Номограмма для определения коэффициента q в зависимости от СУ и отношения S/Cv.

117

Накапливая данные о значениях показателей однороднос­ ти по заводам ЖБИ и стройкам ЦСУ, устанавливают единый 'коэффициент однородности, обязательный при расчете бетон­ ных и железобетонных конструкций.

Современные «Строительные нормы и правила» нормиру­ ют коэффициент однородности бетона чна сжатие в пределах 0,55—0,60. Значение его еще низко (коэффициент однород­ ности для металлов имеет значения 0,85—0,90). Дальнейшее развитие технологии и культуры производства бетонных ра­ бот позволит увеличить коэффициент однородности, что будет способствовать снижению себестоимости бетонных изделий1.

Методика практического определения показателя однород­ ности бетона по прочности

1.Берут 150 значений прочности контрольных образцов, испытанных за характерный для производства период, для бетона определенного состава.

2.Для упрощения расчетов значения прочностей группи­ руют в пределах ближайших 10 и 20 кГ/см2. В каждой группе

определяют среднюю прочность и количество образцов,.

3.Вычисляют среднее арифметическое значение прочнос­

ти М.

4.Вычисляют стандарт а и изменчивость Су.

5.Определяют показатель однородности по формулам

Пр и ме р . Завод Ж БИ изготовляет плиты П КЖ из бетона марки 200.

В течение месяца работы испытан 51 контрольный образец1, результаты ис­ пытаний сведены в табл. 17.

' В настоящее время разработан проект нового ГОСТ «Бетоны. Оцен­

ка прочности и однородности», в котором вводится статистический конт­

роль прочности бетона на заводах Ж БИ , товарного бетона и на строитель­

прочности бетона, и наоборот. Переход на статистический контроль, позво­ лит предприятиям, выпускающим продукцию с высокой однородностью бетона, назначать среднюю прочность ниже проектной, в то время как при

низкой однородности среднюю прочность необходимо увеличивать. Таким

118