Файл: Пахомов, В. А. Бетон и железобетон в гидротехническом строительстве.pdf

стадами заполнителя, усадочностью вяжущего, технологически­ ми факторами изготовления конструкций и силовых воздей­ ствий. Напряженное состояние бетона может изменяться во времени. Степень влияния различных дефектов структуры на долговечность материала является до сих пор недостаточно ре­ шенной проблемой.

В зависимости от соотношения вяжущее — заполнитель бетон может иметь одну из трех видов структур:

сизбыточным содержанием вяжущего, при котором зерна за­ полнителя раздвинуты на значительное расстояние;

соптимальным содержанием вяжущего, при котором оно за­ полняет межзерновое пространство заполнителя с незначитель­ ной раздвижкой его зерен;

снедостаточным содержанием вяжущего, при котором зерна заполнителя касаются друг друга, а межзерновое пространство заполнено вяжущим частично.

Пузырьки воздуха и дефекты бетона также могут распола­ гаться на значительном, близком расстоянии друг от друга или соприкасаться. Обобщающих теоретических разработок, позво­ ляющих управлять структурой бетона с целью улучшения его технических свойств, имеется недостаточно. Сложность решения этой важной проблемы связана с влиянием многих факторов на

технические свойства бетонов. Поэтому оценка прочности, моро­

поры, пустоты, капилляры и другие дефекты структуры бетона. Такая модель дала возможность теоретически обосновать опти­ мальную структуру бетона, в которой зерна заполнителя, явля­ ясь основным несущим элементом, должны быть с активной по­

верхностью, без трещин, округлой формы и соединены между собой тонкими прослойками цементного камня, заполняющего межзерновое пространство. Мелкие округлые условно замкну­ тые поры выполняют роль «высверловок» и ловушек на кончи­ ках трещин.

Физико-механические характеристики бетона во многом зави­ сят от количества и видов концентраторов напряжений в его структуре и возникающего напряженного состояния. Неправиль­ ное определение состава, нарушение технологии изготовления и отсутствие ухода за бетоном приводит к возникновению в нем большого количества опасных очагов концентрации напряже­ ний — микротрещин, значительно снижающих прочность и дол­ говечность материала.

Таким образом, бетон обладает повышенной долговременной прочностью и стойкостью в условиях эксплуатации, если в нем под действием факторов внешней среды не возникают и не раз­ виваются деструктивные процессы или же протекание кон­ структивных процессов во всем объеме бетона превалирует над деструктивными, а поле напряжений в его структуре равно­ мерно.

В современной теории прочности бетона существует гипотеза о его разрушении вследствие разрыва независимо от вида напря­ женного состояния. Экспериментальные исследования показыва­ ют, что к бетону не в полной мере применимы теории прочности, предложенные для других материалов — максимальных дефор­ маций, нормальных или касательных напряжений. Предстоят еще дальнейшие специальные исследования структуры бетона и раз­ работки теории его прочности.

В настоящее время показатели прочностных и деформативных характеристик бетона основываются на осредненных эксперимен­ тальных значениях, принимаемых в качестве исходных данных при расчете и конструировании любых бетонных и железобетон­ ных конструкций.

Прочность

Известно, что с течением времени прочность бетона нарастает. Этот процесс наиболее интенсивно протекает при применении портландцемента — в первые 28 суток, пуццоланового и шлако­ вого портландцемента — в первые 90 суток. Интенсивность при­ ращения прочности бетонных образцов зависит от влажности и температуры окружающей среды (рис. 8).

При различных силовых воздействиях прочность бетона зави­ сит от многих факторов, в том числе от формы образцов и соот­ ношения размеров. При увеличении высоты образца прочность бетона падает (рис. 9) до призменной прочности, которую можно определить по эмпирической зависимости А. А. Гвоздева

36

которая дает хорошее совпадение с результатами опытов для бетонов относительно низких марок (не более 200). Для бетонов более высоких марок лучшее совпадение дает формула Б. Г. Скрамтаева

Призменную прочность бетона используют при расчете цент­ рально и внецентренно сжатых бетонных и железобетонных ко­ лонн, стоек, элементов ферм и т. п.

В практике встречаются случаи, когда бетонные или железо­ бетонные элементы работают не по всей, а только на части сво­ ей площади, т. е. происходит местное сжатие (смятие). Местное сжатие возникает при опирании оборудования, перемычек, про­ гонов, балок, колонн в стыках, в торцах предварительно напря­ женных элементов и т. д. Прочность при местном сжатии опре­ деляется по формуле

т = J

¥ *см

F, Fcu ■— общая площадь и площадь смятия, которые определя­

сжатию при изгибе по своей величине больше призменной проч­ ности и составляет примерно

Это можно объяснить тем, что в сжатой зоне сечения изги­ баемого элемента неравномерно распределяются напряжения (сдерживающее влияние соседних волокон) и сечение неполнос­ тью сжато (местное сжатие). Прочность на сжатие при изгибе ис­

37

пользуют при расчете изгибаемых, внецентренно сжатых и рас­ тянутых элементов.

Прочность бетона при осевом растяжении зависит от многих факторов, а в основном определяется прочностью цементного камня при растяжении и сцеплении его с заполнителем. Времен-

Рис. 10. Схемы расположения местной нагрузки:

а — д — случаи приложения местной нагрузки, определяющие значения коэффици­ ента Yn е — л — случаи расположения местной нагрузки и соответствующие им расчетные площади сечения F; м — пример, когда отдельные участки сечения элемента не включаются в расчетную площадь сечения F (участки 2 и 3 не долж­ ны учитываться при расчете на смятие на участке 1).

Таблица 20. Значение коэффициента Yi (СНиП П-В. 1—62*)

ное сопротивление бетона растяжению составляет по опытам (0,054-0,10) R. С повышением марки бетона на сжатие его марка на растяжение отстает. Прочность на растяжение можно определить опытным путем на восьмерках или на балочках-при- змах при изгибе (табл. 21).

Предел прочности на растяжение при изгибе вычисляют по формуле

РЬК1 '

где Л^макс — разрушающая нагрузка, кГ; b, h — размеры сечения балсчки;

38

К— коэффициент, принимаемый в зависимости от дли­ ны балочки равным 30, 45 и 60 соответственно при

длине балочки 400, 600 и 800 мм; 0,9 — коэффициент, вводимый в расчет, учитывающий

укороченный пролет образцов-балочек (отношение длины к высоте менее 6).

Таблица 21. Размеры образцов в зависимости от наибольшей крупности за­

полнителя и переходные коэффициенты к марке (по ГОСТ 4800—59)

Этот предел определяют с точностью до 0,5 кГ/см2, как сред-, нее арифметическое значение двух наибольших результатов испытания трех образцов.

С использованием упруго-пластического момента сопротивле­ ния бетона предел прочности бетона на осевое растяжение по разрушающему моменту можно определить по формуле

Рbh?

Для определения прочностных характеристик бетона приме­ няют различные образцы. Их размеры в зависимости от круп­ ности Д,акс зерен заполнителей приведены в табл. 21.

Прочность бетона на осевое растяжение используют при рас­ чете конструкций на прочность, образование и раскрытие трещин.

39