Прочность бетона. Зависимость от возраста, скорости нагружения, условий твердения, масштабного фактора. Призменная прочность.

Про бетон.SU / Информация / Технический контроль Для любого строительного материала, в том числе бетона, прочность является одной из важнейших характеристик, по которой можно судить о качестве изделия или конструкции.

В технологии производства бетона за основу прочности принимают максимальное значение, полученное при временно сжимающем усилии на образцы. В качестве образцов применяют кубы или призмы.

Хотя результаты призменной прочности бетона наиболее близки для конструкций, испытывающих реальную нагрузку, тем не менее, лаборатории используют кубиковую прочность бетона в обработке результатов. Тем более нормативы и ГОСТы не запрещают использовать данный метод.

Формование кубиков

При формовании кубиков лаборант тщательно трамбует смесь, чтобы не оставалось воздушных пустот. Если лаборатория оснащена виброплощадкой, то можно воспользоваться ей, но при строго определенном отрезке времени, чтобы не образовалось расслаивание смеси.

После укладки поверхность заглаживается мастерком, срезаются все излишки выступившей смеси.

Для нахождения кубиковой прочности бетона формы с заполненной смесью оставляют в помещении лаборатории до полного схватывания.

ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЯМ

3.1. Перед испытанием образцы следует осмотреть, устранить имеющиеся дефекты, отдельные выступы на гранях снять наждачным камнем, измерить линейные размеры, проверить отклонение формы и размеров в соответствии с ГОСТ 10180-78.

3.2. Плотность (объемную массу) и влажность бетона в момент испытания (в тех случаях, когда это необходимо) определяют по ГОСТ 12730.1-78 и ГОСТ 12730.2-78.

3.3. Перед испытанием образцы должны не менее 2 ч находиться в помещении лаборатории, кроме образцов, испытываемых при нагреве.

3.4. Интервал рабочих температур помещения, где проводятся испытания, — от 10 °С до 30 °С по ГОСТ 18957-73.

3.5. На боковых поверхностях образцов следует разметить центральные линии для установки приборов для испытания деформаций и центрирования образцов по оси испытательной машины (пресса).

По центральным линиям размечают базы измерения продольных и поперечных деформаций образцов.

База измерения деформаций должна в 2,5 раза и более превышать наибольший размер зерен заполнителя и быть не менее 50 мм при использовании тензорезисторов и 100 мм — при использовании других приборов для измерения деформаций.

База измерения продольных деформаций должна быть не более 2/3 высоты образца и располагаться на одинаковом расстоянии от его торцов.

3.6. Приборы для измерения деформаций образцов должны быть установлены по четырем его граням или по трем или четырем образующим цилиндра, развернутым под углом 120 или 90°. Приборы для измерения поперечных деформаций должны быть установлены посередине высоты образца нормально базам измерения продольных деформаций.

Для крепления индикаторов используют приспособления в виде стальных рамок, закрепляемых на образце с помощью четырех упорных винтов — по два с противоположных сторон образца — или опорных вставок, приклеиваемых на образце (см. чертеж).

Схема установки приспособлений для крепления индикаторов при измерении продольных и поперечных деформаций образца

Рамки следует изготовлять из стальных полос, опорные вставки — из стальных квадратов или прутков с отверстиями для крепления индикаторов. Масса соединительной вставки для измерения поперечных деформаций образца не должна превышать 10 г в соответствии с требованиями ГОСТ 18957-73. В качестве соединительной вставки для измерения продольных деформаций следует применять соединительные вставки-рамки, обеспечивающие возможность измерения деформаций до конца разрушения образца.

Для крепления опорных вставок следует применять быстрополимеризующийся клей с малым набуханием.

Перед наклеиванием поверхность образца следует обезжирить органическим растворителем, а затем нагреть опорную вставку до температуры 50 °С — 60 °С. Опорную вставку в горячем состоянии прижимают к поверхности образца, предварительно нанеся на нее клей.

Рекомендуемая схема установки приспособлений для крепления индикаторов при измерении продольных и поперечных деформаций образца приведена на чертеже.

3.7. Подготовку образцов, насыщенных водой, нефтепродуктами и другими жидкостями, проводят по методике, предусмотренной в приложении 1. Для устранения влагопотерь проводят гидроизоляцию образцов в соответствии с ГОСТ 24544-81.

3.8. Призменную прочность и модуль упругости бетонов, подвергающихся в процессе эксплуатации нагреву, определяют с применением оборудования и выполнением дополнительных требований, предусмотренных в приложениях 2 и 3.

Испытание кубиков и обработка результатов

Через пройденный период образцы достают из шкафа, при этом они должны простоять пару часов для обветривания. Для испытания кубиковой и призменной прочности бетона применяют гидравлический пресс.

Очищенный от опилок и наплывов куб устанавливается в боковом положении строго по центру плиты пресса. Лаборант включает оборудование и постепенно подает давление на сжимающую плиту. Как только образец треснул, пресс останавливается.

По результатам на мониторе определяется максимально разрушаемая нагрузка. Таким образом, проводится тестирование прочности бетона на сжатие по всем трем образцам одного состава. За фактическую прочность контролируемого бетона принимается средний результат от трех кубов.

Все полученные сведения записываются в журнал.

3.Кубиковая и призменная прочность.

Из всех прочностных характеристик бетона наиболее просто определяется его прочность при сжатии, а высокое сопротивление бетона сжатию является его ценным свойством, используемым в железобетонных конструкциях. Поэтому за основную характеристику прочностных и деформативных свойств бетона принята его прочность на осевое сжатие.

Для оценки прочности применяют раздавливание на прессе изготовленных в тех же условиях, что и реальные конструкции кубов бетона. За стандартные образцы принимают кубы размерами150х150х150 мм, испытание которых происходит при температуре 20 ± 2 ºC через 28 дней твердения в нормальных условиях.

Опытами установлено, что прочность бетона одного и того же состава зависит от размера куба: если временное сопротивление сжатию бетона для базового куба с ребром 150 ммравноR (рис. 2.4), то для куба с ребром 200 мм оно уменьшается до0,93R, а для куба с ребром100 мм– увеличивается до1,1R.

Рис. 2.4. Стандартный бетонный образец для определения прочности на сжатие

Различное временное сопротивление сжатию образцов разной формы объясняется влиянием сил трения, возникающих между гранями образца и опорными плитами пресса, неоднородностью структуры бетона. Вблизи опорных плит силы трения, направленные внутрь образца, создают обойму, следовательно, увеличивается прочность образцов при сжатии. Удерживающее влияние сил трения по мере удаления от торцов снижается, таким образом, бетонный куб при разрушении получает форму двух усеченных пирамид, обращенных друг к другу вершинами (рис. 2.5, а). При уменьшении сил трения посредством смазки характер разрушения меняется (рис. 2.5, б): вместо выкалывания с боков образца пирамид происходит раскалывание его по трещинам, параллельным направлению действия усилия. При этом временное сопротивление бетона сжатию уменьшается.

а) б)

Рис. 2.5. Схема деформирования бетона при сжатии

а) – при наличии трения по опорным плоскостям;

б) – при отсутствии трения;

1 – смазка

Поскольку железобетонные конструкции по форме отличаются от кубов, в расчетах их прочности не может быть непосредственно использована кубиковая прочность бетона.

Основной характеристикой прочности бетона сжатых элементов является призменная прочность Rb.

Опыты на бетонных призмах со стороной основания аи высотойh показали, что призменная прочностьRbменьше кубиковой Rи она уменьшается с увеличением отношения .

При призменная прочность становится почти стабильной и равной примерно Rb≈ 0,75R. Как и для кубиков, это явление объясняется различной степенью влияния сил трения по торцам образцов – чем больше размер образца и больше расстояние между его торцами, тем меньше влияние сил трения. Влияние гибкости бетонного образца становится ощутимым при .

Кривая, приведенная на рис. 2.6, иллюстрирует зависимость от по усредненным опытным данным.

Таким образом, призменная прочность Rb – это временное сопротивление осевому сжатию призмы Rbu с отношением сторон .

Рис. 2.6. График зависимости призменной прочности бетона от отношения

studfiles.net

Нормативное сопротивление

1. Параметр отражает показатель материала по сжатию (сжатие бетонной призмы по оси при испытаниях) R bn и R btn по растяжению;
2. Значения для максимально нагруженных состояний 1-го состава R b , R bt и 2-го состава R b , ser , Rbt, ser вычисляются методом деления этих параметров согласно ГОСТ на прикрепленные коэффициенты надежности – соответственно g bc и g bt ;
3. Значение по ГОСТ R bn , зависящие от класса по прочности на сжатие;
4. Установленное значение R btn при неконтролируемой прочности материала определяется по классу прочности, и воспринимается как обеспеченная прочность при растяжении;
5. Согласно п.2 параметры 1-го типа R b и R bt могут изменяться. Для этого R b и R bt умножаются на параметр g bi ;
6. Параметры 2-го типа R b , ser и R bt , ser зависят от показателя g bi , и при нормальной нагруженности материала в 1,0. Для некоторых легких бетонов используются и другие показатели R b , ser и R bt , ser по согласованию с проектировщиками;
7. Первоначальный модуль упругости E b определяется по таблице ниже. Если бетонный объект эксплуатируется в климатическом регионе IVА, и не обеспечен защитой от УФ излучения, то параметры E b умножаются на 0,85.

В таблице указано расчетное сопротивление бетона осевому сжатию по СП 52-101-2003

Сопротивление по ГОСТ или СП зависит от прочности испытываемых образцов (кубиковая нормативная прочность).

R b и R bt для осевых растяжений при определении класса бетона устанавливается с зависимостью от прочности согласно ГОСТ испытываемых образцов типов бетона с контролем приготовления раствора. Нормативная кубиковая и призменная прочность на сжатие и на растяжение имеют определенное соотношение, устанавливаемое при стандартных испытаниях бетонных образцов.

Требования к автоклавному бетону

Рассчитывая класс бетона по прочности на растяжение по осям, стандартные значения R b и R bt берутся как свойство класса, выраженное в цифрах, которые идут после символа «B». Определяющие свойства деформаций бетона — это:

• Максимальные относительные деформации при сжатии-растяжении по осям: Ɛ bo,n и Ɛ bto,n ;
• Первоначальный модуль упругости E b,n ;

Дополнительные свойства деформаций бетона:

• Первичный коэффициент поперечных деформаций «v»;
• Сдвиг по модулю «G»;
• Коэффициент температурных деформаций α bt ;
• Деформации, зависящие от свойств ползучести раствора Ɛ сг;
• Деформации, зависящие от усадки материала ε shr .

Характеристики деформаций определяются, исходя из класса и марки, плотности и технологических показателей бетона. Механические показатели бетона для напряженного состояния по одной оси в общих случаях характеризуются диаграммой деформирования материала, отражающей зависимость напряжений Σ b,n (Σ bt,n) и относительных продольных деформаций Ε b,n (Ε bt,n) бетона в растянутом или сжатом состоянии при импульсном приложении нагрузки.

При расчетах прочности бетонных конструкций основные характеристики, влияющие на конечный результат – это окончательное и фактическое сопротивление бетона R b и R bt . Характеристики прочности, полученные в результате вычислений, рассчитываются как стандартные сопротивления материала R b , m и R b , ser , а также R bt , r и R bt , ser , поделенные на g bc и g bt и. Показания g bc и g bt зависят от типа бетона, просчитанных свойств материала, предельных состояний при различных нагрузка, но должны не выходить за следующие рамки:

Для коэффициента g bc:

1. 1,3 — для максимальных и минимальных нагрузок 1-го состава бетона;
2. 1,0 — для максимальных и минимальных нагрузок 2-го состава;

Для коэффициента g bt:

1. 1,5 — для максимальных и минимальных нагрузок 1-го состава при определении класса на сжатие по осям;
2. 1,3 – для максимальных и минимальных нагрузок 1-го состава при определении класса на растяжение по осям;
3. 1,0 — для максимальных и минимальных нагрузок 2-го состава бетона.

Для максимальных и минимальных нагрузок 1-го и 2-го состава показатели деформаций материала берутся из их значений, указанных в ГОСТ и СНиП. Также при вычислении значений R свойства нагрузок, влияние атмосферных осадков, температуры, напряженности материала и конструкции из бетона корректируются коэффициентами условий эксплуатации конструкции γ bi , и отражаются на расчетных деформационных и прочностных параметрах строительного материала.

Диаграммы деформаций конструкций из бетона вычерчиваются, опираясь на метод замены стандартных показателей на расчетные параметры.

Характеристики прочности при двухосном или трехосном приложении напряжений определяются по типу и классу бетона, исходя из связи между максимальными и минимальными значениями напряже­ний, приложенных в 2-х или 3-х перпендикулярах. Деформирование бетонного объекта вычисляется по плоскому или объемному приложению напряжений. Если конструкция имеет дисперсно-армированное состояние, то для нее принимаются характеристики, как для обычных бетонных или ж/б сооружений.

При работе с фибробетоном его свойства определяются, исходя из физико-эксплуатационных характеристик смеси, также берется в расчет форма, габариты, геометрия и распределение фибр в составе, сцепление фибр с раствором. Определяющие характеристики прочности и возможности деформирования армирования — это стандартные параметры прочности и свойства деформа­ции.

Основное определение прочности материала армирования при нагрузках на растя­жение-сжатие — это установленное ГОСТ сопротивление R s,n , которое принимается равным показателю эксплуатационного предела текучести или такого же условного предела, который будет соответствовать окончательному удлинению или укорочению, принимаемому как 0,2%. Также ограничение R s,n происходит по показателям, соответствующим деформирующим нагрузкам, которые равны максимальным показателям деформации бетона вокруг сжатой арматуры при укорочении.