Предельные деформации центрально растянутых бетонных образцов (растяжимость бетона) в 10—20 раз меньше предельной сжимаемости и отличаются еще большей неоднородностью результатов испытаний. Предельная растяжимость бетона зависит от его свойств и условий хранения (влажности); она составляет 0,1—0,15 мм на 1 м, или 0,0001—0,00015; в среднем принимают 0,0001. Повышение прочности и плотности бетона и особенно хранение бетонных образцов во влажной среде повышает предельную растяжимость бетона, что имеет существенное значение для обеспечения трещиностойкости железобетонных конструкций. Напомним, что бетон столь же востребован в столице, как муж на час москва цены которого невысоки, а помощь - неоценима.

Температурные деформации бетона. Температурные деформации бетона являются следствием повышения или понижения температуры. Коэффициент линейного расширения бетонаа, в зависимости от вида заполнителей, состава бетона и других факторов колеблется в пределах 0,70-1,4. В соответствии с указаниями норм, при проектировании железобетонных конструкций коэффициент линейного расширения при нагреве от 0 до 100° С принимают равным 5. Модуль деформации бетона. Упругие свойства бетона характеризуются модулем упругости, т. е. отношением напряжения к относительной деформации. Но деформации бетона не пропорциональны напряжениям, и модуль упругости бетона является переменной величиной, зависящей, в основном, от напряжений в бетоне.

Величина модуля упругости бетона необходима при расчетах по деформациям и трещиностойкости, при расчетах на температурные воздействия, а также при определении лишних неизвестных статически неопределимых систем. Для практических целей необходимо знать среднее расчетное значение модуля упругости. Модуль упругости бетона, который соответствует мгновенному загружению образца и при котором возникают лишь упругие деформации, называется начальным. Геометрически начальный модуль упругости выражается тангенсом угла наклона прямой упругих деформаций. Это выражается зависимостью. При длительном действии нагрузки помимо упругих деформаций развиваются и пластические, модуль полных деформаций бетона становится переменной величиной. За модуль упругости бетона следовало бы принимать величину, выражаемую тангенсом угла наклона касательной к кривой деформаций в точке с заданным напряжением.

Ползучесть и релаксация учитываются при вычислении прогибов, предварительных напряжений и т. д. Однако точный учет этих явлений чрезвычайно сложен. Поэтому в дальнейшем эти свойства в необходимых случаях мы будем учитывать приближенно путем введения в расчетные формулы коэффициентов, полученных различными исследователями опытным путем. Деформации бетона при действии многократно повторяющейся нагрузки. Многократное повторение циклов нагрузки и разгрузки при сжатии бетонного образца приводит к постепенному накапливанию пластических деформаций.

При большом количестве циклов пластические деформации достигают своего предельного значения, обе кривые постепенно спрямляются и бетон начинает работать упруго. Подобный характер деформаций наблюдается, если многократно повторяющаяся нагрузка вызывает напряжение, не превышающее предела выносливости бетона. В иных случаях кривая деформаций после первых циклов нагружения принимает прямолинейный вид, но вскоре начинает искривляться в обратном направлении (выпуклостью к оси абсцисс), и происходит разрушение образца.

Предельные деформации. Предельные деформации бетона, прочного, как алюминиевая шина, при разрушении зависят от надежности, состава и плотности бетона, а также длительности нагружения. Опытные данные, полученные различными лабораториями, показали большое расхождение в величинах предельных деформаций бетона; что можно объяснить как неоднородностью структуры бетона, так и различием в методике испытаний. По данным опытов, предельная деформация центрально и внецентренно сжатых бетонных призм (сжимаемость бетона) составляла от 0,8 до 3 мм на 1 пог. м (0,0008—0,003). В среднем предельную относительную сжимаемость бетона принимают 0,002. В сжатой зоне изгибаемых элементов предельная сжимаемость зависит от относительной высоты сжатой зоны — и формы поперечного сечения. Предельная сжимаемость уменьшается с увеличением — и при сужении сечения книзу. Опыты показывают, что относительная предельная сжимаемость бетона сжатой зоны находится в пределах от 0,0027 до 0,0045.

Деформация бетона при однократном загружении кратковременной нагрузкой. При однократном загружении бетонного образца кратковременно приложенной сжимающей нагрузкой возникают первичные (начальные) деформации ее, состоящие из упругой (восстанавливающейся) деформации и пластической (остаточной) деформации. Если испытываемый на сжатие образец загружать ступенями и для каждой ступени нагрузки замерять деформации в момент приложения нагрузки и через некоторое время после выдерживания образца под этой нагрузкой, то на диаграмме деформаций получим ступенчатую линию. Если число этапов загружения достаточно велико, то зависимость между напряжениями и деформациями обратится в пределе в плавную кривую.

Из сказанного следует, что упругие деформации бетона соответствуют мгновенному загружению при испытании, а пластические его деформации развиваются во времени и зависят от скорости загружения. С увеличением скорости загружения уменьшается величина пластических деформаций. В пределе (мгновенная скорость загружения) деформации бетона становятся упругими. Деформации бетона при длительном действии нагрузки. При длительном действии постоянной нагрузки пластические деформации бетона нарастают. Способность бетона деформироваться во времени при постоянной нагрузке называется ползучестью. Стоит отметить, что в строительстве и промышленности рабочим необходима качественная спецодежда от Истокпром.

Рассмотрим зависимость при длительном испытании на сжатие бетонного образца. Участок диаграммы характеризует деформации бетона при загружении. Кривизна этого участка диаграммы зависит от скорости загружения. Участок показывает рост деформаций ползучести при выдержке под неизменной нагрузкой (при постоянных напряжениях). Прирост деформаций ползучести постепенно затухает, а его величина стремится к своему предельному значению. Опыты показывают, что независимо от скорости загружения, при которой достигнуто напряжение, конечные деформации бетона при длительном загружении с течением времени будут одинаковы. С увеличением напряжения увеличивается и ползучесть бетона.

Местное сжатие (смятие) возникает при передаче усилий от нагрузки на часть опорной бетонной площадки. Примером такого нагружения могут служить опорные реакции от балок, арок, ферм. Опыты показывают, что при нагружении бетонных элементов на части площади они обладают большей прочностью, чем при сплошном нагружении. Прочность бетона повышается вследствие удерживающего влияния обоймы, создаваемой бетоном ненагруженной части. Предел прочности бетона при местном сжатии (смятии) определяется по формуле, в которой используются показатели: полная расчетная площадь элемента, на которую передается нагрузка; площадь местного сжатия (смятия); коэффициент, зависящий от места приложения нагрузки. Если центр тяжести площадки смятия не совпадает с центром тяжести всей площади, то в расчет следует ;вводить только ту ее часть, которая симметрична относительно центра тяжести загруженной площади (площади смятия).

Прочность бетона при растяжении достаточно велико, не смотря на это, дома из клееного бруса более популярны, чем бетонные коттеджи. На растяжение бетон работает значительно хуже, чем на сжатие. Прочность бетона при растяжении зависит от прочности на растяжение цементного камня и сцепления вяжущего с зернами заполнителей. Повышение прочности бетона при растяжении достигается повышением его плотности и подбором заполнителей. Плотность бетона увеличивается при правильном подборе гранулометрического состава заполнителей, надлежащим подбором состава бетона и различных добавок —пуццоланов, трассов, тонко измельчеййых каменных материалов. Значительно увеличивают плотность бетона вибрирование, виброштампование, центрифугирование, вакуумирование.

Применение заполнителей с шероховатой поверхностью (щебень и т. п.) вместо гравия и песка, имеющих округленные гладкие зерна, повышает прочность бетона при pacfяжeнии. Шероховатая поверхность заполнителя ебеспечивает лучшее его сцепление с цементным камнем. Повышение марки бетона увеличивает прочность на растяжение, но рост прочности на растяжение отстает от роста прочности на сжатие. Для определения величины предела прочности бетона на растяжение, если известна его кубиковая прочность, можно использовать эмпирическую формулу, предложенную Фере.

Прочность бетона на осевое растяжение может быть определена путем испытания образцов-цилиндров, образцов-кубов или образцов-восьмерок (ГОСТ 4800—59). Прочность бетона при чистом срезе и скалывании. Чистый срез в железобетонных конструкциях почти не встречается, кроме того, определение опытным путем прочности бетона при чистом срезе затруднительно. Лучшим считают метод, предложенный в 1934 г. А. А. Гвоздевым, А. П. Васильевым и С. А. Дмитриевым при изучении сцепления нового бетона со старым.

Величина прочности бетона на сжатие при изгибе экспериментально и теоретически недостаточно еще обоснована. В зависимости от характера и условий работы конструкций нормами установлены проектные марки бетона по прочности на сжатие, по прочности на осевое растяжение, по прочности на растяжение при изгибе, по морозостойкости и по водопроницаемости. R в кгс/см2 кубиков с размерами ребра 200 мм, изготовленных из рабочего состава бетона и испытанных при заданном сроке нормального твердения и относительной влажности не ниже 90 %. Сроки твердения бетона, отвечающие его проектной марке по прочности, принимаются: для монолитных конструкций зданий и сооружений (кроме гидротехнических), как правило, 28 дней; для монолитных конструкций гидротехнических сооружений 180 дней; для сборных конструкций — срок, предусмотренный ГОСТ или ТУ на изготовление данного изделия.

Для конструкций из обычного железобетона применение тяжелого бетона марки ниже 150 и легкого марок ниже 50 не допускается. Если размеры конструкций назначаются по условию общей устойчивости или жесткости (а не по прочности), то допускается применение тяжелого бетона марки 100. Для предварительно напряженных железобетонных конструкций марки бетона должны быть: для тяжелого — не ниже 200 и для легкого — не ниже 150. По водопроницаемости (в зависимости от давления воды в кгс/см2, при котором еще не наблюдается просачивание воды через образец в 180-дневном возрасте) предусмотрены марки: В-2, В-4, В-6, В-8.

Деформативность бетона. Бетон—упруго-пластический материал, поэтому и используется для возведения перекрытий и балконов. При этом бетонная плита балкона способна выдержать не только вес нескольких человек, но также и все конструкции, без которых невозможно остекление балконов - рамы, стеклопакеты, отделочный материал, фурнитура и крепежи. Уже при малых нагрузках в нем возникают как упругие, так и пластические деформации. Деформации в бетоне возникают под действием нагрузок или являются следствием усадки бетона и изменения температуры среды. В зависимости от характера приложения и длительности действия нагрузок деформации можно разделить на три категории: деформации при однократном загружении кратковременной нагрузкой; деформации при длительное действии нагрузок; деформации при действии многократно повторяющейся нагрузки. Характер нарастания деформаций под нагрузкой зависит от способа приложения и длительности действия нагрузки, от температуры и влажности среды, от формы и размеров образца, а также от некоторых других, менее значительных факторов.

С увеличением возраста бетона прочность его увеличивается. В первый период твердения (28 суток при обычном портландцементе) нарастание прочности происходит интенсивно, но с течением времени замедляется, хотя и может продолжаться годами, если бетон находится в благоприятных тепловлажностных условиях твердения. Опыты над бетонными образцами, хранившимися в течение 11 лет, показали, что бетон, твердевший в условиях влажной среды, удвоил свою прочность, а бетон, находившийся в сухой среде, повысил прочность в 1,4 раза. В первом случае нарастание прочности продолжалось все время, а во втором — оно прекратилось к концу первого года. Зависимость между прочностью и возрастом бетона, приготовленного на портландцементе, может быть выражена формулой Б. Г. Скрамтаева. Формула дает хорошее совпадение с опытами при испытании образцов на обычных портландцементах с З дней. На скорость твердения бетона оказывают влияние минералогический состав и тонкость помола цемента, водоцементное отношение, влажность среды твердения и др. В обычных условиях эксплуатации большинства железобетонных конструкций бетон постепенно высыхает и в годичном возрасте практически уже не увеличивает своей прочности.

Естественное твердение бетона происходит при температуре 15—20° С, такую температуру в помещении можно достичь, если использовать надежное вентиляционное оборудование, и относительной влажности 90%. Повышение температуры и влажности значительно ускоряет процесс твердения, поэтому на заводах железобетонные элементы подвергают тепловлажностной обработке в камерах пропаривания при температуре 80—100°С и влажности 90—100%, а в автоклавах— при давлении 8—12 ат и температуре 170° С. Жесткие бетонные смеси, приготовленные на быстротвердею-щих портландцементах, при положительных температурах твердения и без тепловлажностной обработки уже в трехдневном возрасте приобретают прочность, близкую к проектной. При температурах ниже +5° С увеличение прочности бетона практически прекращается. Замораживание бетона в раннем возрасте не только прекращает нарастание прочности, но и снижает способность к ее увеличению после оттаивания. Исследования советских ученых показывают, что если к моменту замораживания бетон получил около 70% проектной прочности, то после оттаивания он не теряет способности увеличивать прочность во времени.

Наклон трещин объясняется силами трения, которые развиваются между зажимными плитами пресса и гранями кубика. Эти силы препятствуют свободному развитию поперечных деформаций и образуют как бы обоймы у опорных граней кубика, повышая его сопротивляемость разрушению. Влияние сил трения по мере удаления от опорных граней кубика уменьшается. Если устранить влияние сил трения, возникающих у поверхностей соприкосновения плит пресса и граней образца, надлежащей смазкой (машинное масло, парафин), то поперечные деформации при сжатии будут развиваться свободно и трещины будут параллельны действию сжимающей силы. На результаты испытаний (при одном и том же составе и возрасте бетона) существенно влияют размеры образцов. Опыты показали, что кубик с ребром 20 см имеет прочность на 9%, а кубик с ребром 30 см на 12% ниже по сравнению с кубиком, размер ребра которого 10 см. Это явление объясняется влиянием трения по опорным граням при испытании образца.

Обратите внимание: при установке электрооборудования в промышленных и бытовых условиях необходимы качественные и надежные материалы. Монтажные кабели выдерживают постоянное напряжение до 750В, переменное - до 500В. Бронированные мкэш используются абсолютно в любых электросетях, находятся ли они в помещении, канализации или непосредственно в грунте.

Смазка опорных поверхностей не только уменьшает (почти вдвое) прочность образца, но и выравнивает разницу между показателями прочности кубиков различных размеров. Стандартом предусмотрено испытание кубиков без смазки, поэтому при определении кубиковой прочности (марки бетона) образцов различных размеров результаты испытания. На результаты испытаний существенное влияние оказывает и форма бетонных образцов. С ростом высоты призмы, а точнее, с увеличением отношения высоты призмы к стороне поперечного сечения, прочность образца уменьшается. В этом случае опять сказывается влияние опорного трения. С увеличением высоты призмы влияние опорного трения уменьшается, поперечные деформации образца становятся все более свободными, и бетон при меньшей нагрузке достигает предельной прочности, которую называют призменной прочностью.

Призменная прочность значительно меньше кубиковой и не пропорциональна ей. При расчете центрально сжатых железобетонных элементов пользуются призменной прочностью, как более точно отражающей действительную работу бетона в конструкции. Призменную прочность бетона можно определить по эмпирической формуле А. А. Гвоздева, которая дает хорошее совпадение с результатом испытаний для бетонов малой прочности, для бетонов высокой прочности (R = 3004-600 кгс/см2) лучшее совпадение с результатами опытов дает формула Б. Г. Скрамтаева.

Высокоактивные и глиноземистые цементы дают наибольшую усадку, расширяющиеся и безусадочные (специальные) цементы вообще не дают усадки. Чем больше в бетоне цемента, а точнее, цементного теста, и чем больше водоцементное отношение, тем больше усадка. Усадку увеличивают различные гидравлические добавки, а также добавки ускорителя твердения (хлористого кальция). На величину усадки оказывает влияние вид, деформативность и гранулометрический состав заполнителя: усадка бетона на щебне меньше, чем бетона на гравии, а бетонов на мелкозернистых, пористых песках и на пористом щебне — больше. Чем выше модуль упругости заполнителя, тем меньше усадка бетона. Чем правильнее подобран гранулометрический состав заполнителя, чем меньше у него объем пустот, тем меньше усадка. Усадка является объемной деформацией. Она распространяется от поверхности, где достигает наибольшей величины, вглубь бетона, т. е. протекает неравномерно, в отличии от керамического кирпича, которому деформации не грозят.

Усадка, как и набухание, состоит из необратимых и обратимых деформаций. Необратимые деформации связаны со старением геля; они растут во времени, постепенно затухая. Обратимые деформации не зависят от возраста бетона и обусловлены капиллярными явлениями. Эти явления возникают при нарушении равновесия в микропорах. Знак этих деформаций зависит от того, в какую сторону произошло изменение влажности. Капиллярные явления в цементном камне при изменении его влажности носят второстепенный характер и не оказывают решающего влияния на усадку бетона. Прочность бетона. Одной из характеристик бетона является его прочность при различных силовых воздействиях.

Прочность бетона при центральном сжатии. О прочности бетона при цeнтpaльнoм сжатии обычно судят по величине сопротивления бетонного кубика в 28-дневном возрасте (кубиковая прочность). Бетонный кубик, подвергаемый сжатию, разрушается вследствие разрыва бетона в поперечном направлении. Разрушаясь, он приобретает обычно форму двух усеченных пирамид, сложенных своими малыми основаниями.

Как известно из теории упругости, в теле с отверстиями, подвергнутом сжатию, наблюдается концентрация сжимающих и растягивающих напряжений. Последние действуют по площадкам, параллельным сжимающей силе. Бетон содержит большое количество отверстий (пор, пустот), поэтому растягивающие напряжения у одного отверстия накладываются на соседние. В бетонном образце, подвергнутом центральному сжатию, возникают продольные сжимающие и поперечные растягивающие напряжения. Разрушение такого образца происходит вследствие разрыва бетона в поперечном направлении. Сначала возникают микроскопические трещины отрыва, которые с ростом нагрузки соединяются, образуя видимые трещины, направленные параллельно или с некоторым наклоном к направлению сжимающей силы. Далее трещины получают значительное раскрытие, которое сопровождается кажущимся увеличением объёма образца; происходит его полное разрушение.

Усадка бетона. Способность бетона уменьшаться в объеме при твердении на воздухе называется усадкой, а увеличиваться в объеме при твердении в воде— набуханием. Величина усадки бетона значительно больше величины набухания (в 2—3 раза).Усадка и набухание зависят от количества цементного камня в растворе или бетоне. Чем больше цементного камня, тем больше проявляется усадка или набухание в бетоне. При усадке в цементном камне возникают растягивающие напряжения, которые для него наиболее опасны, а при набухании — сжимающие. В дальнейшем мы будем рассматривать только явления усадки бетона. Нарастание усадки, подобно нарастанию прочности бетона, происходит пропорционально логарифму времени. Наиболее интенсивное нарастание усадки наблюдается в первый период твердения бетона, оно продолжается очень долго, а затем постепенно затухает. На величину усадки бетона влияют марка и количество цемента.

Дополнительная информация: одним из самых практичных и эффективных изолирующих материалов является надежная, прочная, пластичная, универсальная клеющая масса, которую принято называть - самоклеющаяся бутилкаучуковая лента. Используется бутилкаучуковая лента в различных областях, начиная от производства пластиковых окон и автомобилей, а заканчивая гидроизоляция трубопроводов и кровельных соединений.

Бетон для железобетонных конструкций. Бетон как материал для железобетонных конструкций должен обладать необходимой прочностью, надежным сцеплением с арматурой, достаточной плотностью для предохранения арматуры от коррозии и надлежащей удобоукладываемостью. Эти свойства бетона обеспечиваются выбором составляющих материалов (вяжущего, заполнителей и воды), назначением соответствующего водоцементного отношения (В/Ц). Прочность бетона зависит от водоцементного отношения, активности цемента, прочности заполнителей и характера их поверхности. Прочность, плотность и однородность бетона зависят от способа его приготовления, транспортирования, укладки и ухода. Вопросы выбора составляющих материалов, подбора состава и консистенции бетона рассматриваются в курсе «Строительные материалы», а вопросы приготовления, транспортирования, укладки бетонной смеси и ухода за бетоном во время его твердения — в курсе «Технология и организация строительного производства».

Структура бетона. Рациональное применение бетона для железобетонных конструкций требует знания его основных физико-механических свойств — прочности и деформатавности, на которые существенно влияет структура бетона. При перемешивании составляющих бетона (цемента, воды и заполнителей) цемент и вода образуют цементное тесто. Цементное тесто обволакивает зерна заполнителей и после укладки бетона в формы постепенно твердеет, превращаясь в цементный камень и образуя монолит. Твердение бетона (цементного теста) является весьма сложным процессом, протекающим различно в зависимости от вида цемента, соотношения между составляющими бетона температуры и влажности среды и, особенно,— от количества воды.

Дополнительная информация: современные бесшовные потолки славятся не только быстрым монтажом и малым скрадыванием пространства (высота помещения опускается всего на полтора сантиметра). На бесшовные натяжные потолки может наносится изображение высокого разрешения, что позволяет создавать невообразимые интерьеры с неповторимой атмосферой.

Количество воды, вступающее в химическое соединение с цементом, не превосходит 15—20% от веса цемента. Для получения бетона надлежащей удобоукладываемости количество воды для затворения бетона приходится брать с избытком из расчета В/Ц>0,2 (для жестких бетонов В/Ц = 0,3-7-0,4 и пластичных — В/Ц = 0,5-0,7). В процессе твердения бетона в образовавшемся цементном тесте происходит химическая реакция. Большая часть продуктов этой реакции переходит в коллоидное состояние, образуя студнеобразный цементный клей — гель, а меньшая часть продуктов реакции выделяется в виде кристаллов. Некоторые продукты гидратации цемента переходят из коллоидного состояния в кристаллическое, поглощая кристаллизационную воду. Кристаллообразования пронизывают массу геля и, срастаясь между собой, создают прочный скелет твердеющему цементному тесту. Оставшаяся свободная вода испаряется при высыхании бетона. Причем вода должна быть не речной, а заранее очищенной, на подобии той, благодаря которой функционирует гидрант пожарный.

С физической точки зрения бетон представляет собой не обычное твердое тело: он является капиллярно-пористым телом с неоднородной структурой, в массе которого одновременно присутствуют все три фазы — твердая, жидкая (вода) и газообразная (воздух). Цементный камень, который скрепляет бетон, также имеет неоднородную структуру и состоит из упругого кристаллического сростка и наполняющего его геля. Кристаллизация и уменьшение объема твердеющего геля изменяет свойства бетона во времени и оказывает существенное влияние на его прочность и деформативность. Внешняя нагрузка создает в неоднородном теле бетона сложное напряженное состояние. При сжатии образца бетона напряжения концентрируются на более жестких частицах, обладающих большим модулем упругости, вследствие чего по плоскостям соединения частиц возникают усилия, стремящиеся нарушить связь между ними.