Модуль №1. Физико-механические свойства материалов бетонных и железобетонных конструкций.

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ И КАМЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ЖЕЛЕЗОБЕТОНЕ

Физико-механические свойства бетона и арматуры

Железобетон — это составной материал, в котором бетон и стальная арматура совместно воспринимают действующие нагрузки и воздействия.

Бетон, как искусственный камень, хорошо работает на сжатие и значительно хуже сопротивляется растяжению. Прочность бетона на растяжение в 10—15 раз меньше прочности на сжатие.

Стальная арматура имеет высокую прочность при растяжении. Объединение бетона и арматуры в железобетоне основано на рациональном использовании свойств материалов: бетон воспринимает сжатие, арматура — растяжение.

Стальная арматура применяется также и в сжатых элементах, например, в колоннах, отчего их несущая способность увеличивается на 50% и более.

Для установки арматуры в железобетонной конструкции необходимо знать величину и направление растягивающих напряжений в бетоне. Когда напряжение в растянутой зоне бетона достигает предела прочности бетона на растяжение, образуются трещины (рис. 8.1а). В изгибаемой балке у ее нижней грани устанавливают продольную рабочую арматуру для восприятия растягивающих усилий от изгибающего момента (рис. 8.16). На приопорных участках должна быть поставлена поперечная (вертикальная или наклонная) арматура, пересекающая наклонную трещину и воспринимающая поперечную силу. В сжатой зоне бетона устанавливают монтажные арматурные стержни, служащие для образования арматурного каркаса. В процессе эксплуатации обеспечивается совместная работа арматуры с бетоном и необходимая долговечность железобетонных конструкций. Это достигается благодаря возникновению между затвердевшим бетоном и арматурой значительных сил сцепления, наличием защитного слоя бетона, защищающего арматуру от коррозии, и примерным равенством коэффициентов температурного расширения бетона и арматуры.

Железобетон был и остается основным конструкционным материалом в строительстве XXI в.

Бетон представляет собой неоднородный искусственный материал, в котором инертные заполнители (щебень, песок) скреплены в единый монолит с помощью цементного камня. Прочность бетона зависит от его состава, качества цемента и заполнителей, водоцементного отношения, характера напряженного состояния. Основными показателями качества бетона, устанавливаемыми при проектировании, являются класс бетона по прочности на сжатие, класс по прочности на осевое растяжение, марки по морозостойкости и водонепроницаемости.

Рис. 8.1. Железобетонная балка: а — схема образования трещин; б — армирование балки;

• 1 — вертикальная трещина; 2 — наклонная трещина; 3 — сжатая зона;
• 4 — растянутая зона; 5 — продольная рабочая арматура; 6 — поперечные стержни; 7 — стержни монтажной арматуры

Классом бетона по прочности на сжатие В называется временное сопротивление бетонного куба с ребром 150 мм, хранимого в стандартных условиях в возрасте 28 дней с гарантированной обеспеченностью, равной 0,95:

где R — средняя кубиковая прочность;

X — число стандартов; что составляет обеспеченность 0,95;

V_R — коэффициент вариации:

Для тяжелых бетонов на цементном вяжущем в нормах установлены классы бетона на сжатие в пределах

Класс бетона по прочности на осевое растяжение В представляет собой величину временного сопротивления осевому растяжению эталонных образцов, изготовленных и испытанных в соответствии с государственным стандартом. Его определяют по формуле, аналогичной (8.1) при коэффициенте вариации, равном 0,165, средней прочности бетона на растяжение и обеспеченностью 0,95. Прочность бетона на растяжение зависит от прочности цементного камня на растяжение и его сцепления с зернами заполнителя. Класс бетона по прочности на осевое растяжение устанавливают для конструкций, преимущественно

работающих на растяжение (резервуары, водонапорные трубы).

Призменную прочность получают по результатам испытаний на сжатие образцов-призм. Она равна примерно 0,72 -ь 0,75 от кубиковой прочности. Железобетонные конструкции по форме отличаются от кубов, поэтому в расчетах их несущей способности не может быть непосредственно использована кубиковая прочность. Основной характеристикой прочности бетона сжатых элементов является призменная прочность, на основе которой устанавливаются расчетные сопротивления бетона сжатию.

Выносливость бетона, т.е. его сопротивление воздействию многократно повторных нагрузок (железнодорожный подвижной состав, грузоподъемные краны, машины с неуравновешенными массами), снижается по сравнению со статической прочностью. В результате накопления повреждений структуры материала возможно усталостное разрушение таких конструкций, как пролетные строения мостов, подкрановые балки, железобетонные шпалы.

Марки по морозостойкости (/50 ч- /’1000) характеризуют количество циклов замораживания и оттаивания, которые выдерживает бетон в насыщенном водой состоянии при снижении прочности не более чем на 5%.

Марки по водонепроницаемости (W2 + 1У20) назначают для конструкции, к которым предъявляются требования непроницаемости. Они характеризуют давление воды, при котором еще не наблюдается ее просачивание через испытуемый стандартный образец.

Деформативность бетона определяется его физико-механическими свойствами. Бетон является упругопластическим материалом, т.е. после снятия нагрузки в нем возникают остаточные деформации. Различают объемные и силовые деформации: объемные развиваются во всех направлениях вследствие усадки, колебания температуры и влажности воздуха; силовые деформации проявляются главным образом вдоль направления действия сил от кратковременных, длительно действующих и многократно повторных нагрузок.

При однократном приложении кратковременной нагрузки полная относительная деформация бетона с_ь при сжатии равна сумме упругой ?_е1 и неупругой пластической ^деформации (рис. 8.2).

Основными деформационными характеристиками являются значения:

— предельных относительных деформаций бетона при осевом сжатии с_Ьп и осевом растяжении ?_Ып; при непродолжительном действии нагрузки при продолжительном действии

нагрузки они принимаются согласно своду правил СП 63.13330.2012

Рис. 8.2. Диаграмма зависимости между напряжениями и деформациями в бетоне при кратковременном загружении:

1 — при разгрузке; 2 — при нагружении; 3 — зона упругих деформаций; 4 — зона пластических деформаций

в пределах в зависимости от относительной влажности воздуха окружающей среды;

— начального модуля упругости Е_в

— характеристики (коэффициента) ползучести ф_в,_Сг значения коэффициента ползучести принимаются согласно своду правил СП 63.13330.2012 (рв,_сг = 1,0. 5,6 в зависимости от класса бетона на сжатие и относительной влажности воздуха.

Характеристикой ползучести бетона называется отношение его неупругих пластических деформаций к упругим;

— коэффициента поперечной деформации бетона (коэффициента Пуассона) v_ep = 0,2;

— коэффициента линейной температурной деформации бетона

При продолжительном действии нагрузки значение начального модуля деформации бетона определяется по формуле:

Для бетона характерно протекание с течением времени процессов ползучести и усадки.

Ползучесть — свойство бетона увеличивать неупругие деформации при длительном действии нагрузки. Деформации ползучести могут в 3—5 раз превышать упругие деформации.

Усадкой бетона называют уменьшение его объема при твердении в воздушной среде. Деформации ?_sh, вызванные усадкой бетона, изменяются в широких пределах и для тяжелых бетонов ?_sh — (0,2 — 0,4) хЮЛ Ползучесть и усадка оказывают существенное влияние на напряженное состояние эксплуатационных конструкций, вызывая перераспределение усилий в конструкции и образование трещин.

Арматура в железобетонных конструкциях применяется главным образом в виде стальных стержней и стальной проволоки, но возможно применение и стеклопластиковой арматуры. Арматурные стержни могут быть гладкими или периодического профиля (с выступами), что повышает сцепление арматуры с бетоном.

По своим механическим свойствам арматурные стали подразделяются на мягкие, имеющие ярко выраженную площадку текучести, упрочненные и твердые стали, которые деформируются вплоть до разрушения без значительных пластических деформаций. Упрочненные стали по характеристикам прочности и деформаций занимают промежуточное значение между твердыми и мягкими сталями.

Для железобетонных конструкций применяют следующие виды арматуры:

• • горячекатаную гладкую и периодического профиля с постоянной и переменной высотой выступов диаметром 6—50 мм. Постоянную высоту выступов имеет арматура периодического профиля с кольцевидными выступами, переменную — арматура с серповидным периодическим профилем (рис. 8.3);
• • термомеханически упрочненную периодического профиля с постоянной и переменной высотой выступов диаметром 6—50 мм;
• • механически упрочненную в холодном состоянии (холодноде- формированная) периодического профиля или гладкая диаметром 3—16 мм;
• • арматурные канаты диаметром 6— 18 мм.

Рис. 8.3. Периодический профиль арматурных стержней: а — кольцевой; б — серповидный; a, b,h,t— параметры выступов

В арматуре с серповидным периодическим профилем поперечные ребра не пересекаются с продольными и за счет этого снижается концентрация напряжений, прочность стали увеличивается на 4—7%, предел выносливости — почти вдвое.

Основным нормируемым и контролируемым показателем качества стальной арматуры является класс арматуры по прочности на растяжение и обозначаемый:

А — горячекатаной и термомеханически упрочненной арматуры;

В — для холоднодеформированной арматуры;

К — для арматурных канатов.

Классы арматуры А, В, К отвечают гарантированному значению предела текучести (физического или условного) в МПа (с округлением) с обеспеченностью 0,95. Классы арматуры в железобетонных конструкциях принимают в пределах от А240 до А1000, от В500 до В 1600, от К1400 до К1700.

1.Сущность железобетона

Железобетон состоит из бетона и стальной арматуры. Может быть и другой тип армирования, например, полимерные волокна различного состава, углепластик.

Поскольку бетон хорошо работает на сжатие и в 10 и более раз хуже работает на растяжение, арматура в железобетонных конструкциях, в обязательном порядке располагается там, где возникают растягивающие напряжения.

Неармированная балка, загруженная распределенной нагрузкой, разрушится при появлении первых трещин в растянутой зоне. При этом сжатая зона бетона будет использована только на 5-7%.

Армированная балка при появлении трещин не разрушится, поскольку растягивающие усилия будут восприниматься арматурой, и она несет во много раз большую нагрузку, чем бетонная.

Арматуру располагают так же в сжатых зонах изгибаемых, внецентренно и центрально сжатых элементах, что существенно повышает их несущую способность, поскольку расчетное сопротивление стали на много превышает прочность бетона.

Железобетон стал возможен и получил широкое распространение благодаря благоприятному сочетанию физико-механических свойств бетона и стальной арматуры:

1-при твердении между бетоном и арматурой возникают значительные

силы сцепления, что обеспечивает их совместную работу;

2-плотный бетон хорошо защищает арматуру от внешних воздействий;

3-близкое значение коэффициента температурного расширения в пределах до _bt= 1х10 -5 o C -1 .

Положительные свойства железобетона:

1 – прочность и долговечность;

3 -стойкость к атмосферным воздействиям;

4 — высокая сопротивляемость статическим и динамическим воздействиям;

5 — малые эксплуатационные расходы;

6 – доступность в исходных материалах по использованию практически во всех регионах страны;

7 — невысокая стоимость.

1 — большая плотность;

2 — высокая звуко- и теплопроводность;

3 — трудоемкость переделок и усилений;

4 — необходимость выдержки для приобретения прочности;

5 – низкая трещиностойкость при силовых и не силовых воздействиях – усадка, температурные деформации и т.д.

По способу изготовления различают ж/бетонные конструкции монолитные, сборные и сборно-монолитные.

Монолитные конструкции — изготовляются непосредственно на строительной площадке, т.е. в специально приготовленную опалубку устанавливается арматура и затем заливается бетон.

Преимущество монолитных конструкций – малые сечения, высокая прочность, экономный расход материалов, эстетически более привлекательны.

Отрицательные свойства – трудоемкость изготовления, в зимний период – соблюдения необходимого тепловлажностного режима, например, прогрев, большой расход материалов на опалубку и подмости.

Сборный железобетон – конструкции в большинстве своем унифицированы, изготавливаются на заводах и доставляются на стройплощадку.

Преимущества – технологичность изготовления, независимость от времени года, рациональные конструктивные формы, низкая трудоемкость монтажных работ, отсутствие опалубки, высокое качество, преимущественные условия для создания предварительного напряжения.

Недостатки – больший расход материалов по сравнению с монолитным бетоном, необходимость расходов материалов по стыкованию сборных элементов, жесткие требования по унификации, более низкая эстетическая привлекательность, транспортные расходы, обязательные выполнения части работ по омоноличиванию и т.д.

Сборно-монолитные конструкции – комбинированная система; сначала укладываются сборные конструкции, являющиеся опалубкой, а затем сборные элементы обетонируются.

Преимущества – отказ от опалубки и ускорение при производстве работ, большая гибкость в достижении оптимальных форм по сравнению со сборным железобетоном, широкие возможности в достижении требуемой несущей способности.

Недостатки – доставка кроме сборных конструкций и монолитного бетона, усложняется технология производства работ.

Железобетон является основным материалом для современного индустриального строительства. Из него возводятся все виды зданий и сооружений — промышленные и жилые, одноэтажные и многоэтажные здания, общественные здания различного назначения, тонкостенные покрытия промышленных и общественных зданий больших пролетов, инженерные сооружения – силосы, бункера, резервуары, дымовые трубы, тоннели метрополитенов, мосты, гидроэлектростанции, защитные оболочки АЭС, ирригационные конструкции и т.д.

ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

В результате изучения данной главы студент должен:

знать

• • ключевые понятия и определения, относящиеся к физико-механическим свойствам конструкционных строительных материалов;
• • возможности современных конструкционных строительных материалов;
• • достоинства и недостатки основных строительных конструкционных материалов;

уметь

• • выбирать соответствующие строительные конструкции для проектирования и возведения зданий и сооружений различного назначения;
• • использовать в реальном проектировании знание физико-механических свойств конструкционных материалов строительных конструкций;
• • обследовать состояние сооружений и конструкций;

владеть

• • навыками контроля качества строительных конструкций различных типов;
• • информацией об основных физико-механических свойствах каменных, бетонных, железобетонных, деревянных и пластмассовых материалов.

Физико-механические характеристики, используемые для оценки материалов

Любая строительная конструкция, как и все сооружение или здание в целом, должна быть рассчитана на прочность, жесткость и устойчивость, что невозможно сделать, если неизвестны упругие (физические) и механические характеристики материала конструкции. Эти характеристики определяются только экспериментальными методами и приводятся в соответствующих таблицах в справочниках, СНИПах и других нормативных документах.

Величины Е – модуль продольной упругости материала (модуль Юнга), G – модуль сдвига и v – коэффициент Пуассона (коэффициент поперечной деформации) называют упругими постоянными или упругими характеристиками материалов. Е и G имеют размерность напряжения (Па). Эти три упругие характеристики определяют основные физические свойства конструкционных материалов. Физические свойства – это свойства материала, зависящие от внутреннего строения вещества, его атомно-электронной структуры. К физическим характеристикам, помимо уже указанных E, G и V, относят также плотность, тепло- и электропроводность, коэффициент температурного линейного расширения, теплоемкость, температуру плавления.

Конструкционные строительные материалы включают в себя множество различных материалов, применяемых для изготовления деталей конструкций, зданий, мостов, дорог, а также других бесчисленных сооружений и технических изделий. Возможность создания какой-либо конструкции и ее работоспособность зависят от наличия материалов с подходящими физико-механическими свойствами. В распоряжении конструктора имеется широкий спектр материалов: чугуны, стали, сплавы цветных металлов, керамические, каменные материалы, бетон, железобетон, стекло, древесина, полимеры и т.д.

Модуль продольной упругости материала Е и коэффициент Пуассона V определяются экспериментальным путем с использованием формул

где N – нормальная сила в центрально-растянутом образце; l – длина образца; Δl – абсолютное удлинение образца; А – площадь поперечного сечения образца до деформации; ztr – относительная поперечная деформация; ε = Δl/l – относительная продольная деформация. Модуль сдвига G может быть вычислен по формуле

Постоянные E, G, ν и плотность р для некоторых конструкционных материалов приведены в табл. 2.1. При нагреве материала модуль продольной упругости уменьшается, а коэффициент Пуассона увеличивается.

Плотность материала – степень заполнения объема материала твердым веществом, из которого состоит данный материал. Плотность выражается отношением объемного веса к удельному весу.

Основные механические характеристики конструкционных материалов также определяются экспериментальным путем. Для пластических материалов это σpr – предел пропорциональности, σу – предел текучести, σut – предел прочности; для хрупких материа-

Плотность, модуль упругости, модуль сдвига и коэффициент Пуассона некоторых материалов

Плотность r, кг/м3

Модули упругости Е, Eb, E0, МПа

Модуль сдвига G, МПа

Коэффициент Пуассона v

Бетон тяжелый естественного твердения класса:

из глиняного кирпича

лов – это – предел прочности на растяжение, – предел прочности на сжатие. Предел текучести (физический) – это напряжение, при котором деформации растут без заметного увеличения нагрузки. Некоторые материалы не имеют четкой площадки текучести. Для них используется условный предел текучести: напряжение, при котором остаточное удлинение образца достигает В табл. 2.2 приведены ориентировочные значения прочностных характеристик для некоторых конструкционных материалов.

Пластичность – свойство материала получать значительные остаточные деформации, не разрушаясь. Хрупкость – свойство материала разрушаться при незначительных остаточных деформациях.

Прочностные характеристики конструкционных материалов

текучести σу, МПа

Предел прочности, МПа

Сосна вдоль волокон

Сосна поперек волокон

Помимо указанных выше основных физико-механических свойств строительных материалов, часто необходимо также знать дополнительные свойства материалов, особенно хрупких.

Водопоглощение материала В – свойство материалов впитывать и удерживать в себе воду. Характеризуется степенью заполнения объема материала водой, т.е. отношением в процентах веса воды, поглощенной в установленный срок полностью погруженным в воду образцом при атмосферном давлении, к весу образца, высушенного до постоянного веса (при температуре 110°С). Водопоглощение определяется по разности между весом материала, насыщенного водой, и весом G сухого образца:

Влажность материала – это весовое содержание воды в материале в процентах.

Водопроницаемость материала – способность материалов пропускать воду иод давлением. Величина водопроницаемости измеряется количеством воды, прошедшим через 1 см2 образца материала в течение 1 ч при постоянном давлении. Особо плотные материалы (битум, стекло, сталь) или материалы с замкнутыми мелкими порами (толстый слой бетона специального состава) практически водонепроницаемы.

Морозостойкость материала – способность насыщенного водой материала или изделия выдерживать многократное попеременное замораживание в воздушной среде и оттаивание в воде без заметных признаков разрушения и значительного снижения прочности (не более 20–25%). От морозостойкости зависит долговечность строительных материалов и сооружений из них.

Теплопроводность материала – свойство материала передавать через свою толщу от одной поверхности к другой тепловой поток при наличии разности температур на ограничивающих его поверхностях. Показателем теплопроводности материала является коэффициент теплопроводности – величина, равная количеству тепла (в ккал), которое проходит в течение 1 ч через слой материала толщиной 1 м и площадью 1 м2, ограниченного параллельными плоскостями, при разности температур противоположных плоскостей 1°С.

Огнестойкость материала – способность материала выдерживать без разрушения действие высоких температур и воды в условиях пожара. По степени огнестойкости строительные материалы делятся на три категории: несгораемые материалы (гранит, бетон, кирпич, сталь); трудносгораемые материалы (фибролит, асфальтовый бетон); сгораемые материалы, которые под действием огня воспламеняются, горят открытым пламенем и продолжают гореть или тлеть после удаления источника огня (органические материалы).

Твердость материала – способность материала сопротивляться прониканию в него другого, более твердого материала. Твердость материалов не всегда соответствует их прочности. Так, древесина многих пород имеет высокую прочность при растяжении и сжатии, но твердость ее очень мала (мягкий материал). Твердость металлов, древесины и бетона определяется вдавливанием в них под постоянной нагрузкой стального шарика; диаметр отпечатка шарика и служит показателем твердости.

Истираемость материала выражается величиной потери первоначального веса, отнесенной к 1 см2 площади истирания. Истираемость зависит от твердости материала. Это свойство важно для материалов, применяемых для устройства полов, ступеней, тротуаров, дорог.

Бетон. Виды, классы и марки, свойства

Наиболее распространенный бетон на цементном вяжущем представляет собой сложный и неоднородный материал, в котором представлены: цементная матрица (камень), состоящая из упругого кристаллического сростка и пластичного геля, соотношение между которыми меняется во времени в пользу кристаллического сростка; крупный и мелкий заполнитель; множество пустот и капилляров в цементном камне, заполненных непрореагировавшей водой или воздухом. Как конструкционный материал бетон должен иметь нужную прочность, хорошее сцепление с арматурой, плотность и водонепроницаемость, в том числе для защиты арматуры от коррозии; морозостойкость при многократном замораживании и оттаивании; жаростойкость при воздействии высоких температур; коррозионную стойкость при агрессивных воздействиях, и пр. Для получения конструкционного бетона применяют цементы, крупный и мелкий заполнитель, регулируют жесткость смеси, используют добавки, обеспечивающие удобоукладываемость, морозостойкость, и пр. По важнейшим признакам бетоны делят на виды:

1. По структуре бетоны могут быть плотной структуры, у которых пространство между зернами заполнителя полностью заполнено затвердевшим вяжущим; крупнопористые малопесчаные и беспесчаные; пори-зованные (с заполнителями и искусственной пористостью затвердевшего вяжущего); ячеистые с искусственно созданными порами;

2. По плотности бетоны делят на особо тяжелые (> 2500 кг/м3); тяжелые (> 2200 . 1800 . 800 . 95 должны обладать прочностью > В).

Для железобетонных конструкций применяют тяжелые бетоны классов по прочности на сжатие (класс бетона определяют статическими испытаниями на сжатие кубов с гранью 15 см): В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60; В70; В80; В90; В100; классов по прочности на осевое растяжение (класс определяют статическими испытаниями на растяжение, раскалывание, изгиб образцов в форме «восьмерок», цилиндров, балок): Вt 0,8; Вt 1,2; Вt 1,6; Вt 2,0; Вt 2,4; Вt 2,8; Вt 3,2; Вt 3,6; Вt 1,0; марок по морозостойкости (марку определяют испытаниями на попеременное замораживание и оттаивание, она соответствует числу циклов, при котором не меняются физико-механические характеристики бетона): F50; F75; F100; F150; F200; F300; F400; F500; марок по водонепроницаемости (ее определяют на цилиндрических образцах, к которым с одной стороны приложено давление воды; марка соответствует давлению в атмосферах, при котором на противоположном торце образца не наблюдается капель воды): W2; W4; W6; W8; W10; W12; W14; W16; W18; W20; марок по средней плотности D500; D600; D700; D800; D900; D1000; Dl 100; D1200; D1300; D1400; D1500; D1600; D1700; D1800; D1900; D2000; марок по самона-пряжению Sp 0,6; Sp 0,8; Sp 1; Sp 1,2; Sp 1,5; Sp 2; Sp 3; Sp 4. Классы по прочности на сжатие В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10; В 12,5 для мелкозернистого, легкого, ячеистого и поризованного бетонов, не рекомендуются для железобетонных конструкций; для них рекомендуется класс бетона по прочности на сжатие не ниже В15, поэтому в тексте и в приведенных ниже таблицах отсутствуют показатели бетонов классов ниже В15.

При проектировании назначают проектный возраст бетона, отвечающий его классу по прочности на сжатие и осевое растяжение, исходя из предполагаемых сроков загружения конструкций проектными нагрузками. При отсутствии этих данных класс бетона устанавливают в возрасте 28 сут. Величину отпускной прочности бетона в элементах сборных конструкций назначают в соответствии с ГОСТ 13015.0 и стандартами на конструкции конкретных видов. Класс бетона по прочности на сжатие В назначают для всех видов бетонов и конструкций. Класс бетона по прочности на осевое растяжение Bt назначают в случаях, когда эта характеристика имеет основное значение в работе конструкции и ее контролируют на производстве. Марку бетона по морозостойкости F назначают для конструкций, подвергающихся воздействию переменного замораживания и оттаивания. Марку бетона по водонепроницаемости W назначают для конструкций, к которым предъявляют требования по ограничению водопроницаемости. Марку бетона по самонапряжению назначают для само-напряженных конструкций, когда эту характеристику учитывают в расчете и контролируют на производстве. Для железобетонных конструкций предусматривают бетоны классов и марок, приведенных в табл. 2.1. 2.6. Значения сопротивлений приведены для ячеистого бетона средней влажностью 10%. Для мелкозернистого бетона на песке с модулем крупности 2,0 и менее, а также для легкого бетона на мелком пористом заполнителе значения расчетных сопротивлений R , Rbt,ser принимают с умножением на коэффициент 0,8. Для поризованного бетона, а также для керамзитоперлитобетона на вспученном перлитовом песке значения расчетных сопротивлений Rbt,n, Rbt,ser принимают как для легкого бетона с умножением Rbt,n, Rbt,ser на коэффициент 0,7. Для напрягающего бетона значения Rbt,n, Rbt,ser принимают с умножением на коэффициент 1,2.

где уb — коэффициент надежности по бетону при сжатии, принимаемый 1,3 (первая группа); 1,0 — для предельных состояний по эксплуатационной пригодности (вторая группа); уbt — коэффициент надежности по бетону при растяжении, принимаемый равным 1,5 — для предельных состояний по несущей способности при назначении класса бетона по прочности на сжатие; 1,3 — для предельных состояний по несущей способности при назначении класса бетона по прочности на осевое растяжение; 1,0 — для предельных состояний по эксплуатационной пригодности.

В необходимых случаях расчетные значения прочностных характеристик бетона умножают на коэффициенты условий работы уbi, учитывающие особенности работы бетона в конструкции (характер нагрузки, условия окружающей среды и т.д.):

а) у = 0,9, вводимый для бетонных и железобетонных конструкций к расчетным значениям сопротивлений Rb, Rbt и учитывающий влияние длительности действия статической нагрузки: у =1,0 при кратковременном действии нагрузки; у = 0,9 при продолжительном (длительном) действии нагрузки;

б) уb2 = 0,9 для бетонных конструкций, вводимый к расчетным значениям сопротивления Rb и учитывающий характер разрушения таких конструкций;

в) уb3 = 0,85 для бетонных и железобетонных конструкций, бетонируемых в вертикальном положении, вводимый к расчетному значению Rb;

г) уb4 — для ячеистых бетонов, вводимый к расчетному значению сопротивления бетона Rb:

Yb4 = 1,00 — при влажности ячеистого бетона 10 % и менее;

Yb4 = 0,85 — при влажности ячеистого бетона более 25 %; по интерполяции — при влажности ячеистого бетона свыше 10 % и менее 25 %;

д) влияние попеременного замораживания и оттаивания, а также отрицательных температур учитывают коэффициентом условий работы бетона уb5 Rbt,ser в бетоне образуются трещины. Они могут появиться только при сравнительно высоких процентах армирования. Наибольшие напряжения от усадки возникают вблизи контакта бетона с арматурой, при этом неравномерность напряжений может привести к образованию усадочных трещин при расстоянии между арматурными стержнями более 400 мм. Для исключения этого устанавливают противоусадочную арматуру, чтобы расстояние между любыми стержнями было не более 400 мм. В статически неопределимых конструкциях (плитных фундаментах, рамах и пр.) усадка бетона может вызвать дополнительные внутренние усилия, которые в ответственных случаях определяют методами строительной механики.

Набухание — это увеличение объема бетона при сильном увлажнении (например, в воде); оно связано с проникновением воды с поверхности бетона, поэтому объем наружных слоев увеличивается, в то время как внутренний объем остается в прежнем состоянии. Набухание бетона в воде намного быстрее усадки, потому что капиллярный подсос воды идет значительно быстрее, чем диффузия влаги при высыхании бетона. Значение линейного набухания составляет не более 0,05. 0,11 мм в год. Это вызывает в наружном слое бетона сжимающие напряжения, которые ввиду малой величины не учитываются при расчете конструкций. Продольное армирование железобетона влияет на деформации набухания так же, как на деформации усадки: в бетоне армированных элементов возникают начальные сжимающие напряжения, а в арматуре — растягивающие. Свободные деформации набухания бетона меньше деформаций усадки, поэтому напряжения в бетоне и арматуре железобетонных элементов от набухания намного ниже, чем от усадки.

Температурные деформации бетона связаны с коэффициентом линейной температурной деформации аbt — относительным удлинением или укорочением бетона при нагреве или охлаждении на 1°С (при изменении температуры в пределах -40. +50°С). Согласно нормам аbt = 0,00001 для тяжелого, мелкозернистого и легкого бетона при мелком плотном заполнителе; 0,000007 для легкого бетона при мелком пористом заполнителе; 0,000008 град-1 для ячеистого и поризованного бетонов. При понижении температуры бетона в процессе его твердения температурные напряжения суммируются с усадочными растягивающими напряжениями; суммарные температурно-усадочные напряжения ведут к трещинообразованию в не затвердевшем бетоне; это отрицательно влияет на прочностные характеристики бетонов, особенно при больших размерах конструкций. Для исключения этого нормами ограничиваются предельные размеры железобетонных сооружений без температурных швов. Расстояние между температурно-усадочными швами можно определить расчетом на температурно-влажностные воздействия.

При расчетах согласно СП значения начального модуля упругости бетона при сжатии и растяжении принимают по табл. 2.7. Для мелкозернистого бетона группы А, подвергнутого тепловой обработке или при атмосферном давлении, значения начальных модулей упругости бетона принимают с коэффициентом 0,89. Для легкого, ячеистого и поризованного бетонов при промежуточных значениях плотности бетона начальные модули упругости принимают по линейной интерполяции. Для ячеистого бетона неавтоклавного твердения значения Eb принимают как для бетона автоклавного твердения с умножением на коэффициент 0,8. Для напрягающего бетона значения Eb принимают как для тяжелого бетона с умножением на коэффициент а = 0,56 + 0,006 В.

Будь умным!

н строительный композиционный материал состоящи

Работа добавлена на сайт samzan.ru: 2015-12-26

1. «>Основные физико-механические свойства железобетона

Железобето́н — строительный композиционный материал , состоящий из бетона и стали. Запатентован в 1867 году Жозефом Монье как материал для изготовления кадок для растений.

;font-family:’Arial’;color:#000000″>К положительным качествам железобетонных конструкций относятся:

1. ;font-family:’Arial’;color:#000000″>невысокая цена — железобетонные конструкции значительно дешевле стальных;
2. ;font-family:’Arial’;color:#0b0080″>пожаростойкость ;font-family:’Arial’;color:#000000″> — в сравнении со сталью;
3. ;font-family:’Arial’;color:#000000″>технологичность — несложно при бетонировании получать любую форму конструкции;
4. ;font-family:’Arial’;color:#000000″>химическая и биологическая стойкость;
5. ;font-family:’Arial’;color:#000000″>высокая сопротивляемость статическим и динамическим нагрузкам.

;font-family:’Arial’;color:#000000″>К недостаткам железобетонных конструкций относятся:

1. ;font-family:’Arial’;color:#000000″>невысокая прочность при большой массе — прочность бетона при сжатии в среднем в 10 раз меньше прочности стали. В больших конструкциях железобетон «несёт» больше своей массы, чем ;font-family:’Arial’;color:#0b0080″>полезной нагрузки ;font-family:’Arial’;color:#000000″>.

;font-family:’Arial’;color:#000000″>Выделяют сборный железобетон (ж/б конструкции изготавливаются в заводских условиях, затем монтируются в готовое сооружение) и монолитный железобетон (бетонирование выполняется непосредственно на строительной площадке), а также сборно-монолитный (сборные конструкции используются как оставляемая опалубка — сочетаются преимущества монолитных и сборных конструкций).

«> Сущность железобетона. «> Бетон, как показывают опыты, хорошо сопротивляется сжатию и значительно хуже растяжению, поэтому включение стальной арматуры в растянутую зону элементов существенно повышает их несущую способность. Например, прочность железобетонной балки по сравнению бетонной (неармированной) балкой возрастают в 15-20 раз. Сталь имеет высокие сопротивление не только растяжению, но и сжатию и включение ее в бетон в виде арматуры сжатого элемента заметно повышает его несущую способность.

«>Области применения и способы возведения железобетонных конструкций.

«> Железобетон применяют в самых разнообразных отраслях строительства: промышленное, гражданское и сельскохозяйственное строительства; транспортное, энергетическое и гидромелиоративное строительство, а также горная промышленность.

«> По способу возведения различают: железобетонные конструкции «>сборные, «> «>изготовляемые преимущественно на заводах и затем монтируемые на строительных площадках «>; монолитные, «> «>полностью возводимые на месте строительства; «>сборно-монолитные «>, «> в которых рационально сочетается использование сборных железобетонных элементов заводского изготовления и монолитных частей конструкций. В последние время монолитный бетон с каждым годом получает все большее признание и производства конструкций и сооружений из такого бетона в значительной степени индустриализовано.

«>2.Расчет прочности нормальных сечений ж/б элементов

Узнать стоимость написания работы —>

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе

Что такое модуль упругости бетона?

При проектировании строительной конструкции стоит задача спрогнозировать ее поведение при заданных нагрузках и внешних условиях. Бетон воспринимает значительные усилия, поэтому важный этап расчета — определение деформаций и прогибов при статическом нагружении.

В расчете железобетонных конструкций по второй группе предельных состояний применяют физическую величину, называемую модулем упругости бетона, или модулем Юнга. Он характеризует свойства твердого вещества в зоне упругих деформаций.

1. Понятие модуля упругости
2. От чего зависит модуль упругости бетона?
3. Заполнители
4. Класс бетона
5. Температура и радиация
6. Влажность
7. Время приложения нагрузки
8. Условия набора прочности
9. Возраст бетона
10. Армирование конструкций
11. Способы определения
12. Механический способ
13. Ультразвуковой способ

Понятие модуля упругости

Все твердые тела при возрастании нагрузки подвержены деформациям. Причем сначала изменения носят обратимый характер, а их зависимость от приложенных усилий — линейная.

Тело восстанавливает размеры и форму после прекращения внешнего воздействия. Здесь применяется закон Гука, где абсолютное сжатие или удлинение прямо пропорционально приложенной силе с коэффициентом пропорциональности, равным модулю упругости.

С ростом нагрузки тело вступает в фазу необратимых изменений, где деформации носят неупругий пластичный характер. В этой зоне удлинение или сжатие образцов при испытаниях происходят без значительного увеличения внешней силы.

В дальнейшем бетонный образец реагирует на усилия нелинейно — деформации растут без увеличения нагрузки. Это — зона ползучести. Связи внутри материала разрушаются, конструкция теряет прочность.

В рыхлых непрочных смесях присутствует стадия псевдопластических деформаций, когда с уменьшением нагрузки изменения размеров нарастают. Появляются отслоения, трещины и другие деструкции тела бетона.

Последующее увеличение усилий растяжения или сжатия приводят к полному разрушению образца.

Линейная зависимость между напряжением и деформациями в фазе упругости выражается формулой:

где E — модуль упругости (Па);

ε_пред — относительная деформация, т.е. отношение абсолютного удлинения к начальному размеру (∆l/l₀).

Модуль упругости определяют опытным путем. При испытаниях строят диаграмму зависимости деформаций от усилий, прикладываемых к образцу. Тангенс угла кривизны на участке упругих изменений размеров и есть искомая величина. Значения для разных классов и марок бетона занесены в таблицы.

График зависимости деформаций от напряжений при постепенном загружении

Зная E и действующие усилия, рассчитывают упругие абсолютные деформации бетона в конструкции по формуле:

где σ — напряжение, равное отношению внешней силы к площади сжатой или растянутой зоны сечения (P/F).

Чем больше модуль упругости, тем меньшие деформации при нагрузках испытывает материал. Значения E варьируются от 19 до 40 МПа*10 -3 .

От чего зависит модуль упругости бетона?

Упругие свойства бетона зависят от факторов:

• качества и объемного содержания заполнителей;
• класса материала;
• температуры воздуха и интенсивности радиоактивного излучения;
• влажности среды;
• времени воздействия нагрузки;
• условий твердения смеси;
• возраста бетона;
• армирования.

Заполнители

Бетон представляет собой конгломерат из двух составляющих — цементного камня и заполнителей. В неоднородной структуре возникает сложное напряженное состояние. Более жесткие частицы воспринимают основную часть нагрузки, а вокруг пор и пустот образуются участки с поперечными растягивающими усилиями.

Крупный заполнитель, обладая высоким модулем Юнга, увеличивает упругие свойства бетона. Мелкие пылеватые частицы, поры и пустоты снижают их.

Класс бетона

Чем выше класс материала, т.е. больше его прочность на сжатие и плотность, тем лучше он сопротивляется деформирующим нагрузкам. Наиболее высоким модулем упругости обладает бетон В60 — 39,5 МПа*10 -3 , минимальный показатель у композита класса В10- 19 МПа*10 -3 .

Температура и радиация

Повышение температуры окружающей среды, интенсивности солнечной радиации приводят к уменьшению упругих свойств и росту деформаций. Связано это с увеличением внутренней энергии бетона, изменению траекторий движения молекул в твердом теле, линейному расширению материала, и, как следствию, усилению пластичности.

Разницу не учитывают при колебаниях в пределах 20°С. Большие температурные изменения существенно влияют на деформацию бетонных конструкций. В таблице СП 63.13330.2012 указаны величины модулей упругости в зависимости от температуры.

Влажность

Колебания влажности воздуха приводят к изменению упругих свойств материала. В расчетах применяют коэффициент ползучести φ. Чем больше содержание водяных паров в окружающей среде, тем ниже показатель и соответственно меньше пластические деформации конструкции.

Примечание: Относительную влажность воздуха принимают по СП 131.13330.2012 как среднемесячную влажность самого теплого месяца года в регионе строительства.

Время приложения нагрузки

Модуль упругости зависит от времени действия нагрузки. При мгновенном нагружении конструкции деформации пропорциональны величине внешних сил. При длительных напряжениях величина E уменьшается, изменения развиваются по нелинейной зависимости и суммируются из упругих и пластичных деформаций.

Условия набора прочности

При проведении испытаний замечено, что у бетона естественного твердения модуль упругости выше, чем при обработке материала пропариванием при атмосферном давлении или в автоклавных установках.

Это объясняется тем, что изменение условий набора прочности приводит к образованию большего количества пор и пустот из-за неравномерного температурного расширения объема, ухудшения качества гидратации цементных зерен. Такой бетон обладает более низкими упругими свойствами по сравнению с затвердевшим в нормальных условиях.

Возраст бетона

Свежеуложенный бетон набирает прочность в течение 28 суток. Но даже по истечении этого времени материал при нагрузке обладает одновременно упругими и пластическими свойствами. Наибольшей твердости он достигает примерно через 200-250 суток. Показатель E в этом возрасте максимальный, соответствующий марочной прочности.

Армирование конструкций

Для восприятия растягивающих и сжимающих усилий в железобетон помещают каркасы или сетки из арматуры классов АI, AIII, А500С, Ат800, а также из композитов или древесины.

Применение армирования увеличивает упругость, прочность конструкции на сжатие и на растяжение при изгибе, препятствует образованию усадочных и деформационных трещин.

Способы определения

Модуль упругости бетона определяют:

• механическим испытанием образцов;
• неразрушающим ультразвуковым методом, основанным на сравнении скорости распространения волн в существующей конструкции и испытанном образце с заданными характеристиками.

Механический способ

Исследование первым методом проводят согласно ГОСТ 24452-80. Изготавливают образцы с сечением в виде квадрата или круга с соотношением высоты к диаметру (ширине), равным 4.

Образцы сериями по три штуки выбуривают, высверливают или выпиливают из готовых изделий, либо набивают формы согласно ГОСТ 10180-78. До начала испытаний призмы или цилиндры выдерживают под влажной тканью.

Для определения модуля упругости бетона используют прессы со специальными базами для измерения деформаций. Они состоят из приборов, расположенных под разными углами к граням образца. Индикаторы крепят к стальным рамкам или приклеенным опорным вставкам.

Если испытания проводят для конструкций, работающих при повышенной влажности или высокой температуре, выполняют специальную подготовку по ГОСТ 24452-80.

Испытания проводят по схеме:

1. Образцы с индикаторами помещают под пресс, совмещая ось заготовки с центром плиты оборудования. Величину разрушающей нагрузки назначают, исходя из марочной прочности бетона.
2. Нагрузку увеличивают постепенно, ступенями по 10% от разрушающей. Выдерживают интервалы 4-5 минут.
3. Доводят усилие до 40-45% от максимального. Если программа не предусматривает другие требования, приборы снимают. Дальнейшее нагружение проводят с постоянной скоростью.
4. Производят обработку результатов для каждого образца при нагрузке, равной 30% от разрушающей. Все данные заносят в журнал испытаний.

На основе исследований можно судить о начальном модуле упругости бетона. Эта величина характеризует свойства материала при нагрузке, в пределах которой в образцах возникают обратимые изменения. Показатель обозначается как E_b, его значение для каждого класса бетона внесено в таблицы строительных норм и маркировку изделий.

Так, модуль упругости бетона В15 естественного твердения составляет 23, а подвергнутого тепловой обработке 25 МПа*10 -3 .

Величина модуля упругости бетона для классов В20, В25, В30, В35 и В40 равна 27, 30, 32,5, 34,5 и 36 МПа*10 -3 . В пропаренных конструкциях она соответствует 24,5, 27, 29, 31 и 32,5 МПа*10 -3 .

Ультразвуковой способ

Применяется для исследования конструкций без их локального разрушения. При повышенной влажности такой метод определяет модуль упругости с погрешностью 15-75%, так как скорость распространения ультразвуковых колебаний в водной среде возрастает.

Чтобы избежать ошибок при измерениях, разработан метод определения модуля Юнга с учетом влажности бетона. Он основан на опытных испытаниях серий образцов с различной водонасыщенностью.

Нормативные и расчетные значения сопротивления бетона получают, используя корректирующие коэффициенты с учетом условий работы конструкции. Методика расчета описана в СП 63.13330.2012.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕТОННОЙ СМЕСИ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕТОНОВ С МК

Полученные данные о влиянии микрокремнезема на свойства цементного теста, бетонной смеси и бетона показали реальную возможность экономии цемента до 40%. Однако высокая дисперсность МК предопределяет повышенную водопотребность смеси, что влечет за собой ухудшение структурно-механических свойств цементного камня и прочностных характеристик бетона. Негативное влияние избыточного количества воды проявляется при дозировке МК выше 15% общей массы вяжущего при соответствующем увеличении водопотребной бетонной смеси более чем на 25%.

По данным Селлеволда на каждый килограмм МК в составе бетонной смеси необходимо введение одного литра воды. Обязательным компонентом, необходимым для компенсации возросшей в результате использования МК водопотребности, является суперпластификатор. Исследование СП С-3 как водоредуцирующего компонента показывает, что его введение в смесь позволяет существенно снизить ее водопотребность и повысить прочность бетона до 35% несмотря на сокращение доли цемента в общей массе вяжущего на 40% (рис. 9). Основные свойства бетонных смесей и бетонов с МК, выявленные в процессе проведения многочисленных опытов, приведены ниже на примере испытаний наиболее характерных образцов (табл. 7).

Рис. 9. — Изменение прочности бетона в зависимости от количества

замещенного микрокремнеземом цемента. 1 — бетон без

суперпластификатора; 2 — то же с суперпластификатором

Следует отметить, что бетонные смеси с ультрадисперсным активным наполнителем обладают лучшей удобоукладываемостью, чем обычные смеси такой же подвижности. Тиксотропные свойства таких смесей наглядно проявляются с увеличением дозировки МК, что с успехом может быть использовано для отработки высокопроизводительных процессов формования конструкций, например, с немедленным распалубливанием.

Кинетика твердения бетонов с МК в нормальных условиях характеризуется интенсивным нарастанием прочности в интервале от 7 до 20 сут. Очевидно, это связано с тем, что именно в этот период в процессе фазовых превращений в портландцементном камне выделяется основная масса гидроксида кальция, которая связывается с основным компонентом МК — ультрадисперсным кремнеземом аморфной модификации, образуя низкоосновные гидросиликаты кальция мелкокристаллической формы типа C-S-H.

При твердении в условиях ТВО на прочность бетона существенно влияет температурный режим: с повышением температуры изотермического прогрева прочность возрастает и сразу после тепловлажностной обработки может достигать 90% марочной, что объясняется повышением реакционной способности двуокиси кремния с увеличением температуры щелочной среды.

Табл. 7. — Свойства бетонных смесей и бетонов при использовании МК в присутствии суперпластификатора С-3

Состав смеси, кг/м3

Прочность на сжатие, МПа/%, после

Относительный расход цемента, % общей массы вяжущего

28 сут. нормального хранения

• 1. Образцы 1-7 приготовлены на портландцементе марки 400 Усть-Каменогорского завода, образцы 8 и 9 — на шлакопортландцементе марки 400 Карагандинского завода.
• 2. Режим ТВО 2+3+5+2 ч при температуре 90°С

Бетонные смеси, содержащие МК, менее подвержены расслоению, особенно в присутствии суперпластификатора. По данным Ташибана бетонные смеси с МК, имеющие водовяжущее отношение 0,25 и подвижность 230 мм, показали такую же устойчивость к расслоению, как не содержащие МК бетоны с водовяжущим отношением 0,55 и подвижностью 85 мм. Однако при применении долговременной вибрации бетоны могут расслаиваться даже при наличии МК, в особенности при большой подвижности.

Так как МК существенно сокращает водоотделение, возрастает риск возникновения пластической усадки, который усиливается при ускорении испарения воды. Обусловленный этим процесс образования трещин может начаться сразу после формования изделий и продолжаться вплоть до начала схватывания бетонной смеси. Джонсон и Селлеволд установили, что подобное растрескивание достигает критического предела перед началом схватывания бетонной смеси.

Для уменьшения растрескивания при пластической усадке необходимо использовать различные покрытия бетона, предотвращающие быстрое испарение воды.

Каретте и Мальхотра, а также Оккенхауг отмечают, что для достижения требуемого воздухововлечения бетонных смесей с МК необходима повышенная дозировка модификаторов воздухововлекающего действия, которая, однако, может быть снижена при использовании суперпластификатора. Айтин и Везина обращают внимание на возможность потери вовлеченного воздуха в процессе приготовления и укладки бетонной смеси. По их данным бетонные смеси с МК и СП характеризуются удлиненными сроками схватывания в сравнении с бетонными смесями без них.

Ярен показал, что существует оптимальное содержание МК в составе смешанного вяжущего для достижения максимальной прочности. Суперпластификаторы, используемые в сочетании с микрокремнеземом для снижения количества воды затворения, позволяют увеличить прочность и долговечность бетонов с МК.

Прирост прочности на сжатие, обусловленный заменой части цемента на МК, зависит от возраста бетона, а также от расхода цемента, микрокремнезема и водовяжущего отношения. Мальхотра приводит данные о том, что МК, введенный в состав бетона в количестве 5, 10 и 15% массы цемента при водовяжущем отношении 0,6, не вызвал значительного повышения прочности на сжатие ранее, чем в возрасте 3 сут. Однако было отмечено, что прочность в возрасте до 3 сут увеличивается для таких бетонов при водовяжущем отношении 0,4. Бентур и Голдшен и считают, что повышение прочности бетона за счет введения МК имеет место не ранее, чем по истечении 1 сут твердения.

Холланд и Гьорв исследовали соотношение между прочностью на растяжение и прочностью на сжатие бетонов с МК в различные сроки твердения. Результаты позволили предположить, что это соотношение свойственно и бетонам без МК. Аналогичные данные были получены Холландом для бетонов, содержащих 5. 10% МК и суперпластификатор.

Де Ларрард отмечает, что с увеличением прочности уменьшается трещинообразование при высушивании и может совсем отсутствовать при содержании МК в составе вяжущего в количестве более 7%. Устойчивость к трещинообразованию при высушивании бетонов объясняется их высокой прочностью на растяжение.

Вольсейфер исследовал трещинообразование высокопрочных бетонов, содержащих МК. Было установлено, что в течение 4 месяцев твердения бетоны, содержащие МК, имели меньшие деформации трещинообразования, чем бетоны без МК.

Ташибана отмечает, что трещиностойкость высокопрочных бетонов с МК ниже, чем бетонов без МК при водовяжущем отношении 0,22. 0,28 и содержании МК в составе вяжущего в количестве 10%, и составляет 0,42.

Было изучено положительное воздействие МК на усадку при высушивании. Исследуемые бетонные смеси содержали 0;10 и 20% МК в составе вяжущего. Авторы приводят данные о том, что в течение 4 месяцев испытаний бетоны с МК при водовяжущем отношении больше 0,6 имеют такую же усадку при высушивании, как и бетоны без МК. Бетоны с МК при водовяжущем отношении менее 0,6 имеют меньшее значение усадки при высушивании.

Влияние МК на усадку при высушивании зависит от начального периода твердения. Вольсейфер [91] определял усадку высокопрочных (более 100 МПа) бетонов с МК и без него. Результаты исследований показывают, что большая усадка присуща бетонам, содержащим МК и твердевшим во влажных условиях в течение одних суток; при твердении свыше 14 сут усадка уменьшается.

Ташибана исследовал процесс усадки при высушивании бетонов, содержащих в составе вяжущего 10% МК при водовяжущем отношении 0,22. 0,28, в течение 1 года. Для бетонов с МК усадка составляла от 540*10 -6 . 610*10 -6 в сравнении со значением 930*10 -6 для бетонов без МК. Каретте и Мальхотра [53] приводят данные о том, что бетоны, содержащие в составе вяжущего 0. 15% МК и СП, при водовяжущем отношении 0,4 имеют равные значения усадки после 420 сут высушивания.

Была дана оценка эффективности применения микрокремнезема в зависимости от вида водоредуцирующих компонентов и их количества в составе бетона. Исследования проводили на бетоне с использованием микрокремнезема, модификаторами служили пластификатор ЛСТ и суперпластификаторы С-3 и МФ-АР.

Из рис. 10 видны тенденции повышения (до определенного предела) прочности бетонов одинакового состава с увеличением количества пластификаторов и снижение ее с дальнейшим ростом дозировок. Изменение прочности, зависящее от вида пластификаторов, характерно как для образцов, подвергавшихся ТВО, так и твердевших в нормальных условиях.

В проведенных экспериментах прочность бетона максимально увеличивается при введении ЛСТ в количестве 0,5% массы вяжущего. При этой дозировке прирост прочности достигает 13%, но бетонные смеси имеют недостаточную подвижность (ОК=0). Сравнительно удобоукладываемые смеси (ОК>3 см) можно получить при введении ЛСТ более 1%, однако, это значительно снижает прочность бетона по сравнению с контрольным составом. Так, при ОК=8 см с введением 1,4% ЛСТ прочность снизилась на 30%, а для более пластичных смесей (ОК=14 см) с введением 1,7% ЛСТ снижение прочности составило до 50% по сравнению с контрольным составом (без добавки, ОК=0 см).

Рис. 10. — Влияние вида и количества пластификаторов на прочность

• 1, 2, 3 — соответственно добавки С-3, ЛСТ, МФ-АР. Содержание МК — 20% массы цемента. Состав бетона, кг/м 3 : Ц — 285, МК — 57, П — 678, Щ — 1111, В — 169
• 0,8% МФ-АР позволяет получить 12%-ный прирост прочности, придавая смеси подвижность 1 см. Улучшение удобоукладываемости бетонных смесей, так же как и в случае с ЛСТ, сопряжено со снижением прочности бетона, однако ОК=6 см можно достичь введением 1,4% МФ-АР. При этом прочность бетона оказывается на уровне контрольной, но при повышении подвижности смеси до ОК=14 см она снижается на 25%.

Суперпластификатор С-3 более заметно влияет на свойства бетонных смесей и бетонов при введении его в количестве 2,5% массы вяжущего достигается прочность на 30% выше, чем у контрольного состава, при достаточно высокой подвижности смеси.

Сравнение полученных данных показало, что эффективность микрокремнезема значительно возрастает при его введении в состав бетонов совместно с С-3. Следует отметить возможность повышения прочности бетона при существенном росте подвижности бетонных смесей по мере увеличения дозировки суперпластификатора С-3, что объясняется большей степенью пептизации суспензий из цемента с МК и благоприятными условиями гидратации вяжущего и структурообразования цементного камня.

Использование выявленных закономерностей имеет важное практическое значение для получения бетонов со сниженным расходом цемента при разных дозировках микрокремнезема, в том числе бетона повышенной прочности.

Результаты экспериментов свидетельствуют о приросте прочности по мере увеличения количества МК и суперпластификатора в составе бетонов (рис. 11). Оптимальные с точки зрения повышения прочности бетона и подвижности смесей дозировки суперпластификатора зависят от количества МК и содержания диоксида кремния в нем (табл. 8).

Рис. 11. — Влияние дозировок МК и суперпластификатора С-3 на

прочность бетонов после ТВО (а) и подвижность бетонных смесей (б)

1, 2, 3, 4 — МК — соответственно 10;20;30;40% массы цемента. Пропаривание осуществлялось по режиму пропаривания 4+3+6+2 ч, 1_ИЗ=85°С.

Табл. 8. — Составы и прочность бетонов с добавками МК и суперпластификатора С-3 (данные А.В. Шейнфельда)

Дозировка МК, % Ц

Состав бетона, кг/мЗ

Дозировка СП С-3 в бетонных смесях, % (Ц+МК)

Определение характеристик материалов бетонных и железобетонных конструкций при обследовании зданий

В бетонных и железобетонных конструкциях прочность бетона определяют механическими методами неразрушающего контроля по ГОСТ 22690, ультразвуковым методом по ГОСТ 17624, а также методами определения прочности по образцам, отобранным из конструкций, по ГОСТ 28570 и приложению 10.

До определения прочности бетона целесообразно предварительно любым оперативным (экспертным) методом (молотком Физделя, ультразвуковым поверхностным прозвучиванием и пр.) обследовать бетон по его поверхности в расчетных сечениях конструкций и их элементов с целью выявления возможного наличия зон с различающейся прочностью бетона.

Участки испытания бетона при определении прочности в группе однотипных конструкций или в отдельной конструкции должны располагаться:

в местах наименьшей прочности бетона, предварительно определенной экспертным методом;

в зонах и элементах конструкций, определяющих их несущую способность;

в местах, имеющих дефекты и повреждения, которые могут свидетельствовать о пониженной прочности бетона (повышенная пористость, коррозионные повреждения, температурное растрескивание бетона, изменение его цвета и пр.).

Число участков при определении прочности бетона следует принимать не менее:

3 — при определении прочности зоны или средней прочности бетона конструкции;

6 — при определении средней прочности и коэффициента изменчивости бетона конструкции;

9 — при определении прочности бетона в группе однотипных конструкций.

Число однотипных конструкций, в которых оценивается прочность бетона, определяется программой обследования и принимается не менее трех.

Фактическая прочность бетона в конструкциях, определенная неразрушающими методами или испытанием отобранных от конструкции образцов, является необходимым фактором для получения расчетных характеристик бетона.

В практике обследования в ряде случаев, помимо оценки прочности бетона, может потребоваться определение и других его характеристик.

Определение плотности, влажности, водопоглощения, пористости и водонепроницаемости бетона следует проводить по ГОСТ 12730.0 — ГОСТ 12730.5.

Морозостойкость бетона определяют испытанием отобранных от конструкций образцов по ГОСТ

10060.0 — ГОСТ 10060.4.

Щелочность бетона определяют по значению рН поровой жидкости в соответствии с ГОСТ 5382.

Состав и структуру бетона определяют специальными методами химического, физико-химического и микроскопического анализа бетона.

Для определения температуры нагрева бетона при пожаре используют методы дифференциально-термического анализа и контроля изменения пористости цементного камня и его цвета.

Для проверки и определения системы армирования железобетонной конструкции (расположения арматурных стержней, их диаметра, толщины защитного слоя бетона) используют:

магнитный метод по ГОСТ 22904;

радиационный метод по ГОСТ 17625 (применяемый в случаях необходимости);

контрольное вскрытие бетона с обнажением арматуры для непосредственного замера диаметра и количества стержней, оценки класса арматурной стали по рисунку профиля и определения остаточного сечения стержней, подвергшихся коррозии.

Число конструкций, в которых определяются диаметр, количество и расположение арматуры,

определяется программой обследования и принимается не менее трех.

Размеры повреждений арматуры и закладных деталей определяют по снимкам, полученным с помощью радиационного метода или после вскрытия арматуры.

Для определения фактической прочности арматуры из конструкции, где это возможно без ее ослабления, вырезают образцы и испытывают по ГОСТ 12004.

При определении прочности арматуры по данным механических испытаний число стержней одного диаметра и одного профиля, вырезанное из однотипных конструкций, должно быть не менее трех. Стержни должны вырезаться из сечений конструкций, в которых несущая способность без вырезанных стержней обеспечивается.

Допускается ориентировочное определение прочности арматуры по рисунку профиля стержней,

определяемому после ее вскрытия или по данным испытаний радиационным методом по ГОСТ 17625.

При ориентировочном определении прочности арматуры по рисунку профиля стержней количество участков, в которых определяется профиль стержней одного и того же диаметра в однотипных конструкциях, должно быть не менее пяти.

В связи с тем, что арматурные стали одной марки или класса имели в действовавших в разные годы нормативных документах разные величины нормативных и расчетных сопротивлений, при обследовании необходимо определять годы проектирования и постройки здания или сооружения.

Если определение класса арматуры проводится по проектным данным (имеются чертежи конструкций с данными по классу арматуры или маркам примененной стали) без отбора и испытания образцов арматуры, то нормативные и расчетные сопротивления арматуры конструкций определяют согласно действовавшим ранее нормативным документам (НиТу 123-55, СНиП II-13.1-62, СНиП II-21-75)

При этом должно соблюдаться условие: арматура в обследованных конструкциях должна совпадать с проектными данными по классу, диаметрам стержней, их количеству и расположению.

При отсутствии проектных данных и невозможности отбора и испытания образцов нормативные и расчетные сопротивления допускается принимать в зависимости от профиля арматуры в соответствии с п.

При выполнении поверочных расчетов по данным испытаний образцов арматуры, отобранной от обследованных конструкций, нормативные и расчетные сопротивления арматуры принимаются согласно п.

Если марку арматурной стали определяют на основании химического или спектрального анализа, то нормативные и расчетные сопротивления арматуры назначают в соответствии с нормами, действовавшими на момент постройки или изготовления конструкций

Определение типов и контроль качества сварных соединений арматуры на соответствие их ГОСТ 14098 производятся после вскрытия арматуры путем визуального осмотра и измерения геометрических параметров ультразвуковым методом по ГОСТ 23858 или радиационным методом по ГОСТ 17625, а также путем механических испытаний вырезанных образцов по ГОСТ 10922.

Контроль сварных соединений закладных деталей производится в соответствии с ГОСТ 10922,

радиационным методом по ГОСТ 17625, ультразвуковым методом или визуально.

При обследовании конструкций, подвергшихся воздействию пожара, для получения достоверных данных рекомендуется установить:

время обнаружения пожара;

зону распространения пожара и время интенсивного горения;

температуру в помещениях во время пожара;

место нахождения очага пожара;

средства тушения пожара;

максимальную температуру нагрева бетона, арматуры, закладных деталей и сварных соединений;

распределение температуры по участкам конструкций во время пожара.

Железобетонные, каменные конструкции (стр. 2 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6

СРОК ОБУЧЕНИЯ: 4 года

ФОРМА ОБУЧЕНИЯ: очная

2.1 Объем дисциплины и виды учебной работы

час./зач. ед., форма контроля

Количество семестров

Контактная работа обучающихся с преподавателем:

Практические занятия (ПЗ)

Лабораторные работы (ЛР)

Самостоятельная работа

Общая трудоемкость

СРОК ОБУЧЕНИЯ: 4,6 года

ФОРМА ОБУЧЕНИЯ: заочная

2.2 Объем дисциплины и виды учебной работы

Вид учебной деятельности

час./зач. ед., форма контроля

Количество семестров

Контактная работа обучающихся с преподавателем:

Практические занятия (ПЗ)

Лабораторные работы (ЛР)

Курсовое проектирование/ курсовая работа

Самостоятельная работа

Вид промежуточной аттестации по семестру

Зачет, экзамен (9)

Общая трудоемкость

III СОДЕРЖАНИЕ дисциплины

3.1 Разделы дисциплины и виды занятий

СРОК ОБУЧЕНИЯ: 4 года

ФОРМА ОБУЧЕНИЯ: очная

Наименование тем (разделов) дисциплины

Контактная работа обучающихся с преподавателем

Раздел 1. Расчет и конструирование бетонных и железобетонных элементов и конструкций

Тема 1. 1 Физико-механические свойства материалов бетонных и железобетонных конструкций

Тема 1.2 Теория расчета железобетонных конструкций по предельным состояниям

Тема 1.3 Расчет бетонных и железобетонных элементов по предельным состояниям первой группы

Тема 1.4 Расчет железобетонных элементов по предельным состояниям второй группы

Раздел 2 Общие положения проектирования и расчета элементов каменных конструкций

Тема 2.1 Каменные и армокаменные конструкции

Раздел 3. Конструкции промышленных и гражданских зданий

Тема 3.1 Железобетонные и каменные конструкции многоэтажных зданий

Тема 3.2 Одноэтажные производственные здания

Тема 3.3 Тонкостенные пространственные покрытия зданий

Тема 3.4 Железобетонные конструкции инженерных сооружений

Тема 3.5 Железобетонные конструкции зданий и сооружений, эксплуатируемые в особых условиях

3.2 Разделы дисциплины и виды занятий

СРОК ОБУЧЕНИЯ: 4,6 года

ФОРМА ОБУЧЕНИЯ: заочная

Наименование тем (разделов) дисциплины

Контактная работа обучающихся с преподавателем

Раздел 1. Расчет и конструирование бетонных и железобетонных элементов и конструкций

Тема 1. 1 Физико-механические свойства материалов бетонных и железобетонных конструкций

Тема 1.2 Теория расчета железобетонных конструкций по предельным состояниям

Тема 1.3 Расчет бетонных и железобетонных элементов по предельным состояниям первой группы

Тема 1.4 Расчет железобетонных элементов по предельным состояниям второй группы

Раздел 2 Общие положения проектирования и расчета элементов каменных конструкций

Тема 2.1 Каменные и армокаменные конструкции

Раздел 3. Конструкции промышленных и гражданских зданий

Тема 3.1 Железобетонные и каменные конструкции многоэтажных зданий

Тема 3.2 Одноэтажные производственные здания

Тема 3.3 Тонкостенные пространственные покрытия зданий

Тема 3.4 Железобетонные конструкции инженерных сооружений

Тема 3.5 Железобетонные конструкции зданий и сооружений, эксплуатируемые в особых условиях

3.2 Содержание дисциплины, структурированное по темам

Раздел 1 Расчет и конструирование бетонных и железобетонных элементов и конструкций

Тема 1. 1 Физико-механические свойства материалов бетонных и железобетонных конструкций

Содержание темы: Строение, преимущества, недостатки и области применения железобетона. Исторический обзор.

Физико-механические свойства бетонов. Классификация бетонов и область их применения в конструкциях.

Прочность бетона: характер разрушения бетона, влияние времени и условий твердения. Классы бетона. Марки бетона по морозостойкости, по водонепроницаемости. Влияние структуры бетона на его прочность и деформативность.

Объёмные температурно-влажностные деформации бетона. Силовые деформации бетона при кратковременном, длительном и многократном нагружениях. Ползучесть бетона, релаксация напряжений в бетоне. Модули деформации бетона.

Назначение и виды арматуры. Классы арматуры. Механические свойства арматурных сталей: пластичность, свариваемость, хладноломкость, релаксация напряжений, усталостное разрушение, динамическое упрочнение. Влияние высокотемпературного нагрева на свойства арматуры.