деформации бетона

Дом из бетона своими руками

деформации бетона

Деформации бетона

В бетоне различают деформации двух основных видов: силовые, проявляющиеся под действием приложенных внешних нагрузок и развивающиеся в направлении их действия, и несиловые, связанные с изменением температуры и влажности окружающей среды и носящие объемный характер. В зависимости от характера приложения и продолжительности действия нагрузок силовые деформации бетона разделяют на деформации, возникающие при однократном нагружении кратковременной статической нагрузкой, а также при продолжительном и повторном действии нагрузки.

Деформации при кратковременном нагружении. Будем нагружать бетонную призму по этапам, замеряя деформации дважды: сразу после приложения нагрузки и через некоторое время после выдержки под нагрузкой, на диаграмме « 0,5i?4 в бетоне образуются микротрещины и начинается ускоренное нарастание деформаций, ползучесть в этом случае будет нелинейная. Ползучесть бетона во времени затухает вследствие перераспределения напряжений с вязкой составляющей геля на кристаллический сросток и заполнитель. Ползучесть бетона зависит от многих факторов. Она увеличивается с возрастанием напряжений в бетоне, водоцементного отношения и количества цемента. Уменьшается ползучесть с увеличением возраста бетона к моменту его загружения, с повышением влажности среды, прочности и модуля упругости каменных заполнителей. В жарком и сухом климате ползучесть развивается быстрее и за более короткий период времени достигает своего максимума.

Деформации бетона при многократно повторных нагруженнях.

Многократное повторение циклов загрузки и разгрузки конструкции приводит к постепенному накапливанию в ней пластических деформаций. После определенного числа загружения и разгрузки неупругие деформации выбираются, и бетон начинает работать упруго ( 2.9). Такой характер деформирования наблюдается при напряжениях, не превышающих предела выносливости Яь.„р. При большем напряжении после некоторого числа циклов неупругие деформации начинают неограниченно возрастать и происходит разрушение образца.

Температурные деформации бетона. Бетон с увеличением температуры расширяется, а с ее понижением — укорачивается.

В тех случаях, когда нагрев бетонного элемента по сечению происходит неравномерно или температурные деформации стеснены, в нем возникают температурные напряжения, которые могут вызвать появление дополнительных усилий и образование трещин. Темнерагурные деформации имеют место в сооружениях, находящихся на открытом воздухе и подвергающихся воздействию окружающей среды, в горячих цехах, массивных сооружениях (вследствие экзотермии) и т. п.

Влажиостные деформации бетона. Бетон обладает свойством уменьшаться в объеме при твердении в воздушной среде (усадка) и увеличиваться при увлажнении (набухание). Усадка, как и ползучесть, развивается в течение длительного периода ( 2.10).

Различают усадку обратимую, связанную с испарением свободной воды в цементном камне и обусловленную капиллярными явлениями (натяжением менисков в порах бетона), и необратимую, происходящую в результате потери химически связанной влаги на гидратацию цемента и, как следствие, уменьшения объема геля.

Усадка бетона происходит наиболее интенсивно в начальный период твердения, в дальнейшем она постепенно затухает. Усадка проявляется тем больше, чем больше содержание в бетоне цемента, воды и чем ниже влажность окружающей среды. Усадка повышает сцепление бетона с арматурой, вызывая ее обжатие, что является положительным фактором.

Неравномерное высыхание бетона по объему приводит к неравномерной усадке. Открытые поверхностные слои бетона теряют влагу быстрее и усадка их больше, чем во внутренних, более влажных зонах. В результате такой неравномерности во внутренних слоях бетонного тела возникают сжимающие, а в наружных — растягивающие напряжения, приводящие к образованию поверхностных трещин.

Уменьшение усадочных напряжений в бетоне достигается как технологическими (уменьшение расхода цемента и отношения В/Ц, повышение плотности бетона, увлажнение открытых поверхностей), так и конструктивными мерами, например, устройством усадочных швов в конструкциях, постановкой противоуса- дочной арматуры. Наиболее радикальным средством устранения усадки является применение безусадочных цементов.

Объемные деформации бетона могут возникать без появления внутренних напряжений, напри-мер, вследствие изменения температуры или содержания влаги.

На усадочные деформации бетона влияет не только качество, но и содержание заполнителей. Чем больше заполнителей в бетоне и меньше цементного камня, тем меньше усадка.

1. прочность и деформации бетона.
Характерные для бетона диаграммы объемного деформирования при сжатии (рис. 7, а) свидетельствуют о том, что при возрастании нагрузки.

Температурные деформации бетона. Бетон подчиняется общему закону расширения и сжатия тел при изменении температуры.

Поскольку модуль упругости увеличивается с возрастом бетона, упругая деформация постепенно уменьшается, и, строго говоря, ползучесть должна быть измерена как часть.

Деформация ползучести бетона обусловлена временем действия нагрузки, а следовательно, и скоростью ее подъема, без учета деформаций начальной области.

Температурные деформации бетона близки к температурным деформациям стали, что является непременным условием их совместной работы в железобетоне.

Под собственными деформациями бетона понимают объемные деформации, связанные с температурными.

Модуль деформаций бетона

Дата добавления: 2014-05-05 ; просмотров: 5257 ; Нарушение авторских прав

Характеристикой упруго-пластических свойств бетона является его модуль деформаций, устанавливающий зависимость между напряжениями и относительными деформациями в любой точке диаграммы деформирования

Учитывая нелинейную связь между напряжениями и деформациями обычно используют при определении модуля продольных деформаций:

– мгновенный модуль полных деформаций Ес, выражаемый тангенсом угла наклона касательной к кривой, описывающей диаграмму «s–e» в ее произвольной точке (рис. 3.6);

Рис. 3.6. К определению модуля деформаций бетона

– средний модуль упругости Ecm, выражаемый тангенсом угла наклона секущей, проходящей через начало координат (s = 0) и точку на кривой при sе = 0,4fcm;

– начальный модуль упругости Ecо, выражаемый тангенсом угла наклона касательной к кривой, описывающей диаграмму «s–e», и проходящей в начале координат (sс = 0).

Величину среднего модуля упругости для тяжелого и мелкозернистого бетонов в соответствии с нормами определяют по эмпирической формуле вида (МПа):

(3.1)

Нормы проектирования железобетонных конструкций устанавливают значения среднего модуля упругости Ecm, основанные на структурно-механической модели бетона с учетом технологических свойств бетонной смеси.

Значения относительных деформаций в параметрических точках диаграммы деформирования бетона при осевом сжатии

Как было показано выше, при расчетах железобетонных конструкций диаграмма деформирования (состояния) рассматривается как обобщенная характеристика механических свойств бетона. Для ее аналитического описания, а также для определения критерия наступления предельного состояния конструкции, необходимо иметь обоснованные значения относительных деформаций в параметрических точках: eс1 – относительной деформации, соответствующей пиковым напряжениям диаграммы, и ecu – предельной деформации бетона при сжатии.

Нормы устанавливают значения относительной деформации eс1 в зависимости от класса бетона, соблюдая установленную тенденцию к ее возрастанию с ростом прочности материала. При этом численные значения, внесенные в СНБ 5.03.01-02 приняты с некоторым обоснованным запасом в сторону обеспечения безопасности конструкции. Особенно это характерно для высокопрочных бетонов (выше С50/60).

Если принятые в нормах численные значения относительной деформации eс1 отражают единую тенденцию возрастания этой величины с ростом прочности бетона, то в отношении назначения предельной относительной деформации (предельной сжимаемости) ecu у специалистов нет единого мнения. Нормы предлагают принимать предельную относительную деформацию для бетонов нормальной прочности (до С50/60 включительно) постоянной и равной ecu = 3,5 ‰ .

Коэффициент поперечных деформаций бетона при сжатии или так называемый коэффициент Пуассона принимают равным =0,20. В случае, когда допускается образование трещин в бетоне растянутой зоны, коэффициент Пуассона принимают равным =0.

Деформации бетона

Свойство бето­на, характеризующееся уменьшением с течением време­ни напряжений при постоянной начальной деформации, называют релаксацией напряжений.

Ползучесть и релаксация имеют общую природу и оказывают существенное влияние на работу железобе­тонных конструкций под нагрузкой.

Опыты с бетонными призмами показывают, что независимо от того, с какой скоростью загружения v было получено напряжение σb1, конечные деформации ползу­чести, соответствующие этому напряжению, будут оди­наковыми (рис. а). С ростом напряжений ползу­честь бетона увеличивается; зависимость деформации— время при напряжениях σb1 0 crc , начинается ускоренное развитие деформа­ций, или нелинейная ползучесть. Такое разделение пол­зучести условно, так как в некоторых опытах наблюда­ется нелинейная зависимость σb – εb даже при относи­тельно малых напряжениях. Отметим здесь существенно важное значение учета нелинейной ползучести для прак­тических расчетов предварительно напряженных изгиба­емых, внецентренно сжатых и некоторых других элемен­тов.

Ползучесть и усадка бетона развиваются совместно. Поэтому полная деформация бетона представляет со­бой сумму деформаций: упругойεе, ползучести εpl и усадки εsl. Однако в то время как усадка носит харак­тер объемной деформации, ползучесть развивается глав­ным образом в направлении действия усилия.

Ползучесть бетона — это явление увеличения неупругих деформаций при длительном действии нагрузки

Абсолютные деформации ползучести зависят от возраста бетона, его прочности, уровня напряжений, гранулометрического состава и т.д. Различают линейную и нелинейную ползучесть. При линейной ползучести прирост неупругих деформаций за единицу времени пропорционален приложенным напряжениям, при нелинейной ползучести такая зависимость отсутствует.

Релаксация -это процесс уменьшения напряжений при постоянной деформации.

Ползучесть и релаксации взаимосвязаны. Они увеличивают прогибы, снижают предварительное напряжение, уменьшают трещиностойкость.

Калькулятор

Сервис бесплатной оценки стоимости работы

  1. Заполните заявку. Специалисты рассчитают стоимость вашей работы
  2. Расчет стоимости придет на почту и по СМС

Номер вашей заявки

Прямо сейчас на почту придет автоматическое письмо-подтверждение с информацией о заявке.

Деформации бетона

Деформативные свойства бетона определяются его начальным модулем упругости Еb. Этот модуль может быть определен в зави­симости от марки или класса бетона по таблице ниже.

Начальные модули упругости тяжелого бетона

Модуль упругости Еb·10 -3 МПа

За начальный модуль упругости бетона при сжатии и растя­жении принимается отношение нормального напряжения в бето­не к его относительной деформации при величине напряжения σbb = dσb/dεb

4. выражая модуль упргопластичности бетона через модуль упру­гости (из выражений выше), получают коэффициент упругости бетона (коэффициент Пуассона)

Коэффициент Пуассона (отношение поперечной деформации к продольной) с увеличением напряжений в бетоне возрастает: на­чальное его значение принимается равным 0,2.

Призменная прочность бетона может быть получена по формуле

где Nmax — разрушающая нагрузка, кН; А — площадь сечения об­разца, см 2 .

Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

Деформации бетона

Виды деформаций бетона. Для любых материалов, помимо данных о прочности, необходимо иметь характеристики деформативности, с помощью которых можно определять смещения. Исследование деформаций батона в условиях совместной работы с арматурой (т.е. при наличии сцепления между ними) позволяет решить вопрос о распределении усилий между бетоном и сталью. Помимо этого, изучение деформаций позволяет задаваться распределением напряжений в бетоне при расчетах конструкций, определять момент появления трещин, их развитие, учитывать возможное перераспределение усилий.

Деформации бетона имеют существенное значение также в предварительно напряженных конструкциях, в которых конечное значение напряжений обжатия бетона устанавливают с учетом неупругих деформаций.

Деформации бетона делят на две категории. К первой относят несиловые деформации, связанные с изменением температуры и влажности окружающей среды, ко второй — силовые деформации, возникающие под действием приложенных нагрузок.

В зависимости от характера приложения и продолжительности действия нагрузок силовые деформации разделяют в свою очередь на деформации, возникающие при однократном нагружении кратковременной статической нагрузки, при действии нагрузки продолжительном и многократно повторном.

Такое деление достаточно условно, однако оно увязывается с основными используемыми в расчетах воздействиями и, кроме того, удобно методологически.

Влажностные деформации бетона и начальные напряжения при твердении. Бетон обладает свойством уменьшаться в объеме при твердении в обычной воздушной среде — усадка бетона и увеличиваться в объеме при твердении в воде — набухание бетона.

От свойств бетона проявлять усадочные деформации в значительной степени зависит его плотность и стойкость в различных средах, прочность (особенно при растяжении) и сопротивляемость образованию трещин.

Первопричиной усадки цементного камня и соответственно бетона является уменьшение в геле количества свободной воды, которая уходит на испарение и гидратацию цемента; затем начинает расходоваться окружающая кристаллы гидросиликатов кальция слабосвязанная пленочная вода, что вызывает сближение этих кристаллов и дальнейшую усадку.

Существенное значение может иметь также капиллярное давление в порах цементного камня. При контакте жидкости, расположенной в порах, со стенками капилляра силы притяжения, действующие между молекулами скелета цементного камня и жидкости, заставляют ее подниматься по стенкам капилляра, что приводит к искривлению поверхности жидкости — образованию менисков. Это создает капиллярное давление, оказывающее стягивающее действие на ограничивающие жидкость стенки (рис. 1.11). Капиллярное давление в порах весьма значительно и возрастает с уменьшением их размеров. Так как микропоры рассеяны в цементном камне в различных направлениях, то давление, взаимноуравновешиваясь, и действует как всестороннее сжатие, под влиянием которого также происходят объемные деформации.

Оба фактора усадки зависят от интенсивности испарения, которое определяется значением влажностного перепада между бетоном и окружающей средой (рис. 1.12).

Полная (конечная) усадка цементного камня, высушенного до абсолютно сухого состояния, зависит только от усадки геля, так как усадка, вызванная действием капиллярных сил, полностью обратима.
Усадке цементного камня в наличных упругих свойствах цементного камня и заполнителей, при наличии в цементном камне пор, а в бетоне — пустот, вызванных дефектами уплотнения. Поэтому значение и направление начальных напряжений усадки носят случайный характер и подчиняются только статистическим закономерностям. Во всяком случае, начальные напряжения могут служить причиной микроразрушений в бетоне, причем микротрещины появляются, в основном, на поверхностях сцепления заполнителей и цементного камня. Ко всему этому следует добавить неравномерное высыхание бетона по объему, что также ведет к возникновению начальных усадочных напряжений. Открытые, быстро высыхающие поверхностные слои бетона испытывают растяжение, в то время как внутренние, более влажные зоны, препятствующие усадке поверхностных слоев, оказываются сжатыми. Следствием таких растягивающих напряжений в еще неокрепшем бетоне являются поверхностные трещины. Усадка бетона зависит от ряда факторов, к основным из которых относят: количество и вид цемента (чем больше цемента на единицу объема бетона, тем больше усадка), количество воды (чем больше В/Ц, тем больше усадка), крупность и вид заполнителей (при мелкозернистых песках и пористом щебне усадка больше) и некоторые другие.

Обычно усадка происходит наиболее интенсивно в начальный период твердения и в течение первого года. По мере высыхания бетона уменьшается влажностный градиент, растущие кристаллические сростки оказывают все большее сопротивление внутреннему давлению и деформации усадки постепенно затухают.

Воздействие повышенной температуры увеличивает конечное значение деформаций усадки бетона, при этом усадка характеризуется интенсивным развитием в первый период нагревания и более быстрым затуханием, чем при нормальной температуре.

Данные опытов говорят о весьма широком диапазоне изменения усадки бетона (0,0002. 0,0008 и больше).

При набухании цементного камня армирующий эффект заполнителей проявляется в возникновении в цементном камне напряжений сжатия, которые уменьшают растягивающие напряжения, вызванные усадкой, и способствуют закрытию трещин, образовавшихся в процессе усадки.

Набухание бетона в 6. 10 раз меньше усадки. В этом находит свое отражение частичная необратимость усадки при увлажнении бетона после длительного периода высыхания (во-первых, деформации набухания “постаревшего” бетона на порядок меньше деформаций его усадки в молодом возрасте, и, во-вторых, зависимость усадки бетона от его относительной влажности существенно больше, чем набухания).

Процесс набухания бетона в воде происходит намного быстрее усадки, потому что капиллярный подсос воды идет значительно быстрее, чем диффузия влаги при высыхании бетона. При набухании проникновение воды происходит с поверхности бетона, поэтому объем наружных слоев увеличивается, в то время как внутренний не успевает увеличиться. Это вызывает в наружном слое бетона неопасные сжимающие напряжения.

Для аналитического выражения закона усадки бетона удобно пользоваться эмпирической формулой:

Уменьшения усадочных напряжений в бетоне достигают как технологическими мероприятиями (подбором состава, увлажнением среды при тепловой обработке твердеющего бетона, увлажнением поверхности бетона и др.), так и конструктивными мероприятиями — устройством усадочных швов в конструкциях.

Наиболее радикальное средство устранения усадки — применение безусадочных цементов.

Температурные деформации бетона. Изменение объема бетона, происходящее в результате изменения температуры окружающей среды, называют температурными деформациями. Они слагаются их двух составляющих: свободных температурных деформаций, пропорциональных изменению температуры,

Если бетонный элемент нагревают равномерно по всему объему и возникающие при этом свободные температурные деформации ничем не ограничены, то температурные напряжения не появляются. В тех случаях, когда нагревание бетонного элемента происходит неравномерно или температурные деформации стеснены (закрепление элемента, препятствующее его удлинению, заметное различие в коэффициентах линейного расширения цементною камня и заполнителя и т. п.), возникают температурные напряжения, которые при определенных условиях могут вызывать появление температурных трещин в бетоне.

Коэффициент линейного расширения при нормальных условиях эксплуатации (т. е. при изменении температуры от -40 “С до +50 °С) примерно равен 1,0 • 10-5 °С-1. Он зависит от вида цемента и заполнителя, состава бетонной смеси, температуры и влажности окружающей среды, возраста бетона и размеров сечения. Наибольшее влияние оказывает различие коэффициентов линейного расширения для цементного камня и заполнителей. Практически, при изменении температуры до + 100 °С разница в указанных коэффициентах не является источником возникновения существенных напряжений в бетоне.

Действие на бетон повышенных температур (до +250 °С) приводит к значительному изменению его деформативных свойств, причем иногда без заметного нарушения структуры. Изменение этих свойств зависит от степени водонасышения бетона. С увеличением водонасыщения при действии повышенных температур происходит усиление процессов влаго- и газообмена, миграции влаги, идет интенсивное высыхание бетона и образование в нем микротрещин (главным образом вследствие значительных температурных и усадочных напряжений), возрастают значения температурного коэффициента линейного расширения бетона (в 1,5. 2 раза) по сравнению с сухим бетоном.

При действии низких температур определяющее влияние на деформативные свойства бетона оказывают температура замерзания и степень водонасыщения бетона при его замораживании и оттаивании. Опыты показывают, что при первом цикле замораживания значительные деформации расширения по мере понижения температуры, характеризующие развитие деструктивных процессов в материале, а также значительные остаточные деформации после оттаивания (последствие этих процессов) наблюдаются лишь в пропаренных бетонах, и особенно сильно в автоклавных. В бетонах же нормального твердения при первом цикле замораживания степень разрушения незначительна и указанные деформации проявляются только при дальнейшем циклическом замораживании и оттаивании.

В бетоне при замораживании одновременно с ростом прочности наблюдается увеличение его модуля упругости. В оттаявшем бетоне модуль упругости снижается.

Деформации бетона при однократном нагружении кратковременной нагрузкой. Связь деформативных и прочностных свойств бетона, как и любого другого материала, находит отражение на диаграмме сжатия и растяжения, выявляющей, по сути, способность бетона оказывать сопротивление его деформированию (т. е. его жесткость). Характер такой диаграммы существенно зависит от режима нагружения. При однократном нагружении образца возрастающим сжимающим или растягивающим усилием наибольший интерес представляют два режима — условно-мгновенный и кратковременный стандартный.

Под кратковременным стандартным (именуется в дальнейшем — кратковременный) подразумевают режим, принятый для определения статической прочности бетона, под условно-мгновенным (в дальнейшем — мгновенный) — режим, при котором нагрузку прикладывают непрерывно со “стандартной” скоростью, общая длительность подачи такой нагрузки на порядок ниже, чем при кратковременном нагружении, и, следовательно, влиянием фактора времени на характер диаграммы можно пренебречь.

Диаграмму, соответствующую мгновенному режиму, необходимо иметь при построении расчетных моделей напряженно-деформированного состояния железобетонных конструкций, основанных на гипотезах и допущениях различных теорий механики деформируемых тел, и при решении задач, связанных с использованием технической теории ползучести бетона; диаграмму, соответствующую кратковременному режиму,— при расчете прочности и трещиностойкости железобетонных конструкций на основе действующих нормативных документов.

Зависимость между напряжениями и деформациями бетона для мгновенного режима нагружения показана на рис. 1.13, а, для кратковременного — на рис. 1.13, б. Ступенчатая линия на этом рисунке отражает реальный процесс деформирования сжатого бетонного образца — призмы при постепенном росте нагрузки с выдержкой на каждой ступени. При достаточно большом количестве ступеней зависимость можно изобразить плавной кривой. И в том и в другом случае с ростом напряжений кривизна диаграммы увеличивается, хотя в первом явно выраженная нелинейность проявляется значительно позже. К концу нагружения рост деформаций бетона происходит особенно интенсивно. Полные деформации при мгновенном режиме нагружения состоят из двух частей: упругой, полностью обратимой, и неупругой, полностью необратимой. До нижней условной границы микротрещинообразования наблюдаются в основном упругие деформации (главным образом кристаллического сростка цеметного камня и заполнителей).

Полные деформации при кратковременном режиме нагружения состоят из трех частей: упругих, мгновенных неупругих деформаций, натекающих за время выдержек на ступенях нагружения и называемых деформациями быстронатекающей ползучести. До нижней границы микротрещинообразования деформации обусловлены в основном деформациями собственно ползучести бетона — вязкостью гелевой структурной составляющей цементного камня и капиллярными явлениями, протекающими в твердеющем бетоне. На участке на деформации собственно ползучести бетона накладываются деформации, связанные с развивающимся за время выдержек микротрещинообразованием.

К концу нагружения, т. е. при превышении верхней условной границы микротрещинообразования неупругие мгновенные деформации и деформации быстронатекающей ползучести значительно возрастают, микроразрушения переходят в макроразрушения и наступает разрушрние образца.

Деформации бетона характеризуют момент разрушения образца при нагружении его возрастающими усилиями. Они зависят от класса бетона, его состава, плотности и скорости приложения усилия. Поданным опытов деформации, характеризующие разрушение центрально сжатых бетонных образцов, имеют разброс в пределах 0,001. 0,003, центрально растянутых — 0,0001. 0,0002. Большой разброс опытных данных даже для бетона одного состава и одной и той же прочности объясняют тем, что они получены преимущественно при испытаниях возрастающей нагрузкой. При таких режимах нагружения с момента достижения предела прочности бетона процесс деформирования протекает чрезвычайно быстро (разрушение образца происходит в доли секунды) и все зависит от реакции экспериментатора. Иная картина наблюдается при испытаниях падающей нагрузкой (т. е. при постоянных или, в общем случае, замедленных деформациях). Диаграмма при таких режимах испытаний получается с экстремумом и нисходящей ветвью (рис. 1.14).

Дело заключается, повидимому, в том, что пока деформации не достигли значений, соответствующих максимальным напряжениям (Rb при сжатии или Rht — при растяжении), процесс микротрещинообразования носит устойчивый характер, т. е. любое незначительное приращение нагрузки, вызывающее интенсификацию указанного процесса, одновременно стимулирует и процессы, стремящиеся ослабить результаты догружения (речь идет, например, о наличии в бетоне участков со слабо выраженным или даже неблагоприятным для образования трещин напряженным состоянием, о “затуплении” концов трещин при их встречах с порами или пустотами, о вынужденном изменении и усложнении путей распространения трещин при их встречах с зернами заполнителей и т. д).

С момента достижения деформациями значений, соответствующих максимальным напряжениям, процесс микротрещинообразования перерастает в самоускоренный, т. е. становится неустойчивым, и управлять им можно только путем уменьшения напряжений. Переход из устойчивого состояния в неустойчивое характеризуется резким увеличением времени прохождения ультразвуковых импульсов и сопровождается обычно характерным звуковым эффектом.

Протяженные и пологие нисходящие ветви деформирования при постоянной скорости деформирования характерны для менее однородных бетонов с более ранним образованием микротрещин, но, вместе с тем, и бульшим сопротивлением их распространению и превращению в магистральные трещины. Аналогичные диаграммы более однородных бетонов искривлены слабее, их нисходящая ветвь падаем круче, а разрушение носит более хрупкий характер.

Режим замедленного деформирования при испытании бетона создают специальными машинами, регулирующими скорость деформирования, или устройствами, в которых одновременно с деформированием бетона происходит деформирование упругих элементов.

Полные (с ниспадающими участками) диаграммы сжатия и растяжения имеют важное значение с теоретической и практической точек зрения. Первая реализуется в сжатых зонах статически определимых и статически неопределимых конструкций на подходе к разрушению, вторая — в растянутых элементах перед исчерпанием сопротивления образованию трещин.

Характер деформирования бетона на ниспадающем участке весьма чувствителен к режиму нагружения (рис. 1.15). Бетон на этом участке претерпевает значительные микро- и макроразрушения, ориентированные (в основном) при сжатии — вдоль линии действия усилия, при растяжении — поперек. Деформации бетона, характеризующие разрушение образца, зависят от прочности бетона, его состава, плотности и скорости деформирования.

Численные значения (в зависимости от указанных выше факторов) колеблются в пределах 0,0025. 0,006 (и даже больше), численные значения — 0,0002. 0,0004.

Выбор аналитических зависимостей для описания диаграммы деформирования старого бетона сейчас уже достаточно широко. Однако наибольшего внимания заслуживают уравнение (Н. И.Карпенко и др.)

И уравнение (1.18) и уравнение (1.31) рассчитаны на их использование при расчете конструкций на основе нормативных документов, т.е. когда имеется ввиду кратковременный режим нагружения. Однако уравнение (1.18) весьма перспективно и с точки зрения его распространения на сложное напряженное состояние, а также, более общие режимы нагружения, в том числе для описания полной диаграммы при длительном действии постоянной внешней нагрузки.

Существенного повышения деформативности бетона, особенно при растяжении, (что важно при расчете по образованию трещин), можно достичь за счет поверхностно активных веществ. Например, ряд опытов говорит о том, что применение сульфитно-спиртовой барды увеличивает растяжимость бетона на 50%, а абиетата натрия — почти вдвое; при этом прочность на растяжение практически не изменяется.

При действии кратковременной нагрузки бетон претерпевает не только продольные, но и поперечные деформации. В общем случае они характеризуются отношением относительной поперечной деформации к относительной продольной, взятых по абсолютным значениям. Экспериментальные исследования поперечных деформаций бетона при нагружении образца возрастающим усилием и при испытаниях с постоянной или замедленной скоростью деформирования показывают, что при относительно невысоких напряжениях, т. е. в области упругомгновенных деформаций, указанное отношение находится в пределах 0,13. 0,22.

По мере увеличения нагрузки отношение Еb2/Еb1 может достигать значений 0,3. 0,4, а на участке диаграммы с ниспадающей ветвью — даже единицы (здесь это отношение носит, в основном, формальный характер).

Как видно из диаграммы состояний, показанной на рис. 1.2, а, в, соотношение продольных и поперечных деформаций четко характеризует структурное состояние бетона (нарушение сплошности материала).

Важной и широко используемой характеристикой деформативных свойств бетона с ненарушенной структурой (в первую очередь при оценке деформативности и трещиностойкости железобетонных конструкций в эксплуатационной стадии их работы) является модуль упругости бетона, который можно рассматривать, с некоторой долей идеализации, как характеристику сопротивления материала упругим деформациям (чем больше Еb, тем круче возрастают напряжения с ростом деформаций).

Все сказанное выше о выявленном в процессе экспериментов характере деформирования бетона свидетельствует о том, что в основной области применения (т. е. когда объем рассматриваемого элемента тела намного превосходит объем отдельных зерен крупного заполнителя) бетон проявляет себя внешне как упруго-вязко-пластический материал (рис. 1.16), разрушение которого совпадает с нарушением его сплошности. При этом момент разрушения связывается с достижением деформациями предельных значений.

Деформации бетона при длительном действии нагрузки. При длительном действии нагрузки деформации бетона продолжают возрастать в течение 3. 4 лет и более. С наибольшей интенсивностью онп нарастают в первые 3. 4 месяца действия нагрузки.

Участок 0—1 на рис. 1.17 характеризует деформации бетона при нагружении, причем кривизна этого участка зависит от скорости нагружения образца; участок 1—2 характеризует рост деформаций за время t выдержки под нагрузкой при постоянных напряжениях. Прирост деформаций постепенно затухает, их значение приближается к некоторому предельному.

Свойство бетона, характеризуемое нарастанием деформаций под действием длительно приложенной нагрузки, называют ползучестью бетона.

Как показывают опыты, с увеличением напряжений увеличивается и ползучесть бетона.

С достаточной степенью достоверности ползучесть бетона может быть объяснена сегодня вязким (т. е. связанным со временем действия нагрузки) течением гелевой структурной составляющей цементного камня, капиллярными явлениями (интенсификацией процесса отдачи воды при сжатии в окружающее пространство) и развивающимся во времени микротрещинообразованием.

Так, в частности, при нагружении затвердевшего цементного камня усилия передаются на гелевую структурную составляющую, и на кристаллический сросток. Затем гелевая составляющая начинает вязко деформироваться, вызывая постоянную разгрузку геля и догружение кристаллического сростка. В связи с этим происходит дальнейшая деформация структуры, которая протекает длительное время, постепенно затухая.

Обширный экспериментальный материал, накопленный в результате исследования ползучести бетона, позволяет оценить влияние различных факторов на процесс длительного деформирования бетона. Основное влияние на ползучесть оказывают размеры образца, содержание цементного теста, водоцементное отношение, влажность среды, возраст бетона в момент нагружения и некоторые другие. Поскольку ползучесть обусловлена (кроме всего прочего) интенсификацией отдачи влаги во внешнюю среду при действии напряжений, а влагообмен со средой облегчается у зон, находящихся вблизи поверхности образца, с уменьшением размеров образца ползучесть возрастает. С увеличением В/Ц при любом содержании цемента ползучесть увеличивается; это косвенно характеризует влияние класса бетона, поскольку содержание цемента и В/Ц определяют прочность бетона. При уменьшении относительной влажности деформации бетона увеличиваются. Чем больше возраст бетона в момент приложения нагрузки, тем деформации ползучести меньше, так как чем старее бетон, тем меньше геля в цементном камне.

Заполнители препятствуют проявлению ползучести цементного камня (ползучесть уменьшается пропорционально объему, занимаемому ими в единице объема бетона). С повышением прочности и модуля упругости каменных заполнителей ползучесть бетона уменьшается.

Ползучесть бетона при отрицательной температуре ниже, чем при нормальной положительной, причем с понижением температуры замораживания ползучесть понижается (хотя наблюдается даже при -100 °С), а предельных значений деформации ползучести достигают быстрее. При небольших напряжениях влияние замораживания на ползучесть заключается, в основном, в увеличении вязкости гелевой структурной составляющей цементного камня и цементации льдом начальных микротрещин. При высоких напряжениях заметную роль играет также смерзание трещин разрыва.

Ползучесть бетона проявляется при сжатии и растяжении, изгибе и кручении, однако наиболее изучена она при сжатии.

Данные опытов говорят о том, что в общем случае для бетона характерна нелинейность длительного деформирования и если, например, при сжатии при относительно низких уровнях нагрузки связь между напряжениями и деформациями ползучести достаточно близка к линейной, то по мере увеличения нагрузки ползучесть приобретает все более ярко выраженный нелинейный характер. Эти же данные свидетельствуют о весьма широком диапазоне изменения ползучести бетона. Так, в реальных условиях даже при относительно невысоких эксплуатационных нагрузках деформации ползучести могут в 2. 3 раза превышать упругие, возникающие в момент нагружения образца, а при очень высоких нагрузках — в 6. 8 раз и более.

Граница перехода из области так называемой линейной ползучести в область существенно нелинейной при сжатии примерно совпадает с нижней условной границей микротрещинообразования. Линейная ползучесть сопровождается уплотнением бетона и затухает во времени, асимптотически приближаясь к определенному пределу.

При численно равных или близких по абсолютной величине напряжениях разных знаков деформации ползучести при растяжении значительно (в среднем в 1,3. 1,7 раза) больше, чем при сжатии. Это можно объяснить тем, что при прочих равных условиях степень деструктивных изменений в бетоне при длительном растяжении больше, чем при сжатии.

При равных или близких уровнях напряжений разных знаков деформации ползучести при растяжении и сжатии достаточно близки (указанное обстоятельство широко используют при построении различных вариантов теории ползучести бетона).

Линейный характер ползучести при растяжении практически не изменяется вплоть до момента разрушения.

Ползучесть и влажностные деформации бетона находятся в тесной взаимосвязи. Однако в то время как влажностные деформации носят характер объемных, ползучесть развивается практически только в направлении действия усилия, приложенного к бетону.

Если наблюдать за деформациями бетона, твердеющего в обычной воздушной среде, то на основе принятого выше условного деления деформаций на категории их можно представить, как показано на рис. 1.19.

В течение времени образец не нагружен и в нем происходит только усадка. Затем прикладывается сжимающая нагрузка.

Ползучесть бетона и релаксация напряжений оказывают существенное влияние на работу железобетонных конструкций под нагрузкой: ползучесть — при оценке трещиностойкости и дефор- мативности конструкций, расчете на устойчивость и определении внутренних усилий в статически неопределимых конструкциях, релаксация — при расчете неразрезных балок на осадку опор, смещение опор в арках и комбинированных конструкциях, расчете арок на вводимые с помощью домкратов усилия, и т. п.

Деформации бетона при действии многократно повторной нагрузки. Многократно повторные нагрузки могут иметь статический и динамический характер. Статическими многократно повторными нагрузками являются такие, возрастание и снижение которых происходит медленно, а силы инерции не оказывают заметного влияния на результаты расчета. К динамическим многократно повторным относят меняющиеся во времени нагрузки, при которых нельзя пренебречь влиянием инерционных сил на напряженно-деформированное состояние элементов конструкции или конструкции в целом. К статическим многократно повторным можно отнести нагрузки от периодически освобождаемых хранилищ, к динамическим — от вибрационных машин.

Многократное повторение циклов нагружения и разгрузки при сжатии бетонного образца приводит к постепенному накоплению неупругих деформаций. После достаточно большого числа циклов нагружения, когда неупругие деформации достигают предельного значения, бетон начинает работать упруго. На диаграмме (рис. 1.21) показано, что с каждым последующим циклом нагружения происходит накопление остаточных деформаций и кривые ab — eh выпрямляются, переходя в прямую линию, соответствующую упругим деформациям. Линии нагружения и разгрузки образуют петлю гистерезиса, площадь которой характеризует энергию, затраченную за один цикл нагружения на преодоление внутреннего трения (диссипация — рассеяние энергии за счет внутреннего трения).

Такой характер деформаций наблюдают лишь при напряжениях, не превышающих предела усталости, когда неупругие деформации представляют собой, по сути, деформации быстронатекающей ползучести. В этом случае диаграмма будет устойчивой при неограниченно большом числе циклов нагружения (практически при нескольких миллионах). Если напряжения превышают предел усталости, т. е. в бетоне проявляются еще и неупруго-мгновенные деформации, то после некоторого числа циклов нагружения неупругие деформации нарастают неограниченно и происходит разрушение образца; при этом выпуклость кривых оь — ЕЬ обращается в противоположную сторону (петля гистерезиса ограничена двумя вогнутыми линиями), а угол наклона их к оси абсцисс последовательно уменьшается.

При вибрационных нагрузках с большим числом повторений в минуту (200. 600) наблюдается интенсификация свойств длительного деформирования бетона — проявляется виброползучесть (динамическая ползучесть), обусловленная как тиксотропными свойствами гелевой структурной составляющей цементного камня (способностью геля к периодическому псевдоразжижению и загустеванию при механических воздействиях), подвижность которой зависит от частоты и интенсивности динамических воздействий, так и от степени ослабления межкристаллических контактов в цементном камне за счет градиента инерционных сил.

Виброползучесть обладает по сравнению со статической ползучестью ускоренным развитием и большими предельными значениями деформаций, более низким положением условной границы перехода линейной ползучести в нелинейную, увеличением нелинейности во времени и снижением степени обратимости деформаций ползучести. Это связано, по-видимому, с более ранним образованием и, следовательно, более интенсивным развитием микротрещин, а возможно также и с уменьшением вязкости гелевой структурной составляющей.

Деформации бетона.

.

Зависимость между начальным модулем упругости бетона и модулем упругопластичности:

,

где — коэффициент упругопластичных деформаций бетона;ν изменяется от 1 до 0,15.

С увеличением уровня напряжений в бетоне и длительности действия нагрузки коэффициент ν уменьшается.

3.6. Деформативность бетона

Виды деформаций бетона:

Объемные – во всех направлениях под влиянием усадки, изменения температуры и влажности.

Силовые – от действия внешних сил.

Бетону свойственно нелинейное деформирование, поэтому силовые деформации в зависимости от характера приложения нагрузки и длительности ее действия делят на 3 вида: деформации при однократном загружении кратковременной нагрузкой, деформации при длительном действии нагрузки и деформации при многократно повторяющемся действии нагрузки.

3.6.1. Деформации при однократном загружении кратковременной нагрузкой

Деформация бетона: (рис. 7),

где εе – упругая деформация, εpl – упругопластическая деформация.

Если образец загружать по этапам и замерять деформации дважды – сразу после приложения нагрузки и через некоторое время после выдержки под нагрузкой, получим ступенчатую линию (рис. 8). При достаточном числе загружений, ступенчатая линия зависимости σb – εb может быть заменена плавной кривой. Таком образом, упругие деформации бетона соответствуют лишь мгновенной скорости загружения образца, а неупругие развиваются во времени.

Рис. 7. Диаграмма зависимости между напряжениями и деформациями в бетоне

При сжатии и растяжении:

I – область упругих деформаций; II – область пластических деформаций;

1 – загрузка; 2 – разгрузка; εbu – предельная сжимаемость;εbtu – предельная растяжимость;

εер – доля неупругих деформаций, восстанавливающихся после разгрузки.

С увеличением скорости загружения V при одном и том же напряжении σb неупругие деформации уменьшаются (рис. 9).

различном числе этапов загружения. различной скорости загружения.

3.6.2. Деформации при длительном действии нагрузки

При длительном действии нагрузки обнаруживается постепенное снижение сопротивления бетона (ниспадающая ветвь диаграммы σb – εb). При длительном действии нагрузки неупругие деформации бетона с течением времени увеличиваются.

Участок 0-1 (рис. 10) характеризует деформации, возникающие при загружении. Участок 1-2 характеризует нарастание неупругих деформаций при постоянном значении напряжений.

Свойство бетона, характеризующееся нарастанием неупругих деформаций с течением времени при постоянных напряжениях, называютползучестью бетона

Объемные деформации бетона

Дата добавления: 2014-05-05 ; просмотров: 1212 ; Нарушение авторских прав

Усадка и набухание. Под усадкой в общем случае принято понимать объемное сокращение бетона (раствора, цементного камня) в результате физико-химических процессов, происходящих при взаимодействии цемента с водой, изменения влажности цементного камня и карбонизации бетона.

Усадку принято подразделять на две составляющие:

– химическую усадку, связанную с потерей воды при протекании процессов гидратации вяжущего;

– физическую усадку, обусловленную потерей части свободной влаги бетона при ее испарении из открытых пор и капилляров в атмосферу (при сухих условиях эксплуатации).

В общем случае величина усадочной деформации на макроскопическом уровне зависит от следующих основных факторов:

– количества, вида цемента и его активности;

– количества воды затворения или, другими словами, водоцементного отношения;

– температурно-влажностных условий окружающей среды;

– крупности заполнителя и его физико-механических свойств (как фактор, определяющий задерживающее влияние по отношению к свободным деформация усадки цементного камня);

– объемного содержания цементного камня в бетоне;

– межзерновой пустотности заполнителей бетона;

– присутствия добавок и ускорителей твердения, оказывающих влияния на условия формирования структуры бетона (процессы структурообразования).

Объемные деформации бетона

Несмотря на свои высокие показатели в плане прочности и устойчивости к нагрузкам, бетон может менять свою форму в процессе эксплуатации. Это является негативным фактором, поскольку приводит к разрушению, а также снижению долговечности. Деформация бетона может быть разделена на две основные категории: объёмные и силовые. Причины их возникновения и воздействия на структуру довольно сильно отличаются.

Объёмные деформации бетона появляются в результате процесса усадки здания. Он происходит на всех объектах и подразумевает постепенное сдавливание конструкции под действием собственного веса. Как правило. Все нагрузки заранее рассчитываются и не представляют вреда для конструкции. Ещё одной разновидностью объёмного изменения объёма является набухание изделия в результате воздействия воды. При этом, деформация в несколько раз меньше, чем при усадке здания.

Силовая деформация бетона происходит при кратковременном воздействии значительной силы. За счёт этого, она может сопровождаться частичным или полным разрушением конструкции. Отличительной особенностью является восстановление некоторого объёма от первоначальной формы, которое происходит после воздействия. Как правило, это значение составляет не более 10-15 процентов. Специальные добавки способны увеличить прочность изделия, за счёт изменения структуры. Эффективным методом борьбы является использование армирования.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Строительство и ремонт
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector