Модуль упругости и деформации бетона при

КРАТКОВРЕМЕННОМ НАГРУЖЕНИИ

 

Деформации бетона при приложении нагрузки зависят от его состава, свойств составляющих материалов и вида напряженного состояния. Диаграмма сжатия бетона имеет криволинейное очертание, причем кривизна увеличивается с ростом напряжений (рис. 6.4).

С увеличением прочности бетона уменьшается его деформация и кривизна диаграммы . Низкопрочные бетоны имеют даже нисходящую ветвь диаграммы сжатия. Однако на этом участке сплошность материала уже нарушена, в нем возникают микроскопические трещины, отслоение отдельных частей. В железобетонных конструкциях арматура связывает отдельные части бетона в единое целое и для частных случаев расчета конструкций необходимо учитывать нисходящую ветвь диаграммы сжатия бетона.

На характер нарастания деформаций под действием нагрузки влияют также скорость ее приложения, размеры образца, температурно-влажностное состояние бетона и окружающей среды и другие факторы. Деформация бетона включает упругую , пластическую и псевдопластическую части (рис. 6.4):

Соотношение между ними зависит от состава бетона, использованных материалов и других факторов. Величина пластической и псевдопластической частей возрастает с увеличением длительности нагрузки, понижением прочности бетона, увеличением водоцементного отношения, при применении слабых заполнителей.

О деформативных свойствах бетона при приложении нагрузки судят по его модулю деформации, т. е. по отношению напряжения к относительной реформации, вызываемой его действием. Чем выше модуль деформации, тем менее деформативен материал. Поскольку диаграмма сжатия бетона криволинейна, то его модуль деформации зависит от значений относительных напряжений , постепенно понижаясь с их увеличением (рис.6.5), причем тем больше, чем ниже марка бетона. Обычно определяют либо начальный модуль деформации бетона Ео, когда преобладают упругие деформации, либо модуль деформации при определенном значении , например при = 0,5.

На практике используют эмпирические зависимости модуля деформации от различных факторов. Для расчета железобетонных конструкций важна зависимость модуля деформации при можно определить по формуле:

,

 

где R – прочность бетона.

В действительности модуль деформации может заметно отличаться от средних значений. В табл. 6.2 приведены значения модуля деформации при сжатии некоторых видов бетона, показывающие большое влияние на него технологических факторов.

Важное значение для расчета конструкций и оценки их поведения под нагрузкой имеют величины предельных деформаций, при которых начинается разрушение бетона, По опытным данным, предельная сжимаемость бетона изменяется в пределах 0.0015…0,003, увеличиваясь при повышении прочности бетона.

Предельную сжимаемость бетона можно также увеличивать, применяя более Деформативные компоненты и обеспечивая достаточно надежное сцепление между ними.

Предельная растяжимость бетона составляет 0,0001…0,0015, т.е. примерно в 15…20 раз меньше его предельной сжимаемости.

Предельная растяжимость повышается при введении в бетон пластифицирующих добавок, использовании белитовых цементов, уменьшении крупности заполнителей или при применении заполнителей с высокими деформативными свойствами и сцеплением с цементным камнем.

 

ДЕФОРМАЦИИ ПОЛЗУЧЕСТИ.

 

Под ползучестью бетона понимают его способность деформироваться во времени при длительном действии постоянной нагрузки. Физическая природа ползучести еще недостаточно выяснена, но большинство исследователей считают, что пластические деформации ползучести обусловливаются пластическими свойствами цементного камня и изменением состояния основной составляющей бетона. Деформации ползучести наиболее заметно развиваются в первые сроки после приложения нагрузки и постепенно затухают, но они наблюдаются иногда у бетона в возрасте одного года и больше. Полная деформация ползучести может значительно превосходить деформации, получаемые бетоном в момент загружения.

Ползучесть бетона зависит от еще большего числа факторов, чем его усадка, причем большинство факторов действует на деформации ползучести подобно их влиянию на деформации усадки. На ползучесть бетона влияют расход и вид цемента, водоцементное отношение, вид и крупность заполнителя, степень уплотнения бетона, степень гидратации цемента к моменту приложения нагрузки, температура и влажность окружающей среды и самого бетона, размеры образца и относительное значение напряжений в бетоне, Ползучесть бетона увеличивается при повышении содержания цемента, увеличении водоцементного отношения, уменьшении крупности заполнителей и повышении их деформативности, например, при применении пористых заполнителей.

Для оценки ползучести бетона удобно пользоваться мерой ползучести С, под которой понимается ползучесть бетона при единичной нагрузке:

,

где -полная деформация ползучести.

 

Ориентировочно мера ползучести

,

где - исходная мера ползучести, принимаемая равной для бетона на обычном портландцементе без ускорителей твердения и для бетона на высокопрочном цементе ; - поправочные коэффициенты, учитывающие соответственно влияние времени приложения нагрузки, В/Ц, расхода цемента, размеров сечения образца, фактической влажности воздуха.

Приведенные на рис. 6.6 графики изменения поправочных коэффициентов наглядно показывают влияние различных факторов на деформации ползучести обычного тяжелого бетона.

ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ

 

Бетон, как и другие материалы, расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении. В среднем коэффициент линейного расширения бетона составляет . Однако в действительности он колеблется в зависимости от состава бетона и свойств заполнителей и вяжущего. С увеличением содержания цементного камня коэффициент линейного расширения увеличивается. Например, в одном из опытов раствор состава 1:3 имел , а цементный камень - . Определенное влияние на коэффициент линейного расширения оказывает вид заполнителя. Например, бетон на граните в опытах показал , бетон на керамзите - , бетон на известняке - . Зависимость коэффициента линейного расширения бетона от коэффициента линейного расширения заполнителя, приведена на рис. 6.7.

Изменение температуры в пределах 0... 50 °С мало влияет на коэффициент температурного расширения сухого бетона, если при этом в бетоне отсутствуют физико-химические превращения. При изменении температуры влажного бетона температурные деформации складываются с влажностной усадкой или расширением. При замерзании влажного бетона существенное влияние на его деформации оказывает образование льда в порах и капиллярах материала. В ряде случаев вместо деформации сжатия при остывании бетона ниже 0°С могут наблюдаться деформации расширения, вызываемые давлением образующегося льда.

Температурные деформации бетона близки к температурным деформациям стали, что обеспечивает их надежную совместную работу в железобетоне при различных температурах окружающей среды.

Для большей наглядности па рис.33 приведены деформации цементного камня относительно стали (линейная деформация стали принята за нуль). Из рисунка видно, что при понижении температуры деформации цементного камня относительно стали увеличиваются и достигают первого максимума () при -5°С, затем они уменьшаются и переходят в отрицательные. Максимум отрицательных деформаций (до ) находится в температурном интервале от -20 до -35° С.

Такие деформации можно условно разделить на три вида в соответствии с температурными интервалами.

Деформации первого вида в зависимости от В/Ц цементного камня укладываются, как это видно на pис. 33, в температурный интервал от +20 до -15° С; деформации второго вида - от -10 до -40° С; деформации третьего вида - от -35 до -65° С.