Диаграмма деформирования бетона

Учитывая всю сложность проблемы, при расчетах железобетонных конструкций в качестве базовых используют прочностные и деформационные характеристики бетона, получаемые в условиях осевого кратковременного сжатия и растяжения. Учет дополнительных факторов (других видов напряженно-деформированного состояния, длительности действия нагрузки и т.д.) выполняют путем трансформаций исходных зависимостей, полученных в условиях осевого кратковременного нагружения.

В соответствии с положениями норм по проектированию железобетонных конструкций диаграмму деформирования (состояния) бетона, устанавливающую связь между напряжениями и продольными относительными деформациями бетона при кратковременном действии однократно приложенной нагрузки вплоть до установленных ее предельных значений, отвечающих разрушению бетона при однородном напряженном состоянии, следует рассматривать в качестве обобщенной характеристики механических свойств бетона (рис. 3.1, 3.2).

1 – пластины испытательной машины; 2 – опытный образец;

3 – индикаторы часового типа; 4 – контрольно-измерительное устройство, фиксирующее перемещения пластин испытательной машины

Рис. 3.1. Методика получения полных диаграмм деформирования бетона

а) схема измерения деформаций; б) общий вид образца, оснащенного индикатором часового типа.

Рис. 3.2. Общий вид диаграммы деформирования бетона

при осевом кратковременном сжатии

Большую роль при проведении испытаний играет скорость нагружения образца (рис. 3.3). Скорость нагружения нормируется соответствующими стандартами.

1 – 1 ‰/0,6 сек.; 2 – 1 ‰/мин.; 3 – 1 ‰/100 мин.;

4 – 1 ‰/7 дней; 5 – 1 ‰/700 дней

Рис. 3.3. Влияние скорости нагружения образца на форму кривой и параметрических точек диаграммы деформирования бетона при сжатии

Экспериментальные исследования показывают, что форма кривой, представляющей зависимость «напряжения–деформации» существенно зависит от кратковременной прочности бетона (рис. 3.4). Как видно из графиков с возрастанием кратковременной прочности увеличивается упругая составляющая диаграммы. Вместе с тем, вслед за достижением пиковых напряжений в бетонах с высокой прочностью следует довольно крутая нисходящая ветвь, соответствующая хрупкому разрушению материала.

1 – =30МПа; 2 – =55МПа; 3 – =70МПа; 4 – =90МПа.

Рис. 3.4. Зависимость «s_с–e_с» для бетонов разной прочности

Для математического описания базовой диаграммы деформирования бетона при сжатии, принятой в нормах необходимо иметь обоснованные значения следующих нормируемых параметрических точек:

– напряжений в пиковой точке диаграммы деформирования, соответствующих пределу кратковременной прочности бетона при осевом сжатии;

– относительной продольной деформации e_с1, соответствующей напряжениям в пиковой точке диаграммы;

– относительной продольной деформации e_cu, принятой в качестве предельной деформации бетона при сжатии, соответствующую назначенному уровню напряжения;

– среднего модуля упругости бетона Е_с.

Деформативность бетона

В бетоне принято различать деформации двух видов:

а) объемные, развивающиеся во всех направлениях под влиянием усадки, набухания, расширения (физико-химического или (и) температурного);

б)силовые, развивающиеся, главным образом, вдоль направления действующих усилий; силовым продольным деформациям соответствуют вполне определенные поперечные деформации, характеризуемые коэффициентом поперечной деформации (коэффициентом Пуассона).

Объемные деформации бетона

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).