• Стройка и ремонт с нуля до успешного финиша
  • Пошаговые мастер-классы с фото и видео
  • Контролируем рабочих или делаем своими руками
  • Калькуляторы для расчета материалов

Деформативные свойства бетона

Опубликовано: 14.02.2017

Деформативные свойства бетона

Деформативные свойства бетона.

Деформативные свойства бетона проявляются под нагрузкой, при этом область упругой работы бетона идет от начала нагружения до напряжения сжатия, при котором по границе сцепления цементного камня с заполнителем образуются микротрещины. При дальнейшем нагружении микротрещины образуются уже в цементном камне и возникают пластические неупругие деформации бетона. Под нагрузкой бетон ведет себя иначе, чем сталь и другие упругие материалы. Конгломератная структура бетона определяет его поведение при возрастающей нагрузке осевого сжатия. Область условно упругой работы бетона — от начала нагружения до напряжения сжатия R 0 t, при котором по поверхности сцепления цементного камня с заполнителем образуются микротрещины. Граница упругой работы бетона соответствует наибольшему сокращению времени прохождения ультразвукового импульса Δt (рисунок-1). Рисунок-1. Параметрические точки (границы) областей напряженного состояния бетона.

R 0 t-граница условно упругой работы бетона; R v t -верхняя граница области развития пластических деформаций; R 0 t- R v t-область микротрещинообразования.

При дальнейшем нагружении микротрещины образуются уже в цементном камне и возникают пластические — неупругие деформации бетона. Развитию пластических деформаций способствует также наличие гелевой составляющей в цементном камне. Верхняя граница области развития пластических деформаций R v t соответствует возрастанию величины коэффициента поперечной деформации до 0,5, т. е. максимального значения, теоретически возможного для сплошного тела.

При этом время прохождения ультразвукового импульса приближается к первоначальному значению для ненагруженного бетона, принятому за условный нуль. Особенности деформирования бетона под нагрузкой обобщенно описываются реологической моделью (рисунок-2.

Рисунок-2. Упрощенная реологическая модель бетона.

1 — пружина (упругий элемент); 2 — поршень, движущийся в вязкой жидкости и характеризующий неупругие свойства бетона; 3 — пластинчатый элемент сухого трения.

При нагружении бетона сначала приходит в действие упругий элемент модели — пружина. Когда нагрузка преодолеет трение между пластинками, характеризующее предел упругости R°T, возникают пластические деформации, постепенно нарастающие по мере увеличения напряжения до значения R v t При этом бетон ведет себя как упруго-вязко-пластическое тело.

Опыты подтвердили, что при небольших напряжениях и кратковременном нагружении для бетона характерна упругая деформация, подобная деформации пружины. Если напряжение превосходит 0,2 от предела прочности, то наблюдается заметная остаточная (пластическая) деформация (рисунок-3), и полную деформацию бетона можно представить как сумму упругой и пластической деформации (εпл + εупр.

Рисунок-3. Кривая «напряжение-деформация» бетона.

Поэтому диаграмма деформирования (зависимость напряжения σ от относительной деформации ε) не прямолинейна, для каждого напряжения существует свой модуль упругости. Условились за начальный модуль упругости бетона при сжатии и растяжении принимать отношение нормального напряжения к относительной деформации при величине напряжения не более 0,2 от предела прочности.

Таким образом, начальный модуль упругости представляет собой тангенс угла наклона касательной ОА и, следовательно,Ен=0,2R/ε0,2R. Для других точек кривой, лежащих за указанной границей, модуль деформаций является переменной величиной, равной отношению соответствующего напряжения к полной деформации. Например, для точки i модуль деформации Ei=σi/εполн.

Начальный модуль упругости возрастает при увеличении прочности бетона и, как видно из рисунке-4, зависит от пористости бетона: увеличение пористости бетона сопровождается снижением модуля упругости. При одинаковой марке по прочности модуль упругости легкого бетона на пористом заполнителе меньше в 1,7 — 2,5 раза тяжелого. Еще ниже модуль упругости ячеистого бетона. Таким образом, упругими свойствами бетона можно управлять, регулируя его структуру.

Рисунок-4.Графики зависимости модуля упругости бетона от его марки.

1-тяжелый бетон; 2-легкий бетон на пористых заполнителях;3-ячеистый бетон.

Модули упругости бетона при сжатии и растяжении принимают равным между собой. Есж=Ер=Еб. Коэффициент упругой поперечной деформации µ (коэффициент Пуассона) бетона изменяется в довольно узких пределах — 0,13 — 0,22 и в среднем равен 0,167.

Между модулями упругости продольной деформации Eб и деформации сдвига G существует связь: G=Еб/2(1+µ), и принимают G=0,4Еб. Предельная относительная деформация бетонного бруса связана с модулем деформации Еб и пределом прочности R при растяжении( сжатии) соотношением.

εпред=R/Еб . Модуль деформаций конструкционных легких бетонов на пористых заполнителях примерно вдвое меньше, чем у равнопрочных тяжелых бетонов, поэтому предельная сжимаемость легкого бетона примерно в 1,5 — 2 раза, а растяжимость в 2 — 4 раза выше по сравнению с тяжелым бетоном. Повышение предельной деформации бетона увеличивает его трещиностойкость.

Ползучесть бетона.

Ползучестью называют явление увеличения деформаций бетона во времени при действии постоянной статической нагрузки (рисунок-4). Рисунок-5. Развитие ползучести бетона во времени.

Таким образом, полная относительная деформация бетона при длительном действии нагрузки слагается из его начальной («мгновенной») упругой деформации и пластической деформации ползучести.Мерой ползучести служит величина с= εn/σ, то есть относительная деформация ползучести, отнесенная к единице напряжения.

В области упругой работы бетона ползучесть εn приблизительно линейно зависит от упругой деформации ε0 и, следовательно, характеристика ползучести φ =εn /ε0, т. е. равна отношению деформации ползучести к начальной упругой деформации.

Ползучесть проявляется при всех видах деформации. По сравнению с ползучестью при сжатии ползучесть при растяжении выше в среднем в 1,5 раза (опыт С. В. Александровского и В. Я. Багрия), а при сдвиге — в 2 — 2,5 раза (опыты Дьюка и Дэвиса.

Ползучесть бетона объясняют пластическими свойствами влажного цементного геля, а также возникновением и развитием микротрещин при напряжениях, превосходящих R°t. Кроме того, при высоких напряжениях проявляется пластическая деформация кристаллической структуры.

Ползучесть зависит от вида цемента и заполнителей, состава бетона, его возраста, условий твердения и влажности. Меньшая ползучесть наблюдается при применении высокомарочных цементов и плотного заполнителя — щебня из изверженных горных пород. Пористый заполнитель усиливает ползучесть, поэтому легкие бетоны имеют большую ползучесть по сравнению с тяжелыми.

С увеличением В/Ц ползучесть бетона при прочих равных условиях возрастает, так как цементный гель становится менее вязким, а бетон — более пористым. При одинаковом В/Ц большая ползучесть наблюдается у бетона с более высоким содержанием цемента. В бетоне, нагруженном в раннем возрасте, проявляется гораздо большая ползучесть, чем в позднем возрасте.

На ползучести сказывается климат: замечено ее усиление в теплом и сухом воздухе. Преждевременное высыхание бетона ухудшает структуру и увеличивает его ползучесть. Однако насыщение водой затвердевшего бетона может также вызвать рост ползучести. Ползучесть обусловливает релаксацию (уменьшение) напряжений в бетоне при сообщенных ему вынужденных деформациях.

Рисунок-6. Кривые релаксации напряжений в бетонном брусе при сообщенной ему постоянной единичной деформации (по С. В. Александровскому.

1, 2, 3, 4 — нагружение бетона в возрасте 2, 5, 10 и 20 сут.

На рисунке-5 приведены кривые релаксации напряжений в бетонном брусе, характеризующие постепенное снижение напряжений в бетоне при сообщенной ему постоянной единичной относительной деформации (по С. В. Александровскому.

Однако ползучесть и связанная с ней релаксация напряжений может играть и отрицательную роль. Например, ползучесть бетона приводит к потере натяжения в предварительно напряженных железобетонных конструкциях.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

gepatit.otvali.ru