Деформативность бетона

бетона
Тема 1. Физико-механические свойства и экспериментальные основы теории

сопротивления железобетона

Дисциплина
«ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ»
Часть I
Курс лекций

Составитель: В. В. Родевич

нагружении

Модуль деформации бетона

Деформации бетона при разных видах нагружения.

Другие виды

бетонов

при действии внешней силы (нагрузки)


Деформации бетона


Объемные

Силовые

от возникновения
усадки или
набухания в бетоне

от действия
температуры

при однократном
загружении
кратковременной
нагрузкой

при длительном
действии
нагрузкой

при многократно
повторяющемся
действии
нагрузки

бетонов
=3×10-4
=4,5×10-4
Деформации усадки для пористых бетонов

температуры не выше 250 0С. При более высокой температуре нарушается

связь между разнородными компонентами бетона, и материал разрушается.

3,7 – кривая полных деформаций;
4,6 – прямые упругих деформаций;

5 – пластические деформации;
8 – кривая разгружения;
9 – нисходящая ветвь

для расчета конструкций и оценки их поведения под нагрузкой имеют

предельные деформации, при которых начинается разрушение бетона. По опытным данным, предельные деформации бетона при сжатии изменяются в пределах εbu = 0,0015...0,0030, уменьшаясь при повышении прочности бетона.
Предельные деформации бетона при растяжении составляют εbt,u = 0,0001...0,00015, т.е. примерно в 15...20 раз меньше, чем при сжатии. Предельные деформации бетона при растяжении повышаются при введении пластифицирующих добавок, использовании белитовых цементов, уменьшении крупности заполнителей и при применении заполнителей с высокими деформативными свойствами и хорошим сцеплением с цементным камнем.

– область пластических
деформаций;
3 – граница упругих

деформаций; 4 – секущая;
5 – касательная;
6 – кривая полных деформаций

Зависимость между деформациями и напряжениями бетона:

.

начальным модулем упругости и классом для тяжелого бетона при сжатии,

можно привести формулу:

Здесь γ - масса бетона, кг/м 3; B – класс бетона, МПа.

для тяжелого бетона

для легкого бетона

Наряду с продольными деформациями при загружении образца проявляются и поперечные деформации бетона. Отношение поперечных деформаций к продольным деформациям называют коэффициентом поперечной деформации или коэффициентом Пуассона (для бетона ν = 0,167).
Значение модуля сдвига G бетона принимают по установленной в теории упругости зависимости

приведены значения начальных модулей упругости для всех видов и классов

бетона.

многократном повторении нагрузки
а – один цикл нагрузка-разгрузка;
1 –

нагрузка; 2 – разгрузка;

б – многократное повторение циклов;

3 – первичное нагружение;
4 – 675 циклов;
5 – 10,5 ⋅ 104 циклов;
6 – 34,1 ⋅ 104 цикла

деформаций с течением времени при постоянных напряжениях называется ползучестью бетона

1- упругопластические деформации
2 – полные деформации

а – рост деформаций ползучести во времени;

- мера ползучести бетона

Это относительная деформация ползучести бетона при , накопившаяся к моменту времени t

Коэффициент упругопластической деформации бетона (коэффициент Пуассона)

при 0.5 Rb

деформаций. Ползучесть бетона и релаксация напряжений имеют общую физико-механическую основу
б

– опытный образец; в – снижение напряжений в бетоне с
течением времени;
1 - подушки пресса.

понижением – сжимается.
Коэффициентом линейной температурной деформации называют относительное удлинение

(укорочение) бетонного образца при нагреве (охлаждении)на 1 0С ( в пределах от -40 0С до +40 0С)

- для тяжелого и легкого бетона

- для легкого бетона на пористом заполнителе

- для ячеистого и поризованного бетонов

- максимальный расчетный перепад температуры

- Снижение температуры эквивалентное усадке бетона

- коэффициент пластичности бетона при растяжении

и поризованный бетон
Плотный силикатный бетон
Жаростойкий бетон
Кислотостойкий бетон
Полимербетон

Полимерцементный бетон

Самонапрягающийся бетон

пенобетон

газобетон

кг/м3) бетон ячеистой структуры с искусственно созданными порами, состоя­щий из

затвердевшей смеси вяжущего (цемента, извести или смешанного вяжущего) и кремнеземистого компонента (молотого песка или золы). Ячеистый бетон получают на основе разнообразных порообразующих (пена, газ) веществ. В зависимости от этого ячеистые бетоны разделяют на пенобетоны и газобетоны. В качестве газообразователя обычно используют алюминиевую пудру. В зависимости от состава различают пеносиликаты, пенозолобетоны. Ячеистые бетоны твердеют преимуще­ственно в автоклавах при давлении пара до 1,2 МПа и температуре 174 оС. В зависимости от плотности прочность ячеистых бетонов достигает 15 МПа..
Применение ячеистых бетонов в слабосжатых частях сечений желе­зобетонных элементов и ограждающих конструкциях существенно улучшает технико-экономические показатели зданий. Основные прочностные и деформативные характеристики ячеистых бетонов приведены в СНиП 2.03.01-84.

Крупнопористый и поризованный бетон - крупнозернистый облегченный или легкий бетон крупнопористо- и поризованной структуры, на цементном вяжущем, плотных и пористых заполнителях. Такие бетоны целесообразны для районов, где имеются крупные заполнители, но отсутствует природный песок Они обладают относительно низкой прочностью и малым коэффициентом теплопроводности, поэтому используются в основном в ограждающих конструкциях зданий. Основные расчетные характеристики крупнопористого и поризованного бетона класса В2,5 и выше приведены в СНиП 2.03.01-84.

Плотный силикатный бетон - бесцементный тяжелый песчаный мелкозернистый бетон автоклавного твердения, получаемый на основе известкового вяжущего. Такой бетон обладает хорошим сцеплением с арматурой и надежно защищает ее от коррозии. Прочность силикатного бетона достигает 60 МПа. Он обладает в 1,5...2 раза меньшим начальным модулем упругости и меньшей ползучестью по сравнению с равнопрочным цементным бетоном. Из него целесообразно делать малогабаритные конструкции (панели перекрытий и покрытий, разнообразные балки и прогоны). Стоимость железобетонных конструкций из силикатного бето­на ниже стоимости железобетонных конструкций из тяжелого бетона на 25 % и более. Конструкции из плотного силикатного бетона проектируют по специальным нормам.

время сохранять в заданных пределах свои прочностные и деформативные свойства

при эксплуатационных температурах 200...1800 0C. При температурах до 1200 оС основным вяжущим жаростойкого бетона остается портландцемент, к которому добавляют (до 30...100 % от массы цемента) тонкомолотые компоненты (зола-унос, цемянка, пемза, моло­тый кварцевый песок). При температуре 1200 оС применяют смешанное жароупорное вяжущее, состоящее из портландцемента и тонкомолотого шамота в пропорции 1 : 1 по массе. В жаростойких бетонах, предназна­ченных работать при температуре 1400 оС вяжущим является глиноземистый цемент (или жидкое стекло с кремне фтористым натрием), а при температуре 1700 оС - портландцемент с с добавкой ортофосфорной кислоты. Разработан бетон на фосфатной связке для температуры до 1800 оС, на основе высокоглиноземистого цемента с легковесным корундовым заполнителем. Применение жаростойкого бе­тона и железобетона в конструкциях тепловых агрегатов, туннельных и доменных печей позволяет существенно снизить их стоимость и сокра­тить сроки строительства и эксплуатационные затраты.
Проектирование конструкций из жаростойкого бетона производят по специальным нормам.

Кислотостойкий бетон - бетон, сохраняющий длительное время, заданные свойства в условиях агрессивной среды (водной и паровоздущной, содержащих кислоту). Кислотостойкие бетоны создают на основе пуццолановых или шлаковых портландцементов, жидкого стекла в зависимости от степени агрессивности среды.
Железобетонные конструкции из кислотостойкого бетона проектируют на основании специальных норм.

Полимербетон - бетон, в котором цемент полностью заменен полимерными вяжущими материалами. Полимербетон по сравнению с тяжелым бетоном более прочный, обладает большей растяжимостью (в не­сколько раз), водонепроницаем, устойчив к коррозии.
Ползучесть полимербетона в несколько раз выше ползучести тяжелого бетона. Этот и другие недостатки (высокая стоимость, малоизученность) пока не позволяют широко использовать полимербетон в несущих железобетонных конструкциях.

латекс, поливинилацетатная эмульсия) в количестве до 20 % от массы

цемента. Полимерцементные добавки существенно изменяют физико-механические свойства бетона: повышают прочность на растяжение и предельную растяжимость (в несколько раз), повышают также плотность, водонепроницаемость, коррозионную стойкость и сцепление с арматурой, понижают усадку и водопоглощение. Ползучесть полимерцементного бетона значительно выше ползучести тяжелого бетона на портландцементе. Пропаривание полимерцементного бетона не допускается, так как при повышенной влажности рост его прочности замедляется. Основной недостаток полимерцементных бетонов заключается в дефицитности и высокой стоимости полимерной добавки.
Попытки получить полимерцементный бетон известны с давних времен. Еще в Древней Руси для придания известковым растворам водостойкости применяли бычью кровь, яичные белки и свежий творог - нату­ральные высокополимерные вещества белкового характера. В настоящее время полимерцементный бетон применяют при устройстве разнообраз­ных гидроизоляционных покрытий (перронов, дорог, аэродромов), полов промышленных зданий и водонепроницаемых конструкций.

Самонапрягающийся бетон - бетон, объем которого в процессе твердения существенно увеличивается. Его изготавливают на расширяющемся цементе ВРЦ, состоящем из смеси портландцемента и глиноземистого цемента и гипса. В НИИЖБе разработан бетон, в котором увеличение объема происходит за счет образования гидросульфоалюмината кальция. Главное достоинство саморасширяющегося бетона заключается в способности в процессе твердения растягивать арматуру на проектную величину и таким образом создавать в ней необходимые предварительные напряжения. Сам бетон при этом получает предварительное обжатие. Такой бетон применяют в самонапрягающихся железобетонных конструкциях (напорные трубы). Благодаря отказу от натяжных механизмов это упрощает технологию их производ­ства, позволяет использовать стали с относительно невысокими прочностными показателями.