стям соединения частиц возникают усилия, стремящиеся нарушить связь между ними. Одновременно около пор концентрируются напряжения - сжимающие и растягивающие. А так как в бетоне много пор, то растягивающие напряжения накладываются друг на друга. В результате бетон, плохо работающий на растяжение, разрушается вследствие разрыва в поперечном направлении.

Отсутствие закономерности в расположении частиц затвердевшего бетона, а также в расположении и разме-

е% в о вы

y/TtT----?2

7ei}iieOUaii « e

Рис. 1.1. График нарастания прочности бетона во времени

i - при влажном храиеппи; 2 - прн сухом хранении

Илет

рах пор приводит к тому, что при испытании образцов из одного и того же бетона наблюдается разброс показателей его прочности.

Прочность бетона с течением времени возрастает, так как процесс твердения бетона происходит годами (рис. 1.1).

Чтобы исключить влияние фактора времени, испытания проводят в 28-дневном возрасте или же результаты приводят к 28-дневным умножением показателей прочности на поправочные коэффициенты, найденные с помощью сравнительных испытаний.

Прочность бетона зависит от формы и размера образцов. В СССР за нормальный образец принят бетонный куб со стороной 15 см; при уменьшении размеров кубов прочность возрастает, при увеличении падает, так как вероятность наличия дефектов при больших размерах увеличивается. Переходные коэффициенты приняты:

от куба со стороной 10 см к нормальному со

стороной 15 см............. ~0,91

от куба, со стороной 20 см к нормальному со стороной 15 см.............. ~1,12

При увеличении высоты образца сопротивление бетона сжатию уменьшается, но при h/a3..A (где h - высота призмы, а - сторона ее основания) прочность призм практически становится постоянной.

В США за нормальный образец принят цилиндр диаметром 15,2 и высотой 30,5 см (6X12")- Предел прочности цилиндрического образца равен 0,7-0,75 предела; прочности нормального куба.

Па результаты испытания оказывает влияние скорость загружения образцов. При замедленном (длительном) загружении прочность бетона может снизиться на 10-15% по сравнению с результатами кратковременного испытания. При быстром загружении (в течение 0,2 с и менее) прочность бетона, наоборот, возрастает до 20%.

Ьсгон нмсст ра.тчпую прочность нри разных силовых ио:1леЛстш1Ях: сжатии, растяжении, срезе. В связи с этим различают несколько характеристик прочности бетона.

Для суждения о прочности бетона установлен единый показатель, выбираемый при проектировании конструкций и называемый проектной маркой бетона. Марки бе-топа установлены: по прочности на осевое сжатие (куби-ковая прочность), по прочности на осевое растяжение, по морозостойкости, по водонепроницаемости.

Прочность при сжатии. Проектная марка бетона по прочности на сжатие (М) означает временное сопротивление R (кгс/см*, по ГОСТ) при сжатии бетонного куба с размером ребра 15 см, изготовленного из рабочего состава бетона и испытанного в возрасте 28 дней при твердении в нормальных условиях, т.е. при =20±2°С (илн других условиях по стандарту).

Для определения марки бетона в гидротехнических монолитных ма(ч ппных сооружениях образцы испытывают в noipacrc 180 дней при твердении в нормальных условиях. Образцы бетона сборных изделий испытывают в срокм, установленные соответствующими стандартами н техническими условиями.

Главой СНиП 11-21-75 приняты следующие проектные марки бетона по прочности на осевое сжатие (М), илн сокращенно проектные марки:

тяжелые бетоны -50, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 350. 4(Ю. 450, 500, 600, 700, 800 (марки 250, 350 н 450 применяют при специальном технико-экономическом обосновании);

бетоны на пористых заполнителях - 25, 35, 50, 75, 100. 150, 200. 250. 300, 350, 400;

ячеистые бетоны - 15, 25, 35, 50, 75. 100. 150,

Марку бетона выбирают в Зависимости от назначения конструкции и условий ее эксплуатации на основании технико-экономических расчетов.

Для железобетонных конструкций применение тяжелого бетона проектной марки ниже 100 и бетона на пористых заполнителях ниже 35 не допускается.

Для железобетонных сжатых элементов из тяжелого бетона и бетона на пористых заполнителях рекомендуется принимать марку бетона не ниже 200, а для тяжело нагруженных колонн (воспринимающих значительные крановые нагрузки в одноэтажных зданиях и для нижних этажей многоэтажных зданий) -не ниже 300.

Для предварительно-напряженных элементов из тяжелого бетона и бетона на пористых заполнителях проектная марка бетона принимается в зависимости от вида напрягаемой арматуры, ио не ниже 200.

Проектные марки бетона по прочности на осевое растяжение (Р) приняты:

тяжелые бетоны -10, 15, 20, 25, 30, 35, 40;

бетоны на пористых заполнителях-10, 15, 20, 25, 30.

Для некоторых сооружений, например гидротехнических, проектная марка бетона по прочности на осевое растяжение является основной характеристикой прочности бетона.

Для оценки морозостойкости бетона установлены следующие проектные марки бетона по морозостойкости (Мрз):

тяжелые бетоны-50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 500;

бетоны на пористых заполнителях-25, 35, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 500;

ячеистые бетоны -15, 25, 35, 50, 75, 100.

В зависимости от водонепроницаемости (В) бетоны для гидротехнических сооружений делятся на шесть марок: 2, 4, 6, 8, 10, 12, означающих, что образец бетона выдерживает давление воды соответственно не менее 2, 4, 6, 8, 10, 12 кгс/см*, при котором еще не наблюдается просачивания воды через испытываемый образец.

Проектная марка бетона, или кубиковая прочность является условным показателем, поскольку из-за трения между опорными гранями образца и плитами пресса в образце возникает сложное напряженное состояние. Лучшее представление о прочности бетона при одноосном сжатии дают испытания призм с высотой, превыша-

ющей сторону основания в 3-4 раза, так как в средней их части влияние трения сказывается незначительно.

Предел прочности призмы (призменная прочность) может быть определен по кубиковой прочности, поскольку между этими характеристиками существует довольно устойчивая зависимость:

для тяжелых бетонов, бетонов на пористых заполнителях и поризованных

/?;,p ?" = 0,77 - 0,0001f, (1.1)

но НС менее 0,72;

для ячеистых бетонов

«;;р ?" =0.95 - 0,0005. (1.2)

Прмямепнук) прочность бетона используют при расчете пнибаемых и сжатых элементов конструкций (балок, колонн, сжатых элементов ферм, арок и т.д.).

Прочность при растяжении. Прочность бетона при осевом растяжении (7?р) в 10-20 раз ниже, чем при сжатии. Причем с увеличением кубиковой прочности бе-топа отпосительпая прочность бетона при растяжении снижается. Хотя при расчетах прочности конструкции часто пренебрегают сопротивлением бетона растяже-HHKi. (Н1редслсппе этой характеристики важно, так как с пределом прочности при растяжении связана трещиностойкость конструкций.

Предел прочности бетона при растяжении связан с кубиковой прочностью зависимостью, полученной из экспериментов:

/?р-0,5 г».

(1.3)

Прочность бетонной балки, как отмечено выше, оп-ределиется сопротивлением бетона растяжению. Но, если по полученному из опытов разрушающему изгибаю-пкму моменту балки определить предел прочности на растяжение при изгибе по известной формуле сопротив-лепня материалов

?Р=-. (1.4)

то результат оказывается значительно больше предела прочности при центральном растяжении. Это объясняется тем, что перед разрушением распределение нормальных

напряжений по высоте сечения бетонной балки становится нелинейным. На рис. 1.2 показана эпюра нормальных напряжений для балки из бетона низкой прочиости; в сжатой зоне очертание эпюры напоминает параболу, в растянутой зоне вблизи нейтральной оси кривая также близка к параболе, а ниже представляет собой прямую, почти параллельную плоскости сечения. Это доказывает значительную пластическую растяжимость бетона перед появлением трещин.

Ч li

среза

Рис. 1.2. Эпюра нормальных напряжений по высоте сечения бетонной балки

Рис. 1.3. Схемы испытания бетона на срез

J - действительная; (условная)

i - расчетная

Если принять значение неупругих деформаций равным половине полных деформаций при растяжении, то отношение предела прочности на растяжение при изгибе по формуле сопротивления материалов к пределу прочности при центральном растяжении, называемое коэффициентом изгиба, для различных бетонов колеблется в широких пределах; в среднем (по Б. Г. Скрамтаеву) оно равно 1,7.

Исходя из этого можно получить значение предела прочности бетона при растяжении с учетом его неупругих свойств;

=.,=3.5-. (1.5,

1.7 М«

Прочность при срезе и скалывании. Экспериментальные исследования сопротивления бетона срезу осложняются обычно наличием изгибающих моментов, которых не удается избежать даже при самой тщательной постз-

новке опыта. Наиболее распространенные схемы испытания на срез показаны на рис. 1.3.

Существенное влияние при срезе оказывает сопротивление крупных зерен заполнителей, которые, попадая в плоскость среза, работают как своего рода шпонки. Меньшая прочность заполнителей в легких бетонах, например в керамзитобетонах тон же марки, приводит пб-этому к понижению предела прочности срезу.

При чистом срезе, редко встречающемся на практике, предел прочности определяют по эмпирической формуле

Rep -

или 7?ср = 2/?р. (1-6)

Значительно чаще в железобетонных конструкциях бетон работает на скалывание, вызываемое, например, действием поперечных сил при изгибе в наклонных сечениях вблизи опор. Скалывающие (касательные) напряжения при изгибе распределяются по высоте сечения по параболе; при постоянной ширине сечения скалывающие напряжения достигают наибольшего значения на уровне нейтрального слоя. Сопротивление бетона скалыванию в 1,Г)-2 раза выше, чем осевому растяжению.

Прочность бетона при различных силовых воздействиях имеет приблизительно следующие значения:

при сжятип куЛоп.......... R

» » ирмзм............ (0,7 0,8) R

• осеиом растяжении......... (0 0>-0,1)7?

» растяжении при изгибе....... (О 1-0,18)7?

» чистом срезе........... (0,15-0,3)7?

» скалыиании............ (0,1-0,2)7?

.V. Деформативность бетона. Для любых материалов, помимо данных о прочности, необходимо иметь характе-рнгтнкн леф<»шатнв11ост, с помощью которых можно было бы определять дс<()ормации, например прогибы. II жоле.юбепнтых конструкциях вопросы деформативности приобретают особое значение. Бетон - это материал с ярко выраженными упругопластическими свойст-иамн. Уже при незначительных напряжениях в бетоне ра.шнваются упругие и пластические деформации (рис. l.-l).

Полная деформация бетона еб складывается из де-формацнн упругой Еу, которая восстанавливается после снятия нагрузки, и деформации пластической еп, которая после снятия нагрузки практически не восстанавливается: