Рис. 1.4. Диаграмма сжатия и Рис. 1.5. Зависимость роста растяжения бетона деформаций от времени при

i - квсательная; 2 - з.грузка («у- Длительной нагрузке упругие деформации, - пластические)

деформации при длительном действии нагрузок (ползучесть бетона);

деформации при действии многократно повторяющейся нагрузки.

Деформации при однократной кратковременной нагрузке. Рассмотрим диаграмму сжатия бетона (см. рис. 1.4). Дсформащщ, измеренные в момент приложения нагрузки, являются упругими, т.е. пропорциональными напряжениям. На диаграмме получается прямая линия, проходящая под углом со к оси е.

Деформации, развивающиеся затем в бетоне при выдержке образцов под нагрузкой, являются пластическими и увеличиваются с ростом напряжений; этому процессу на диаграмме отвечает кривая линия 2.

В общем случае полученная таким образом диаграмма имеет криволинейный характер. При малых напряже-

ниях преобладают упругие деформации, при больших -

пластические.

Отклонения от линейной зависимости определяются скоростью приложения нагрузки или продолжительностью опыта, маркой бетона и напряжением.

С увеличением прочности бетона неупругие деформации уменьшаются. При бетонах марки 500 и выше зависимость между деформациями и напряжениями получается почти линейной.

Диаграмма рагтяжспия бетона зависит от тех же фпкторои. что и дпшрамма сжатия. Однако неоднородность строгиня и наличие неизбежных эксцентрицитетов огобсимо СИ II.по ск(1 (ыиаются при опытах иа растяже-ипр и приио I 1г к значительному рассеянию результатов, штому опенка пеупругих деформаций при растяжении 8ат)улпепа.

Деформации при длительных нагрузках. При длительном действии нагрузок в бетонных и железобетонных элементах развиваются значительные пластические деформации.

Нарастание деформаций при длительных загружени-ях называется ползучестью. Ползучесть проявляется при постоянных напряжениях и при переменных.

1>п.тлнчают линейную и нелинейную ползучесть. Линейной называется ползучесть, при которой деформации и)пмерио пропорциональны напряжениям. Такие деформации наблюдаются при напряжениях, меньших границы появления микротрещин (по О. Я. Бергу). При на-нр1 IПИЯХ шипе этой границы начинается ускоренное нн{м> 1.1ине иформпцпй или нелинейная ползучесть.

\\ш рис. 1.5 кривой АВ представлена типичная зави-

< и.....ть nnpncTainiH деформаций ползучести в зависимо-

I 111 чг прсмепп при линейной ползучести, а кривой ГД - тпкпя же зависимость при нелинейной ползучести. Поскольку граница между этими двумя видами ползучести (граница развития микротрещин) выше напряжений при лксплуатациоиных нагрузках, наибольшее практическое аппчеппс имеет линейная ползучесть.

ЛипеЛпая ползучесть объясняется наличием в цементном камне гелевой составляющей, которая имеет вя.чкую природу (по И. И. Улицкому). Деформации зависят от времени действия нагрузки. Затухание деформаций линейной ползучести вызывается тем, что в процессе кристаллизации количество геля уменьшается, происхо-

Деформации бетона в зависимости от причин их воз-иикионс-иня делят на силовые деформации (от действия HaipysOK) и объемные деформации (от усадки бетона илн изменения температуры среды).

В запнспмости от характера приложения и длительности действия нагрузок силовые деформации бетона разделяют на несколько пплоп:

деформации при однократном загружении кратковременной нагрузкой;

дит перераспределение напряжений с гелевой составляющей на кристаллические образования цементного камня и заполнители. Практически деформации ползучести затухают через несколько лет вместе с окончанием нарастания прочности. Таким образом, ползучесть зависит от возраста бетона при его загружении: чем старее бетон, тем меньше геля в цементном камне и тем меньше конечная деформация.

Обширный экспериментальный материал, накопленный в результате исследований ползучести, дает возмож-

4в время, мс -0,5

е 6 /2 36 Время,нес,

Глиноземистый цемент

Время, нес

Хранение в воздушной среде Влажиостыв 50%

757,

Рис. 1.6. Влияние различных факторов иа ползучесть бетона

о - напряжений; б -вида цемента; в - водоцементного отношения; е - влажности среды

ность установить влияние различных факторов на длительное деформирование бетонов. Основное влияние на ползучесть оказывают размеры образца, нагрузка, вид цемента, водоцементное отношение, влажность среды, возраст бетона в момент нагружения, время нагружения (рис. 1.6).

При длительном нагружении железобетонных конструкций между бетоном и арматурой происходит перераспределение внутренних усилий, и арматура значительно уменьшает пластические деформации бетона. При сжатии напряжения в бетоне уменьшаются, в арматуре увеличиваются. При растяжении, наоборот, напряжения в бетоне нарастают, а в арматуре уменьшаются.

Вследствие ползучести в бетоне происходит релаксация напряжений. Релаксацией называется уменьшение йапряжений с течением времени без изменения началь-

ной деформации. Так, если бетонному образцу сообщить какое-то начальное напряжение и начальную деформацию, а затем устранить возможность дальнейшего изме нения деформаций, то с течением времени напряжение в бетоне постепенно уменьшится.

Деформации при повторных нагрузках. При повторяющихся нагрузках деформационные свойства бетона изменяются. Если при первой загрузке кривая диаграммы о-е имеет выпуклость в сторону оси напряжений, а при разгрузке -в противоположную сторону (рис. 1.7), то

Рис. 1.7. Деформации бсюиа при повторных нагрузках

Paoffuiimue В Воде

Усадка В Воздушной среде

Рис. 1.8. Влияние воздушной среды иа усадку и воды на разбухание бетона и железобетона

при повторении циклов нагружения кривые постепенно выпрямляются, что свидетельствует об установлении пропорциональности между напряжениями и деформациями. Одновременно с этим происходит накопление всевозрастающих остаточных деформаций. Линии нагрузки и разгрузки образуют петлю гистерезиса, площадь которой представляет энергию, затраченную на преодоление внутреннего трения.

Если напряжения, вызываемые многократно повторяющейся нагрузкой, не превышают, например, половины призменной прочности, то такая нагрузка не вызывает разрушения бетона при практически бесконечном числе циклов. Однако при более высоких напряжениях кривая деформаций, выпрямленная на первом этапе многократ-

ного загружения-разгружения, при дальнейшем загружении снова станет искривляться. Если при этом кривая деформаций станет искривляться к оси напряжений, значит наступила усталость бетона (характеризуемая нарастанием пластических деформаций с каждым циклом), которая приведет к разрушению бетона даже, если напряжения значительно ниже предела прочности при однократном нагружении.

Некоторые железобетонные конструкции (мосты, подкрановые балки, фундаменты под машины и т. п.) по своему назначению предназначены работать на многократно повторяющиеся нагрузки с числом циклов загру» жения, исчисляемым миллионами.

Деформации от усадки. При твердении в обычной воздушной среде бетон уменьшается в объеме, т. е. происходит его усадка; при твердении в воде бетон увеличивается в объеме, т. е. разбухает. По абсолютному значению усадка бетона значительно больше разбухания (рис. 1.8).

Усадка бетона интенсивно нарастает в течение первого года, а затем медленно затухает. Она зависит в основном от количества цементного теста в бетоне: увеличение количества цемента увеличивает усадку, причем наименьшей усадкой обладают портландцементы, наибольшей - глиноземистые цементы.

В реальных условиях усадка происходит неравномерно: поверхностные слои усваивают влагу много быстрее внутренних, отчего в поверхностных слоях возникают значительные растягивающие напряжения, которые могут привести к появлению усадочных трещин.

Усадка является причиной образования в бетоне так называемых «собственных» напряжений, которые понижают трещиностойкость и жесткость конструкций, а следовательно, водонепроницаемость и долговечность сооружений. В предварительно-напряженных конструкциях усадка бетона приводит к потерям предварительного напряжения.

Усадка (разбухание) зависит от вида цемента, состава бетона, способов укладки и ухода за бетоном, темпе-ратурно-влажностных условий среды и др. и колеблется в широких пределах. В среднем усадка равна 0,3 мм/м, разбухание равно 0,1 мм/м.

Наиболее эффективные меры уменьшения усадки - увлажнение открытых поверхностей бетона, уменьшение

содержания цемента, снижение водоцементного отношения, повышение плотности бетонов и уменьшение поверхности заполнителей.

Температурные деформации бетонов (так же, как и от усадки) являются объемными.

Коэффициент линейного расширения зависит от вида цемента, заполнителей, состава бетонной смеси, влажности бетона, размеров сечения элемента. Наибольшее влияние оказывает различие коэффициентов линейного расширения цементного камня и заполнителей.

Практически прн температурах до 100°С разница в коффпцнсптах лппейного расп1ирепия цементного камня п т;11олпптеле1" пе еоадает существенных внутренних напрнжепип и бстопс. Поэтому коэффициент линейного раен1И>1Ч1ии нри температурах от О до 100° С и нормальных углоппях эксплуатации принимается постоянным.и рйииым 0,00001 град-. При температурах выше 250-300° С объемные де-фо1мацни цементного камня и заполнителей меняются. В то время как для гранита и песчаника при температуре около 500° С объемные деформации резко возрастают, для цементного камня деформации достигают максимума при температуре около 300° С, затем они уменьша-л ются, и при температуре около 500° С наблюдается сок- ращение объема. Поэтому при длительных воздействиях Г высоких температур (выше 200° С) обычные бетоны не применяют.

Внутренние напряжения можно уменьшить соответствующим подбором цемента и заполнителей. Для жаростойких бетонов применяют заполнители с малым коэффициентом линейного расширения: бой красного кирпича, доменные шлаки, диабазы и др. В качестве вяжущего применяют глиноземистый цемент или портландцемент с тонкомолотыми добавками из хромита, це-мянки или шамота.

Модуль деформаций бетона. В бетоне как в упруго; I пластическом материале зависимость меаду напряжениями и деформациями не является линейной (см. рис. 1.4). Опыты показывают, что причиной отклонения диаграммы о-е для бетона от прямолинейной зависимости является фактор времени. При «мгновенном» загружении деформации бетона следуют закону Гука и зависимость становится линейной. Такая прямая касательна к действительной диаграмме о-е в начале координат, а