Прочность бетона на растяжение при изгибе

Под призменной прочностью понимают временное сопротивление осевому сжатию призмы с отношением высоты призмы к размеру стороны квадрата, равном 4. Образцы призматической формы, для которых влияние сил трения меньше, чем для кубов, при одинаковом поперечном сечении показывают меньшую прочность на сжатие. В реальных конструкциях напряженное состояние бетона приближается к напряженному состоянию призм. Поэтому для расчета конструкций на осевое сжатие принята призменная прочность бетона, ее величина имеет максимальное значение при мгновенном загружении. При таком соотношении Н/b влияние опорных плит пресса в средней части призмы (участок разрушения), а также гибкости бетонного образца практически не сказывается. При этом имеется в виду, что эталонные призмы набирали прочность в нормальных условиях в течение 28 дней и что условия загружения соответствуют требованиям ГОСТа.

Призменная прочность равняется примерно 0,75 кубиковой прочности для класса бетона В25 и выше и 0,8 для класса бетона ниже В25.

Однородность бетона

Однородность бетона по прочности и другим свойствам — важнейший фактор надежности бетонных и железобетонных конструкций.

Расчетные сопротивления бетона по действующим нормам проектирования конструкций составляют лишь около половины проектных значений прочности, поскольку приходится ориентироваться не на средние показатели, а на статистически вероятную минимальную прочность бетона, качество которого подвержено случайным колебаниям.

Повышение однородности бетона открывает возможность его более, эффективного использования при требуемой обеспеченности его заданных параметров.

Однородность бетона по прочности наряду с другими факторами зависит от содержания и качества применяемых заполнителей, особенно если какие-либо свойства последних ограничивают получение бетона требуемой прочности.

При попытке получить высокопрочный бетон на гладком окатанном гравии слабым местом является контакт цементного камня с заполнителем, и чем больше будет в бетоне заполнителя, тем меньшей окажется прочность бетона. В этом случае неточность дозирования и неравномерное распределение заполнителя по объему бетона будут снижать однородность бетона по прочности и тем значительнее, чем выше проектная прочность бетона.

Если свойства заполнителя обеспечивают надлежащее сцепление с цементным камнем в бетоне, а прочность заполнителя достаточно высока в соответствии с условием (4.6), то возможные колебания содержания такого заполнителя в бетоне, как вытекает из вышеизложенного, сравнительно мало скажутся на прочности бетона и ее изменчивости.

Наконец, если прочность заполнителя недостаточна для получения бетона требуемой прочности, то и колебания содержания, и неоднородность заполнителя могут весьма резко снизить однородность бетона.

Поэтому однородность бетона обычно связывают с его прочностью, хотя имеющиеся опытные данные нередко противоречивы. Долгое время считалось, что чем выше прочность бетона, тем выше его однородность. Это объясняли повышением культуры производства, усилением технологического контроля. Однако последующие исследования (А. Е. Десова, В. А. Вознесенского) показали, что высокопрочные бетоны, наоборот, имеют меньшую однородность. Последнее соответствует и представлениям, вытекающим из вышеприведенного анализа влияния заполнителей на прочность бетона.

Согласно ГОСТ 10268—80, предел прочности горной породы заполнителей для тяжелого бетона должен превосходить проектный предел прочности бетона не менее чем в 1,5 раза, если последний ниже 30 МПа, и не менее чем в 2 раза, если он составляет 30 МПа и выше. Однако здесь имеется в виду средний предел прочности по результатам испытаний пяти контрольных образцов породы на сжатие или двух проб щебня на дробимость по ГОСТ 8269—76. Если исходная горная порода неодородна по прочности, то минимальный статистически вероятный предел прочности заполнителя может оказаться гораздо ниже среднего. Не исключено, что он окажется ниже требуемого по формуле (4.6) и даже ниже проектной прочности бетона, причем вероятность этого с увеличением проектной прочности бетона возрастает.

Однородность легких бетонов помимо общих технологических факторов зависит от того, насколько рационально выбрана область применения того или иного пористого заполнителя. Имеет значение соотношение заданной прочности бетона и прочности заполнителя в бетоне, причем последняя должна оцениваться не только интегрально по средним показателям, но и характеристикой однородности. Если заданный предел прочности бетона превышает минимальное статистически вероятное значение предела прочности заполнителя, а тем более среднее его значение, то однородность бетона снижается.

Нередко стремятся получить легкий бетон как можно более высокой прочности, не учитывая при этом, что при Re>R3 повышение прочности бетона сопровождается снижением его однородности, поэтому расчетное сопротивление нельзя повысить без риска снизить обычный запас прочности конструкций. Отсюда в дополнение к вышеизложенному вытекают повышенные требования к прочности заполнителей для бетона и их однородности.

Повышение однородности заполнителей, т. е. приближение минимального статистически вероятного предела прочности к среднему, столь же важно, как повышение среднего предела прочности. Поэтому в последующих главах даются рекомендации по выбору путей повышения однородности заполнителей методами обогащения.

Для легких теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных бетонов большое значение имеет однородность по теплопроводности. Учитывая связь теплопроводности с плотностью бетона, обычно для упрощения задачи определяют однородность бетона по плотности, причем вычисляют не минимальную, а максимальную статистически вероятную плотность бетона.

На стабильность всех показателей качества бетона влияет однородность применяемых заполнителей также по влажности, крупности, форме зерен и т. д.

Поскольку высокоразвитая цементная промышленность СССР обеспечивает стабильность качества цемента, а механизация и автоматизация процессов приготовления и укладки бетонной смеси позволяют обеспечить требуемые технологические параметры, неоднородность заполнителей остается существенным препятствием повышению однородности бетона. Именно из-за неоднородности заполнителей в основном приходится увеличивать коэффициенты запаса прочности, используя потенциальные возможности бетона в среднем только наполовину.

В научно-технической литературе понятие однородности бетона в последнее время расширяется. Помимо характеристики изменчивости результатов испытания отдельных образцов бетона вводится понятие структурной однородности как характеристики изменчивости прочностных, деформативных и иных свойств в объеме образца. В этом аспекте рассматривается распределение между структурными компонентами бетона внутренних напряжений от внешней нагрузки, усадочных, температурных, примеры которых описаны выше. Мелкозернистый бетон структурно более однороден, чем бетон с крупным заполнителем, что в некоторых случаях дает ему определенные преимущества. Бетон на пористых заполнителях, свойства которых близки к свойствам цементного камня, структурно более однороден, чем обычный тяжелый бетон.

Для получения бетона с требуемыми свойствами необходимо отчетливо представить влияние на свойства бетона заполнителей, их содержания и свойств. Понимание всех аспектов этого влияния обеспечивает правильный выбор заполнителей для достижения заданного качества бетона или выбор области рационального применения в бетонах того или иного заполнителя.