Деформации в бетоне

Бетон в твердом состоянии это неоднородный материал, состоящий из твердого вещества, воды и воздуха. Твердое вещество пронизано капиллярами и порами и, поскольку процесс твердения бетона сопровождается постоянными усадками и расширениями, в бетоне уже имеется очень сложная картина распределения упругих деформаций и напряжений. Причем в некоторых областях бетона значения упругого напряжения превышают пороговые (предел прочности бетона) и происходит локальный разрыв твердого вещества (будь то цементный камень или заполнитель, или контакт: цементный камень/заполнитель).

Учесть распределение внутреннего напряжения детально невозможно, однако можно ввести средние значения, которые, чем однороднее бетон, тем точнее описывают реальность. На рисунке показана общая идея того, о чем говорится: сложность распределения деформаций и напряжений.

Распределение деформаций в бетоне

Если нам каким-либо образом удалось определить средние напряжения по щебню σщ и по раствору σр (цемент + вода + песок), то среднее значение напряжения по бетону будет равно

σб = r·σр + (1-r)·σщ

где r – объемная доля раствора в бетоне.

Когда бетон подвергается сжимающей нагрузке, то в начальный момент происходят упругие деформации, которые вызваны упругими свойствами твердых веществ, входящих в состав бетона, а также упругим сплющиванием пустот. После того, как напряжения превышают допустимый порог, начинается излом элементов, образующих структуру материала – заполнители, цементный камень, контактная зона. Происходит разрыв микрообъемов. При этом объем образца бетона увеличивается из поперечной деформации, которая описывается с помощью коэффициента Пуассона. Если в это время прослушивать бетон, то возникнут резкие потрескивания, характеризующие разрывы вещества.

Если образец бетона подвергать растяжению, а не сжатию, то происходит развитие пустот, которые уже существовали на момент приложения нагрузки. Неоднородность поля напряжений резко увеличивается, и трещины быстро сливаются в поверхность разрушения. Предел прочности для растягивающих усилий в 10 раз меньше, чем для сжимающих.

Для выяснения вопроса о том, как влияет количество и качество щебня на прочностные и деформативные свойства бетона, исследователями был проведен следующий эксперимент. В бетон, полученный из раствора без добавления щебня, сравнивали с бетоном, полученным из того же раствора, но с добавлением различного количества и качества щебня. Было показано, что предел трещинообразования растворных бетонов выше, чем бетонов с добавлением щебня, однако при применении особо прочных заполнителей, предел прочности бетонов на них выше, чем у бетона на растворе. Это объясняется тем, что прочный заполнитель, занимая в бетоне до 80% объема, тормозит развитие трещин, которые вынуждены идти извилистым длинным путем через растворную часть. Однако такой эффект упрочнения зависит от сцепления заполнителя с цементным камнем – при наличии только механического сцепления прочность бетона на щебне уже будет ниже, чем прочность растворного бетона. Таким образом, сильное сцепление, но непрочный заполнитель также плохо, как и слабое сцепление, но прочный заполнитель. Необходимо искать в этом случае золотую середину.

Комментарии закрыты.