Разрушающая нагрузка на бетон: Прочность бетона на сжатие. Марка и класс бетона

Прочность бетона на сжатие. Марка и класс бетона

Навигация:
Главная → Все категории → Бетонные смеси и бетоны

Прочность бетона на сжатие. Марка и класс бетона Прочность бетона на сжатие. Марка и класс бетона

При испытании бетона на сжатие применяют гидравлические прессы. При выборе пресса учитывают, что разрушающая нагрузка должна составлять не менее 0,2 и не более 0,8 от максимального усилия Гтйх для пресса (при выбранной шкале измерения).

При испытании бетона на сжатие (ГОСТ 10180-90) образцы изготовляют в виде кубов и цилиндров размерами: длина ребра куба или диаметр цилиндра 70, 100, 150, 200 или 300 мм, высота цилиндра должна быть в два раза больше диаметра. Для цилиндрических образцов, выпиленных из готовых изделий, допускается отношение высоты к диаметру от 1 до 2 (для ячеистого бетона и бетонов низкой прочности).

При нестандартных испытаниях, проводимых параллельно с исследованием деформационных характеристик бетона, применяют образцы-призмы квадратного сечения 100×100, 150×150 или 200×200 см и высотой, равной четырехкратному размеру сечения.

Образцы для испытаний изготовляют из проб бетонной смеси, применяемой при изготовлении контролируемого изделия. Пробы берут из одного замеса или из кузова автомобиля, перевозящего бетонную смесь. Объем пробы должен быть больше объема изготовляемых из нее образцов. Из пробы изготовляют несколько серий, каждая по три образца. Количество серий определяется задачами испытаний. В некоторых случаях образцы бетонируют в формах, заложенных в конструкцию (при исследовании массивных сооружений со слабым армированием).

Формы для образцов (рис. 11.4) изготовляют из стали или других плотных материалов с низким водопоглощением, малой деформативностью, низким температурным коэффициентом линейного расширения, а также стойких к воздействию щелочной среды. Отклонения внутренних линейных размеров форм не должны превышать ±1%, а размеров свыше 200 мм — более 2 мм. Отклонение от взаимной перпендикулярности рабочих поверхностей форм не должно превышать 0,5 мм на 100 мм длины, а уклоны внутренних искривлений поверхности допускаются до 0,03 мм на 100 мм длины.

Перед бетонированием внутренние поверхности формы смазывают минеральным маслом, эмульсиями или другими составами, которые предохраняют стенки форм от прилипания бетона и от коррозии. Бетон укладывают не позже чем через 15 мин после отбора пробы или приготовления замеса.

Очень подвижные бетонные смеси (осадка конуса более 12 см) укладывают в один-два слоя штыкованием, уплотняя с помощью гладкого стального стержня 10…20 раз от краев к середине. При уплотнении первого слоя стержень опускают до дна, а второго так, чтобы он входил на 20…30 мм в первый слой. Более жесткие бетонные смеси уплотняют на лабораторной виброплощадке. Во всех случаях смесь уплотняют до появления на ее поверхности цементного молока, но не больше, так как затем начинается расслоение смеси. По окончании уплотнения поверхность выравнивают кельмой, срезая избыток смеси.

Затем формы, накрыв влажной тканью, хранят 24 ч в помещении с температурой (20±2) °С. Образцы в цилиндрических формах закрывают крышкой и хранят в горизонтальном положении. Через 24…30ч образцы распалубливают и помещают в камеру нормального твердения при влажности 95% или хранят во влажных опилках. Образцы, предназначенные для контроля за твердением бетона в конструкции, хранят при температурно-влажностных условиях, аналогичных условиям твердения бетона в конструкции, и распалубливают одновременно с конструкцией.

При отборе образцов из бетонной конструкции их выпиливают или высверливают в местах, где это практически не снижает прочности конструкции. К моменту отбора образцов бетон должен набрать не менее половины проектной прочности. Если нет возможности определить прочность бетона косвенным путем, то время твердения до достижения половины проектной прочности принимают в зависимости от применяемого цемента: для глиноземистого цемента — 1 сут, для быстротвердеющих портландцемента и шлакопортландцемента — 3 сут, для портландцемента марок 400, 500 — 7 сут, для цементов марки 300 — 14 сут.

Для пиления и сверления бетона при отборе образцов применяют дисковые пилы и сверла с алмазными или победитовыми резцами. Кубы и призмы обычно выпиливают, а цилиндры -высверливают, а затем опиливают с внутреннего торца. Образец маркируют на наружном торце масляной краской. Если в изделии нельзя выбрать участок без арматуры, то образцы с арматурой можно испытывать на сжатие поперек арматуры.

Образцы, отформанные из бетонной смеси, испытывают через 28сут после изготовления. В особых случаях (контроль прочности в процессе твердения, контроль времени набора проектной прочности бетона в конструкции и др.) — в сроки, указанные в специальной программе испытаний. Перед испытанием образцы осматривают, проверяя ровность поверхностей и отсутствие трещин и раковин. Небольшие неровности глубиной до 2 мм выравнивают быстротвердеющим цементно-песчаным раствором. Образцы обмеряют с погрешностью не более ±1 мм и взвешивают с погрешностью не более 0,1%. Для одной серии испытаний средняя плотность образцов должна отличаться от среднего значения по серии не более чем на 3%.

Перед установкой образца в пресс тщательно очищают и протирают сухой тканью рабочие поверхности плит пресса и образца.

Образец устанавливают так, чтобы направление нагрузки было параллельно слоям укладки бетонной смеси (т. е. цилиндры и призмы устанавливают вертикально, а кубы обычно вверх боковой гранью). На плите пресса должна быть заранее сделана строго центрированная разметка. Если же это условие не выполнено, то при установке используют специальный центрирующий шаблон.

Включив пресс, образец нагружают непрерывно и равномерно со скоростью (0,6±0,2) МПа в секунду до разрушения образца. Разрушающая нагрузка Рр фиксируется на силоизмери-тельной шкале пресса по показанию пассивной стрелки, которая после начала снижения разрушающего усилия Fp остается на месте.

Разрушающую нагрузку определяют как произведение показания пассивной стрелки шкалы на тарировочный коэффициент, указанный в паспорте пресса или специально найденный по показаниям образцового динамометра. Площадь сечения образца определяют как полусумму площадей опорных граней.

Если серия состоит из двух образцов, прочность бетона определяют как полусумму двух полученных значений /?сЖ.

При трех образцах в серии получают три значения ЯсЖ: меньшее, большее и промежуточное. Если и меньшее, и большее значения отличаются от промежуточного не более чем на 15%, то прочность бетона принимают как среднее арифметическое из трех значений Ясж. При большей разнице пределом прочности при сжатии будет промежуточное значение Ясж.

Кроме предела прочности бетона для образцов данных размеров надо вычислить «эталонную» прочность, которую показал бы образец среднего стандартного размера (куб с ребром размером 150 мм).

Бетон – материал неоднородный: его прочность колеблется от замеса к замесу, и даже образцы, взятые из одного замеса, могут отличаться по прочности. Это объясняется изменчивостью в качестве сырья, неточностью его дозировки, неоднородности Перемешивания и уплотнения, различием в режиме твердения. Поэтому средняя кубиковая прочность бетона и определяемая на ее основе марка бетона не дает гарантии получения именно этой прочности бетона (прочность может оказаться как больше, так и меньше).

Поэтому было введено понятие класс бетона по прочности (В) — прочность бетона с гарантированной обеспеченностью 0,95. Это значит, что установленная классом прочность обеспечивается не менее чем в 95 случаях из 100.

Похожие статьи:
Камни стеновые из горных пород

Навигация:
Главная → Все категории → Бетонные смеси и бетоны

Статьи по теме:

Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум

Свойства бетона — Техническая информация

Прочность

Самым важным свойством бетона является его прочность, т.е. способность сопротивляться внешним силам не разрушаясь. Как и природный камень, бетон лучше всего сопротивляется сжатию, поэтому за критерий прочности бетона строители приняли предел прочности бетона при сжатии. Чтобы определить прочность бетона, из него изготовляют эталонный кубик с ребром 200 мм. Затем на гидравлического прессе такой кубик подвергают сжатию, доводя до разрушения.

По этому, зная разрушающую нагрузку и площадь поперечного сечения образца, можно определить прочность. Например, если бетонный кубик с ребром 200 мм разрушился при нагрузке 800 кН (80 тонн), то предел прочности при сжатии будет равен 20 МПа (200 кгс/см2).

В зависимости от прочности на сжатие бетон делится на марки. Марку бетона строители определяют по пределу прочности эталонного кубика с ребром 200 мм. Так, в строительстве применяют следующие марки бетона: 600,500, 400, 300, 250, 150, 100 и ниже. Выбор марки определяется условиями, в которых будет работать бетон.

Прочность бетона зависит от прочности каменного заполнителя (щебня, гравия) и от качества растворенного в воде цемента: бетон будет тем прочнее, чем прочнее каменные заполнители и чем лучше они будут скреплены цементным клеем. Прочность природных камней не изменяется со временем, а вот прочность бетона со временем даже растет.

Прочность при сжатии, прочность на растяжение при изгибе характеризуют способность тротуарной брусчатки выдерживать как транспортные нагрузки, так и деформационные нагрузки, возникающие в зимнее время в результате коррозии бетонного плиточного основания при резких температурных скачках.

Класс бетона

Класс бетона — это числовая характеристика какого-либо его свойства, принимаемая с гарантированной обеспеченностью 0,95. Это значит, что установленное классом свойство обеспечивается не менее чем в 95 случаях из 100 и лишь в 5-ти случаях можно ожидать его не выполненным.

Бетоны подразделяются на классы: В1; В1,5; В2; В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В40; В45; В50; В55; В60.

Соотношение между классом и марками бетона по прочности при нормативном коэффициенте вариации v = 13,5%

Класс бетона	Средняя прочность данного класса, кгс/кв.см	Ближайшая марка бетона
В3,5	46	М50
В5	65	М75
В7,5	98	М100
В10	131	М150
В12,5	164	М150
В15	196	М200
В20	262	М250
В25	327	М350
В30	393	М400
В35	458	М450
В40	524	М550
В45	589	М600
В50	655	М600
В55	720	М700
В60	786	М800

Водопоглощение

Чем меньше значение показателя водопоглощения, тем меньше тротуарная брусчатка впитывает попадающую на неё влагу. И тем меньше вероятность того, что эта влага, в результате резкого перепада температуры, расширится и станет причиной разрушения тротуарной брусчатки.

Истираемость

Срок службы тротуарной брусчатки на прямую зависит от показателя истираемости, чем ниже показатель, тем выше срок службы тротуарного покрытия.

Морозостойкость

Все знают, что если в поры камней проникает вода, то, замерзая, она расширяется и тем самым разрушает даже самые крепкие горные породы. Бетон же при насыщении водой может выдерживать многократное замораживание и оттаивание. При этом он не разрушается и почти не снижает своей прочности. Это свойство называется морозостойкостью.

Морозостойкость показывает способность тротуарной брусчатки сохранять свою первоначальную структуру в зимний период времени. Так на тротуарной брусчатке морозостойкостью менее 200 циклов по прошествии двух-трех лет эксплуатации образуется трещины, а на лицевой поверхности начинается необратимый процесс отшелушивания, результатом которого, будет полное разрушение лицевого слоя в течение 3-х лет.

Плотность

Другим важным свойством бетона является средняя плотность — отношение массы материала ко всему его объему (выражается в кг/м³, г/см³ или процентах). Средняя плотность бетона всегда меньше 100 %. Средняя плотность сильно влияет на качество бетона, в том числе и на его прочность: чем выше средняя плотность, бетона, тем он прочнее. Поры в бетоне, как правило, появляются при его изготовлении: в результате испарения излишней воды, не вступившей в химическую реакцию с цементом при его твердении, при плохом перемешивании бетонной смеси и, наконец, при недостатке цемента.

Средняя плотность бетона может быть разной. Она зависит от заполнителей, которые используются в бетоне. По этому признаку бетоны делятся на три вида: тяжелый, легкий и особо легкий. Эта классификация зависит от массы заполнителя, применяемого при изготовлении бетона. Так, например, бетон на естественных заполнителях из гранита, известняка, доломита имеет среднюю плотность 2200-2400 кг/м³, а прочность его достигает 60 МПа (или 600 кгс/см²). Такой бетон называют тяжелым. А вот бетон на щебне из легких каменных пород (пемза или туф) имеет меньшую среднюю плотность — обычно 1600- 1800 кг/м³ и называется легким бетоном. Если бетон изготовить на искусственных легких пористых заполнителях из обожженных до спекания глиняных материалов, как, например, керамзит, аглопорит, шлаковая пемза, зольный гравий и т.п., то можно получить целую гамму легких бетонов с различной средней плотностью — до 1800 кг/м³. Их прочность колеблется от 7,5 до 40 МПа (75 до 400 кгс/см²).

Свойство, обратное средней плотности бетона, — пористость — есть отношение объема пор к общему объему материала, т.е. пористость «дополняет» среднюю плотность бетона до 100 %. Как бы плотен ни был бетон, в нем всегда есть поры!

Теплопроводность

Теплопроводность характеризует способность бетона передавать через свою толщину тепловой поток, возникающий из-за разности температур на поверхностях бетона. Теплопроводность бетона почти в 50 раз меньше, чем у стали, но зато выше, чем у строительного кирпича.

Сравнительно невысокая теплопроводность обеспечивает бетону довольно высокую огнестойкость — способность материала выдерживать действие высоких температур. Бетон может выдержать в течение длительного времени температуру выше 1000°С. При этом он не разрушается и не трескается.

Разрушающая нагрузка на бетон. | Пенообразователь Rospena

Проверка качества применяемого материала производится в обязательном порядке при монтаже зданий и сооружений. Для подтверждения соответствия заявленных характеристик проектным нормам, проводят испытание бетона на прочность, сопротивление на изгиб и растяжение. Данная мера позволяет подрядчику отчитаться перед заказчиком о проведении работ в соответствии с проектом, а производителю — подтвердить качество выпускаемой продукции. Своевременно выполненные испытания позволят внести изменения в ход работ и избежать ошибок.

Испытания проводят в сертифицированных лабораториях на основании ГОСТ 22690-2015, для чего специалисты используют различные способы измерения и воздействия на отобранные образцы материала. В качестве них обычно используют бетонные кубики, которые испытывают на сжатие, но существуют и другие методики исследования.

В ходе проверки получают следующие результаты:

• Определяют соответствие качества материала проектным документам. Испытания проводят не менее трех раз за весь период строительства.
• При отклонении характеристик, производится замена конструкций из забракованного материала, что позволяет удержать общие показатели сооружения в рамках проекта.
• Предварительные испытания обязательны при производстве ремонтных работ в технических помещениях и подвалах.
• Испытания конструкций из железобетона позволяет принять решение о судьбе старых зданий и сооружений.

От чего зависит и на что влияет прочность бетона

Способность бетона сопротивляться внешнему воздействию за счет внутреннего напряжения зависит от состава раствора и марки цемента. При подтверждении прочности материала, соответствующего определенной марке, на образце не должны выявляться признаки разрушения в виде сколов, трещин, расслоения структуры.

Порой строители при выполнении работ стараются сэкономить на материалах, используя более дешевый бетон низких марок, но нарушение проектных значений может привести к серьезным последствиям, поэтому такое средство экономии неприемлемо.

Помимо соотношения наполнителя и цемента, на прочность состава влияют присадки и пластификаторы, используемые для придания изделию особых свойств (кислотоустойчивость, водонепроницаемость, скорость вставания, пластичность). Для получения конструкций, способных выдерживать высокие нагрузки, в обязательном порядке производится армирование элементов металлической проволокой различного сечения.

Кроме состава раствора, на прочность бетона влияют внешние условия, при которых осуществляется заливка. При качественном удалении пузырьков воздуха из бетонной массы путем уплотнения смеси, прочность изделий заметно повышается.

Также надо учитывать, что при использовании раствора при отрицательных температурах, следует принимать меры по подогреву материала путем установки электродов в заливку и подключению к ним электричества. В такой ситуации еще применяется укрытие основания опилками.

При работе с бетоном важно поддерживать необходимую влажность для недопущения растрескивания поверхности заливки при быстром испарении влаги, что также влияет на качество материала и его прочность. Чтобы избежать этого процесса, необходимо укрывать бетон пленкой или другими подручными средствами, а также периодически увлажнять поверхность.

В итоге можно утверждать, что прочность бетона зависит от множества факторов, а поэтому контроль качества особенно важен при установке несущих конструкций, так как даже если технологические процессы соблюдаются в полной мере, всегда могут найтись факторы, которые повлияют на бетон и станут причиной проблем в будущем.

Классификация методов испытаний

Для проверки бетона применяют несколько методов:

• Проверка образцов, отливаемых в лабораторных условиях. Данный метод предусматривает изготовление кубиков или цилиндров из испытуемой смеси с последующей проверкой прочности материала на прессе;
• Проверка образцов, выпиленных или вырубленных из уже готовой конструкции. Получают такие образцы с помощью бурения алмазными коронками. Далее полученные керны направляют в лабораторию для определения прочностных характеристик, как и в первом случае, с применением пресса. Данный метод связан с существенными затратами по получению образца и с угрозой ослабления целостности элемента, из которого был получен керн;
• Способ проверки бетона на прочность неразрушающим методом. В данном случае используются инструменты и приборы, с помощью которых можно изучать характеристики бетона без размещения образцов в специальных устройствах. Для данных исследований могут задействовать ультразвук, проверять качество основания с помощью ударно-импульсного метода испытания бетона и т.д.

Наиболее популярным методом, позволяющим получить самые точные показатели свойств бетона, является проверка образцов на сжатие под прессом.

Допустимые варианты контрольных проб.

Этапы проведения испытаний

Проверка бетона производится путем исследования образцов на прочность неразрушающими и разрушающими методами.

Разрушающие методы

Данный способ подразумевает проведения испытаний с помощью пресса, когда на образец, полученный в ходе лабораторной отливки или выпиленный из основания уже готовой конструкции, оказывают постепенно возрастающее давление. Оказание воздействия продолжается до фиксации разрушения образца.

Данный метод является самым точным и обязательным при производстве работ по возведению ответственных сооружений.

Неразрушающие методы

Для получения результатов при использовании неразрушающих методов контроля, используют специальные приборы и устройства. Частичное разрушение производят с помощью фиксации на бетонной поверхности специального инструмента, который позволяет исследовать бетон на отрыв, фиксируя необходимое усилие.

Также изучается реакция материала на скалывание, когда прибор устанавливается на угол бетонного основания и под нагрузкой производится разрушение материала.

Отрыв со скалыванием.

При ударных нагрузках изучают поведение бетона при осуществлении удара специальным устройством и фиксируют реакцию на упругий отскок — замеряется значение отскока металлического шарика, выпущенного с определенным усилием.

При ультразвуковом контроле качества бетона, применяется специальное устройство, которое дает возможность фиксировать прохождение волн внутри конструкции. По реакции на отражение делают вывод о качестве материала.

Склерометр.

Как проверить прочность бетона самостоятельно? Получить полноценное исследование материала в домашних условиях невозможно. Контроль качества материала можно производить исключительно визуальными методами. Качественная смесь обычно имеет серый или серо-зеленый цвет, структура раствора должна быть однородной, с нормальной вязкостью.

Если материал имеет желтоватый оттенок, то это означает, что качество такого раствора невысокое и в его составе присутствуют примеси, снижающие прочностные характеристики. Хорошим признаком является обнаружение на поверхности раствора цементного молочка густой консистенции.

При ударных нагрузках (ударе молотком по набравшему полную прочность материалу), инструмент должен отскакивать от основания без существенных изменений на поверхности, оставляя почти невидимые вмятины.

Порядок проведения проверки на удобоукладываемость

Для определения этой характеристики, специалисты лаборатории применяют вискозиметр. Этот прибор позволяет измерить время в секундах, которое требуется для укладки материала.

Используя вискозиметр, начинают укладку, одновременно запуская отсчет времени. По окончании процесса фактическое время фиксируют. Качество бетона определяется временем, потраченным на укладку данным методом. Чем меньше времени проходит, тем выше качество материала.

Порядок проведения испытаний на растяжение

Для производства испытаний на растяжение потребуется приготовить образец вытянутой формы типа призмы. Этот образец помещают в специальный прибор в горизонтальном положении, далее на середину образца оказывается силовое воздействие с нарастанием нагрузки. Шаг оказываемого воздействия на образец – 0,5 МПа/с.

Фиксация результата происходит после разрушения структуры бетона в центральной части образца.

Порядок проведения испытаний на сжатие

Данный способ испытания позволяет определить марку материала. Для проведения испытания отливают кубики из бетона, применяемого в строительстве, или вырезают образцы из уже отлитого изделия. Размер кубиков для испытания бетона варьируется от 100 до 300 мм по грани. Помимо кубической формы, образцы можно изготавливать в виде цилиндров или призм.

При отливке образцов в лабораторных условиях, используют вибростол, чтобы смесь получила максимальную плотность. Испытания проводятся на 3, 7 и 28 сутки после приобретения образцом прочности. Основные испытания проводят на 28 день после полного набора прочности материала.

Образец помещают под пресс, который давит на кубик с мощностью в 140 кгс/м2 с шагом в 3,5 кгс/м2. Вектор силы строго перпендикулярен основанию образца. По показаниям определяется возможность сопротивления материала сжатию, и в протокол испытания записывается марка бетона.

Образец протокола испытаний.

Марки прочности бетона и сфера их применения

Для определения характеристик бетона ему присваивают маркировку согласно ГОСТ: букву М и цифру, обозначающую сопротивление материала на сжатие. Чем выше значение, тем более прочным является изделие из данного материала — прочность зависит от количества цемента в составе смеси.

По прочностным характеристикам бетон делят на марки от М100 до М500 с шагом значения 50. Еще одна характеристика — класс бетона —, определяет способность материала работать в агрессивных средах.

Бетоны марки М100, М150, М200 и М250 относят к категории легких и ячеистых. Их используют для заливки конструкций, которые не несут значительной нагрузки. Применяют при устройстве бордюров, фундаментов для малых строений, пешеходных дорожек.

Бетон М300 и М350 можно использовать для отливки плит перекрытия, устройства фундамента в многоэтажном строительстве, отливке монолитных стен.

Самые прочные бетоны марок, М400, М450 и М500, находят применение в производстве железобетонных конструкций, работающих в сложных условиях с повышенной нагрузкой (например, для возведения гидротехнических сооружений.

Разрушающая нагрузка на бетон: ГОСТ 10180-2012 Бетоны.

Методы определения прочности по контрольным образцам. | Пенообразователь Rospena

Испытание бетона на прочность — лабораторные исследования

Испытание бетона – важный и обязательный этап, необходимый для проверки качества используемого материала при реализации ремонтно-строительных работ. С целью подтверждения материала заявленным характеристикам и показателям, нормам СНиП и ГОСТ, его проверяют на прочность, сопротивление на изгиб/растяжение. Также дополнительно могут проверяться удобоукладываемость, плотность, морозостойкость, водонепроницаемость и т.д.

Основные контролируемые и нормируемые показатели качества бетона:

• Прочность на сжатие – определяется в классах, обозначается буквой В
• Прочность на осевое растяжение – также определяется классами, индекс Bt
• Морозостойкость – исчисляется марками, обозначается F
• Водонепроницаемость – также марка, буква W
• Средняя плотность – указывают в марках, индекс D

Испытания бетона могут проводиться с использованием различных методов – исследуются только что залитые или вырубленные из монолита образцы, разрушающие и неразрушающие способы и т. д. Оптимальный вариант испытаний определяют специалисты или сам мастер, с учетом имеющегося в его распоряжении арсенала знаний, навыков, инструментов.

Благодаря своевременно и правильно выполненным мероприятиям по проверке и подтверждению качества бетона удается гарантировать надежность и прочность конструкций, зданий, соответствие выполненных работ всем нормативам и показателям.

От чего зависит и на что влияет прочность бетона

Показатель прочности бетона – самая важная характеристика материала, которая учитывается как в процессе проектирования и выполнения расчетов, так и при выполнении работ. Прочность бетона задает марка, обозначается классом В (измерение в МПа) или М (кг/см2), отображает максимальное давление сжатия, которое материал может спокойно выдержать без деформации.

Когда проводится испытание бетона на прочность, лаборатория или строительная организация (возможно, сам мастер) руководствуются требованиями основных нормативных документов – это ГОСТы 10180-2012, 22690-88, 18105-2010, 28570.

Способность бетона эффективно сопротивляться внешнему воздействию благодаря внутреннему напряжению напрямую зависит от марки цемента и компонентов, входящих в состав раствора. При проверке бетона на соответствие указанной марке, на исследуемом образце не должно быть деформаций, разрушений, расслоений, трещин, сколов и т.д.

Лабораторные испытания бетона на прочность должны проводиться обязательно, особенно в случае заливки важных конструкций, несущих элементов и т.д. Ведь даже минимальное несоответствие (которое часто становится результатом экономии на цементе, других компонентах) может стать причиной быстрого разрушения здания, элемента конструкции.

Прочность состава зависит от: марки цемента, соотношения наполнителей и цемента, фракции наполнителей, качества всех компонентов, чистоты воды, введенных в состав пластификаторов и присадок. Если планируется заливать конструкции, подвергаемые серьезным нагрузкам, бетон дополнительно упрочняют армированием стальными прутьями или сетками, проволокой.

Большое влияние на прочность бетона, испытание которого проводится, оказывают внешние условия, в которых выполняется заливка и сохнет бетон. Также существенно повышается прочность при использовании вибрации, которая удаляет пузырьки воздуха из монолита, делает его более плотным.

Если бетон заливается при минусовых температурах, то компоненты и сам материал либо прогревают, либо смешивают со специальными противоморозными добавками. Могут устанавливаться электроды в заливку, применяться укрытие основания теплоизоляционными материалами, опилками и т.д. Чтобы поверхность монолита не покрывалась трещинами, нужно ее после заливки увлажнять, препятствуя слишком быстрому испарению влаги.

Несмотря на то, что прочность бетона зависит от массы факторов, правильно и своевременно проведенные испытания раствора помогут исключить вероятность приготовления некачественной смеси и избежать вероятности разрушения всей конструкции.

При условии соответствия бетона указанным показателям прочности влияние других факторов на качество раствора можно уменьшить или нивелировать.

Классификация методов испытаний

Испытания бетона проводятся с использованием различных методов, выбор которых зависит от имеющихся мощностей, условий эксплуатации, давности заливки монолита, возможности коррекции состава смеси, исходных данных и требуемых результатов.

Основные методы испытания бетона на прочность:

1. Испытание образцов бетона, которые отливаются в условиях лаборатории – из смеси создают цилиндры и кубики, конусы, потом проверяют с использованием пресса.
2. Проверка образцов, которые были вырублены/выпилены из уже готового монолита – обычно бурят алмазными коронками, керны отправляют в лабораторию, там определяют прочность с использованием пресса.
3. Неразрушающие методы – с применением приборов/инструментов, которые позволяют изучить свойства монолита без необходимости помещения их в определенные устройства и условия. Используются ультразвук, ударно-импульсный метод и т.д.

Несмотря на появление множества современных приборов и разнообразных методов, по-прежнему самым эффективным и популярным считается испытание образцов бетона под прессом (на сжатие).

Другие виды исследований бетона:

• Осадка конуса – позволяет изучить консистенцию и однородность замешанного раствора. Металлический конус заполняют смесью, снимают форму и изучают показатели, изменения структуры материала.
• Проверка на уплотнение – для определения коэффициента уплотнения партии раствора. Используется специальный аппарат с 2 мерными емкостями с воронками. В первую заливают бетон, потом через клапан пускают во вторую, откуда смесь уходит в специальный цилиндр.
• Проверка на изменение формы/пластичность – смесь заливают в конус, его кладут на опорный стол, потом форму убирают и стол опускают, изучают характеристики растекшегося бетона.
• Испытание на предмет наличия воздушных пустот – используют 2 метода: измерение веса до и после встряхивания/перемешивания бетона в специальном устройстве, испытание давлением.

Исследование бетона в бытовых условиях эмпирическим методом:

• Цвет – бетон высокого качества должен быть зеленовато-серого оттенка и чем зеленее, тем лучше (желтый оттенок – признак плохого качества).
• Появление цементного молочка на поверхности залитого бетона – чем гуще, тем лучше.
• Непокрытые смесью фракции наполнителя – их не должно быть.
• От затвердевшего монолита молоток при ударе должен отскакивать со звоном, оставляя небольшую вмятину.

Этапы проведения испытаний

Существует две основных группы методов исследований бетона, которые сегодня используются повсеместно для определения качества материала и соответствия его указанным характеристикам.

Разрушающие методы

Испытания проводятся с применением пресса и исследованием кубиков, цилиндров из бетона, полученных в условиях лаборатории либо выпиленных из уже готового монолита (что может сказаться на прочности всей конструкции). На куски бетона оказывают возрастающее давление, пока не удастся зафиксировать разрушение контрольного образца.

Использование такого воздействия на бетон является наиболее точным методом исследования его на прочность и считается обязательным при создании ответственных сооружений.

Неразрушающие методы

В данном случае речь идет об исследовании, которое не предполагает какого-либо разрушающего воздействия на образец или повреждения всей конструкции. Прибор взаимодействует с поверхностью монолита механическим способом посредством: отрыва, отрыва со скалыванием, а также скалывания ребра.

Если используется испытание посредством отрыва, на монолит эпоксидным клеем крепят стальной диск, потом отрывают его специальным устройством с фрагментом конструкции. Полученный показатель усилия по формуле переводят в нужную величину.

Когда проводится отрыв со скалыванием, прибор крепят в полость бетона. Лепестковые анкеры вкладывают в пробуренные шпуры, потом достают часть материала и фиксируют разрушающее усилие. Чтобы определить марочные характеристики, используют переводные коэффициенты.

Скалывание ребра используется там, где есть внешние углы (перекрытия, колонны, балки). Прибор (обычно ГПНС-4) крепят к любому выступающему сегменту анкером с дюбелем, нагружают плавно. В момент разрушения происходит фиксация глубины скола и усилия, прочность потом определяют по формуле, которая обязательно учитывает фракцию наполнителя.

Неразрушающие косвенные методы:

• Исследование ультразвуком – скорость распространения продольных волн в монолите и эталонном образце сравниваются: УГВ-1 устанавливают на идеально ровную поверхность и прозванивают участки по плану, потом данные обрабатывают по имеющимся таблицам, электронным базам. Погрешность обычно составляет 5%.
• Ударный импульс – применяется энергия удара бойка из металла сферической формы о монолит. Магнитострикционное или пьезоэлектрическое устройство преобразует удар в электрический импульс, время и амплитуда которых связаны с прочностью бетона.
• Метод обратного отскока – используется склерометр, который фиксирует величину обратного отскока бойка, устанавливая твердость конструкции.
• Пластическая деформация – измеряется след на бетоне после удара металлическим шариком, сравнение с эталонным образцом.

Порядок проведения проверки на удобоукладываемость

Чтобы изучить данное свойство бетона, в условиях лаборатории применяют специальный прибор – вискозиметр. Он дает возможность измерить в секундах время, которое нужно для укладки смеси. Укладку начинают и одновременно запускают вискозиметр, потом фиксируют получившиеся показатели. Чем меньше времени нужно для выполнения работ, тем лучше материал.

Порядок проведения испытаний на растяжение

Сначала готовят бетонный конус, его помещают горизонтально в специальный прибор, на средину образца оказывается разрушающая нагрузка по нарастающей. Шаг оказываемого воздействия составляет 0.5 МПа/с. Результат фиксируют после того, как структура бетона разрушилась в центре образца.

Порядок проведения испытаний на сжатие

Благодаря данному методу удается определять марку бетона. Сначала из материала отливают кубики (либо вырезают их из уже залитой смеси) размером 100-300 миллиметров по грани.

Также могут использоваться в испытаниях призмы и цилиндры. В лаборатории образцы отливаются на вибростоле, все испытания осуществляют на 3, 7, 28 (основная проверка) сутки после заливки.

Образец помещается под пресс, давящий на кубик с мощностью 140 кгс/м2 с шагом, равным 3.5 кгс/м2. Вектор силы должен быть строго перпендикулярным основанию бетона. По полученным данным определяют способность сопротивления бетона сжатию, марка записывается в протокол испытаний.

Марки прочности бетона и сфера их применения

Бетону присваивают марку по ГОСТу, которая обозначается буквой М и цифрой в соответствии со способностью сопротивления материала на сжатие. И чем больше значение, тем прочнее считается изделие. Как правило, марка прочности зависит от марки и объема цемента в растворе, качества и соотношения компонентов. Бетон бывает марок М100-М500. Есть марки и меньше, и выше, но они редко используются в строительстве.

Класс бетона определяет его способность работать в агрессивных средах. Бетоны марок М100-М250 относятся к ячеистым, легким. Обычно используются для заливки ненагруженных конструкций, в обустройстве фундаментов малых зданий, бордюров, пешеходных дорожек.

Бетоны марок М300-М350 применяются для обустройства фундаментов многоэтажных строений, для отливки плит перекрытия, монолитных стен. Наиболее прочные бетоны марок М400-М500 актуальны для производства железобетонных конструкций, которые эксплуатируются в сложных условиях, с повышенными нагрузками.

Испытание бетона – важный и обязательный этап контроля и оценки прочности материала, который лучше всего проводить до начала реализации работ, чтобы не разрушать конструкцию и иметь возможность откорректировать состав, предпринять меры для изменения свойств материала.

Заказывая материал в Москве или регионах, необходимо обязательно требовать сертификаты соответствия с результатами лабораторных проверок.

Расчетное сопротивление бетона сжатию — марка и класс на сжатие

Структура тяжелого бетона испытуемого образца

Расчетное сопротивление бетона сжатию – одна из ключевых характеристик, которые необходимо учитывать при проектировании какой-либо конструкции из данного материала, и в начале любого строительства. При этом, нужно обращать на нее внимание не только профессионалам, но и обычным мастерам-подсобникам, решившимся на возведение дома своими руками.

Определения

Прочность – основное качество, которое точно описывает его несущую способность. Определяется она пределом на сжатие – это наивысший предел нагрузки, при котором наступают разрушения образца. И это основной показатель, который и учитывают при его использовании.

Расчетное сопротивление  – это показатель стойкости материала нагружающим воздействиям. Используется он при проектировочных расчетах, и неотъемлемо связан с нормативными показателями сопротивления сжатию.

До 2000−х годов ориентировались только на марки материала, которые и принимали как расчетный показатель, но по новым техническим документам, каждой марке присвоен новый критерий соответствия образца сжимающим нагрузкам.

Он выявлен в лабораторных условиях, узаконен специалистами и отражен в СП 52−101−2003. Согласно этому техническому документу, нормативное сопротивление материала осевому сжатию – это и есть класс на сжатие, заданный с 95%-ой обеспеченностью. Условие означает, что оно выполняется в 95% тестируемых случаев, и только в 5% может отклоняться от установленных показателей.

Но даже такой процент доказывает, что пользоваться при проектировании средними расчетными показателями неоправданно рискованно. А при выборе наименьшего значения, увеличится сечение конструкции или изделия, что в свою очередь отразится на перерасходе денежных и энергоресурсов.

Согласно СП 52−101−2003, нормативные значения сопротивления представлены на фото ниже.

Нормативные и расчетные значения сопротивления

Есть еще такое определение, как предел прочности на растяжение. По своей природе, данный материал в разы хуже выдерживает растягивающие нагрузки. Поэтому его и армируют в ЖБИ, стяжках пола большой толщины, фундаментах и прочее.

При расчетах используют в приоритете показатель при сжатии. В принципе, любое изделие или конструкция, испытывают большие нагрузки именно от сжимающих статических или динамических воздействий. Но сопротивление к изгибающим воздействиям учитывают при проектировании. В таких случаях, просто пользуются таблицей соответствия классов.

Таблица 6.7 из СП 63.13330.2012″СНиП 52-01-2003, в которой указаны марки сопротивление к сжатию, растяжению.

ВидБетонНормативные сопротивления МПа, и расчетные сопротивления для предельных состояний второй группы и МПа, при классе материалапо прочности на сжатиеВ1,5В2В2,5В3,5В5В7,5В10В12,5В15В20В25В30В35В40В45В50В55В60В70В80В90В100Сжатие осевое растяжениеТяжелый, мелкозернистый и напрягающий———2,73,55,57,59,5111518,52225,529323639,54350576471Легкий——1,92,73,55,57,59,5111518,52225,529————————Ячеистый1,41,92,43,34,66,99,010,511,5—————————————Растяжение осевоеТяжелый, мелкозернистый и напрягающий———0,390,550,700,851,001,101,351,551,751,952,102,252,452,602,753,003,303,603,80Легкий——0,290,390,550,700,851,001,101,351,551,751,952,10————————Ячеистый0,220,260,310,410,550,630,891,001,05————————————

От прочности в срезе при скалывании, зависит устойчивость к сжатию от корреляционных показателей.

Примечание. Сопротивление сжатию В25 наиболее часто встречающийся показатель при проектировании материала.

Осевое сжатие. Расчеты и значения

При расчетах нужно учитывать, что класс (В) напрямую зависит от его средней прочности R, МПа. Соответственно, используется следующая формула:

В= R (1−tV), где, t – класс обеспеченности, заложенный при проектировании, в основном берут значение 0,95, соответственно t=1,64; V – коэффициент вариации прочности. 1 – постоянная.

Если в расчетах использовался нормативный коэффициент V = 13,5% (0,135), то средняя прочность равна R = В/0,778.

Другое дело, когда рассчитываются всевозможные железобетонные конструкции. Особо тщательно просчитывается граничная высота оговариваемой зоны. Она выражает такую высоту, при которой перед разрушением напряжения в сжатом материале и растянутой арматуре, достигают своих максимальных значений одновременно. Только при таком условии можно считать сечение нормально армированным.

При этом относительная высота этой зоны (таблица), используется для определенного изделия своя. Их можно найти в нормативных документах, и применять данные при расчетах. В принципе, представленная информация вкратце разъяснила, что представляет собой зона сжатия и сопротивление осевому сжатию.

Методы определения прочности по контрольным образцам бетона

Разобравшись с тем, что такое сопротивление материала на сжатие, рассмотрим основные методы определения данного показателя.

Испытание бетона разрушающим способом

Проверка на сжатие проводится, как правило, в аккредитованных строительных лабораториях на поверенном оборудовании. Главное, что для него понадобится −  пресс.

Также будут необходимы точные лабораторные весы, штангенциркуль и испытуемые образцы. Последние готовятся заранее из нужной партии. Форма стандартная – куб со сторонами 10 см. Согласно техническим документам, используют от 3 до 5 штук образцов для одной партии.

Совет. Изначально их нужно подготовить, отчищая от загрязнения и взвешивают для определения соответствия плотности, веса и проектной марки материала. Если эти значения в норме, то на 95% можете быть уверены в должном уровне устойчивости.

Абсолютно ровными гранями образец устанавливается на пресс, включается и начинается проверка. Максимальная нагрузка, при которой началось разрушение образца – это и есть предельное сжатие.

Среднее значение устанавливается по результатам контроля всех отобранных образцов. По конечной цифре определяется, соответствует или нет фактическая прочность нормативным и проектным значениям. После чего она заносится в журнал.

Галерея: процесс испытания разрушающим методом с помощью пресса.

Контроль неразрушающими методами

Предыдущий метод обязателен на любом строительном производстве и на любом этапе строительства.

Он считается наиболее достоверным:

• На результаты протоколов, лабораторных разрушающих исследовании, опираются конструкторы и архитекторы при возведении зданий и изготовлении железобетонных изделий.
• Когда же нет возможности определить прочность образцов разрушающим методом, или же требуется через определенное время повторный анализ характеристик, используют специальные устройства.
• Они необходимы для того, чтобы протестировать материал на сжатие непосредственно на месте. Одним легким нажатием они определяют числовое значение и при желании другие необходимые характеристики, касающиеся однородности и уплотнения тела материала.
• Существует масса подобного оборудования, но наиболее распространённый в строительных кругах – прибор ИПС − МГ различной модификации. Он прост в использовании, точен и цена на него вполне доступна.

Фото автоматизированного аппарата.

Преимущественно его используют на строительной площадке. Этот электронный измеритель позволяет в короткие сроки определить показатели плотности, прочности и упруго−пластические свойства методом ударного импульса. Этот способ хоть и не является приоритетным, но все же, предусмотрен ГОСТ 22690.

Совет. Обязательно перед «простреливанием» бетона необходимо выбрать или подготовить поверхность. Она должна быть ровной без шероховатостей, вмятин, пустот, трещин и прочих дефектов площадью не меньше 100 см2. При необходимости нужно зашкурить поверхность.

Количество участков должно приниматься по программе испытаний, но их должно быть не менее трех. Обычно для объемной железобетонной конструкции берут среднее значение 15 проб.

Это количество зависит от площади, так как точки контроля должны находиться на расстоянии друг от друга 15 мм и от края не менее 50 мм. Идеальные места – между гранулами щебня и крупными раковинами в бетонном теле.

Чтобы провести тестирование конструкции, необходимо:

• включить прибор, при этом он сразу будет в режиме испытания;
• ввести данные об испытываемом материале;
• взвести рычаг на «пистолете»;
• плотно прижать перпендикулярно к тестируемой поверхности и отпустить рычаг;
• на табло появится результат, он запоминается с последующими испытаниями;
• после 15 проб выводится автоматически среднее значение, если количество «прострелов» меньше, то можно заранее просмотреть средний результат.

Чем хорош такой прибор – все данные на нем могут сохраняться на компьютере и архивироваться. В любой момент можно просмотреть предыдущие испытания на компьютере и составить протокол.

К ВОПРОСУ О ПРИМЕНЕНИИ ДЕФОРМАЦИОННЫХ КРИТЕРИЕВ ДЛЯ ОЦЕНКИ ПРОЧНОСТИ БЕТОНОВ | Опубликовать статью ВАК, elibrary (НЭБ)

Абрамов Л.М.¹, Галкина М.А.², Маклакова С.Н.³

¹Доктор технических наук, профессор, ²Аспирант, старший преподаватель кафедры сопротивления материалов и графикиб ³Доцент кафедры строительных конструкций, ФГБОУ ВО Костромская государственная сельскохозяйственная академия

 К ВОПРОСУ О ПРИМЕНЕНИИ ДЕФОРМАЦИОННЫХ КРИТЕРИЕВ ДЛЯ ОЦЕНКИ ПРОЧНОСТИ БЕТОНОВ

Аннотация

В статье произведен анализ определения прочностных характеристик кубических бетонных образцов в условиях различного трения. Определение исходной величины сопротивления бетона (R_i) в виде усредненного значения нормального напряжения по контактной поверхности приводит к значительным погрешностям в оценке характеристик прочности (R_в,п;R_в) бетона.

Ключевые слова: механические характеристики, расчетное сопротивление, одноосное сжатие, кубические образцы.

 Abramov L.M.¹, Galkina M.A.², Maklakova S.N.³

¹PhD in Engineering, ²Postgraduate student, senior lecturer of the Department of strength of materials and graphics, ³Associate Professor of building structures, Kostroma state agricultural Academy

 TO THE QUESTION OF THE APPLICATION OF DEFORMATION CRITERIA TO ASSESS THE STRENGTH OF CONCRETE

Abstract

The article made an analysis to determine the strength characteristics of cubic concrete specimens under different friction. Determining the initial value of resistance of the concrete (R_i) in the form of averaged values of normal stress at the contact surface leads to significant errors in the evaluation of the strength characteristics (R_в,п;R_в) of concrete.  

Keywords: mechanical characteristics, resistance design, uniaxial compression, the cubic samples.

В нормативной литературе [1], посвященной испытаниям бетонных образцов, для оценки прочности материалов рекомендовано использовать величину усредненного напряжения R_i, определяемого по формуле

  (1)

где F – разрушающая нагрузка. Н;

A – площадь рабочего сечения образца, мм²;

k_w– поправочный коэффициент для ячеистого бетона;

α – масштабный коэффициент.

Однако в работах [2-3] показано, что возникающие при испытаниях на сжатие на контактных поверхностях образцов силы трения оказывают существенное влияние на величину R_i.

Так в работе [2] приведены (рис. 1) формы разрушения бетонных образцов, испытанных при различных условиях контакта поверхности образца с плитой испытательной машины.

Рис. 1 – Виды разрушения бетонных кубических образцов при различных условиях на контактных поверхностях: а – схема испытания по нормативной рекомендации в режиме граничного трения; б – при испытаниях в режиме смешанного трения; в – при испытаниях в режиме гидродинамического трения.

 

В работе [3] приведены результаты, аналогичные 3-му варианту разрушения образцов, испытанных с применением смазочных материалов, создающих режим гидродинамического трения (рис. 2).

Рис. 2 – Внешний вид образцов из бетона В15 и В30, разрушенных при различных режимах трения: а, б – в режиме граничного трения; в, г – в режиме гидродинамического трения

 

Во всех рассмотренных случаях изменение сил трения по контактным поверхностям существенно влияло на величину контактного давления, характеризующего сопротивление бетона разрушению 9табл. 1).

Таблица 1 – Величина разрушающей нагрузки при испытании на сжатие бетонных образцов класса В15 и В30 размером 100х100 мм (кН)

Поскольку доказано, что во всех вышерассмотренных  случаях практически во всех точках контактной поверхности (исключая точки внешнего контура) имеет место трехосное неравномерное сжатие, то использование результатов, полученных при испытаниях по рекомендованной ГОСТ10 180-2012 методике не предоставляется вполне обоснованным. Это обусловлено тем, что характеристики прочности (нормативная R_в,п и расчетная R_в) используют при расчете опасных зон строительных бетонных элементов, работающих на одноосное сжатие.

Используя для получения прочностных характеристик бетона () величина R_i не определяет прочность бетона на сжатие по следующим причинам.

В работе [4] приведён график (рис.3) распределения нормального давления по контактной поверхности испытуемого образца. График построен по результатам испытаний 5 образцов.

 

 

Рис. 3 – График распределения нормального давления по контактной поверхности образцов

Анализ графика показывает, что, во-первых, давление распределено весьма неравномерно по поверхности контакта, во-вторых, закон распределения контактного давления не является (даже в нулевом приближении) ни законом нормального распределения, ни распределением по Стьюденту и другим известным законам распределения случайных величин.

То есть, величина R_i, вычисленная по формуле (1), не является какой либо средней величиной какого-либо статистического закона распределения, но является некоторой усредненной величиной, не характеризующей прочность бетона к моменту разрушения. Поэтому использование этой величины в качестве базовой при расчете класса бетона по прочности на сжатие, а также нормативного (R_в,п) и расчетного (R_в) сопротивлений бетона едва ли можно считать обоснованным.

Прочность материала может быть определена в результате выявления зоны (или точки) опасной с точки зрения причин, вызывающих разрушение.

Для выявления опасной зоны разрушения нами был выполнен числовой расчет с использованием программного комплекса ANSYS. В качестве исходных данных использовали уравнения теории упругости в перемещениях (с целью упрощения задания граничных условий на торцах образца). Конечный элемент принимали в виде элемента SOLID65 [5-7]. Модули упругости принимали усреднёнными по данным СП51-101-2003. Задача расчета заключалась исключительно в определении положения опасных зон, в которых начинается разрушение образца. Результаты расчётов приведены на рис.4.

Рис.4 – Распределение линейных перемещений при испытаниях на сжатие бетонных образцов в различных условиях трения: а – средний коэффициент f = 0,37; б – средний коэффициент f = 0

Анализ полученной картины (для случая граничного трения f = 0,37) показывает, что она вполне соответствует картинам приложения E (рис.Е1), приведенным в ГОСТ10180-2012. В этом случае опасными зонами (или точками) следует признать точки, расположенные на горизонтальной плоскости, разделяющей образец по высоте на две симметричные части, и удаленные на некотором расстоянии от центра, причем величина этого удаления зависит от нескольких факторов (зернистость заполнителя, прочность бетона и т.д.).

Поскольку разрушение происходит по плоскостям, на которых отсутствуют (или невелики) нормальные напряжения, то считать последние, как вызывающие причину разрушения, едва ли будет правильным. Тем более, что разрушение происходит по направлениям возникновения наибольших линейных перемещений (или деформаций).

Если проанализировать картину разрушения образцов, испытанных в режиме гидродинамического трения (рис.2), то сделанное предположение о преобладающем влиянии на прочность бетона линейных деформаций, подтверждается в ещё большей степени.

Иначе говоря, бетон как весьма хрупкий материал имеет причиной разрушения предельные линейные деформации, возникающие по тем направлениям, которые могут быть определены расчетным (рис.4) или экспериментальным (рис.2) путями.

Кроме сказанного, при определении величины R_i используют поправочный коэффициент α, называемый масштабным. Величины масштабных коэффициентов определяют по табл.4. ГОСТ 10180-2012. Поскольку стандарт рекомендует в качестве базового образца использовать куб с размерами 150х150х150, то для него величина масштабного коэффициента принята за единицу.

Так как в указанной таблице приведены значения масштабных коэффициентов до значений поперечных размеров в 300 мм, а в практике используемые колонны имеют размеры до 1000 мм и более, то возник вопрос об экстраполяции рассматриваемых значений, тем более что с увеличением размера прочность материала падает, вследствие большой вероятности появления дефектов на образцах (или изделиях) бóльших размеров.

Для решения поставленной задачи имеющиеся значения масштабных коэффициентов были экстраполированы (рис.5) до размеров 1000мм.

Рис.5 – Изменение масштабных коэффициентов в зависимости от размера используемого элемента (графики экстраполяции по различного вида функциям – полином, экспонента, логарифмическая кривая)

 

Анализ полученных значений показывает, что неучет линейных размеров при номинальных значениях выше 300мм может привести к существенным (10…15 %) погрешностям в определении значения текущего сопротивления материала.

Таким образом, по результатам выполненной работы можно сделать следующие выводы:

– определение исходной величины сопротивления бетона (R_i) в виде усредненного значения нормального напряжения по контактной поверхности приводит к значительным погрешностям в оценке характеристик прочности (R_в,п; R_в) бетона;

– выявлены опасные зоны (и точки), в которых начинается разрушение образца, причем в этих зонах нормальные напряжения оказались существенно ниже максимальных;

– график распределения нормальных давлений по контактной поверхности образцов указывает, что он не может быть соотнесен ни с одним из аналитических выражений, характеризующих закон распределения случайной величины;

– существенное изменение масштабных коэффициентов при экстраполяции размеров образца до 1000мм указывает на необходимость учёта этого уменьшения прочности;

– в качестве деформационного критерия прочности в первом приближении можно использовать предельное значение линейной деформации в опасной точке.

Литература

1. ГОСТ 10180-12. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам. М.: Госстрой СССР, 1989-38с.
2. Абрамов Л.М. Об оценке влияния сил трения при определении прочности на сжатие по контрольным образцам /Л.М. Абрамов [и др.]// Бетон и железобетон, 2014.-№1.-С. 6-9.
3. Абрамов Л.М., Галкина М.А. Особенности определения механических характеристик прочности бетона при сжатии// Научные труды III Всероссийской (II Международной) конференции по бетону и железобетону «Бетон и железобетон – взгляд в будущее», том 1, стр. 12-20. Москва 12-16 мая 2014г.
4. Абрамов Л.М. Основы выбора технологической смазки при испытании бетонных образцов на сжатие /Л.М. Абрамов [и др.]// Бетон и железобетон, 2015.-№1.-С. 12-14.
5. Степнов М.Н. Статические методы обработки результатов механических испытаний. М.: Машиностроение, 1985. 232с.
6. Чигарев А.В. ANSYS для инженеров. М.: Машиностроение,2004. 512с.
7. Жидков А. В. Применение системы ANSYS к решению задач геометрического и конечно-элементного моделирования. Н. Новгород: ННГУ Научный центр «Информационно-телекоммуникационные системы», 2006. 115с.

 References

1. GOST 10180-12. The concretes. Methods for determining the strength of control samples. M: Gosstroy of the USSR, 1989-38p.
2. Abramov, L. M. estimation of the effect of friction forces in determining the compressive strength of control samples /L. M. Abramov [et al.]// concrete and reinforced Concrete, 2014 №1.-Pp. 6-9.
3. Abramov L. M., Galkin, M. A. determination of mechanical characteristics strength of concrete in compression// proceedings of the III all-Russian (II International) conference on concrete and reinforced concrete “Concrete and reinforced concrete – glance at future”, volume 1, p. 12-20. Moscow may 12-16, 2014.
4. Abramov, L. M. Fundamentals of the technological lubricant in the testing of concrete samples for compression /L. M. Abramov [et al.]// Concrete and reinforced concrete, 2015, №1.- p. 12-14.
5. Stepnov M. N. Static methods for processing the results of mechanical tests. M.: Mashinostroenie, 1985. 232р.
6. Chigarev, A.V. ANSYS to engineers. M.: Mashinostroenie, 2004. 512р.
7. Zhidkov A.V. application of the system in ANSYS for solution of problems of geometrical and finite element modeling. N. Novgorod: Nizhny Novgorod state University Scientific research center “Information-telecommunication systems”, 2006. 115р.

Разрушающий метод контроля бетона — испытание кубиков (кернов) бетона на сжатие

Характеристики прочности разных замесов одной и той же марки бетона существенно варьируют в силу разных причин — некондиционного сырья, нарушений дозировки ингредиентов и режима отвердения, недостаточного вымешивания и уплотнения смеси. Фактическая прочность бетона на сжатие в строительной практике определяется эмпирически с применением гидравлического оборудования согласно ГОСТ 10180–90.

По итогам проведенного испытания образцов бетона устанавливается класс бетона на сжатие (В) — показатель прочности данного образца с гарантией соответствия 95%. Для контроля прочности бетона используют опытные образцы в форме кубиков и керн, отобранный из готового изделия.

Разрушающая нагрузка, при которой определяется класс бетона по прочности на сжатие, задается в пределах от 20 до 80% максимального усилия пресса. Скорость подачи нагрузки, при которой испытание кубиков прочность бетона отображает наиболее точно, обычно колеблется в диапазоне 0,4–0,8 МПа в секунду. Прежде чем начать испытание кубиков, убедитесь, что направление нагрузки совпадает с ориентацией слоев бетона.

Как подготовить материал для исследований?

Заготавливать кубики бетона для испытаний рекомендуется из смеси, предназначенной для изготовления контрольного изделия, которая должна быть взята из одного замеса или одной и той же тары.

Длина ребра куба и диаметр цилиндра при проведении испытаний по стандартной схеме могут составлять 7, 10, 15, 20 или 30 см. Если предполагается одновременное испытание бетонных кубиков на прочность и деформационные характеристики, образцы заготавливают в виде призм размером 100 × 100, 150 × 150 и 200 × 200 см.

Формование образцов производится в стальных формах со строго выверенными поверхностями. Перед тем как проводить испытание кубиков бетона на прочность, формованные образцы в течение суток выдерживают при температуре 18–22°С, после чего снимают опалубку и помещают в увлажненные опилки или камеру нормального твердения с фиксированной влажностью 95%. Перед установкой в пресс бетонные кубики должны быть тщательно вычищены и протерты сухой тканью.

Для контроля отвердения бетона в конструкции практикуется испытание кернов бетона, отбираемых из готовых ЖБИ путем высверливания алмазными сверлами либо выпиливания дисковой пилой. Для получения достоверных результатов отбор керна должен быть произведен после того, как бетон наберет как минимум половину проектной прочности.

Лабораторные испытания бетона на прочность

Испытание прочности бетонной смеси даёт представление обо всех эксплуатационных характеристиках. По нему судят, правильно ли выполнено бетонирование. Класс бетона для строительства варьирует от 3,5 МПа (45,8 кгс/см2) до 60 МПа (786 кгс/см2).

Класс бетона – его гарантированная прочность с обеспеченностью 0,95. Обеспеченность говорит о том, что в партии из ста поставок только пять могут иметь прочность ниже заказанной.

Испытание бетона на прочность выполняется разрушающими или неразрушающими методами, причём первый признаётся самым точным. В качестве стандартного образца для него чаще всего применяется бетонный кубик. ГОСТ 18105-2010 устанавливает правила, ГОСТы 10180-90, 28570-90, 22690-88 – методы определения прочности.

Исследования проводят сертифицированные лаборатории, оснащённые оборудованием, соответствующим стандартам. Лабораторно-исследовательский центр – https://ooolic.ru/ – располагает всем необходимым для проведения проверки.

Прочность бетонной смеси на сжатие

Испытание бетона на сжатие – его способность выдерживать поверхностные нагрузки без каких-либо трещин или изгибов. Формула – это нагрузка, приложенная в точке разрушения к площади поперечного сечения поверхности, на которую была приложена нагрузка.

Прочность на сжатие = нагрузка / площадь поперечного сечения образца.

Определение прочностных характеристик начинается с изготовления образцов сечением 150х150 мм. Исследуемая бетонная смесь (три пробы из разных мест одной партии смешиваются в одну) заливается в специальную формочку с обязательным вибрированием. Через сутки распалубливается, в течение проектного срока (28 дней) набирает прочность в шкафах с заданной температурой и влажностью. Предусмотрены и другие сроки затвердевания.

Образцы бетона монолитных конструкций должны твердеть непосредственно на предприятии-изготовителе, а на стройплощадке – в условиях набора конструкцией прочности. Стандартные металлические формы можно приобрести или изготовить из дерева. Все образцы должны быть промаркированы.

Для испытаний ячеистых бетонов образцы выпиливаются или выбуриваются из середины контрольных блоков (неармированных) без предварительного увлажнения. Такой порядок установлен ГОСТом 28570.

Само испытание производится на стационарном прессе, где образец нагружается до появления трещин или полного разрушения. Величина нагрузки служит основой для расчётов. Полученный результат определяет класс материала и заносится в журнал установленной формы.

Протокол испытаний бетона на прочность выдаётся подрядной организации, служит подтверждением соблюдения проектных норм.

В нём обязательны следующие показатели.

• Физические размеры образцов.
• Показатели разрушающей нагрузки по всем пробам.
• Усреднённое значение.
• Проектное значение.
• Фактический результат.

Документ об испытании бетона на прочность имеет юридическую силу в спорах с поставщиком смесей.

Заключение

Необходимая прочность зависит от нескольких показателей: соотношения воды и цемента, активности вяжущей основы, величины и чистоты заполнителей, условий приготовления БСГ, качественного контроля при производстве.

Практика показывает, что продукция высокотехнологичных бетонных заводов, особенно работающих круглогодично, выгодно отличается от смесей, приготовленных в бетонно-растворных узлах или бетоносмесительных установках.

Для заливки ответственных элементов зданий, сооружений, где прочность – главное условие, необходимо использовать только заводской бетон.

Возврат к списку

(PDF) Определение разрушающей нагрузки для бетонных плит на основе деформационной теории пластичности

1699

A.S. Чепурненко и др. / Procedure Engineering 150 (2016) 1694 — 1700

4. Результаты и обсуждение

Задача решена для прямоугольника, навешенного по контурной пластине со следующими исходными данными: размер 2×2 м,

h = 12,2 см, Ȟ = 1/6, Eb0 = 2 · 104 МПа, ES = 2 · 105 МПа, 3

0,583 10,

с

*



 Rbt = 1 МПа,

Результаты испытаний пластины приведенные в трудах Н. И. Карпенко [2,3]. На рис. 3

сплошной линией показана полученная авторами зависимость прогиба пластины в центре от нагрузки q.

Пунктирные линии соответствуют экспериментальным данным. Результаты экспериментов очень близки к теоретическим данным.

5. Выводы

Полученные уравнения и разработанная методика позволяют рассчитывать железобетонные плиты не только в краткосрочной перспективе

, но и на долгосрочные эффекты с учетом ползучести.Таким образом, закон ползучести может быть задан произвольно.

Совпадение теоретических результатов с экспериментальными данными свидетельствует о надежности методов.

Рис. 3. Зависимость нагрузки от прогиба: пунктирная линия — эксперимент, сплошная линия — расчет

Литература

[1] Тамразян А.Г., Есаян С.Г. Механика ползучести бетона, МГБУК, Москва, 2012.

[2] NI Карпенко, Общие механические модели железобетона, Стройиздат, Москва, 1996.

[3] Н.И. Карпенко, Теория деформирования железобетона с трещинами, Стройиздат, М. , 1976.

[4] Г.А. Гениев В.А., Кисук В.Н., Тупин Г.А. Теория пластичности бетона и железобетона. М .: Стройиздат, 1974.

. 5. Аваков, А. Чепурненко, С.В. Литвинов, Расчет железобетонной арки на ползучесть бетона, Инженерный вестник

Дон. 1-2 (2015). URL: http://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1p2y2015/2795.

[6] L.R. Майлян, О.В. Денисов, А. Чепурненко, А.А. Аваков А.В. Исследование напряженно-деформированного состояния железобетонных арок с учетом вязкоупругости

на основе различных теорий ползучести // Инженерный вестник Дона. 4 (2015). URL:

http://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2015/3379.

[7] L.R. Майлян, Б. Джазьев, А. Чепурненко, А.А. Аваков, Устойчивость железобетонной арки при ползучести // Инженерный вестник Дона. 1-2

(2015).URL: http://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2015/3378.

[8] A.A. Аваков, А. Чепуменко, С. Язиев, Напряженно-деформированное состояние железобетонной арки с учетом нелинейной ползучести бетона,

Научно-технический вестник Поволжья. 1 (2015) 27–30.

[9] И.В. Юхнов, Б. Язьев, А. Чепурненко, С.В. Литвинов, Изгиб железобетонных гибких стержней при нелинейной ползучести, Современные проблемы науки и образования,

. 5 (2014). URL: http: // www.science-education.ru/119-14705.

[10] В.И. Андреев, А. Чепурненко, Б. Язиев, Энергетический метод расчета устойчивости сжатых полимерных стержней с учетом ползучести

, Перспективные исследования материалов. 1004௅1005 (2014) 257௅260.

[11] В.И. Андреев А.В. О разгрузке в упругопластических неоднородных телах в прикладной механике и материалах. 353–356 (2013) 1267–1270.

[12] B.M. Язиев, А. Чепурненко, С.В. Литвинов, М. Козельская, Напряженно-деформированное состояние предварительно напряженного железобетонного цилиндра с учетом ползучести бетона

, Science Review.11 (2014) 759–763.

[13] B.M. Язиев, А. Чепурненко, С.В. Литвинов, М. Козельская, Потери предварительного напряжения в железобетонном цилиндре из-за ползучести бетона,

Science Review. 11 (2014) 445–449.

0,333%, 0.

sx sy sx sy

cc

P P P P

Как определить предел прочности бетона на растяжение

Вы когда-нибудь задумывались, как определить предел прочности бетона на разрыв? Что такое прочность на разрыв и почему это важно для вашего следующего проекта? На самом деле это очень важная часть общей структурной прочности и устойчивости бетона, обеспечивающая прочную основу для всего, что вы собираетесь разместить на нем, будь то бассейн для отдыха на заднем дворе или патио, на котором вы хотите оставаться на одном уровне для в следующем десятилетии или около того, или огромный небоскреб, который будет доминировать над горизонтом на многие мили.Вот посмотрите, что такое предел прочности на разрыв, почему он важен и как вы можете определить предел прочности бетона на разрыв в вашем следующем проекте.

Что такое предел прочности на разрыв?

Вообще говоря, предел прочности любого материала — это его способность и прочность против растяжения или разрыва при разрыве. Но когда большинство людей думают о бетонных сооружениях, они думают о плитах и ​​проездах. Зачем вам нужно беспокоиться о разрыве подобных проектов? Когда земля движется и смещается, бетон часто тянется в разные стороны.Если у него нет надлежащего армирования и прочности на разрыв, бетон может потрескаться и потрескаться, оставив неприглядные и опасные щели на тротуарах, проездах, плитах и ​​других конструкциях.

Это отличается от прочности на сжатие. Когда кто-то ссылается на бетон на 3000 или 5000 фунтов на квадратный дюйм, они обычно имеют в виду, какой вес он может выдержать. Поскольку предел прочности на разрыв, как правило, намного ниже, используются такие материалы, как арматура и арматурная сетка, чтобы предотвратить растекание бетона.Это помогает обеспечить структуру, которая вместо бетона выдерживает деформацию прочности на разрыв.

Как определить предел прочности бетона на разрыв?

Существуют разные способы испытания бетона. Одна из тех, которые чаще всего рассматриваются при рассмотрении конкретных испытаний, — это то, что называется испытанием на спад. Этим измеряется степень деформации бетона во влажном состоянии. Бетон, который слишком деформируется, часто имеет слишком высокое содержание воды, что ослабляет бетон.Хотя плохое испытание на оседание может быть индикатором плохой прочности на разрыв, его обычно чаще используют для измерения прочности на сжатие.

Американский институт бетона располагает обширной документацией по широкому спектру методов испытаний. Чтобы проверить предел прочности при растяжении, можно провести несколько различных тестов. Первый — это испытание на изгиб, при котором проверяется, сколько движения может выдержать бетон, прежде чем он сломается. Во втором случае бетон испытывает прямое растяжение, а в третьем — на раскалывание, когда бетон находится под давлением.

Имея твердое представление о том, что такое предел прочности на разрыв и как определять предел прочности бетона, вы сможете гораздо лучше оценить прочность, необходимую этому трудолюбивому материалу для выполнения работы. Но как только вы определились с прочностью бетона, необходимой для вашего проекта, подумали ли вы, какие инструменты вам понадобятся? В BN Products у нас есть широкий спектр инструментов, которые помогут сделать ваш следующий бетонный или цементный проект намного более плавным и легким. Почему бы не посмотреть, что у нас есть для вашей следующей работы?

Все, что вам нужно знать о прочности бетона

Многие считают бетон прочным и долговечным материалом, и это справедливо.Но есть разные способы оценки прочности бетона.

Возможно, что еще более важно, каждое из этих прочностных свойств придает бетону различные качества, что делает его идеальным выбором в различных случаях использования.

Здесь мы рассмотрим различные типы прочности бетона, почему они важны и как они влияют на качество, долговечность и стоимость бетонных проектов. Мы также демонстрируем разницу в прочности между традиционным бетоном и новой инновационной технологией бетона — бетоном с высокими эксплуатационными характеристиками (UHPC).

Терминология: Прочностные свойства бетона и их важность

Прочность бетона на сжатие

Это наиболее распространенное и общепринятое измерение прочности бетона для оценки характеристик конкретной бетонной смеси. Он измеряет способность бетона выдерживать нагрузки, которые уменьшают размер бетона.

Прочность на сжатие испытывают путем разрушения цилиндрических образцов бетона на специальной машине, предназначенной для измерения прочности этого типа.Он измеряется в фунтах на квадратный дюйм (psi). Испытания проводятся в соответствии со стандартом C39 ASTM (Американское общество испытаний и материалов).

Прочность на сжатие важна, поскольку это главный критерий, используемый для определения того, будет ли конкретная бетонная смесь соответствовать требованиям конкретной работы.

Бетон, фунт / кв. Дюйм

фунтов на квадратный дюйм (psi) измеряет прочность бетона на сжатие. Более высокое значение psi означает, что данная бетонная смесь прочнее, поэтому обычно она дороже.Но эти более прочные бетоны также более долговечны, то есть служат дольше.

Идеальный бетонный фунт на квадратный дюйм для данного проекта зависит от различных факторов, но абсолютный минимум для любого проекта обычно начинается от 2500 до 3000 фунтов на квадратный дюйм. Каждая бетонная конструкция имеет обычно приемлемый диапазон фунтов на квадратный дюйм.

Бетонные опоры и плиты на грунте обычно требуют плотности бетона от 3500 до 4000 фунтов на квадратный дюйм. Подвесные плиты, балки и фермы (часто встречающиеся в мостах) требуют от 3500 до 5000 фунтов на квадратный дюйм. Традиционные бетонные стены и колонны, как правило, имеют диапазон от 3000 до 5000 фунтов на квадратный дюйм, в то время как для покрытия требуется от 4000 до 5000 фунтов на квадратный дюйм.Бетонным конструкциям в более холодном климате требуется более высокое давление на квадратный дюйм, чтобы выдерживать большее количество циклов замораживания / оттаивания.

Прочность на сжатие обычно проверяется через семь дней, а затем снова через 28 дней для определения psi. Семидневный тест проводится для определения раннего прироста силы, а в некоторых случаях его можно провести уже через три дня.

Но конкретный фунт на квадратный дюйм основан на результатах 28-дневного испытания, как указано в стандартах Американского института бетона (ACI).

Прочность бетона на разрыв

Прочность на растяжение — это способность бетона сопротивляться разрушению или растрескиванию при растяжении.Это влияет на размер трещин в бетонных конструкциях и степень их возникновения. Трещины возникают, когда растягивающие усилия превышают предел прочности бетона.

Традиционный бетон имеет значительно более низкую прочность на разрыв по сравнению с прочностью на сжатие. Это означает, что бетонные конструкции, испытывающие растягивающее напряжение, должны быть усилены материалами с высокой прочностью на разрыв, такими как сталь.

Непосредственно проверить прочность бетона на разрыв сложно, поэтому используются косвенные методы.Наиболее распространенными косвенными методами являются прочность на изгиб и разделенная прочность на разрыв.

Прочность бетона на раздельное растяжение определяют с помощью испытания на раздельное растяжение бетонных цилиндров. Испытание следует проводить в соответствии со стандартом ASTM C496.

Прочность бетона на изгиб

Прочность на изгиб используется как еще один косвенный показатель прочности на разрыв. Он определяется как мера неармированной бетонной плиты или балки, способная противостоять разрушению при изгибе.Другими словами, это способность бетона сопротивляться изгибу.

Прочность на изгиб обычно составляет от 10 до 15 процентов прочности на сжатие, в зависимости от конкретной бетонной смеси.

Существует два стандартных теста ASTM, которые используются для определения прочности бетона на изгиб — C78 и C293. Результаты выражаются в модуле разрыва (MR) в фунтах на квадратный дюйм.

Испытания на изгиб очень чувствительны к подготовке, обращению с бетоном и его отверждению. Испытание следует проводить, когда образец влажный.По этим причинам при описании прочности бетона чаще используются результаты испытаний прочности на сжатие, поскольку эти числа более надежны.

Дополнительные факторы

Прочие факторы, влияющие на прочность бетона, включают:

Водно-цементное соотношение (Вт / см)

Относится к соотношению воды и цемента в бетонной смеси. Более низкое соотношение воды и цемента делает бетон более прочным, но также затрудняет работу с ним.

Необходимо соблюдать правильный баланс для достижения желаемой прочности при сохранении удобоукладываемости.

Дозирование

Традиционный бетон состоит из воды, цемента, воздуха и смеси песка, гравия и камня. Правильная пропорция этих ингредиентов является ключом к достижению более высокой прочности бетона.

Бетонную смесь со слишком большим количеством цементного теста легко залить, но она легко потрескается и не выдержит испытания временем.И наоборот, при слишком малом количестве цементного теста получается грубый и пористый бетон.

Смешивание

Оптимальное время перемешивания важно для прочности. Хотя прочность имеет тенденцию увеличиваться со временем перемешивания до определенного момента, слишком долгое перемешивание может фактически вызвать испарение избыточной воды и образование мелких частиц в смеси. В результате бетон становится труднее работать и становится менее прочным.

Не существует золотого правила для оптимального времени перемешивания, так как оно зависит от многих факторов, таких как: тип используемого миксера, скорость вращения миксера, а также конкретные компоненты и материалы в данной партии бетона.

Методы отверждения

Чем дольше бетон остается влажным, тем он прочнее. Для защиты бетона необходимо соблюдать меры предосторожности при отверждении бетона при очень низких или высоких температурах.

Неопровержимые факты: традиционный бетон против UHPC

Доступна новая технология производства бетона, которая имеет более высокие прочностные характеристики, чем традиционный бетон, во всех диапазонах прочности. Этот инновационный материал называется бетоном со сверхвысокими характеристиками (UHPC), и он уже применяется во многих инфраструктурных проектах штата и федерального правительства, учитывая его исключительную прочность и долговечность.

UHPC очень похож на традиционный бетон по составу. Фактически, примерно от 75 до 80 процентов ингредиентов одинаковы.

Что делает UHPC уникальным, так это интегрированные волокна. Эти волокна добавляются в бетонную смесь и составляют от 20 до 25 процентов конечного продукта.

Волокна варьируются от полиэстера до стержней из стекловолокна, базальта, стали и нержавеющей стали. Каждое из этих интегрированных волокон создает все более прочный конечный продукт, причем сталь и нержавеющая сталь обеспечивают наибольший прирост прочности.

Вот более подробное сравнение UHPC с традиционным бетоном:

• Прочность на растяжение —UHPC имеет предел прочности на разрыв 1700 фунтов на квадратный дюйм, в то время как у традиционного бетона обычно измеряется от 300 до 700 фунтов на квадратный дюйм.
• Прочность на изгиб —UHPC может обеспечить прочность на изгиб более 2000 фунтов на квадратный дюйм; Традиционный бетон обычно имеет прочность на изгиб от 400 до 700 фунтов на квадратный дюйм.
• Прочность на сжатие — Улучшенная прочность на сжатие UHPC особенно важна по сравнению с традиционным бетоном.В то время как традиционный бетон обычно имеет прочность на сжатие в диапазоне от 2500 до 5000 фунтов на квадратный дюйм, UHPC может иметь прочность на сжатие до 10 раз больше, чем у традиционного бетона.

Всего через 14 дней отверждения UHPC имеет прочность на сжатие 20 000 фунтов на квадратный дюйм. Это число увеличивается до 30 000 фунтов на квадратный дюйм при полном отверждении в течение 28 дней. Некоторые смеси UHPC даже продемонстрировали прочность на сжатие 50 000 фунтов на квадратный дюйм.

Другие преимущества UHPC включают:

• Устойчивость к замерзанию / оттаиванию —Исследования показали, что UHPC выдерживает более 1000 циклов замораживания / оттаивания, в то время как традиционный бетон начинает разрушаться всего за 28 циклов.
• Ударопрочность —UHPC может поглощать в три раза больше энергии, чем обычный бетон. При ударной нагрузке UHPC был вдвое прочнее обычного бетона и рассеивал до четырех раз больше энергии. Это делает материал отличным кандидатом для сейсмостойких мостов и зданий.
• Влагостойкость — Из-за более высокой плотности, чем у традиционного бетона, воде труднее проникать в UHPC.
• Пластичность —UHPC может быть растянут на более тонкие секции под действием растягивающего напряжения, в отличие от обычного бетона.
• Более длительный срок службы —UHPC служит более 75 лет по сравнению с 15–25 годами для обычного бетона.
• Легкий вес — Несмотря на то, что UHPC прочнее, требуется меньше материала, поэтому торцевая конструкция легче, что снижает требования к опоре и опорам.

Неудивительно, что UHPC используется во многих американских инфраструктурных проектах для ремонта стареющих мостов и дорог страны. Материал увеличивает срок службы мостов, снижая общую стоимость жизненного цикла этих конструкций. UHPC предъявляет более низкие требования к техническому обслуживанию, учитывая его увеличенный срок службы, что еще больше способствует снижению стоимости срока службы.

Идеальное применение для UHPC:

При оценке конкретной бетонной смеси для проекта важно знать различные прочностные свойства этой смеси. Знание этих цифр и того, какие свойства прочности бетона обеспечивают проекту, является ключом к выбору правильной бетонной смеси.

Бетонные новинки, такие как UHPC, превосходят традиционный бетон во всех областях прочности, что делает его разумным выбором для любых бетонных проектов.Снижение затрат на техническое обслуживание и увеличенный срок службы UHPC обеспечивает беспроигрышную надежность и более низкие затраты на жизненный цикл.

Фотография предоставлена ​​Peter Buitelaar Consultancy, дизайн — FDN в Эйндховене, Нидерланды.

Как рассчитать прочность на сжатие

Обновлено 26 ноября 2018 г.

Лиза Мэлони

Прочность на сжатие — это эффективный способ измерения нагрузки, которую может выдержать поверхность или материал. Проверка этого вида силы выполняется путем приложения силы вниз к верхней части объекта, в сочетании с равной и противоположной силой, действующей вверх на основание.Другими словами, вы раздавливаете его, а затем используете простую математическую формулу, чтобы определить сжимающую нагрузку, которая была принята до разрушения материала.

TL; DR (слишком длинный; не считывалось)

Формула напряжения сжатия:

CS = F ÷ A, где CS — прочность на сжатие, F — сила или нагрузка в точке отказ и A — начальная площадь поперечного сечения.

Соображения по испытанию сжимающей нагрузки

Испытание на прочность на сжатие требует точных измерений, поэтому процесс «сжатия» при испытании на сжимающее напряжение должен проводиться в тщательно контролируемых условиях, включая равные и противоположные силы, прилагаемые для сжатия материала от как сверху, так и снизу.

Из-за этого, а также из-за того, что испытание проводится до момента отказа или остаточной деформации, вы не будете тестировать реальную конструкцию на месте; вместо этого вы бы испытали кубический или цилиндрический образец. Форма куба или цилиндра гарантирует, что у вас будут плоские параллельные поверхности вверху и внизу вашего образца, и обе грани должны быть поперечными, то есть взятыми под прямым углом к ​​вертикальной оси образца.

Точки данных в формуле сжимающего напряжения

После того, как вы настроили образец в соответствующем аппарате для вашего научного процесса «раздавливания», вам нужно будет принять к сведению две точки данных.Первый — это площадь поперечного сечения образца, который вы пересекаете, или, другими словами, площадь поверхности только одной из его граней.

Другая точка данных, которую вам нужно будет измерить, — это сила, приложенная к вашему образцу в момент его разрушения. Вы будете прилагать усилие медленно до отказа, который обычно определяется как остаточная деформация. Другими словами, деформация, которая не вернется к своей первоначальной форме после снятия сжимающей силы. Часто «остаточная деформация» имеет место, когда объект ломается.

Расчет прочности на сжатие

Когда у вас есть эти точки данных — независимо от того, измерили ли вы их сами в лаборатории или получили их в виде задачи с текстом — вы можете рассчитать прочность на сжатие вашего объекта. Формула:

CS = F ÷ A, где CS — прочность на сжатие, F — сила или нагрузка в точке разрушения, а A — начальная площадь поверхности поперечного сечения.

Пример: Вас попросили рассчитать прочность на сжатие бетонного цилиндра.Каждая из граней поперечного сечения цилиндра имеет 6 дюймов в поперечнике, и цилиндр разрушился при силе в 71 000 фунтов. Какова прочность на сжатие этого образца бетона?

Вы можете продолжить и заменить измерение силы, 71 000 фунтов, в свое уравнение на F . Но не спешите и вставьте 6 дюймов для площади поперечного сечения, A . Вам дан диаметр грани цилиндра, но вам нужна площадь поверхности этой грани.

Чтобы вычислить площадь поверхности, запомните, что площадь круга равна πr ² , где r — радиус круга, который равен 1/2 диаметра круга. Таким образом, при диаметре 6 дюймов радиус вашего круга составляет 3 дюйма, а его площадь равна π (3) ² = 28,26 дюйма ² .

Теперь, когда у вас есть эта информация, ваше уравнение выглядит следующим образом:

CS = 71000 фунтов ÷ 28,26 дюйма ² = 2512 фунтов на квадратный дюйм

Таким образом, прочность на сжатие вашего образца составляет 2512 фунтов на квадратный дюйм.Кстати, это соответствует стандартной прочности бетона на сжатие 2500 фунтов на квадратный дюйм для жилых помещений; бетон для коммерческих структур может иметь прочность на сжатие 4000 фунтов на квадратный дюйм и более.

Шесть наиболее распространенных причин слабой прочности бетона | Журнал Concrete Construction

Кажется, что перерывы с низкой силой всегда случаются в худшее время, когда ваш график уже отложен, и вы пытаетесь продвинуть свой проект. В соответствии со стандартами ACI и CSA разрыв считается низким, если индивидуальное испытание на прочность на сжатие (среднее для двух цилиндров) более чем на 500 фунтов на квадратный дюйм ниже указанной прочности или если среднее значение трех последовательных серий испытаний не равно или не превышает указанная сила.Эти требования объясняют типичную изменчивость испытаний бетона на прочность.

Giatec Scientific Бетонные цилиндры могут сильно сломаться, поэтому во время испытаний дверцу компрессорной машины следует всегда закрывать.

Важно понимать, что представляют собой испытательные цилиндры: цилиндры, которые имеют стандартное отверждение — в соответствии с ASTM C 31, Стандартная практика изготовления и отверждения бетонных образцов для испытаний в полевых условиях — не предназначены для демонстрации прочности на месте в раннем возрасте. бетон, хотя они часто так используются.Отвержденные в полевых условиях цилиндры под C 31 должны храниться на строительной площадке в условиях, максимально приближенных к бетону, который они представляют, до тех пор, пока они не будут испытаны. Это сложно, поэтому мы часто сталкиваемся с проблемами прочности, полученными от лабораторных цилиндров. Понимание того, что может способствовать отказу от испытаний на прочность стандартных цилиндров или цилиндров, отверждаемых в полевых условиях, очень важно. Шесть наиболее распространенных причин разрушения бетона с низкой прочностью:

1. Конструкция бетонной смеси : бетонная смесь не набирает прочность за указанное время, что снижает прочность при испытании на сжатие, чем ожидалось.Это может произойти, если была отправлена ​​неправильная смесь или если в смесь добавлена ​​вода для облегчения укладки, что приведет к более высокому водоцементному соотношению.

2. Производство образцов : При отливке бетонных цилиндров образцы для испытаний не подготовлены должным образом и не заделаны стержнями.

3. Неправильное обращение : Образцы бетона не обрабатываются и не транспортируются должным образом, что приводит к растрескиванию.

4. Условия отверждения: Условия окружающей среды для образцов, отвержденных в полевых условиях, не соответствуют условиям монолитного бетона.Если это не будет сделано должным образом, значение прочности не будет отражать прочность конструкции.

5. Подготовка цилиндра : После того, как образец бетона затвердел, его готовят в лаборатории для испытания путем шлифовки или закрытия концов цилиндра. Если цилиндр не подготовлен с осторожностью и вниманием, он не сломается должным образом под приложенной нагрузкой.

6. Ошибки вычислений: Прежде чем лаборатория сможет сломать бетонные цилиндры, необходимо правильно откалибровать машину для испытания на сжатие.

Так что же делать, если бетонные цилиндры разрываются мало? Наиболее распространенное решение — подождать и дать бетону продолжить отверждение, а затем снова проверить прочность в следующий день перерыва (то есть на 7 или 14 день). Если после этого второго перерыва ваш бетон по-прежнему неэффективен, значит, у вас настоящая проблема. Вы можете посмотреть на причины, перечисленные выше, вы можете заполнить структуру или, в крайнем случае, вы можете провести нагрузочные тесты, чтобы проверить способность структурных элементов.

Но есть еще один вариант — отказаться от баллонов для испытаний на прочность в раннем возрасте и перейти на беспроводные датчики зрелости для отслеживания прочности во времени.Эти датчики встроены в бетонный элемент и постоянно контролируют прочность в режиме реального времени с помощью приложения на мобильном устройстве. Это означает, что вы можете в любое время проверить качество своего микса. Цилиндры стандартного отверждения по-прежнему производятся и тестируются на 28-й день для целей приемки, но вся остальная прочность в раннем возрасте определяется из приложения, что позволяет сэкономить время, затрачиваемое на труд, который обычно используется для изготовления, транспортировки и тестирования цилиндров. . CC

Содержание этой статьи создано Giatec Scientific.

Модуль разрыва бетонной балки

Модуль разрыва — это мера прочности на разрыв бетонных балок или плит. Прочность на изгиб определяет величину напряжения и силы, которые может выдержать неармированная бетонная плита, балка или другая конструкция, чтобы они выдерживали любые разрушения при изгибе. Модуль разрыва также известен как прочность на изгиб, прочность на изгиб или прочность на излом.

Рис. 1. Изгибное напряжение в нагруженной балке.

Стандартные методы испытаний для определения модуля разрыва балки

Для проверки прочности бетонной балки на изгиб ее длина пролета должна быть как минимум в три раза больше глубины.Прочность на изгиб выражается как модуль разрыва (MR) в фунтах на квадратный дюйм (МПа). Существует два стандартных метода испытаний для определения прочности на изгиб бетонной балки

.

1. Испытание на нагрузку в центральной точке (согласно ASTM C 293)

В этом методе испытаний вся нагрузка прилагается в центре длины пролета балки. Здесь прочность на изгиб или модуль разрыва выше, чем модуль разрыва при испытании на нагрузку в третьей точке. Максимальное напряжение присутствует только в центре балки.

Рис. 2: Испытание на нагрузку в центральной точке

2. Испытание на нагрузку в третьей точке (согласно ASTM C 78)

В этом методе испытаний половина нагрузки прикладывается на каждую треть длины пролета балки. Здесь прочность на изгиб или модуль разрыва ниже, чем у модуля разрыва, найденного при испытании на нагрузку в центральной точке. В этом испытании максимальное напряжение присутствует в центральной трети балки.

Рис. 3: Испытание на нагрузку в третьей точке

Модуль упругости при изгибе при разрыве составляет от 10% до 20% прочности на сжатие в зависимости от типа, размера и объема крупного заполнителя, используемого в бетонной балке.Однако наилучшая корреляция для конкретных материалов достигается при лабораторных испытаниях данных материалов и конструкции смеси. Модуль разрыва, определяемый нагрузкой в ​​третьей точке, ниже модуля разрыва, определяемого нагрузкой в ​​центральной точке, иногда на целых 15%.

Расчет модуля разрыва

Формула модуля разрыва отличается для разных типов системы нагружения,

1. Для прямоугольного образца под нагрузкой в ​​установке трехточечного изгиба

Уравнение 1:

• F — нагрузка (сила) в точке разрушения (Н)
• L — длина пролета опоры
• b ширина
• d толщина

2.Для прямоугольного образца под нагрузкой в ​​установке для четырехточечного изгиба, где диапазон нагрузки составляет одну треть пролета опоры

Уравнение 2:

• F — нагрузка (сила) в точке разрушения
• л длина опорного (внешний) пролет
• b ширина
• d толщина

3. Для установки изгиба 4 точки, если диапазон нагрузки составляет 1/2 пролета опоры

Уравнение 3:

4.Если диапазон нагрузки не составляет ни 1/3, ни 1/2 диапазона опоры для установки изгиба 4 точки

Уравнение 4:

• L _i — длина нагрузочного (внутреннего) пролета

Разница между пределом прочности на разрыв и пределом прочности на разрыв

Всегда есть вероятность наличия локальных дефектов в любом объекте. Когда объект подвергается растягивающему напряжению, он имеет тенденцию «расширяться». Все волокна или области объекта испытывают одинаковую силу.Любые слабые участки в таком случае могут сдаться и подвергнуться деформации.

Рис. 4: Разница между пределом прочности на разрыв и пределом прочности на разрыв

Напряжение изгиба, с другой стороны, оказывает на объект как растягивающую, так и сжимающую силу. Это приводит к неравномерному распределению сил между волокнами объектов. «Крайние волокна», то есть волокна на поверхности объекта, как правило, испытывают максимальные силы. Следовательно, они наиболее уязвимы для поломки или разрыва.

Важность модуля разрыва

Расчет модуля разрыва считается решающим в строительной механике,

1. Помогает при проектировании таких конструктивных элементов, как балки, консоли, валы и т. Д.
2. Помощь в изучении материалов и их свойств.
3. Предоставляет параметр для разработки более прочных конструкционных материалов.
4. Прочность на изгиб помогает судить о качестве конструкций, используемых для строительства.
5. Это инструмент для прогнозирования как сопротивления, так и долговечности объектов.

Анализ разрушения бетонных и железобетонных балок с разной степенью армирования

Простые бетонные и слабоармированные бетонные балки

Первый этап научных исследований был сосредоточен на распознавании процесса зарождения трещин в простом бетоне и слегка армированном бетоне балки. Экспериментальные исследования проводились на 3-х плоских бетонных балках и 3-х балках из слегка армированного бетона (степень армирования 0,12%). Балки были испытаны на четырехточечный изгиб. Балки были нагружены двумя сосредоточенными силами, которые прилагались снизу вверх в одной трети пролета. Применение перевернутого способа нагружения и процедуры нагружения принудительным смещением позволило замедлить процесс разрушения и точно наблюдать за развитием трещины. Нагрузка осуществлялась в виде контроля деформации с помощью гидравлических домкратов с калиброванными датчиками.Балки изготовлены из бетона нормальной прочности. Кварцитовый заполнитель максимального размера \ (D _ {\ mathrm {max}} = 32 ~ \ hbox {мм} \) был использован для изготовления бетонной смеси. Основные свойства бетона проверены стандартными методами. Прочность бетона на сжатие была проверена на 21 цилиндре \ (\ upphi 150/300 ~ \ hbox {мм} \), и полученное среднее значение составило \ (f_ \ mathrm {c} = 20,4 ~ \ hbox {МПа} \) (стандартное отклонение \ (s = 2,54 ~ \ hbox {МПа} \)). Прочность бетона на разрыв измеряли на 21 кубе 150/150/150 мм при испытании на раскалывание.{0.7} \) (где \ (\ alpha _ \ mathrm {F} = 10 \) для \ (D _ {\ mathrm {max}} = 32 ~ \ hbox {mm} \), \ (f_ \ mathrm {c } \) в МПа). В слегка армированных бетонных балках использовались три стальных стержня диаметром 4,5 мм, а предел текучести стали был равен \ (f_ \ mathrm {y} = 275 ~ \ hbox {MPa} \). Геометрия балки и расположение стальных стержней представлены на рис. 1.

Рис. 1

Геометрия балки и расположение арматуры

Хрупкий характер разрушения наблюдался во всех испытанных балках во время эксперимента, но некоторые различия в Был замечен процесс разрушения, и было получено более высокое сопротивление растрескиванию в слегка армированных бетонных балках по сравнению с измеренным в простых бетонных балках.В простых бетонных балках сразу после появления первой изгибной трещины было замечено внезапное хрупкое разрушение. В слегка армированных бетонных балках с коэффициентом армирования 0,12% разрушение также было вызвано основной трещиной изгиба, но повреждение балок было замечено при более высоком уровне нагрузки, чем в простых бетонных балках. Трещина разрушения не распространялась так быстро, как в бетонных балках, а разрушающий процесс в слегка армированных бетонных балках продолжал постепенно образовывать две или три трещины.Расположение трещин в простом бетоне и слегка армированных бетонных балках представлено на рис. 2 и 3. Фотодокументация трещины разрушения в простой бетонной балке A1 и слегка армированной бетонной балке B1 представлена ​​на рис. 4.

Рис. 2

Расположение трещин в простых бетонных балках

Рис.

Расположение трещин в слегка армированных бетонных балках

Рис. 4

Фотография трещины разрушения в балке: a A1 и b B1

Во время эксперимента приложенные нагрузки считывались с калиброванных датчиков которые крепились к гидравлическим домкратам.В простых бетонных балках с датчиков были считаны следующие максимальные силы: 5,10 кН, 5,51 кН, 4,45 кН, а в слегка армированных бетонных балках максимальные силы достигаются: 5,59 кН, 5,44 кН, 5,21 кН. Изгибающие моменты сначала рассчитывались на основе приложенных внешних сил, а затем они были увеличены за счет изгибающих моментов, связанных с собственным весом балок. (Собственный вес балок нельзя было не учитывать в расчетах, так как его вклад в общий изгибающий момент составлял примерно 10%.) Было замечено, что изгибающий момент, связанный с появлением первой изгибной трещины, зависел от несущей способности простых бетонных и слегка армированных бетонных балок. Среднее значение момента растрескивания составляло \ (M_ \ mathrm {cr, E} = 5.08 ~ \ hbox {kN ~ m} \) в простых бетонных балках и \ (M_ \ mathrm {cr, E} = 5.39 ~ \ hbox { кН ~ м} \) в слегка железобетонных балках. Момент растрескивания, который определял несущую способность слегка армированных бетонных балок, был больше момента растрескивания в бетонных элементах.Различие в процессе разрушения, связанное с развитием изгибных трещин в простом бетоне и слабоармированных бетонных балках, можно наблюдать при сравнении кривых нагрузка – прогиб, полученных в ходе эксперимента (см. Рис. 5). Значительно более медленное образование трещин в слегка армированных бетонных балках привело к почти в четыре раза большему прогибу слегка армированных бетонных балок по сравнению с прогибом, измеренным в простых бетонных балках.

Рис. 5

Кривые нагрузки-прогиба плоских и слегка армированных бетонных балок

Экспериментальные результаты показали, что присутствие арматуры изменяет процесс растрескивания и влияет на сопротивление растрескиванию в железобетонных изгибаемых элементах, даже при армировании соотношение низкое.{2} / 6 \) — модуль сечения).

Чтобы лучше понять явления, связанные с разрушением бетона при растяжении, и исследовать влияние продольных стальных стержней на возникновение и распространение трещин в изгибных балках, было проведено численное моделирование. В численных расчетах, выполненных методом конечных элементов, реализована теория нелинейной механики разрушения и применена модель разупрочнения растянутого бетона. Модель была получена из концепции фиктивной трещины, предложенной Hillerborg et al.[12] и улучшены позже Bažant и Oh [13], Cedolin et al. [14]. Модель основана на предположении, что трещина начинает развиваться в зоне процесса разрушения, когда растягивающее напряжение достигает прочности бетона на растяжение \ (\ sigma = f_ \ mathrm {ct} \). Бетон в зоне процесса разрушения частично поврежден, но все еще способен передавать напряжение. Деформационное размягчение растяжимого бетона позволило передать напряжение размазанной трещины до тех пор, пока раскрытие трещины w не достигнет критического раскрытия трещины \ (w_ {1} \).Процесс растрескивания начинается, когда существующие микротрещины начинают расти и сливаться. При дальнейшем росте микротрещин происходит разрушение бетонных связей, и в конечном итоге процесс приводит к образованию макротрещины. Основная идея образования макротрещины проиллюстрирована на рис. 6.

Рис. 6

Образование макротрещины в результате действия изгибающего момента

При формулировке закона разупрочнения учитывается концепция энергии разрушения. {w_1} \ sigma \ hbox {d} w \ end {выровнено} $$

(2)

Фиг.7

Характеристика бетона на растяжение (описание в тексте)

Численные расчеты проводились с использованием модуля APAK0 коммерческой программы ALGOR. Модуль основан на модифицированном методе Ньютона – Рафсона, который применим для нелинейного анализа. Балка моделировалась трехмерными шести- или восьмиузловыми кирпичными элементами в объеме балки и элементами фермы в узкой зоне процесса разрушения. Ширина зоны процесса разрушения была выбрана равной \ (w_ \ mathrm {c} = 10 ~ \ hbox {мм} \) на основании результатов ранее проведенного численного анализа [17].В процессе разрушения бетон при растяжении моделировался как нелинейный материал в соответствии с Модельным Кодексом (рис. 7b, c), а для сжатого бетона применялась одноосная модель, поскольку предполагался низкий уровень сжимающего напряжения. За пределами технологической зоны бетон моделировался как упругий материал. Интегрирование второго порядка использовалось для составления матрицы жесткости для кирпичных элементов. Узлы в кирпичных и ферменных элементах имели три степени свободы. Сетка МКЭ представлена ​​на рис.8.

Рис. 8

В результате расчетов методом МКЭ получено распределение нормальных напряжений \ (\ sigma _ {xx} \) в зоне процесса разрушения в плоском бетоне и в слабоармированной бетонной балке с коэффициентом усиления 0,12% на следующих этапах загрузки (см. Рис. 9).

Рис. 9

Распределение нормальных напряжений в бетоне в зоне процесса разрушения: — плоская бетонная балка ; b слегка армированная бетонная балка

При анализе развития нормального напряжения в зоне процесса разрушения можно заметить, что процесс разрушения в балках из бетона в значительной степени связан с деформационным разупрочнением растяжимого бетона.Распределение напряжений носит линейный характер до тех пор, пока растягивающее напряжение не достигнет прочности бетона на растяжение \ (f_ \ mathrm {ct} \) в крайнем верхнем крае зоны растяжения. Поскольку бетон не является эластичным и совершенно хрупким материалом, мы можем наблюдать прогрессирующий процесс растрескивания, который приводит к образованию макротрещин. Внутри зоны процесса разрушения в более глубоких волокнах нормальное напряжение достигает прочности бетона на растяжение, тогда как на верхнем уровне зоны растяжения напряжение уменьшается до нуля.Влияние деформационного разупрочнения на образование трещин объясняет, почему более высокие экспериментальные моменты растрескивания по сравнению с теоретическим расчетом были получены во время испытаний изгибных бетонных балок с армированием и без него. Кроме того, наличие армирования приводит к дальнейшему увеличению сопротивления растрескиванию в слегка армированной бетонной балке. Связь между бетоном и стальными стержнями влияет на интенсивность напряжений вблизи арматуры и, как следствие, замедляет весь процесс образования трещин.Различие в механизме образования трещин отчетливо видно при сравнении распределения нормальных напряжений на одном уровне нагрузки для простого бетона и слегка армированной бетонной балки (см. Рис. 10). Проведенное численное моделирование позволяет объяснить менее хрупкий характер трещинообразования в слабоармированных бетонных балках по сравнению с гладкими бетонными балками.

Рис. 10

Сравнение нормального распределения напряжений в зоне процесса разрушения при том же уровне нагрузки

Умеренно и более высокие железобетонные балки

На втором этапе исследования цель анализа заключалась в изучении эффективности продольной арматуры в балках с нормальной и высокой степенью армирования.Экспериментальные исследования проводились на продольно-железобетонных балках, в которых коэффициент армирования составлял 0,9%, 1,3% и 1,8%. Следует отметить, что в балках не использовалась поперечная арматура. Балки были испытаны на трехточечный изгиб. Нагрузка прикладывалась прямо с испытательной машины. Балки имели длину 2,05 м, а эффективный пролет балок во время испытания составлял 1,8 м. Балки были сделаны из бетона с максимальным размером заполнителя \ (D _ {\ mathrm {max}} = 16 ~ \ hbox {mm} \). Основные свойства бетона проверены стандартными методами. Прочность бетона на сжатие была проверена на 27 цилиндрах \ (\ upphi 150/300 ~ \ hbox {мм} \), и полученное среднее значение составило \ (f_ \ mathrm {c} = 35 ~ \ hbox {МПа} \) (стандартное отклонение \ (s = 5,6 ~ \ hbox {МПа} \)). Прочность бетона на растяжение была измерена на 32 кубах размером 150/150/150 мм при испытании на растяжение при раскалывании. Полученное среднее значение прочности на разрыв при раскалывании составило \ (f_ \ mathrm {ct, sp} = 3,5 ~ \ hbox {МПа} \) (стандартное отклонение \ (s = 0,4 ~ \ hbox {МПа} \)), а осевое предел прочности на разрыв рассчитывали как \ (f_ \ mathrm {ct} = 0.9f_ \ mathrm {ct, sp} = 3,15 ~ \ hbox {МПа} \). Модуль упругости был измерен на 19 цилиндрах \ (\ upphi 150/300 ~ \ hbox {мм} \), а среднее значение было \ (E_ \ mathrm {c} = 41400 ~ \ hbox {MPa} \) (стандартное отклонение \ (s = 3650 ~ \ hbox {МПа} \)). В качестве продольной арматуры использовались стальные стержни диаметром 12 мм или 18 мм. Характерный предел текучести стальных стержней составил \ (f_ {yk} = 500 ~ \ hbox {МПа} \). Геометрия балок и расположение стальных стержней представлены на рис. 11. В статье представлены избранные результаты более всестороннего научного исследования.Дополнительные анализы поведения балок из-за напряжения сдвига были опубликованы в [18, 19].

Рис. 11

Геометрия балки и арматура

Во всех испытанных балках первые трещины возникли при одинаковом уровне нагрузки в середине пролета, и они распространились в вертикальном направлении. По мере увеличения нагрузки в середине пролета и по направлению к опорным областям образовывалось больше трещин изгиба, а существующие вертикальные трещины становились незначительно шире и глубже. При дальнейшем увеличении нагрузки вертикальные трещины, расположенные вблизи опор, начали менять свою ориентацию и превращаться в наклонные.Распределение и количество трещин, а также их ширина и длина варьировались в зависимости от соотношения армирования. Распределение трещин представлено на рис. 12, где числа в кружках описывают порядок появления трещин. Фотодокументация трещины разрушения в железобетонной балке представлена ​​на рис. 13.

Рис. 12

Распределение трещин в балке с коэффициентом армирования 0,9%, 1,3% и 1,8%

Рис. 13

Фотография трещина разрушения в балке: a OII-1, b OIII-1 и c OI-1

В зависимости от соотношения армирования в испытываемых элементах наблюдались разные режимы разрушения.

Стабильный рост вертикальных трещин наблюдался в умеренно армированной балке со степенью армирования 0,9%. Такое усиление эффективно предотвращало внезапный отказ. Наблюдалось медленное развитие нескольких изгибных трещин, и имел место изгиб разрушения. Балка вышла из строя при приложенной нагрузке \ (F_ \ mathrm {max} = 66 ~ \ hbox {kN} \), и максимальный изгибающий момент достиг \ (M_ \ mathrm {ult} = 29,7 ~ \ hbox {kN ~ m} \ ) (\ (M_ \ mathrm {ult} = V_ \ mathrm {ult} ~ a \), где \ (V_ \ mathrm {ult} = F_ \ mathrm {max} ~ / 2 \) и a — это расстояние от опоры к приложенной нагрузке). Была достигнута полная способность к изгибу, связанная с достижением предела текучести стальных стержней.

В высшем железобетонных балках с продольным коэффициентом армирования 1,3% и 1,8%, после образования трещин при изгибе также диагональной трещины, сформированной в опорной зоне балок. Одна большая диагональная трещина возникла из трещины изгиба из-за напряжения сдвига, которое заставило трещину изгиба в области сдвига изменить свою ориентацию и стать диагональной трещиной. В испытанных балках поперечная арматура не использовалась, поэтому развитие наклонных трещин вызвало сдвиг, хрупкое разрушение.Балки вышли из строя вскоре после появления главной диагональной трещины. Поскольку поперечные силы управляли разрушением в более высоких железобетонных балках, полная способность на изгиб из-за примененной продольной арматуры не была достигнута. Продольная арматура повлияла на способность к сдвигу сильно армированных бетонных балок. С увеличением коэффициента усиления было замечено увеличение силы сдвига при растрескивании, что привело к появлению диагональной трещины \ (V_ \ mathrm {cr} \) и предельной силы сдвига при разрушении \ (V_ \ mathrm {ult} \). (Сила сдвига при растрескивании рассчитывалась как половина приложенной нагрузки в момент образования первой диагональной трещины \ (V_ \ mathrm {cr} = F_ \ mathrm {cr} / 2 \), а предельная сила сдвига была рассчитана как половина приложенной нагрузки при разрушении \ (V_ \ mathrm {ult} = F_ \ mathrm {max} / 2 \).) В балке с коэффициентом усиления 1,3% силы сдвига при растрескивании составили \ (V_ \ mathrm { cr} = 30 ~ \ hbox {кН} \), а предельная сила сдвига была \ (V_ \ mathrm {ult} = 37,5 ~ \ hbox {kN} \), тогда как в балке коэффициент усиления 1.9%, усилие сдвига при растрескивании составляло \ (V_ \ mathrm {cr} = 37 \ hbox {кН} \), а максимальная сила сдвига достигла \ (V_ \ mathrm {ult} = 43,5 ~ \ hbox {kN} \). Можно заметить, что предельные усилия сдвига были выше, чем силы сдвига при растрескивании, и поэтому процесс разрушения, вызванный наклонными трещинами, не шел быстрым путем.

Анализируя процесс растрескивания в балках, можно сделать вывод, что в балках из умеренного железобетона и в балках из сильно армированного бетона после стабилизации изгибных трещин появляются диагональные трещины, которые могут наблюдаться медленное развитие нескольких трещин изгиба вплоть до разрушения.