Главная
Бетон
Блог
Виды бетона
Прочность бетона
Деформации бетона
Строительные решения
Добавки для бетона
Бетонная смесь
Твердение бетона
Информация о цементе




Вход на сайт

Прочность бетона

Автор: admin от 20-01-2012, 20:14

Прочность бетона является важнейшей характеристикой , которая определяет его качество как строительного материала и способность выдерживать сопротивление разрушению от внутренних напряжений, возникающих в результате внешнего механического нагрузки. В градостроительных материалах конструкций и сооружений могут возникать различные виды внутренних механических напряжений: сжатие, растяжение, изгиб, сдвиг (срез) и другие. Особенностью бетона является то, что он лучше сопротивляется сжатию, хуже сгиба и хуже растяжения (в 5 ... 50 раз меньше сжатия). Поэтому строительные конструкции обычно проектируют таким образом, чтобы под нагрузкой в бетонных элементах возникали в основном сдавливающие напряжения. Для того, чтобы бетон можно было применить для элементов и конструкций, работающих на изгиб и растяжение осуществляют армирование бетона стальными прутками, сетками и каркасами, которые способны оказывать высокое сопротивление указанным видам напряжений.

Механика разрушения цементного камня и бетона существенно отличается от достаточно хорошо изученной и исследованной механики разрушения однородных материалов (металл, стекло и т.п.).

Для бетона не определено четкого критерия разрушения подобного, например, до предела текучести металлов. Уже при относительно небольших нагрузках в бетоне начинаются процессы постепенного разрушения и нарушения структуры бетона, что обусловлено образованием и развитием трещин.

В течение всего XX века известные ученые многих стран изучали поведение бетона под внешней нагрузкой с целью накопления научных данных, необходимых для создания теории прочности этого очень сложного композитного материала.

Прочность цементного камня в бетоне определяется его пористостью. Сжатие бетона при устранении трения по опорным плоскостям при испытании сопровождается образованием продольных трещин, параллельных действия сжимая силы.

А. А. Гвоздев пришел к выводу, что неоднородность бетона образуется поле возмущения. Оно взаимодействует с полем напряжений от внешней нагрузки и создает концентрацию напряжений, что вызывает появление первых трещин, в структуре бетона. Начальные трещины развиваются и вызывают дальнейшее нарушения структуры бетона, что сопровождается как бы увеличением его объема.

О. Я. Берг исследовал изменения в структуре бетона в процессе роста нагрузки, показал роль микроскопических трещин в деформациях бетона при высоких напряжениях и в процессе его постепенного разрушения. О. Я. Берг пришел к выводу, что наиболее целесообразный и пожалуй единственный путь создания теории прочности и деформаций бетона - изучение и исследование основ этих процессов и явлений.

Среди многих вариантов предложенных теорий прочности бетона можно выделить три: феноменологическая, статистическая и структурная.

Феноменологические (механические) теории рассматривают разрушение бетона как мгновенный процесс, который совпадает с нарушением су ¬ цельности материала. При этом момент разрушения обычно связывают с достижением некоторой величиной (которую выбирают в качестве критерия прочности) порогового значения.
Феноменологические теории прочности имеют наибольшее практическое значение для оценки прочности материала при сложных напряженных состояниях.
Основы феноменологической теории прочности создал по результам анализа большого количества экспериментальных данных профессор А. А. Гвоздев. Дальнейшее развитие этого направления имел целью поиск математических моделей и уравнений, которые могли бы описать процессы деформирования и разрушения бетона под действием внешней нагрузки.

Статистические теории сравнению с феноменологическими более детально анализируют суть разрушения. В этих теориях предвидеться существование некоторой изотропной среды с отдельными дефектами структуры. Эти дефекты распределены в соответствии со статистическими законами и определяют реальную (действительную) прочность тела.

Статистические теории обычно исходят из того, что прочность тела вполне определяется прочностью наиболее слабого элемента в структуре (теория "слабого звена"), т.е. не учитывают взаимодействие и взаимовлияния дефектов. Эти теории зачастую не рассматривают реальной структуры материала и связанных с этим особенностей напряженного состояния - концентрации напряжений вокруг пор и зерен заполнителя, возможности появления начальных трещин, между заполнителем и цементным камнем.

Применение в существующем виде большинства статистических теорий к бетону представляется довольно ограниченным, хотя отдельные их направления, например подход к разрушению бетона как к случайному процессу накопления повреждений и дефектов структуры, можно представить весьма перспективными.

Структурные (физические) теории гораздо глубже изучают структуру бетона, чем феноменологические и статистические.

Во многих исследованиях анализировалась концентрация напряжений в структуре бетона. Установлено, что при сферических порах направление растягивающих напряжений, которые определяют методами теории упругости, как правило, совпадает с ориентацией первых микротрещин. Поэтому силовые трещины в процессе погрузки структуры должны возникать в первую очередь у пор, включений, полостей (например, зернами крупного заполнителя и т.д.) и других дефектов.

Структурные теории глубоко анализируют физическую суть поведения бетона под нагрузкой и является, пожалуй, наиболее перспективными среди существующих теорий прочности. Однако есть некоторые недочеты. Дело в том, что структурные теории в большинстве случаев рассматривают изолированные поры (включение) и не учитывают эффект их взаимодействия, который способен вызвать значительное увеличение концентрации напряжений. Кроме того, статистический характер "разделения пор и включений в объеме материала этими теориями не берется во внимание. Структурные теории практически ограничиваются определением напряженности, вызывающие первые трещины, и не способны описать весь процесс разрушения бетона, который заключается в постепенном накоплении повреждений структуры и развития трещин.

Категория: Прочность бетона