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




Вход на сайт

Разрушение бетона

Автор: admin от 20-01-2012, 21:28

Основой физической теории прочности бетона является исследование закономерности взаимодействия элементов его структуры и процесса возникновения и развития микротрещин при погрузке. Бетон рассматривают как двухкомпонентную систему "цементный камень (раствор) + заполнитель". В зависимости от концентрации цементного камня в макроструктуре бетона меняется толщина его прослоек между зернами заполнителя, обеспечивается сцепления заполнителя с цементным камнем. Матрица непрерывная, заполнители равномерно размещены в ее объеме.

Под действием внешней нагрузки в структуре бетона выходит сложное напряженное состояние, которое вызывают существенные различия в механических свойствах элементов его структуры-матрицы и заполнителя. Особенно сложное взаимодействие характерно для сжатия бетона. При сжатии бетона помимо сжимающих возникают и растягивающие напряжения, направленные перпендикулярно к действию сжимающие силы. Разрушение бетона происходит вследствие развития продольной и, особенно, поперечной деформаций. В условиях осевого сжатия в контактах элементов структуры бетона через различные значения напряжения и коэффициента Пуассона возникает вторичное поле напряжений - растяжение в поперечном направлении.

В последнее время ряд исследователей (школа профессора О. Я. Берга и др.). Получили весьма убедительные научные результаты, свидетельствующие о том, что законы деформирования и разрушения бетона связанны с появлением микротрещин в его структуре уже на ранней стадии действия нагрузки. Образование микротрещин - очень важное свойство бетона. Доказано, что разрушение структуры бетона по матрице и контакта матрицы с заполнителем начинается задолго до исчерпания несущей способности конгломерата-трещины появляется уже при напряжениях 25 ... 50% предельных.

Под действием нагрузки в структуре бетона образуются между заполнителем и цементным камнем; трещины, проходящие через раствор (матрицу); трещины в заполнителе.
По экспериментальным данным (труды профессоров А.Е.Де. сова, О. Я. Берга и др.). При сжатии обычного бетона первый трещины возникают вокруг крупного заполнителя. Трещины в матрице (растворе) начинают интенсивно развиваться при нагрузке, составляющие 70 ... 90% от предельных, объем бетона при этом увеличивается. В легких бетонах первые трещины проходят по пористому заполнителю.

Следует отметить относительность понятия прочности бетона и других материалов как способности оказывать сопротивление разрыву, разрушению. Состояние, при котором происходит потеря устойчивости структуры и разрушения, определяется не только механическими свойствами, внутренними силами взаимодействия частиц материала, но и внешними факторами и условиями испытания. Исследованиями установлено существенное влияние на результаты определения прочности бетона следующих основных факторов:
- Размеры и формы образца, взятого для испытания;
- Трения на поверхности контакта граней образцов с плитами пресса, которые передают тяговое нагрузки;
- Скорость увеличения нагрузки на образцы при испытании, температуры и влажности окружающей среды и самого образца подобное.

В связи с этим методика общепринятых механических испытаний на прочность строго регламентируется. Нормативными документами установлены определенные условия испытаний, что позволяет учитывать указанные выше факторы и получать сравнительные результаты испытаний.

Как уже отмечалось, разрушение бетона при сжатии происходит вследствие развития процесса образования микротрещин и разрыва структуры в поперечном направлении при достижении граничной поперечной деформаций. Создание условий, препятствующих развитию поперечных деформаций под воздействием сжимаемой нагрузки, обеспечивает "повышение" прочности бетона. Это положение иллюстрируется результатами испытаний и внешним видом разрушения образцов бетона одинакового состава в виде кубов и призм (высота призмы в несколько раз больше ее ширины). Ограничения поперечных деформаций в данном случае осуществляется трением между гранями образцов и плитами испытательного пресса. Чем меньше высота образца, тем большее влияние трения.

1. Прочность и деформативнисгь бетона определяют главным образом структурой и свойствами цементного камня, скрепляющего зерна заполнителя в монолит. Структура и свойства цементного камня зависят от его минералогического состава, водоцементного отношения, тонкости помола цемента, возраста, условий приготовления и твердения, введенных добавок. В последние годы было доказано, что путем применения определенных технологических приемов, например активации цементного теста или введения химических добавок, можно существенно повысить прочность и другие физико-механические свойства бетона. Свойства бетона существенно зависят от вида и качества заполнителя, его состав. Прочность бетонов, приготовленных на цементе одинакового качества и в одинаковом водоцементном отношении, но на разных заполнителя, могут отличаться в 1,5 ... 2 раза.

2. Разрушение бетона происходит постепенно. Сначала проникают перенапряжение, а затем микротрещины в отдельных микрообъемах структуры. Развитие этого процесса сопровождается перераспределением напряжений и вовлечением в трещинообразование все большего объема материала, вплоть до образования сплошного разрыва того или иного вида, который зависит от формы образца или конструкции, их размеров и других факторов. На последней стадии нагрузки процесс разрушения становится необратимым и имеет лавинный характер.

3. Разрушения бетона при сжатии обусловлено развитием микротрещин отрыва, направленным параллельно действующей силе. Происходит как бы увеличение объема образца, но в действительности нарушается целостность материала. Процесс развития микротрещин определяется структурой бетона, в частности размером и числом дефектов в ней, а также видом и режимом приложенной нагрузки.

4. Большое влияние на процесс разрушения имеет жидкая фаза в бетоне. Облегчая развитие пластических деформаций, деформации ползучести и микротрещин, ослабляя структурные связи в бетоне, вода снижает его прочность. Степень влияния этого фактора зависит от скорости приложения нагрузки.

Понятно, что процесс разрушения в действительности сложнее и зависит от большего числа факторов, чем показано выше. Даже в наше время некоторые положения в этой области требуют уточнения

Теория прочности должна учитывать не только структуру материала, но и статистические закономерности, поскольку разрушение бетона является интегральное явление, и конечный результат может изменяться в зависимости от сочетания (сочетание) дефектов структуры, погрешностей испытания и других факторов, а вероятность тех или иных возможных сочетаний руководствуется законами статистики. Таким образом, поведение бетона при нагрузке обусловлено целым рядом структурных и статистических факторов.
Как отдельный структурный элемент в бетоне можно выделить контактную зону между заполнителем и цементным камнем толщиной 20 ... 40 мм, в которой можно наблюдать изменение свойств как цементного камня, так и заполнителя. На поверхности в порах и капиллярах твердой фазы находится жидкая фаза, количество и состав которой зависит от состава бетона и исходных материалов, условий твердения бетона и других факторов.
При нагрузке бетона вследствие различий в физико-механических свойствам и размерам компонентов и наличия дефектов структуры в бетоне возникает вторичное поле напряжений. Наибольшая концентрация напряжений образуется на границе дефектов и компонентов с различными свойствами, т.е в контактной зоне.

Микротрещины появляются в первую очередь в наиболее слабых местах. В соответствующих условиях (увеличение нагрузки, размещения трещин параллельно действующему сжимающему усилию, сохранение концентрации напряжения и т.д.)
микротрещины увеличиваются, соединяются между собой и с теми, которые существовали раньше, и превращаются в трещины больших размеров. Чем выше напряжение, тем больше дефектов и большая вероятность разрушения материала. Когда количество дефектов, которые существовали до нагрузки, и тех, что появились снова, станет достаточным для появления сплошной трещины (или трещины) - бетон разрушается.

Для разрушения бетона, то есть образование сплошной трещины отрыва, нужны достаточное развитие процесса микротрещины- образования и достижения определенной предельной деформации. Чем меньше продолжительность нагрузки, тем больше напряжение необходимо приложить для образования трещины отрыва и разрушения бетона. Таким образом, предел прочности бетона зависит от длительности, или скорости роста нагрузки при испытаниях образца бетона.

Большое значение для прочности бетона имеет сцепления цементного камня с заполнителем, т.е. прочность контактной зоны. В ней вследствие недостаточного сцепления, седиментационные процессы и другие причины количество дефектов (пор различных размеров, микротрещин др.) значительно больше, чем в остальных объема бетона. Кроме того, в такой ситуации свойства контактирующих слоев материала могут значительно изменяться. Поэтому в этой зоне нагрузки происходит рыхления материала и образования микротрещин. Разрушение бетона начинается с контактного слоя, поэтому ухудшение его свойств (например, после замораживания и размораживания) резко повышает вероятность разрыва и снижает прочность бетона.

Существенное влияние на прочность бетона может иметь влажность бетона. При медленной нагрузке жидкая фаза, двигаясь по капиллярам, и проникая в микротрещины, облегчает деформирование бетона, развитие трещинообразования и разрушения. С повышением скорости передислокация жидкой фазы начинает отставать от скорости трещинообразования. С другой стороны, повышается сопротивление жидкой фазы нагрузки, т.е. жидкая фаза не только передает давление на стены пор и капилляров, но и частично воспринимает его сама, как бы разгружая твердую фазу.

С повышением скорости нагрузки уменьшается негативное действие жидкой фазы, и прочность бетона повышается.

Категория: Прочность бетона