Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

Деформативные свойства бетона

Бетон ведет себя как упругое тело (линия 1 на рис. 1.2) только при небольших напряжениях и «мгновенном» (т. е. очень быстром) нагружении. Однако практически при испытании бетона нагрузку обычно прикладывают ступенями (этапами). Если после каждого этапа приращения нагрузки выдерживать бетонный образец еще некоторое время при неизменном напряжении, то диаграмма a — в («напряжение — деформация») будет иметь ступенчатый вид (линия 2 на рис. 1.2). При этом наклонные участки диаграммы соответствуют мгновенным (упругим) деформациям бетонного образца, а горизонтальные участки вызываются характерным свойством бетона — ползучестью. Ползучесть выражается в нарастании деформаций бетона во времени при постоянной нагрузке.

Упругие свойства бетона при сжатии и растяжении характеризуются начальным модулем упругости бетона, соответствующим упругим деформациям при мгновенном нагружении. Модуль упругости может быть интерпретирован как тангенс угла наклона линии в начале координат. Модуль упругопластичности бетона соответствует уже не упругим, а полным деформациям и интерпретируется как тангенс угла наклона секущей к кривой в точке с заданным напряжением.

При увеличении количества ступеней нагрузки или при непрерывном нагружении зависимость превращается в плавную кривую 3 (см. рис. 1.2). Полная деформация бетона, соответствующая этой кривой, складывается из упругой деформации и деформации ползучести. При более высоких напряжениях в бетоне, приближающихся к пределу прочности, усиливается процесс развития трещин в структуре бетона (см. рис. 1.1). За счет этого процесс деформирования становится не полностью упругим даже при мгновенном нагружении; наклонные участки диаграммы искривляются, и появляются деформации, связанные с трещинообразованием в структуре бетона:

Если бетонный образец нагружен до определенной величины напряжений, после чего нагрузка зафиксирована на длительное время, деформация ползучести непрерывно будет нарастать, но с постепенно затухающей скоростью. В итоге деформация ползучести может в 3...4 раза превышать упругую деформацию. Деформация ползучести, в свою очередь, состоит из двух компонент: а) линейной, когда деформации ползучести прямо пропорциональны действующим напряжениям (эта компонента связана с особыми свойствами цементного геля); б) нелинейной, связанной в основном с развитием трещин в структуре бетона (деформации, соответствующие нелинейной компоненте, становятся заметными лишь при относительно высоких напряжениях — более 0,5 Rb).

Так называемое многократно-повторное нагружение бетона при напряжениях, не превышающих предела выносливости (см. выше), приводит к постепенному накапливанию неупругих деформаций (явление виброползучести). Вместе с тем после достаточно большого числа циклов эти неупругие деформации как бы «выбираются» и бетон становится практически упругим. Если же напряжения превышают предел выносливости, то после некоторого числа циклов деформации виброползучести начинают интенсивно расти, что свидетельствует о приближающемся разрушении бетона.

Ползучесть бетона проявляется в условиях длительного действия некоторых фиксированных напряжений при условии, что образец материала может свободно деформироваться. Если же, создав в бетоне определенные напряжения, зафиксировать затем деформацию бетона, то характерное для бетона свойство ползучести выразится в снижении созданных в нем напряжений. Это явление падения (с течением времени) напряжений в материале при фиксированной его деформации называют релаксацией. Как и ползучесть, релаксация развивается непрерывно, но с постепенно затухающей скоростью.

Для бетона характерно также свойство уменьшаться в объеме при твердении в воздушной среде. Это свойство называется усадкой, а противоположное свойство — увеличиваться в объеме при твердении в воде набуханием. Бетоны, изготовленные на некоторых специальных цементах (безусадочных), не имеют усадки. Процесс усадки бетона связан с физико-химическими особенностями процесса гидратации цементного камня. Он проходит наиболее интенсивно в начальный период твердения бетона, затем постепенно замедляется. Неравномерное высыхание бетона вызывает неравномерную усадку (причем поверхностные слои испытывают большую усадку), появление усадочных напряжений и усадочных трещин в поверхностных слоях. Однако даже при обеспечении равномерной по толщине усадки, появляются усадочные напряжения на поверхности зерен заполнителя, препятствующие свободной усадке цементного камня; возникают так называемые контактные трещины, т. е. трещины между цементным камнем и зернами заполнителя. Усадочные напряжения учитываются конструктивными требованиями по армированию железобетонных элементов и системой расчетных коэффициентов.

С целью уменьшения усадочных напряжении применяют меры как технологические (подбор состава, увлажнение поверхности бетона и др.), так и конструктивные (устройство деформационных швов при большой протяженности конструкций).

Зайцев Ю. В., Строительные конструкции заводского изготовления: Учеб. для вузов по спец. «Пр-во строит. изделий и конструкций». — М., 1987

Литература

Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции

Зайцев Ю.В., Строительные конструкции заводского изготовления

Е.Ф. Лысенко, Армоцементные конструкции

С.В. Поляков, Каменная кладка из пильных известняков

В. Ермолов, Пневматические строительные конструкции

Журавлев А.А., Вержбовский Г.Б., Еременко Н.Н., Пространственные деревянные конструкции

А.В. Калугин, Деревянные конструкции

Е.К. Карапузов, Г. Лутц, X. Герольд, Сухие строительные смеси

А.А. Пащенко, Теория цемента

Волков В.А., Сантехника: как все устроено и как все починить

А. Грассник, Бездефектное строительство многоэтажных зданий

Д.С. Щавелев, Гидроэнергетические установки

Д.С. Щавелев, Экономика гидротехнического и водохозяйственного строительства

Гидротехнические сооружения. Ч. I. Глухие плотины

Гидротехнические сооружения. Ч. II. Водосливные плотины

Производство гидротехнических работ

Н.П. Розанов, Гидротехнические сооружения

А. П. Юфин, Гидромеханизация

Термоэлектрические преобразователи энергии

Использование возобновляемой энергии

Бетон и железобетон, избранные статьи

Современное состояние и перспективы развития энергетики