Деформативность легких бетонов

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 26Следующая ⇒

Деформативные свойства легких бетонов можно характеризовать модулем упругости, коэффициентом упругости, предельной сжимаемостью и растяжимостью. В нормативной литературе за начальный модуль упругости принимается модуль упругопластичности бетона при σ ≤ 0,20R_с.

Связь между Ев и σ выражается в виде:

, (1.14)

или может быть представлен графически.

1 – керамзитобетон; 2 – обычный бетон (тяжелый)

Рис.1.1 – Зависимости модуля упругопластичности бетона от уровня напряжений. (Е_с – τ)

В формуле (1.14) Е_C – модуль упругости бетона (предельное значение модуля упругопластичности бетона E_c_,_lim при σ = 0); E_c – начальный модуль упругости; ν_с – коэффициент упругости бетона; Kс – коэффициент связи, определяемый статистическим путем. Для тяжелых бетонов Kс=0,5, для легких зависит от вида заполнителя и его объемного содержания в бетоне. Так, для керамзитобетона Kс= 0,2…0,3; т.е. коэффициент упругости керамзитобетона выше чем тяжелого бетона. Эта особенность подтверждается экспериментально (см. рис 1.1)

по зависимости (1) выше, чем по (2).

При теоретическом вычислении начального модуля упругости легких бетонов наиболее часто используют формулу:

, (1.15)

где А = 19 – эмпирический коэффициент, вычисляемый статистическим путем;

ρ – средняя плотность бетона, кг/м³.

f^G_c_,_cube– кубиковая прочность бетона, МПа.

Предельная сжимаемость легких бетонов плотной структуры зависит от многих факторов и колеблется в весьма широких пределах (14…30)·10^-4, и в основном зависит от прочности легкого бетона.

Пирадов А.Б для вычисления предельной сжимаемости предлагает следующую зависимость:

. (1.16)

По данным многочисленных исследований предельная растяжимость легких бетонов в 5…25 раз меньше предельной сжимаемости и в 2…5 раз больше предельной растяжимости тяжелых бетонов таких же классов.

Влияние длительных, многократно и немногократно повторных нагружений на прочность бетона

Экспериментально установлено, что длительное, многократно и немногократно повторные нагружения могут вызвать структурные изменения в бетоне, которые приведут к изменению его прочности по сравнению с бетоном, не подвергавшимся силовым воздействиям.

При нагружении бетонного образца длительным напряжением σ_в_l ≤ R_вс в бетоне не возникает микроразрушения.

R_вс – нижняя граница микротрещинообразования.

При действии напряжений f⁰_ce ≤σ_u ≤f^ν_вс, в бетоне возникают микроразрушения, но их количество не приводит к разрушению материала. Если же длительное напряжение σ_u > f_вс, в бетоне происходит накопление и развитие микроразрушений вплоть до его полного разрушения. Поэтому за предел прочности при длительном сжатии R_в_l принимают напряжения несколько ниже f_вс.

Существует ряд эмпирических формул для определения длительной прочности бетона. Для тяжелого бетона используют зависимость:

(1.17)

где t – возраст бетона к моменту испытаний;

τ – возраст бетона в момент нагружения длительной нагрузкой.

Рис.1.2 – Схема образования трещин в бетонном образце при сжатии (а) и изменение скорости прохождения ультразвука через образец в процессе нагружения (б).

Обобщающей зависимости для легких бетонов пока не установлено, т.к. исследована длительная прочность только отдельных видов бетонов (см. рис.1.3). Так, для бетонов на вулканических шлаках, керамзите литоидной пемзе используют формулу:

(1.18)

Из формул 1.17 и 1.18 видно, что длительная прочность легких бетонов несколько ниже. Так при действии нагрузки в течение 50 лет длительная прочность для тяжелого бетона составит 0,75f_c, в то время как для легкого бетона только 0,69f_c.

Рис. 1.3 – Зависимость уровня длительной прочности легкого бетона от продолжительности действия нагрузки

За предел выносливости принимают среднее максимальное напряжение, которое вызывает разрушение образца при базовом числе циклов повторных загружений (по О.Я. Бергу). За базовое число принято 2 млн. циклов, которые примерно соответствуют количеству нагружения большинства конструкций за период их эксплуатации. На предел выносливости оказывает влияние условия загружения, свойства материалов, условия изготовления бетона, размеры образцов и пр.

В экспериментах выявлено существенное влияние на предел выносливости R_в_f характеристика цикла загружения где σ_в_min и σ_в_max – соответственно наименьшее и наибольшее напряжение в бетоне в пределах цикла изменения нагрузки.

Так же как и для длительной прочности, для относительного предела выносливости R_в_f/R_в не установлено влияние начальной прочности бетона.

Процесс усталостного разрушения начинается после первого загружения образца. При σ_в_max> R^о_в_l каждое повторное нагружение вызывает дальнейшее развитие микротрещин в макротрещины и возникновение на всех микроразрушений, которые приводят к разрушению элемента.

Полагая, что существует предел выносливости бетона R_в_f, равный или несколько ниже f ^о_вс.

Для легких бетонов установлены зависимости относительного предела выносливости при заданном ρ_в от количества циклов:

(1.19)

где а и в – относительные коэффициенты;

n – количество циклов.

Эта формула хорошо удовлетворяет экспериментальным данным при n=10³… 10⁷. По данным Каранфилова П.С., при характеристике цикла загружения ρ_в = 0,2 и частоте загружений примерно 6Гц для тяжелого бетона естественной влажности коэффициента а и в равны соответственно 0,921 и 0,046, а для керамзитобетона – соответственно 0,085. Это свидетельствует о том, что для керамзитобетона относительный предел ниже, чем для тяжелого бетона.

Работа легкого бетона при немногократноповторных напряжениях (n=10…100 циклов) изучена недостаточно. Этот вопрос заслуживает большего внимания, так как многие конструкции зданий и сооружений находятся под малоцикловым воздействием нагрузки (плиты покрытий, стеновые панели и др.). Ряд экспериментальных исследований с керамзитобетоном показал, что его прочность в зависимости от характеристики цикла, максимальных действующих напряжений и количества циклов может в одних случаях возрастать, а в других – уменьшаться.

Усадка легкого бетона

Как и в обычном бетоне, в легком бетоне, в легком бетоне при затвердевании в воздушной среде происходит объемное сокращение, называемое усадкой. Различают усадку контракционную, карбонизационную и влажностную.

Контракционная усадка носит физико-химический характер и происходит в период возникновения новообразований, объем которых меньше, чем исходных продуктов. Усадка эта незначительная по сравнению с полной усадкой; протекает в раннем возрасте бетона и не вызывает существенных внутренних напряжений.

Карбонизационная усадка является следствием уменьшения в объеме цементного камня в результате химического взаимодействия гидроокиси кальция с оксидом углерода, содержащемся в воздухе.

При нахождении бетона в среде, влажность которой ниже содержания влаги в бетоне, происходит испарение воды из мелких пор и капилляров, а также структурно связанной воды. Это приводит к возникновению сил капиллярного сжатия и, следовательно, к уменьшению объема, называемому влажностной усадкой, которая составляет 70…80% полной усадки.

По сравнению с тяжелыми бетонами протекание усадки в легких бетонах имеет ряд особенностей.

1 – керамзитобетон (R_в= 28,3 МПа)

2 – бетон на трепельном гравии (R_в = 28,0 МПа);

3 – тяжелый бетон (R_в= 23,3 МПа).

Рисунок 1.4 – Относительные деформации усадки легких бетонов

Изменение объема в легких бетонах проявляется более интенсивно под влиянием факторов увлажнения или высыхания. Поэтому полная усадка легких бетонов, чаще всего несколько больше (на 15…25%) усадки равнопрочных тяжелых бетонов (рис.1.4). В первые периоды твердения легких бетонов наблюдается увеличение объемов, вызванное тепловым расширением защемленного воздуха под влиянием экзотермической теплоты (с выделением). Вследствие этого, в первые несколько суток бетон набухает, а затем уменьшается в объеме, т.е. начинают проявляться усадочные деформации.

На основе статического анализа опытных данных найдены формулы позволяющие, вычислить относительные деформации усадки ε_sh в зависимости от наиболее влияющих факторов – расхода воды и цемента.

Так, для керамзитобетона на кварцевом песке при естественном твердении при продолжительности процесса 100 суток используют формулу:

(1.20)

где В и Ц – расход воды (литрах) и цемента (Кб) на 1м³ бетона.

Для описания процесса усадки во времени можно использовать формулу:

, (1.21)

где t – продолжительность процесса, сут.

Конечные деформации усадки легких бетонов колеблются в значительных пределах. Например, для керамзитобетона они составляют 0,3…1мм/м; аглопоритобетона – 0,5…0,9; шлакопемзобетона – 0,25…0,85; для бетона на топливном шлаке – 0,3…2,3 мм/м.

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 530; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!