Прочность бетона при растяжении местном сжатии срезе двухосном и трехосном напряженном состоянии

Обновлено: 27.04.2024

Прочность бетона на сжатие традиционно считается одним из основных показателей, характеризующих свойства бетона. Данный параметр выражается в двух понятиях – классе и марке бетона, которые учитываются при выборе смеси для реализации тех или иных работ, выступают главными из технических характеристик, чрезвычайно важны для гарантии способности застывшего монолита выдерживать определенные нагрузки, что сказывается на прочности, надежности, долговечности.

Определенный класс бетона по прочности на сжатие маркируется буквой В и определенной цифрой, демонстрирует так называемую кубиковую прочность (когда образец в форме куба сжимают под прессом и фиксируют отметку, на которой он разрушается). Считается давление в МПа, предполагает вероятность разрушения при указанном показателе максимум 5 единиц из 100 испытуемых. Регламентируется СНиП 2.03.01-84.

Прочность бетона (МПа) может быть разной – классы дифференцируются в пределах 3.5-80 (всего существует 21 вид). Самыми популярными стали около десятка смесей с классами В15 и В20, В25 и В39, В40. Любой класс приравнивается к соответствующей ему марке (аналогичным образом правило работает наоборот). Значение прочности бетона в МПа (класс) чаще всего указывается в проектной документации, а вот поставщики реализуют смеси с указанием марки.

Марка бетона обозначается буквой М и цифровым индексом в диапазоне 50-1000. Регламентируется ГОСТом 26633-91, соответствует определенным классам, допустимым считается отклонение прочности максимум на 13.5%. Для марки бетона основными требованиями являются объем/качество цемента в составе. В свою очередь, марка обозначается в кгс/см2, определение марки возможно после полного застывания и затвердевания смеси (то есть, минимум через 28 суток после заливки).

Чем выше цифра в индексах класса и марки, тем более прочным будет бетон и тем выше его стоимость (как при покупке уже готового раствора, так и при самостоятельном замесе за счет большего объема цемента и более высокой его марки).

С учетом вышеизложенных фактов основная задача мастера – определить идеальные характеристики для раствора с учетом сферы использования и предполагаемых нагрузок. Ведь приготовление слишком прочного бетона приведет к неоправданным расходам, недостаточно прочного – к разрушению конструкции. Обычно средняя прочность бетона для тех или иных работ, конструкций указывается в ГОСТах, СНиПах – эти значения и берут за ориентир.

Теплоизоляционные смеси – от В0.5 до В2.
Конструкционно-теплоизоляционный раствор – от В2.5 до В10.
Смеси конструкционные – от В12.5 до В40.
Особые бетоны для усиленных конструкций – выше В45.

Методы и испытания бетона на прочность

Для определения марки и класса бетона используют разнообразные методы – все они относятся к категориям разрушающих и неразрушающих. Первая группа предполагает проведение испытаний в условиях лаборатории посредством механического воздействия на образцы, которые были залиты из контрольной смеси и полностью выстояны в указанные сроки.

Для проведения исследований используют специальный пресс, который сжимает опытные образцы и демонстрирует предел прочности при сжатии. Разрушение – наиболее верный и точный метод исследования бетона на прочность таких видов, как сжатие, изгиб, растяжение и т.д.

Воздействие ударом.
Разрушение частичное.
Исследование с использованием ультразвука.

Ударное воздействие может быть разным – самым примитивным считается ударный импульс, который фиксирует динамическое воздействие в энергетическом эквиваленте. Упругий отскок определяет параметры твердости монолита в момент отскока бойка ударной установки.

Также используется метод пластической деформации, который предполагает обработку исследуемого участка особой аппаратурой, которая оставляет на монолите отпечатки определенной глубины (по ним и определяют степень прочности).

Частичное разрушение также может быть разным – скол, отрыв и комбинация данных способов. Если для испытаний используется метод скола, то ребро изделия подвергают особому скользящему воздействию для откалывания части и определения прочности. Отрыв предполагает использование специального клеящего состава, которым на поверхности крепят металлический диск и потом отрывают. При комбинировании данных способов анкерное устройство крепят на монолит, а потом отрывают.

Когда используется ультразвуковое исследование, применяют специальный прибор, способный измерить скорость прохождения ультразвуковых волн, проникающих в монолит. Основное преимущество данной технологии – она позволяет изучать не только поверхность, но и внутреннюю структуру бетона. Правда, в процессе исследований велика вероятность погрешности.

Контроль прочности бетона

Для того, чтобы бетонный раствор точно соответствовал указанным параметрам и выдерживал нагрузки, за его качеством следят еще на этапе приготовления. Прежде, чем готовить смесь, обязательно изучают рецепт, требования к компонентам и их пропорциям.

Соответствие используемого цемента указанным в рецепте маркам – так, для приготовления бетона М300 точно не подойдет цемент М100, даже при условии его большого объема. Чем выше число рядом с буквой М в маркировке цемента, тем более прочным получится раствор.
Объем жидкости в растворе – чем больше воды в смеси, тем активнее влага испаряется в процессе высыхания и может провоцировать появление пустот, когда идет затвердевание.
Качество и фракция наполнителей – шероховатые частицы неправильной формы обеспечивают наиболее крепкое сцепление ингредиентов в составе бетона, что в процессе твердения дает требуемый результат в виде высокой прочности. Грязный наполнитель может понизить характеристики бетона по прочности на растяжение и сжатие.

Тщательность смешивания компонентов на всех стадиях приготовления раствора – по технологии раствор замешивается в исправной бетономешалке или на производстве в течение длительного времени.
Квалификация работников – также играет важную роль, так как даже при условии применения качественной смеси В20, к примеру, прочность может быть снижена из-за неправильной укладки, отсутствия уплотнения (вибрация обеспечивает повышение прочности бетона на 30%).
Условия застывания и эксплуатации – лучше всего, когда бетон застывает и приобретает твердость при температуре воздуха +15-25 градусов и высокой влажности. В таком случае можно говорить о точном соответствии монолита его марке – если был залит бетон В15, то и демонстрировать будет его технические характеристики.

Прочность бетона: таблица

Бетон по прочности на растяжение, при изгибе, воздействии других нагрузок демонстрирует определенные значения. Далеко не всегда они соответствуют указанным в ГОСТе и проектной документации, часто есть погрешность, которая может быть губительной для монолита и всей конструкции или же не оказывать никакого воздействия.

Виды прочности, касающиеся марки бетона и его качества: на сжатие и изгиб, осевое растяжение, а также передаточная прочность. Бетон напоминает камень – прочность на сжатие бетона обычно намного выше, чем на растяжение. Поэтому основной критерий прочности монолита – его способность выдерживать определенную нагрузку при сжатии. Это самый значимый и важный показатель.

Так, к примеру, показатели бетона В25 (класс прочности) и марки М350: средняя стойкость к сжатию до 350 кгс/м2 или до 25 МПа. Реальные значения обычно чуть ниже, так как на прочность оказывают влияние множество факторов. У бетона В30 будут соответствующие показатели и т.д.

Чтобы определить данные показатели, создают специальные кубы-образцы, дают им застыть, а затем отправляют под лабораторный пресс специальной конструкции. Давление постепенно увеличивают и фиксируют в момент, когда образец треснул или рассыпался.

Определяющее условие для присвоения марки и класса бетону – расчетная прочность на сжатие, которая определяется после полного схватывания и застывания монолита (28 суток занимает процесс).

Именно по прошествии 28 суток бетон достигает показателя расчетной/проектной прочности по марке. Прочность на сжатие – самый точный показатель механических свойств монолита, его стойкости к нагрузкам. Это своеобразная граница уже затвердевшего бетона к воздействующему на него механическому усилию в кгс/м2. Самая большая прочность у бетона М800/М900, самая низкая – у М15.

Прочность на изгиб повышается при увеличении индекса марки. Обычно показатели изгиба/растяжения ниже, чем нагрузочная способность. Молодой бетон демонстрирует значение в районе 1/20, старый – 1/8. Данный параметр учитывается на проектном этапе строительства. Способ определения: из бетона заливают брус 120х15х15 сантиметров, дают затвердеть, потом устанавливают на подпорки (расстояние между ними 1 метр), в центре помещают нагрузку, увеличивая ее постепенно, пока образец на разрушится.

Прочность считается в Btb и обозначается цифрой в диапазоне 0.4-8.

Осевое растяжение в процессе проектирования учитывают редко. Этот параметр важен для определения способности монолита не покрываться трещинами при ощутимых перепадах влажности воздуха, температуры. Растяжение представляет собой некоторую составляющую, взятую от прочности на изгиб. Определяется сложно, часто образцы балок растягивают на специальном оборудовании. Актуально значение для бетона, который используется в сферах, исключающих возможность появления трещин.

Передаточная прочность – это нормируемое значение прочности бетонного монолита напряженных элементов при передаче на него силы натяжения армирующих элементов. Данный показатель предусматривается нормативными документами, ТУ для разных видов изделий. Обычно назначают минимум 70% проектной марки, многое зависит от свойств арматуры.

Прочность бетона на 7 и 28 сутки: ГОСТ, таблица

Бетоны бывают разными. Как правило, все виды по маркам и классам делят на легкие, обычные и тяжелые (часто последние две группы объединяют, так как все обычные бетоны считаются тяжелыми).

Так как вследствие неоднородности бетона и других случайных факторов действительная прочность бетона может существенно отличаться от среднестатистической Rm, в расчёт вводят показатели прочности, задаваемые с определённой надёжностью.

В качестве основных, базисных (контролируемых), характеристик бетона приняты нормативное сопротивление осевому сжатию призм (призменная прочность) Rbn со статистической обеспеченностью 0,95 или ее гарантированной доверительной вероятностью 95%, и нормативное сопротивление осевому растяжению Rbtn.

Нормативные значения призменной прочности бетона определяют по следующим зависимостям:

для тяжёлого (обычного), мелкозернистого и лёгкого

Таким образом, класс бетона В можно трактовать как нормативное сопротивление осевому сжатию эталонных образцов-кубов (кубиковая прочность) в отличие от Rbn, отражающего призменную прочность бетона.

Численные значения Rhn (с округлением) в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие приведены в табл. 1.14.

Нормативное сопротивление бетона осевому растяжению в случаях, когда прочность бетона на растяжение не контролируется, принимают в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие в соответствии с табл. 1.14, при контроле класса бетона по прочности на осевое растяжение — равным гарантированной прочности (классу) на осевое растяжение.

Расчетное сопротивление бетона осевому сжатию — такая же характеристика, как и нормативное сопротивление, однако ее обеспеченность составляет: для расчета по предельным состояниям первой группы Rb — 0, 997, второй группы Rbser — 0,95.

Расчетные сопротивления бетона определяют путём деления нормативных сопротивлений на соответствующие коэффициенты надёжности по бетону при сжатии или при растяжении, учитывающие возможность понижения фактической прочности по сравнению с нормативными значениями, а также возможное отличие прочности бетона в конструкции от прочности в образцах. Такой подход к установлению определяющих надёжность конструкций расчётных сопротивлений называют полувероятностным. Указанные коэффициенты надёжности по бетону принимают равными:

для тяжёлого (обычного), мелкозернистого и лёгкого бетонов при сжатии = 1,3; при растяжении с контролем прочности = 1,3; без контроля прочности при растяжении = 1,5; для ячеистого бетона уЬс = 1,5; (контроль прочности ячеистого бетона при растяжении отсутствует).

Выше приведены были коэффициенты надёжности по бетону при расчёте конструкций по предельным состояниям первой группы.

Таким образом, значения расчётных сопротивлений для предельных состояний второй группы численно равны нормативным сопротивлениям бетонов — см. табл. 1.14. Это связано с тем, что наступление предельных состояний второй группы не столь опасно, как первой (обычно не влечёт за собой аварий, катастроф или человеческих жертв).

Более высокие значения коэффициентов надёжности для ячеистого бетона обусловлены повышенной изменчивостью его прочностных свойств, а также повышенной чувствительностью к технологии изготовления изделий (большим различием между прочностью бетона в конструкции и в контрольных образцах).

Как уже отмечалось выше, обеспеченное гь нормативного сопротивления и расчётного сопротивления для предельных состояний второй группы в каждой партии бетона должна составлять не менее 0,95, а расчетного сопротивления для предельных состояний первой группы — не мснсе 0,997.

Расчётные сопротивления бетона для предельных состояний первой группы Rb и Rhr следует умножать на коэффициенты условий работы бетона, учитывающие особенности свойств бетона, продолжительность действия нагрузки и её многократную повторяемость, условия и стадию работы конструкции, способ её изготовления, размеры сечения и т. п.

Расчетные сопротивления бетона для предельных состояний второй группы вводят в расчёт с коэффициентом условий работы, за исключением тех случаев, когда расчёт производят на действие многократно повторных нагрузок.

Численные значения расчётных сопротивлений (с округлением) в зависимости от класса бетонов по прочности па сжатие и осевое растяжение для предельных состояний первой и второй групп приведены в табл. 1.14 и 1.16.

Расчётные сопротивления бетона для предельных состояний первой группы (см. табл. 1.15 и 1.16) в определённых случаях следует умножать на коэффициенты условий работы.

Указанные коэффициенты в основном учитывают изменение свойств бетона, рассмотренные в разделе 1.1.2. Ниже перечислены коэффициенты и условия, при которых их необходимо учитывать.

1) — учитывает снижение прочности бетона при действии многократно повторных нагрузок; числовые значения можно принимать по табл. 1.18; учитывают при расчёте на выносливость и по образованию трещин;

2) уb2 учитывает длительность действия нагрузок, т. е. различие между кратковременным и длительны ч сопротивлением бетона, а также влияние нарастания прочности бетона во времени:

а) при учёте постоянных, длительных и кратковременных нагрузок, кроме нагрузок непродолжительного действия, суммарная длительность действия которых за период эксплуатации мала (например, крановые нагрузки; нагрузки от транспиртныхсредств; ветровые нагрузки; нагрузки, возникающие при изготовлении, транспортировании и возведении и т. п.), а также при учёте особых нагрузок, вызванных деформациями просадочных, набухающих, вечномерзлых и подобных грунтов для тяжелого, мелкозернистого и легкого бетонов естественного твердения и подвергнутых тепловой обработке; в условиях эксплуатации конструкций, благоприятных для нарастания прочности бетона (например, под водой, во влажном грунте или при влажности воздуха окружающей среды выше 75 %) = 1.00; в остальных случаях = 0,90; для ячеистого и поризованного бетонов независимо от условий эксплуатации = 0,85;

б) при учёте в рассматриваемом сочетании кратковременных нагрузок непродолжительного действия (суммарная длительность которых мала — см. выше) или особых нагрузок, кроме указанных в п.2а, для всех видов бетона и вне зависимости от условий эксплуатации . = 1,10; коэффициент учитывают при расчёте по прочности; если при учёте особых нагрузок вводят дополнительный коэффициент условий работы согласно указаниям соответствующих нормативных документов (например, при учёте сейсмических нагрузок), следует принять . = 1,00;

3) yb3 — учитывает изменение плотности и прочности бетона по высоте вертикально бетонируемых элементов; численные значения принимают при высоте слоя бетонирования более 1,5 м для бетонов: тяжёлого, мелкозернистого и лёгкого уb3 = 0,85; ячеистого и поризованного уb3 = 0,80;

4) Уb4 учитывает влияние двухосного сложного напряжённого состояния сжатие-растяжение на прочность бетона; численное значение коэффициента определяют по формуле (5.48);

5) уb5 - учитывает повышенное влияние дефектов (раковин, недоуплотнения и др.) в сечениях небольших размеров; при бетонировании монолитных бетонных столбов и железобетонных колонн с наибольшим размером поперечного сечения менее 300 мм = 0,85;

6) уb6 учитывает влияние попеременного замораживания и оттаивания на прочность бетона; численные значения коэффициента принимают по табл. 1.21;

7) уb7 — учитывает снижение прочности бетона при длительном его нагреве до температуры около 50 °С в сухом жарком климате; при эксплуатации конструкций, не защищённых от солнечной радиации, в климатическом подрайоне = 0,85;

8) уЬ8 — учитывает кратковременность процесса предварительного обжатия и пониженные потери преднапряжения при расчёте на прочность в стадии обжатия: для конструкций из лёгкого бетона с проволочной арматурой = 1.25; для конструкций из остальных видов бетона с той же арматурой = 1.10; для конструкций из лёгкого бетона со стержневой арматурой = 1.35; для конструкций из остальных видов бетона с той же арматурой = 1.20;

9) уb9 — учитывает несовершенство существующих способов оценки неупругих свойств бетона в неармированных конструкциях

10) уb10 — учитывает повышенную хрупкость высокопрочных бетонов;

11) уb11 — учитывает влияние влажности ячеистого бетона на его прочность;

12) yb12 — учитывает связанные условия поперечного расширения бетона в шве при замоноличивании стыков (ограничения, накладываемые сопрягаемыми конструкциями); при толщине шва замоноличивания стыков сборных элементов менее 1/5 наименьшего размера сечения элемента и менее 100 мм = 1,15.

Для отдельных видов лёгкого бетона допустимо принимать иные значения расчётных сопротивлений, согласованные в установленном порядке.

Для бетона на глинозёмистом цементе и поризованного нормативные и расчетные сопротивления его растяжению снижают на 30% против значений, приведенных в табл. 1.14 и 1.15.

Начальный модуль упругости бетона Еb при сжатии и растяжении принимают по табл. 1.18 и 1.19. Для бетонов, работающих в условиях попеременного замораживания и оттаивания, приведенные в этих таблицах значения Еb следует умножать на коэффициент уb6.

Для незащищенных от солнечной радиации конструкций, предназначенных для эксплуатации в климатическом подрайоне IVA согласно СНиП 2. 01. 01-82, значения Eh, указанные в табл. 1.18 и 1.19, следует умножать на коэффициент 0,85.

лёгких бетонов определяют с учетом отпускной объёмной влажности по формуле D + 10w, где величину w принимают равной: для лёгкого бетона класса В10 и ниже = 15% ; для поризованного бетона тех же классов = 20%; для лёгкого бетона класса В12,5 и выше = 10%.

Несовершенство методики отдельных испытаний способствовало появлению весьма противоречивых сведений о прочности бетона, работающего в условиях плоского напряженного состояния. Некоторые типичные недостатки двухосных испытаний были выявлены при теоретическом анализе условий эксперимента и состояния образцов.

Вероятное напряженно-деформированное состояние образцов определяли расчетом комплексных систем, включающих образцы и вспомогательные элементы: прокладки, плиты прессов и развитые концевые участки образцов, не предназначенные для исследования. Условия испытаний моделировали в расчетах, которые проводили на ЭВМ «Минск-22», с использованием метода конечных элементов, а в некоторых случаях (для контроля) — метода конечных разностей. Большинство решений получено в плоской упругой постановке. Лишь часть задач с целью проверки достаточности плоских упругих решений для получения выводов об однородности напряженного состояния образцов решена с учетом перераспределения усилий вследствие нелинейности деформирования бетона (1) и образования трещин, или в объемной постановке.

Напряжения, возникающие из-за несовершенства методики испытаний и искажающие предполагаемое однородное напряженное состояние образцов, были названы дополнительными и разделены на типы, между которыми не всегда существуют четкие границы. Это позволило выделить не учтенные в опытах погрешности.

Дополнительные напряжения первого типа возникают вследствие различных деформативных свойств образцов, прокладок и плит прессов и наличия сил контактного трения или сцепления, оказывающих поперечное сжимающее (эффект обоймы) или растягивающее влияние на образец. Для устранения этих напряжений в практике экспериментирования используют цельные и прерывные средства), можно подучить лучшие результаты, хотя при этом затруднен контроль отсутствия дополнительных напряжений. Искажения, малоощутимые при одноосном нагружении, могут оказывать существенное влияние на прочность образцов при двухосном нагружении, особенно, если одно из них — растягивающее. Не дают существенного улучшения и прерывистые прокладки.

Для выявления характера влияния металлических щеточных штампов на напряженное состояние образцов провели специальные расчеты. В первом случае исследовали напряженное состояние в адиоосно сжатой комплексной системе, состоящей из образца и металлических щеток, по размерам близких к использованным в опытах (2); во втором — при достаточно густой расчетной сетке изучали распределение напряжений в поверхностном слое образца под зубом щетки. Результаты свидетельствуют о том, что значительные искажения однородного напряженного состояния образцов проявляются лишь в поверхностном слое, не превышающем по толщине ширины зуба щетки. Ниже этой зоны концентрации напряжений действуют несущественные сжимающие напряжения, уменьшающиеся до нулевых значений при приближении к центру образцов. Суммарное влияние всех дополнительных напряжений на прочность образцов должно быть незначительным, следовательно, результаты исследований (2) можно считать надежными.

Дополнительные напряжения второго типа появляются из-за совместной работы образца и вспомогательных элементов, которые воспринимают часть внешней нагрузки. Это искажает напряженное состояние в образце или исследуемой его части. На рис. 2,а приведены весьма распространенная схема и эпюры напряжений, возникающие в образце призматической формы при одноосном местном сжатии, в случае когда контактное трение устранено. Кроме неравномерно распределенных сжимающих напряжений появляются и дополнительные напряжения ах, которые в средней части образца являются растягивающими и достигают величины ~0,15 Р. Максимальное значение — в сечениях, расстояние которых от места приложения нагрузки составляет ~0,5 высоты образца. При длине нагружения, в 2 раза превышающей высоту сечения, растягивающие напряжения в центральной части образца уменьшаются до 0,02 Pt а максимальные — до 0,08 Р. Проведенный расчет с учетом нелинейности деформирования бетона по методике (1) показал, что очертание эпюры напряжений оу в значительной степени выравнивается, а растягивающие напряжения Ох почти не изменяются. Расчет в предположении наличия нормальной трещины в зоне точки 4 дал аналогичные результаты. Следовательно, при двухосном нагружении, когда во втором направлении действует растягивающая нагрузка, дополнительные напряжения Ох суммируются с основными и существенно влияют на прочность образцов. В работе (3) была принята схема испытаний, позволяющая в значительной степени уменьшить искажения напряженного состояния второго типа (см. рис. 2,а,б).

Дополнительные напряжения третьего типа вызваны сложной конфигурацией образца или образованием ее в результате включения в совместную работу с ним прокладок, плит прессов и/других вспомогательных элементов. Для этого случая характерно появление зон резкой концентрации напряжений. В целом напряжения распределяются весьма неравномерно, о чем свидетельствует приведенное на рис. 2,в напряженное состояние двухосно сжатого упругого крестообразного образца. Аналогичное напряженное состояние возникает и в случае нагружения образца по схеме рис. 2,г. В образцах призматической или восьмеркообразной формы напряжения концентрируются в зонах, близких к концевым участкам нагрузки.

Дополнительные напряжения четвертого типа возникают при испытании трубчатых образцов под воздействием торцовых частей, имеющих обычно утолщения, металлические обоймы и т. п. Внутреннее радиальное давление, как правило, прикладывают не по всей длине труб, а только на некоторой их средней части. При этом из-за местного продольного изгиба стенок у концевых зон радиального давления должны появиться дополнительные осевые огм и тангенциальные напряжения, которые могут существенно повлиять на прочность образцов при испытании на двухосное растяжение.

Для примера с использованием гиперболо-круговых функций Крылова определили дополнительные изгибающие моменты Мг и осевые напряжения и,м в стенках труб (4) от внутреннего радиального давления Р, вызывающего тангенциальные напряжения а вср=р (рис. 3,в). Фактическое распределение и значения величин в опытах (4), очевидно, несколько иные, так как заделка у концевых зон радиального давления не была абсолютно жесткой или шарнирной. Однако по сравнению с прочностью бетона на растяжение Рр = 1,59 МПа расчетные значения а, и настолько велики, что вызывает сомнение приведенный в (4) вывод о том, что прочность бетона при двухосном растяжении значительно снижается.

К недостаткам двухосных испытаний бетона относится игнорирование так называемого масштабного фактора, прочностной анизотропии бетона образцов, потерь энергии в системах нагрузки, неравномерной передачи усилий на образцы вследствие несовершенства оборудования и т. п. К неправильной интерпретации результатов испытаний могут привести также погрешности, допущенные при оценке напряженного состояния и характера разрушения образцов.

Ограничившись упругим решением задачи о напряженном состоянии бетонной трубы, нагруженной радиальным давлением Pjnap=l МПа, в работе (5) приняли, что разрушающими являются напряжения на наружной поверхности а?ар=1,82 МПа, несмотря на то, что на внутренней по расчету они получились больше а ?“ = 2,83 МПа. Объяснялось это тем, что наружные слои труб как бы подпирают внутренние кольца. Поэтому прочность бетона при двухосном растяжении значительно снижается:

Подобный упрощенный подход к решению достаточно сложной задачи, по нашему мнению, не правомерен. По теории упругости разрушающими будут напряжения на внутренней, а по теории пластичности — на наружной поверхности труб (см. рис. 3,6). Однако в.трубах из пластичного и упругого материалов совершенно различное распределение напряжений в предельной стадии. Эпюры напряжений (Jg для труб из материалов типа бетона построили на основании расчета по методике (1) и по известному в теории пластичности решению для упруго-пластическдго материала, упрочнение которого описывается степенной функцией (нисходящую часть кривой а — е не учитывали). При этом получили, что (первый расчет) и 0,82= 1,2 (второй расчет). Следовательно, по результатам испытаний (5) нельзя утверждать о снижении прочности бетона при двухосном растяжении. На основе анализа обширного экспериментального материала были получены наиболее вероятные зоны прочности бетона при плоском напряженном состоянии (см. рис. 3,в).

Различные погрешности, допущенные при осуществлении или анализе плоского напряженного состояния образцов, могут существенно повлиять на результаты испытаний и создать ложные представления о прочности бетона. Лишь тщательный теоретико-экспериментальный анализ условий испытаний и Вероятного напряженного состояния образцов может дать ответ о надежности результатов эксперимента.

Прочность бетона – определяющий показатель бетонного раствора, который обуславливает задачи и условия его использования. Бетонная смесь используется повсеместно в проведении ремонтно-строительных работ частных и промышленных объектов. Рецептов приготовления бетона существует множество, состав и пропорции компонентов напрямую влияют на свойства и характеристики, а также сферу использования цементного раствора.

Прочность бетона – определяющая характеристика, которая отображается в маркировке. Непосредственно прочность определяет марку и класс раствора. Данные показатели указываются в различных ГОСТах, СНиПах, нормативных документах, определяют эксплуатационные качества и свойства бетонных элементов, конструкций, зданий и т.д.

Знание показателей прочности бетона очень важно при выполнении любых работ, так как позволяет точно выполнить расчеты, верно подобрать смесь подходящих марки и класса для конкретной задачи, будучи уверенным в прочности, надежности и долговечности элемента, конструкции. Застройщики в обязательном порядке проверяют прочность бетона на растяжение, сжатие, изгиб и т.д. прежде, чем начинать работы.

Любой класс приравнивается к определенной марке (то же правило действует и наоборот). Обычно в проектных документах указывают класс прочности, а в заказах на покупку – марку.

Что это такое и основные виды

Пытаясь разобраться, от чего зависит прочность бетона, что это такое и какие есть основные виды показателя, необходимо изучить все основные аспекты процесса приготовления смеси, состав, условия и особенности.

Виды прочности касательно марки и качества: прочность бетона при сжатии, на изгиб, осевое растяжение, а также передаточная прочность.

Прочность на сжатие

В контексте данной характеристики бетон можно сравнить с камнем – он намного лучше сопротивляется сжатию, чем с растяжением. Основной критерий прочности бетона – это предел прочности на сжатие.

Данный показатель считается самым важным среди всех технических характеристик раствора – именно он влияет на сферу использования конструкции или элемента, обеспечивает надежность и долговечность.

Для определения значения из раствора заливают образцы в виде куба, их помещают под специальный пресс. Давление постепенно увеличивается и в момент, когда образец трескается, экран прибора фиксирует значение. Расчетный показатель прочности на сжатие определяет присвоение бетону класса. Высыхает и твердеет смесь в течение 28 суток (и больше), по завершению этого срока осуществляют проверку, так как смесь уже должна достичь расчетной/проектной прочности.

Прочность на сжатие представляет собой характеристику механических свойств материала, стойкости к нагрузкам и давлению. Это показатель границы сопротивления, которое оказывает застывший раствор механическому воздействию сжатия, отображенному в кгс/см2. Наименьшей прочностью на сжатие обладает смесь М15, наибольшей – М800.

Прочность на сжатие отображается и в марке, и в классе. Класс В – это кубиковая прочность, обозначается в МПа. Марка М – предел прочности на сжатие в кгс/см2. Данные соответствия марок, классов и показателей указаны ниже в таблице.

Прочность на изгиб

Данный показатель повышается по мере увеличения цифрового обозначения марки. Обычно показатели прочности на изгиб и растяжение меньше в сравнении с нагрузочной способностью бетона. Молодой бетон демонстрирует значение 1/20, старый – 1/8. Прочность на изгиб обязательно учитывается в проектировании перед строительством.

Чтобы понять, какой уровень прочности на изгиб демонстрирует бетон, заливают заготовку в виде бруса с размерами, к примеру, 60 х 15 х 15 сантиметров (эталонный образец). Бетон заливают в формы, штыкуют, оставляют на несколько дней, потом извлекают из форм и дают полностью застыть в течение 28 суток при оптимальных условиях: температура минимум 15-20 градусов и влажность до 80-90%. Периодически образцы обкладывают сырыми опилками (их увлажняют регулярно) или поливают водой.

Когда заготовка полностью затвердевает, ее устанавливают на подпорки, которые находятся на определенном расстоянии, в центре же размещают нагрузку, постепенно ее увеличивая до тех пор, пока образец не будет разрушен.

Для этого может использоваться специальный гидравлический пресс. Размеры балки и расстояния между двумя подпорками могут отличаться.

Конструкции из бетона возводятся с учетом того, что они смогут выдерживать большие нагрузки и не разрушаться. В проектной документации указываются все качества материала, включая сопротивление бетона сжатию, а также степень прочности, надежности, плотности и длительность службы бетонного изделия.

Бетон — это неоднородный материал, поэтому в каких-то местах он может быть менее прочным и не выдерживать возлагаемые на него нагрузки. Рассчитать его прочность необходимо для того, чтобы определить, какие значения имеет материал в норме.

Что такое расчетное сопротивление

Способность изделия противостоять различным механическим нагрузкам показывает расчетное сопротивление бетона.

Значения, которые получаются при расчете, обозначают аббревиатурой RB и RBT, они необходимы для разработки проектов для различных коммерческих и промышленных объектов. Это значение получается из показателей по норме противодействия нагрузкам указанной марки бетона посредством деления на табличный коэффициент γbi.

Узнать точное расчетное сопротивление бетона сжатию можно с помощью таблицы, которая содержит цифры математических расчетов, использующихся для строительства различных объектов.

1,5 — для наибольших показателей несущей способности бетона при установлении его класса на степень сжатия;
1,3 — для наибольших показателей несущей способности на степень растяжения по оси;
1 — для наибольших показателей по эксплуатационной способности.

Для того чтобы узнать точное расчетное сопротивление бетона осевому сжатию, следует определить его класс.

Rbt — расчетные цифры на растяжение по оси;
Rbtn — множитель по норме;
γbt — табличный коэффициент.

В зависимости от факторов, которые будут влиять на эксплуатационные способности бетонных изделий,

1 — для кратковременных нагрузок;
0,9 — для нагрузок, которые действуют длительное время;
0,9 — для изделий, которые заливаются вертикально;
коэффициенты, которые указывают природные условия, назначение бетонного изделия и площадь сечения, в проекте прописываются отдельно.

Нормативное сопротивление

Ранее качеством бетона, отражавшим его противодействие различным видам нагрузок, была марка М. Затем ввели другое свойство, которое получило название класса прочности В. Определить свойства бетонных элементов и ЖБК можно по нормативам, указанным в СП.

Раствор заливают в кубическую емкость высотой 15 см.
Затем его уплотняют и оставляют на 28 суток до окончательного затвердения. Температура должна быть +18…+20ºС.
После этого бетон испытывают путем разрушения под прессом.

Сопротивление изделий из бетона нагрузке по оси (Мпа) — это и есть свойство материала, определяющее данную характеристику. В некоторых случаях, для того чтобы узнать класс раствора, берут образец из призмы высотой 60 см.

Также образец проверяют на растяжение по оси. Это необходимо сделать при расчете сопротивления БК.

Таблицы содержат классы бетона и их значения по норме, поэтому испытания проводить не нужно.

Вид сопротивления	Нормативные и расчетные показатели для бетона 2 группы на сжатие
класс В	10	15	20	25	30	35	40	45	50	55	60
сжатие по оси	7,5	11	15	18,5	22	25,5	29	32	36	39,5	43
растяжение по оси	0,85	1,1	1,35	1,55	1,75	1,95	2,1	2,25	2,45	2,6	2,75

В таблице представлены значения бетона растяжению. Они необходимы при составлении проектной документации.

Показатели могут изменяться в зависимости от различных условий, которые определяются коэффициентами.

Вид сопротивления	Расчетные показатели RB и RBT 1 группы класса на сжатие
класс В	10	15	20	25	30	35	40	45	50	55	60
сжатие по оси RB	6	8,5	11,5	14,5	17	19,5	22	25	27,5	30	33
растяжение по оси RBT	0,56	0,75	0,9	1,05	1,15	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8

Таблица показывает, что расчетные сопротивления бетона растяжению и сжатию меньше констант по норме, т. к.

тип воздействия на сооружение;
расположение центра тяжести объекта;
неоднородность материала.

Определяя противодействие материала нагрузкам, следует учитывать степень его возможной деформации. Для этого берут первоначальное значение этого показателя и делят на коэффициент, который состоит из степени ползучести, возможной деформации изделия в поперечнике и деформации при температурном колебании (-40…+50ºС).

Понятия прочности и класса

До появления европейских стандартов прочность определялась только по марке, и она показывала среднюю цифру сопротивления на сжатие. Новые стандарты предусматривают определение классов по прочности на степень сжатия и растяжения.

Класс — это способность осевого сопротивления 1 м³ бетона по СП. Неравномерное распределение по всему объему изделия прочности бетона не дает возможности использовать среднеарифметические значения, т. к. на отдельном участке данный показатель может быть больше или меньше.

Класс — это один из главных показателей, который определяет срок службы БК. Определяя класс, учитывается как сжатие элемента по оси, так и растяжение бетона, показатели, которые рассчитываются, учитывая запас прочности посредством его сопротивления в удельных единицах измерения.

По формуле рассчитывается возможность сопротивления конструкций из бетона сжатию: R=Rn/g, где g — коэффициент степени прочности, который принимается за 1 при условии, что структура раствора является однородной.

Трещины по вертикали в тестируемых изделиях из призмы возникают под действием силы тяжести поперечных нагрузок. Прочностные качества бетона увеличиваются при его стягивании металлическими обручами.

Но в период эксплуатации изделия на нем появятся трещины, и оно разрушится. Такая отсрочка разрушения имеет название «эффект обоймы». Стальной обруч, который сжимает конструкцию, можно заменить металлической арматурой различных видов (сетка, спираль, прутья).

Марка указывает среднюю степень прочности куба раствора RB и выражается в кг/см².
Класс указывает на прочность куба раствора с точностью до 0,95 и выражается в Мпа. Неоднородность его прочности варьируется от Rmin до Rmax.

Бетон класса В20 относится к виду «тяжелых» и используется в различных областях строительства, т. к. имеет высокую степень прочности, обеспечивая длительный срок эксплуатации различных промышленных и жилых объектов. Благодаря его прочности конструкции имеют высокую степень сопротивления сдвигам и нагрузкам на изгиб. Такие изделия смогут выдерживать наибольшие нагрузки.

Прочность бетона класса В25 составляет 327 кгс/см², поэтому он предназначен для заливки фундамента, изготовления плит, балок и других монолитных изделий.

Предварительно напряженные железобетонные конструкции

Это ЖБК, которые нагружены искусственно сформированными напряжениями внутри конструкций и направлены назад существующим нагрузками, возникающими в процессе их эксплуатации. Такие напряжения возникают после того, как внутрь конструкции была установлена арматура.

Заливая раствор в емкости, оставляют пустоты, в которые затем укладывают арматуру. Конструкция набирает прочности после того, как арматура натягивается и закрепляется по всем бокам изделия. При этом бетон сжимается. Натяжение обозначается буквой «P».
Перед тем как залить раствор, натягивают арматуру, т.е. создают натяжение на упоры, а после того, как смесь затвердеет, ее отпускают, в результате чего создается напряжение сжатия.

Кроме этого, предварительное напряжение можно создать путем заливки специального цемента марки НЦ, который после отвердения увеличивается в объеме, растягивая и арматуру.

Сопротивление можно определить в зависимости то того, какие на него действую силы тяжести.

сжимающими;
поперечными;
изгибающими.

Для изделий, которые сжимаются и растягиваются вне центра, а также находятся под изгибом, показатель определяется для сечений, расположенных перпендикулярно их вертикальной оси.

Для прямоугольных, квадратных или тавровых сечений конструкций используются формулы, по которым рассчитывается предельная нагрузка каждой детали. Для других типов сечений применяются различные виды диаграмм.

Расчетное сопротивление изделий из бетона поможет выбрать его класс и марку для разработки проектной документации будущего объекта. Данные цифры показывают параметры объекта в геометрической проекции, условия его эксплуатации и типы возможных деформаций.

Кроме этого, применяются коэффициенты степени надежности материала, виды используемой арматуры и прочие параметры, которые могут повлиять на итоговую прочность конструкции, где использовался литой бетон.

Читайте также: