Что такое кубиковая прочность бетона
Прочность бетона (понятие и определение по действующим нормам)
Основные термины
Согласно СП 63.13330.2018 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. СНиП 52-01-2003 существуют следующие виды показателей прочности бетона:
Класс бетона по прочности на сжатие (В) — это значению кубиковой прочности бетона на сжатие, МПа, с обеспеченностью 0,95 (нормативная кубиковая прочность) [п.6.1.3 СП 63.13330.2018].
Класс бетона по прочности на сжатие (В) — определяется гарантированным сопротивлением сжатию, МПа, эталонного образца-куба, испытанного согласно требованиям государственных стандартов, со статической обеспеченностью 0,95 или ее гарантированной доверительной вероятностью 95% (не менее 95% испытанных образцов имеют прочность не ниже В) [Голышев А.Б. Проектирование железобетонных конструкций: Справочное пособие. 1990 г.].
Класс бетона по прочности на сжатие является основной характеристикой бетона и должен указываться в проектах во всех случаях [Голышев А.Б. Проектирование железобетонных конструкций: Справочное пособие. 1990 г.].
Разница между классом и маркой бетона состоит в обеспеченности принятого сопротивления: для марки эта обеспеченность составляет 0,5 [Голышев А.Б. Проектирование железобетонных конструкций: Справочное пособие. 1990 г.].
Класс бетона по прочности на осевое растяжение (Bt) — это значению прочности бетона на осевое растяжение, МПа, с обеспеченностью 0,95 (нормативная прочность бетона) [п.6.1.3 СП 63.13330.2018].
Допускается принимать иное значение обеспеченности прочности бетона на сжатие и осевое растяжение в соответствии с нормативными документами для отдельных специальных видов сооружений.
Проектный возраст бетона — это возраст, в котором бетон должен приобрести все нормируемые для него показатели качества, назначают при проектировании, исходя из возможных реальных сроков загружения конструкций проектными нагрузками, с учетом способа возведения конструкций и условий твердения бетона. При отсутствии этих данных класс бетона устанавливают в проектном возрасте 28 сут [п.6.1.5 СП 63.13330.2018].
Нормируемая прочность бетона — это прочность бетона в проектном возрасте или ее доля в промежуточном возрасте, установленная в нормативном или техническом документе, по которому изготавливают БСГ или конструкцию [п.3.1.1 ГОСТ 18105].
БСГ — это бетонная смесь, готоая к применению
Требуемая прочность бетона — минимально допустимое среднее значение прочности бетона в контролируемых партиях БСГ или конструкций, соответствующее нормируемой прочности бетона при ее фактической однородности [п.3.1.2 ГОСТ 18105].
Фактическая прочность бетона — среднее значение прочности бетона в партиях БСГ или конструкций, рассчитанное по результатам ее определения в контролируемой партии [п.3.1.4 ГОСТ 18105].
Разрушающие методы определения прочности бетона — это методы определения прочности бетона по контрольным образцам, изготовленным из бетонной смеси по ГОСТ 10180 или отобранным из конструкций по ГОСТ 28570 [п.3.1.18 ГОСТ 18105].
Прямые неразрушающие методы определения прочности бетона — это методы определения прочности бетона по «отрыву со скалыванием» и «скалыванию ребра» по ГОСТ 22690 [п.3.1.19 ГОСТ 18105].
Косвенные неразрушающие методы определения прочности бетона — это методы определение прочности бетона по предварительно установленным градуировочным зависимостям между прочностью бетона, определенной одним из разрушающих или прямых неразрушающих методов, и косвенными характеристиками прочности, определяемыми по ГОСТ 22690 и ГОСТ 17624 [п.3.1.20 ГОСТ 18105].
Определение прочности бетона
Согласно п.5.5.5 СП 70.13330.2012 контроль прочности бетона монолитных конструкций в промежуточном и проектном возрасте следует проводить статистическими методами по ГОСТ 18105, ГОСТ 31914, применяя неразрушающие методы определения прочности бетона по ГОСТ 17624 и ГОСТ 22690 или разрушающий метод по ГОСТ 28570 при сплошном контроле прочности (каждой конструкции).
Примечание — Применение нестатистических методов контроля, а также методов определения прочности бетона по контрольным образцам, изготовленным у места бетонирования конструкций, допускается только в исключительных случаях, предусмотренных в ГОСТ 18105 и ГОСТ 31914.
Кубиковая и призменная прочность бетона. Гарантированная прочность бетона
Для оценки прочности бетона за стандартные лабораторные образцы принимают кубы размером 15 х 15 х 15 см; испытывают их при температуре 20 °С через 28 дней твердения в нормальных условиях (температуре воздуха 15. 20°С и относительной влажности 90-100%).
Временное сопротивление эталонных кубов принимают за кубиковую прочность бетона.
При испытании бетонных кубиков края пресса препятствуют поперечным деформациям опорных граней кубиков создавая эффект обоймы. В результате кубики показывают повышенную прочность, по сравнению с реальной прочностью бетона. Если смазать поверхности контакта кубика с гранями пресса, то силы трения не препятствуют работе образца, разрушение происходит от раскалывания образца при меньших напряжениях, соответствующих реальной прочности бетона. Призменная прочность
В реальных условиях поверхности пресса не смазываются, а увеличивается длина образца. При увеличении длины образца отношение прочности образца к прочности кубика уменьшается и при соотношении h/a ≥ 4 устанавливается.
Под призменной прочностью понимают временное сопротивление осевому сжатию призмы с отношением высоты призмы к размеру стороны квадрата, равном 4.
Т.о. призменная прочность показывает реальную прочность бетона.
Рис. 3. Характер разрушения бетонной призмы.
По кубиковой прочности устанавливают класс прочности бетона
По призменной прочности устанавливают нормативное сопротивление бетона для расчетов
Гарантированная прочность бетона. Доверительная вероятность. Коэффициент вариации.
Коэффициент вариации прочности бетона в партии:
Наименьшее контролируемое значение – временное сопротивление B – расположено на расстоянии χSmвлево от значения Rm, т.е.:
где χ – число, показатель надежности.
Исходя из значения χVmоценивают обеспеченность гарантируемых значений прочности бетона не менее B. В нормах на проектирование установлена обеспеченность (доверительная вероятность) 0,95. Это имеет место при χ=1,64.
3. Работа бетона под нагрузкой. Ползучесть бетона. Начальный и длительный модули деформации бетона.Полные деформации бетона складываются из упругих и пластических деформаций: εb = εe + εpl По мере возрастания напряжений доля последней возрастает, поэтому диаграмма зависимости σ – ε имеет криволинейный характер. Бетон является неупругим материалом.
Диаграмма работы бетона при медленном (I) и быстром (II) нагружении. При быстром нагружении бетон показывает повышенную прочность, при медленном нагружении – пониженную прочность. Пониженную прочность бетона при длительном действии нагрузок учитывают коэффициентом условий работы бетона, который практически во всех случаях расчета железобетонных конструкций, если не оговорены другие условия нагружения, принимается равным γb1= 0,9.
Подползучестью называют свойство бетона увеличивать неупругие деформации при длительном действии нагрузки. Величина деформаций ползучести не зависит от скорости нагружения, а увеличивается с ростом напряжений. Диаграмма работы бетона при одинаковом уровне нагружения с различными скоростями
Начальный модуль упругости бетона при сжатии Еb соответствует лишь упругим деформациям, возникающим при мгновенном загр: Модуль полных деформаций бетона при сжатии соответствует полным деформациям; является величиной переменной:
, где α – угол наклона касательной к кривой σb – εbв точке с заданным напряжением. Для расчета железобетонных конструкций пользуются средним модулем или модулем упругопластичности бетона, представляющим собой тангенс угла наклона секущей в точке на кривой σb – εb с заданным напряжением:
24 дайте понятие деформативности арматуры
Характеристики прочности и деформативности арматуры определяют по диаграмме , получаемой путём испытаний стандартных образцов. Арматурные стали условно подразделяются на «мягкие», основной гарантированной характеристикой которых является предел текучести σу, и «твёрдые» с основной гарантированной характеристикой в виде временного сопротивления разрыву σи.
Зависимость между напряжениями и деформациями при растяжении образцов горячекатаной арматуры из малоуглеродистой стали марки Ст3 («мягкая» сталь) определяется следующей диаграммой
Поскольку при сжатии диаграмма деформирования стали существенно отличается от диаграммы при растяжении (рис. 3.16), то для сжатых образцов с уверенностью можно говорить лишь о пределе текучести; величину временного сопротивления при сжатии установить практически невозможно.
31 Стадия II – это новое качественное состояние балки. Наступает она после появления трещин в бетоне растянутой зоны, когда растягивающие усилия в сечениях, где образовались трещины, воспринимаются арматурой и бетоном над трещиной (расположенным ниже нейтральной оси). Между трещинами бетон работает на растяжение, и напряжения в арматуре уменьшаются по мере удаления от сечения с трещиной.
В интервале растянутой зоны между двумя соседними трещинами сцепление арматуры с бетоном не нарушается. В сжатой зоне бетона развиваются неупругие деформации и эпюра нормальных напряжений искривляется. Высота сжатой зоны бетона в этой и следующей стадиях переменна по длине элемента: в сечениях над трещинами она меньше чем в сечениях между трещинами. Продольные деформации бетона сжатой зоны в сечении над трещиной несколько больше чем на участке между трещинами. По этой стадии работают наиболее напряжённые сечения в период эксплуатации. Нагрузка на конструкцию в этот момент может доходить до 65% и более от разрушающей.
Конец стадии II характеризуется началом заметных неупругих деформаций в арматуре. К концу этой стадии напряжения в арматуре превышают предел упругости и при арматуре из «мягкой» стали могут иногда достигать предела текучести (стадии IIа). Трещины в бетоне растянутой зоны иногда могут развиваться почти до нейтральной оси.
32 Стадия III (стадия разрушения) характеризуется относительно коротким по времени периодом работы балки. Криволинейность эпюры напряжений сжатия в бетоне становится ярко выраженной и приближается по очертанию к кубической параболе или параболе более высокого порядка. Бетон растянутой зоны из работы почти полностью исключается.
Опыты свидетельствуют, что характер разрушения балки по нормальному сечению зависит от вида и количества продольной арматуры в сечении. При этом возможны следующие два случая разрушения балки.
33 что такое предварительно напряженный железобетон
Сущность. Под предварительно напряженными понимают железобетонные конструкции, элементы, изделия, в которых предварительно, т. е. в процессе изготовления, искусственно созданы в соответствии с расчетом начальные напряжения растяжения в части или во всей рабочей арматуре и обжатие всего или части бетона.
течением длительного времени потери предварительного напряжения арматуры существенно увеличиваются за счет усадки и ползучести бетона и арматуры, релаксации напряжений арматуры и многих других факторов.
Сущность предварительно напряженных железобетонных конструкций нетрудно проследить, например, посредством сопоставления диаграмм, центрально растянутых элементов соответственно с напрягаемой и ненапрягаемой арматурой (рис. 15). Арматура, стараясь возвратиться в первоначальное положение, обжимает бетон с напряжением
Преимущества. •В предварительно напряженных конструкциях представляется возможность использовать высокоэкономичную стержневую арматуру повышенной прочности и высокопрочную проволочную арматуру, позволяющих в среднем до 50% сокращать расход дефицитной стали в строительстве. Предварительное обжатие растянутых зон бетона значительно отдаляет момент образования трещин в растянутых зонах элементов, ограничивает ширину их раскрытия и повышает жесткость элементов, практически не влияя на их прочность.
• Предварительно напряженные конструкции часто оказываются экономичными для зданий и сооружений с такими пролетами, нагрузками и условиями работы, при которых применение железобетонных конструкций без предварительного напряжения технически невозможно или вызывает чрезмерно большой перерасход бетона и стали для обеспечения требуемой жесткости и несущей способности конструкций. Применение предварительного напряжения позволяет наиболее рационально выполнять стыки сборных элементов конструкций, обжимая их напрягаемой арматурой. При этом существенно сокращается расход дополнительного металла в стыках или совсем отпадает необходимость в его применении.
• Предварительное напряжение позволяет расширить использование сборных и сборно-монолитных конструкций составного течения, в которых бетон повышенной прочности применяется только в заранее изготовленных предварительно напряженных элементах, а основная или значительная часть конструкций выполняется из тяжелого или легкого бетона, не подвергаемого предварительному напряжению.
• Предварительное напряжение, увеличивающее сопротивление конструкций образованию трещин, повышает их выносливость при работе на воздействие многократно повторяющейся нагрузки. Это объясняется уменьшением перепада напряжений в арматуре и бетоне, вызываемого изменением величины внешней нагрузки. Правильно запроектированные предварительно напряженные конструкции безопасны в эксплуатации, так как показывают перед разрушением значительные прогибы, предупреждающие об аварийном состоянии конструкций.
• С возрастанием процента армирования сейсмостойкость предварительно напряженных конструкций во многих случаях повышается (особенно при тавровых сечениях с полкой в сжатой зоне и легких бетонах). Это объясняется тем, что благодаря применению более прочных и легких материалов сечения предварительно напряженных конструкций в большинстве случаев оказываются меньшими по сравнению с железобетонными конструкциями без предварительного напряжения той же несущей способности, а следовательно, более гибкими и легкими. Повышению сейсмостойкости способствует также пространственная работа зданий и сооружений в целом, получаемая обжатием их отдельных частей предварительно напряженной арматурой. Наиболее сейсмостойкими являются напряженные конструкции, обладающие существенным превышением несущей способности над пределом трещиностойкости.
Недостатки. Железобетонным конструкциям с предварительно напряженной арматурой присущи следующие основные недостатки.
Предварительно напряженные конструкции характеризуются повышенной трудоемкостью проектирования и изготовления. Они требуют большей тщательности в расчете и конструировании, при изготовлении, хранении, транспортировании и монтаже, так как еще до приложения внешних нагрузок в сечениях их элементов могут возникнуть недопустимые сжимающие или растягивающие напряжения, способные привести в аварийное состояние. Например, в торцах предварительно напряженных конструкций при сосредоточенном и неравномерном приложении усилий обжатия могут возникнуть продольные трещины, существенно снижающие их несущую способность. Если не учитывать специфические особенности создания предварительного напряжения, то условия работы под нагрузкой всей конструкции или отдельных ее частей могут ухудшаться.
34 что такое потеря предварительного напряжения в бетоне для передачи усилий натяжения на бетон(первые потери)
35 Виды нагрузок и их классификация
В зависимости от продолжительности действия нагрузки бывают /1, п. 1.4./
– временные: длительные и кратковременные и особыми.
Постоянныминазываются нагрузки, действующие в течение всего периода эксплуатации. К ним относятся собственный вес несущих и ограждающих конструкций, вес и давление грунтов для заглубленных сооружений, усилие предварительного обжатия.
Временными называются нагрузки, изменяющиеся в процессе эксплуатации по величине и расположению. Они могут появляться и исчезать Временные нагрузки делятся на длительные и кратковременные.
К длительным нагрузкам относятся: вес частей зданий и сооружений, положение которых при эксплуатации может меняться (временные перегородки и т. п.), длительные воздействия стационарного оборудования, давление газов, жидкостей в емкостях и трубопроводах, нагрузки в складских помещениях, книгохранилищах, библиотеках и других подобных помещениях, вес технических этажей, вес и давление сыпучих материалов в емкостях, воздействия от неравномерной деформации основания (не сопровождающиеся коренным изменением структуры грунта), от веса воды на водонаполненных покрытиях, нагрузка от отложения производственной пыли, воздействия усадки и ползучести.
К кратковременным нагрузкам относятся: снеговые, ветровые, гололедные нагрузки, нагрузки от людей, мебели, легкого оборудования в жилых и общественных зданиях, временные нагрузки, возникающие при монтаже строительных конструкций или при переходном режиме, нагрузки от кранов, тельферов, нагрузки от веса насыпных и других материалов, избыточного давления воздуха в емкостях, температурные воздействия (климатические и от горячих материалов, загружаемых в емкости) и т. п. кратковременные нагрузки
Кубиковая и призменная прочность бетона
Бетон как искусственный камень, с его получением из цемента, воды и наполнителей с всевозможными добавками может дать строительный материал разной прочности, которую измеряют на 28 сутки от первоначальной заливки бетонной смеси. Именно после истечения 28-го дня бетон приобретает свои рабочие свойства, которые практически не изменяются за всё время его эксплуатации.
Определения
Кубиковая прочность – это прочность на осевое сжатие (растяжение). Определяется эта характеристика на кубических образцах с принятыми стандартными размерами 15х15х15 см. Впрочем, иногда, в случае очень мелкого или, наоборот, очень крупного наполнителя, рёбра куба могут иметь размер 10 или 20 сантиметров. В этом случае для испытаний образцов с такими размерами вводится поправочный коэффициент, равной
Образец центрируется на опорной плите пресса по своей геометрической оси и подвергается нагрузке давлением, соответствующем росту напряжения 0,3 : 0,4 МПа/сек, то есть в пределах от 6,75 до 9,0 кН/сек по шкале измерения силы до разрушения.
Расчёт ведут по формуле, учитывающей предел прочности каждого образца \( R=\frac
Вычисления кубиковой прочности делаются на основе среднего арифметического значения в сериях из трёх образцов и более. В случае отличия результатов испытаний одного из образцов от соседнего образца больше чем на 15%, образец бракуется. А если и соседний показатель в большую сторону отличается от следующего также в большую сторону и так же на 15%, бракуется вся серия испытываемых образцов.
Около опорных плит пресса (верхней и нижней) направленная внутрь призмы сила трения между образцом и плитами создаёт нечто вроде двух направленных друг на дружку усечённых пирамид, эффект обоймы, который увеличивает прочность образцов при сжатии (вариант «а»). Добавьте к опорным плоскостям любую смазку – и характер разрушений изменится, куб расколется по плоскостям, параллельным вектору приложенной силы (вариант «б»). Жирная чёрная полоса во 2 варианте – нанесённая на опорные грани смазка.
Однако в реальности форма железобетонных конструкций только в редчайших случаях повторяет форму испытываемых эталонных образцов. Поэтому при испытаниях и расчётах применяют призменную прочность Rb.
При соотношении сторон «высота-основание», когда длина сторон основания всегда меньше длин высоты испытуемых образцов, у образцов форм, близких к призме, нагрузка на основаниях в момент сжатия всегда меньше, чем на грани призмы в высоту. Что отлично демонстрируется практикой, когда напряжение в сжатой зоне бетонных изделий приближено к состоянию призм при сжатии. То есть призмы и условно близкие к ним формы всегда продемонстрируют меньшую прочность на сжатие. Если высота призмы соотносится к сторонам основания как h/2˃4, сила трения воздействия практически не оказывает, а величина прочности делается практически неизменной, равной ≈0,75R.
Призменная прочность Rb вычисляется по аналогичной формуле как частное от деления величины разрушающей нагрузки на площадь поперечного сечения образца.
График зависимости призменной прочности бетона от отношения размеров испытываемого образца
Методы испытания
На разные строительные объекты идёт бетон разной плотности и прочности. Эти показатели могут зависеть не только от марки цемента, но и от условий, в которых он хранился до его использования. То есть снижение вяжущих свойств цемента необязательно происходит вследствие истечения срока его годности. Падение качества может произойти и вследствие неправильных условий хранения. Для определения такой характеристики бетона, как прочность, в лабораторно-производственных испытаниях и используют бетонные кубики со стороной 15х15х15 см, выдержанные в течение 28 суток со дня отливки.
Прочность образцов может испытываться по двум методикам: разрушающей и неразрушающей. Суть первой состоит в раздавливании таких образцов, и она точнее. Как раз к такой методике относят кубиковое и призменное испытание образцов, регламентируемое ГОСТ 18105-2010.
К неразрушающим можно отнести:
При определениях прочности учитывается также коэффициент Пуассона – начальной величины поперечной деформации, которая для бетона равна 0,16. Впрочем, это величина для «идеального» бетона. На практике же, с учётом процессов микро- и макротрещинообразования, в коэффициент вносят поправки исходя из марок бетона и видов деятельности, в которых будут применяться испытуемые бетонные изделия. И этот коэффициент может колебаться от 0,1 до 0,35.
Что влияет на прочность образцов?
Прочность образцов зависит от нескольких показателей. Это:
Отдельным вопросом всегда нужно выделять количество воды, которое шло на приготовление бетона. Оптимальное количество должно быть в пределах 20%, независимо от соотношения в бетонной смеси всех прочих составляющих.
Что же это такое передаточная прочность бетона — где применяют в строительстве
Передаточная прочность бетона – это одна из важнейших характеристик застывшего камня, которая очень важна для проектирования и расчетов, определения качества готового монолита и способности его выдерживать возложенные нагрузки. Бетон – это вид искусственного камня, который производят на базе цемента и различных наполнителей с водой в виде жидкого раствора, застывающего в твердый монолит.
Чтобы смесь правильно затвердела и итоговые технические характеристики бетона получились достаточными для эксплуатации в определенных условиях, необходимо четко соблюдать технологию приготовления бетонной смеси и правильно выполнять все предварительные расчеты. Основным показателем несущей способности и надежности бетона является его прочность, фиксируемая в процессе выполнения различных исследований и выраженная в установленных значениях.
Зависимость между плотностью и прочностью прямая. Средняя прочность – обязательный параметр, который учитывается в расчетах и напрямую влияет на качество, срок эксплуатации элемента конструкции, здания. При недостаточной прочности элемент быстро покрывается трещинами, разрушается, при избыточной – высокие расходы просто не оправдываются.
Класс прочности застывшего бетона обозначается буквой В и цифрами, измеряется в МПа. Также показателем прочности является марка задействованного в смеси цемента или бетона и цифра рядом с ней, отображающая нагрузку, которую может выдержать бетон, в килограммах на квадратный сантиметр.
Основные виды прочности бетона
Прочность – главный показатель качества бетона, который регламентируется ГОСТом и достигает максимального значения через 28 суток после затворения и заливки. Прочность – это сопротивление камня разрушению целостности структуры из-за внешних воздействий и внутренних напряжений.
Бетон является искусственным камнем, обладает пористой структурой, поэтому наилучшие показатели демонстрирует в сопротивлении сжатию. Прочность на сжатие определяет марку (буква М и цифра, обозначающая прочность в кг/см2). Так, к примеру, смесь М500 способна демонстрировать прочность на сжатие до 500 кг/см2. Соответствие марки бетона и класса прочности (буква В и числа) представлена в таблице.
Передаточная прочность – что это такое
Передаточная прочность бетона – это прочность бетонного камня к моменту обжатия его (спуска натяжения). Данный показатель также очень важен для предварительно-напряженных элементов, наряду с проектной прочностью. Фактический показатель передаточной прочности при выполнении требований контроля на производстве по ГОСТу 18105-72 во всех случаях должен быть не ниже 14 мПа, при канатах арматуры класса К-7, стержневой арматуре класса АТ-VI, проволочной арматуре класса Вр-П (при отсутствии высаженных головок) – минимум 20 МПа.
Передаточная прочность – это также кубиковая прочность бетонного камня в момент обжатия, обозначаемая Rbp. В большинстве случаев она меньше проектной прочности по классу В. Ведь ожидание набора 100% прочности бетона требует времени и это расточительно в условиях производства на заводе.
Поэтому обычно назначают минимальное значение Rbp, которое дало бы достаточный уровень прочности и стойкости к трещинам при обжатии, перевозке и подъеме. Считается, что до момента приложения эксплуатационных нагрузок бетонный монолит наберет требуемую проектную прочность.
Стоит помнить о том, что чем ниже показатель передаточной прочности, тем более серьезными могут быть потери от ползучести, а также понижается сила обжатия. Но чем выше показатель Rbp, тем дольше длится термообработка и тем дороже обходится конструкция. Опытным путем было определено, что в большинстве случаев наиболее оптимальным показателем Rbp является 0.7В.
Нормы проектирования, как правило, не включают обозначение передаточной призменной прочности бетона, которая чаще всего учитывается в расчетах. В связи с этим проектировщики вынуждены вводить свои буквенные обозначения для данной технической характеристики.
Где применяют передаточную прочность бетонных конструкций и бетона
В условиях строительной площадки передаточная прочность не применяется, да и мастера учитывают показатель чрезвычайно редко. Определение больше производственное, указывает на прочность бетона во время обжатия при передаче камню напряжения арматуры.
Но без данной характеристики трудно выполнить качественное преднапряженное изделие любого типа. Значение нормируется в проекте, других технических документах на создаваемое железобетонное изделие. Стандартное значение – минимум 70% проектной прочности.
Формула определения передаточной прочности:
Если значение, полученное при испытании, удовлетворяет расчетному показателю, изделие рекомендуют снять с напряжения. При отрицательном показателе решение оставляют на усмотрение заведующего лабораторией либо технолога про продление времени предварительного напряжения элемента.